Trường Đại Học Điện Lực Khoa Đại Cương

1. Trường Đại Học Điện Lực Khoa Đại Cương Hóa Đại Cương

2. Mục tiêu môn học Sau khi học xong môn học này, sinh viên có thể: • Hiểu cấu tạo nguyên tử, phân tử và hệ thống tuần hoàn. • Biết được các trạng thái của vật chất. • Hiểu được các nguyên lý nhiệt động học hóa học và cân bằng pha • Biết được dung dịch và tính chất của dung dịch • Biết được xúc tác là gì và động hóa học trong phản ứng có xúc tác. • Hiểu được phản ứng oxy hóa khử và các quá trình điện hóa. • Biết được một số kỹ thuật cơ bản trong việc phân tích nước và nhiên liệu dùng trong ngành điện.

3. Yêu cầu đối với sinh viên • Tìm hiểu trước những nội dung sẽ học (trong buổi học tiếp theo) trong sách giáo khoa và những tài liệu có liên quan. • Nắm vững những kiến thức được học. • Làm đầy đủ bài tập mà giáo viên đưa ra.

4. Thông tin về môn học • Leân lôùp: 45 tieát (Lyù thuyeát + baøi taäp) • Töï hoïc: 45 tieát • Döï lôùp treân: 75 % • Baøi taäp: treân lôùp vaø ôû nhaø • Kieåm tra goàm: 01 baøi kieåm tra cuối học kỳ

5. Tài liệu 1. Tài liệu tham khảo: • Nguyễn Đình Chi, Cơ sở lý thuyết Hóa học, NXB Giáo dục, 1995. • Vũ Đăng Độ, Cơ sở lý thuyết các quá trình hóa học, NXB Giáo dục, 1994. • Nguyễn Hạnh, Cơ sở lý thuyết hóa học, NXB Giáo dục, 1997. • Lê Mậu Quyền, Hóa học đại cương, NXB khoa học kỹ thuật, 2001. • Trịnh Xuân Sén, Điện hóa học, NXB ĐHQG HN, 2002

6. NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1.Cấu tạo nguyên tử - Bảng tuần hòan các nguyên tố hóa học Chương 2.Các trạng thái tập hợp của vật chất Chương 3.Nhiệt động hóa học Chương 4.Dung dịch Chương 5. Động hóa học và xúc tác Chương 6. Phản ứng Oxy hóa khử và các quá trình điện hóa Chương 7.Hóa kỹ thuật

7. MỞ ĐẦU I. Giới thiệu chung về hóa học • Khái niệm: • Hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu về sự chuyển biến của các chất này thành các chất khác. • Đối tượng của hóa học: • Hóa học phải nghiên cứu các vấn đề như: xác định thành phần, cấu tạo, tính chất của các chất, phản ứng giữa chúng và đềiu kiện tiến hành các phản ứng đó.

8. 3. Lịch sử phát triển của hóa học: • Có thể chia lịch sử hóa học thế giới thành 5 thời kỳ • Thời kỳ triết lý tự nhiên của Hy Lạp Khô Lửa Đất Lạnh Nóng Không khí Nước Ẩm

9. Thời kỳ giả kim thuật ( từ thế kỷ I đến thế kỷ XV).

10. Thời kỳ y hóa học ( từ thế kỷ XV đến thế kỷ XVII). Robert Boyle

11. Thời kỳ thuyết Floghixton ( thế kỷ XVIII).

12. Thời kỳ thuyết nguyên tử hay thời kỳ hóa học hiện đại ( từ giữa thế kỷ thứ 18 trở lại đây)

13. 4. Vai trò của hóa học trong đời sống kỹ thuật Các công trình nghiên cứu này đã mang lại nhiều nhận thức quan trọng về bản chất của sự biến đổi hóa học và các liên kết hóa học. Các động lực quan trọng khác bắt nguồn từ những khám phá trong vật lý lượng tử thông qua mô hình quỹ đạo điện tử. Trên cơ sở những thành quả của ngành hóa học, một số ngành công nghệ đã được hình thành với nhiệm vụ ứng dụng những thành tựu của hóa học vào thực tiễn quá trình sản xuất và phục vụ đời sống con người và được gọi là ngành công nghệ hóa học

14. Nhiều ngành khoa học, kinh tế liên quan chặt chẽ với hóa học như: hoá công nghiệp, luyện kim, địa chất, nông nghiệp, dược, vật liệu, xây dựng…. Sở dĩ có mối liên quan là vì các ngành này đều sử dụng các chất là đối tượng.

15. II. Một số khái niệm và định luật cơ bản Nguyeân töû • Moãi phaân töû do caùc phaàn töû nhoû hôn caáu taïo neân. Nguyeân töû laø phaàn töû nhoû nhaát cuûa moät nguyeân toá hoaù hoïc, khoâng theå phaân chia nhoû hôn ñöôïc nöõa veà maët hoaù hoïc. Trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc, nguyeân töû khoâng thay ñoåi. Nguyeân toá hoaù hoïc • Laø loaïi nguyeân töû, ñöôïc ñaëc tröng baèng moät ñieän tích haït nhaân xaùc ñònh vaø coù caáu taïo voû e • gioáng nhau, do ñoù coù nhöõng tính chaát hoùa • hoïc gioáng nhau

16. Phaân töû • Phaân töû laø phaàn töû nhoû nhaát cuûa moät chaát, coù khaû naêng toàn taïi ñoäc laäp, coù taát caû caùc tính chaát hoùa hoïc ñaëc tröng cho chaát ñoù

17. Ñôn chaát, hôïp chaát: • Ñôn chaát laø caùc chaát ñöôïc caáu thaønh töø moät nguyeân toá (Oxy: O2, Kim cöông: C, Nitô: N2…) • Hôïp chaát laø caùc chaát ñöôïc caáu thaønh töø 2 nguyeân toá trôû leân (H2O, Röôïu, Daám…) Luaät thaønh phaàn khoâng ñoåi: • Moät hôïp chaát hoùa hoïc xaùc ñònh luoân chöùa cuøng moät soá nguyeân toá nhö nhau vôùi tæ leä khoái löôïng xaùc ñònh.

18. Hóa trị Hóa trị là đại lượng đặc trưng cho khả năng một nguyên tử của một nguyên tố có thể kết hợp hoặc thay thế một số xác định nguyên tử của nguyên tố khác. Thường ta qui ước, Hidro có hóa trị I, Oxy có hóa trị II. Hóa trị của các nguyên tố khác được tính dựa vào hợp chất của nó với Hidro hay Oxy. Ví dụ: HCl, H2O, NH3, H2S, PH3 … Na2O, CaO, Fe2O3, Mn2O7, SO3 …

19. Số Oxy hóa Là một đại lượng đặc trưng cho trạng thái oxy hóa khử của một nguyên tố trong thành phần đơn chất hay hợp chất Theo qui ước, số oxy hóa chính là số điện tích xuất hiện ở nguyên tử trong phân tử khi giả định rằng cặp e dùng để liên kết với nguyên tử khác trong phân tử chuyển hẳn về phân tử có độ âm điện lớn hơn.

20. Để tính số oxy hóa của một nguyên tố, cần lưu ý: • Số oxy hóa có thể là số âm, dương bằng 0 hay số lẻ • Số oxy hóa trong đơn chất bằng 0 • Số oxy hóa của ion đơn nguyên tử không đổi và bằng điện tích ion của nó. • Tổng số oxy hóa các nguyên tử trong phân tử bằng 0

21. Định luật bảo toàn khối lượng • Định luật cơ bảntrong lĩnh vực hóa học: “Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng sản phẩm tạo thành” (mtrước) =  (msau) • Lịch sử: • Năm 1748 Mikhail Lomonossow đặt ra định đề • Năm 1789 Antoine Lavoisier phát biểu định luật này

22. Khoái löôïng nguyeân tö û(Nguyeân töû löôïng) • Khoái löôïng cuûa 1H = 1.6735 x 10-24 g vaø 16O laø 2.6560 x 10-23 g. • Ñònh nghóa: Khoái löôïng cuûa 12C = chính xaùc laø 12 ñvC hay amu (ñôn vò Carbon, hay laø ñôn vò nguyeân töû, atomic mass unit). • Töø ñoù: • 1 amu = 1.66054 x 10-24 g • 1 g = 6.02214 x 1023 amu Mol Là đơn vị đo lượng chất. 1 mol chất bất kỳ chứa 6.023 X 1023 tiểu phân

23. Đồng vị Có cùng số proton (cùng 1 nguyên tố hóa học) Khác số khối hay số nơ tron. • Ví dụ:Các đồng vị của Hydro (Z = 1) • H-1, 1H, protium -Hydro nhẹ ( 99,98%);(1 proton, không có neutron trong hạt nhân): • H-2 or D, 2H, deuterium ( 0,016 % ); (1 proton và 1 neutron trong hạt nhân). • H-3 or T, 3H, tritium( 0,001%); (1 proton và 2 neutron trong hạt nhân).

24. Nguyeân töû löôïng trung bình • Trong töï nhieân, caùc nguyeân toá toàn taïi ôû caùc daïng ñoàng vò vôùi tæ leä khaùc nhau, ví duï: • C: 98.892 % 12C + 1.108 % 13C. • Nguyeân töû löôïng trung bình C: • (0.98892)(12 amu) + (0.0108)(13amu) = 12.011 amu. • Trong heä thoáng tuaàn hoaøn laø NTL trung bình.

25. Ví dụ: Chlorine có 2 đồng vị, Cl-35 and Cl-37, có nguyên tử lượng lần luợt là 34.96885 and 36.96590 amu. Nguyên tử lượng của nó trong tự nhiên là 35.453 amu. Thành phần % của từng đồng vị? Đặt x = phần Cl-35, y = phần Cl-37 Ta có x + y = 1 <=> y = 1 - x 34.96885*x + 36.96590*y = 35.453 Từ đó x = 0.7553 <=> 75.53% Cl-35 y = 1 - x = 0.2447 hay 24.47% Cl-37

26. Ñònh luaät tæ leä boäi. (Ñònh luaät Ñalton) Neáu hai nguyeân toá hoùa hôïp vôùi nhau taïo thaønh moät soá hôïp chaát thì nhöõng löôïng khoái löôïng cuûa moät nguyeân toá so vôùi cuøng moät löôïng khoái löôïng cuûa nguyeân toá kia seõ tæ leä vôùi nhau nhö nhöõng soá nguyeân ñôn giaûn. • Ví duï: • FeS, FeS2, vôùi cuøng 56 ñôn vò khoái löôïng Fe thì tæ leä S: Fe laàn löôït laø 32:56; 64:56. Do ñoù tæ leä S laø 32:64 = 1:2 • N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5 vôùi 14 ñôn vò khoái löôïng N thì tæ leä O:N laàn löôït laø :(8/14):(16/14):(24/14):(32/14):(40/14) •  8:16:32:40 1:2:3:4:5

27. Chuyeån ñoåi nhieät ñoä C = 5/9 * (F - 32) F = (9/5)*C + 32 K = C + 273.15

28. Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng Ñöông löôïng: Ñ (E) Ñöông löôïng cuûa moät nguyeân toá hay moät hôïp chaát laø soá phaàn khoái löôïng cuûa nguyeân toá hay hôïp chaát ñoù keát hôïp hoaëc thay theá vöøa ñuû vôùi moät ñöông löôïng cuûa moät nguyeân toá hay hôïp chaát khaùc. Caùch tính ñöông löôïng: ÑA = M/n

29. Ví dụ nếu A là 1 nguyên tố • M: khoái löôïng nguyeântöû • n : số hoùa trò • Ví duï: • Trong CO: ÑC=12/2=6 • CO2: ÑC=12/4=3

30. A laø acid M: Phaân töû löôïng cuûa axit n: Soá H+ tham gia phaûn öùng Ví dụ: H2SO4 + NaOH  NaHSO4 + H2O ĐA = 98/1=98 H2SO4 + 2NaOH  Na2SO4 + 2H2O ĐA = 98/2=49

31. A laø bazô: M: Phaân töû löôïng cuûa bazô n: Soá OH- tham gia phaûn öùng Ví dụ: Ca(OH)2 + HCl  Ca(OH)Cl + H2O ĐA = M[Ca(OH)2]/1 Ca(OH)2 + 2HCl  CaCl2 + 2H2O ĐA = M[Ca(OH)2]/2

32. A laø muoái M: Phaân töû löôïng cuûa muoái n:Soá ñieän tích cuûa ion (anion hoaëc cation) ñaõ thay theá Ví dụ: Al2(SO4)3 ĐA = M[Al2(SO4)3]/(2x3) theo Al+3 ĐA = M[Al2(SO4)3]/(3x2) theo (SO4)-2 Trong phản ứng cụ thể Fe2(SO4)3 + 2NH4OH = 2Fe(OH)SO4 + (NH4)2SO4 Đ[NH4OH] = M[NH4OH] (vì chỉ có 1 nhóm OH-) Đ[Fe2(SO4)3]= Đ[Fe2(SO4)3]/(1[SO4-2]x2) (vì trong 2Fe.2(SO4).(SO4) có 1 nhóm SO4-2 đã bị thay thế)

33. A laø chaát oxi hoùa-khöû M: khoái löôïng phaân töû chaát n: soá e trao ñoåi trong phaûn öùng Ví dụ: 8Al+3KNO3+5KOH+2H2O=3NH3+8KAlO2 Al0 - 3e Al+3 N+5 - 8e N-3 Đ[Al] = 27/3 (Số e trao đổi từ Al0Al+3=3e) Đ[KOH] = M[KOH] Đ[KNO3] = M[KNO3]/8 (N+5N-3 trao đổi 8e)

34. Ñöông löôïng gam (đlg) Ñöông löôïng gam cuûa moät chaát laø löôïng tính baèng g cuûa chaát ñoù coù soá ño baèng ñöông löôïng cuûa noù. • Ví dụ: • Đương lượng của H2SO4 là 49 hay 98 thì 1 đlg là 49g hay 98g. • Ñònh luaät ñöông löôïng • Trong moät phaûn öùng hoùa hoïc soá ñöông löôïng cuûa caùc chaát tham gia phaûn öùng phaûi baèng nhau. • Trong caùc phaûn öùng hoùa hoc moät ñöông löôïng cuûa chaát naøy chæ keát hôïp hoaëc thay theá moät ñöông löôïng cuûa chaát khaùc maø thoâi.

35. Phản ứng: aA + bB = cD + dD Số đlg của chất i = mi/Đi Từ đó định luật viết thành: mA/ĐA = mB/ĐB hay mA/mB = ĐA/ĐB Và: NAVA = NBVB = NCVC… Trongđó Ni là nồng độ đương lượng của chất i.

36. Noàng ñoä ñöông löôïng: • Laø soá ñöông löôïng gam chaát tan treân moät lít dung dòch. • Kyù hieäu N hay CN. • Tương quan giữa nồng độ mol và nồng độ đương lượng CNA = nCA (n: Số đương lượng, CA: nồng độ mol) • Ví dụ: Cho phản ứng H2SO4 + 2NH4OH = (NH4)2SO4 + 2H2O Tìm khối lượng NH4OH cần thiết để phản ứng vừa đủ với 2 lít dd H2SO4 0.5N. Ta có n của H2SO4 là 2 và đương lượng là 49, nên CA=NA/2 = 0.25M. Khối lượng axit là 2x0.25x98=49g  m[NH4OH]=m[H2SO4]x(Đ[NH4OH]/Đ[H2SO4])

37. Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng pV = nRT • p: aùp suaát (atm,mmHg) • V: theå tích (ml, lít) • T: nhieät ñoä Kenvin • n: soá mol • R: Haèng soá khí • R = 0.082 (l.atm/mol.K) • R = 62400 (ml.mmHg/mol.K) • R = 1.987 (cal/mol.K)

38. Ñònh luaät Avogadro • Moät mol khí baát kyø ôû ñieàu kieän tieâu chuaån 00C, 760mmHg) phaûi chöùa moät soá phaân töû laø 6.023x1023. N = 6.023x1023 laø soá Avogadro. • Töø ñoù tính ñöôïc khoái löôïng chính xaùc cuûa nguyeân töû vaø phaân töû.

39. CHƯƠNG 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ HỆ THỐNG TUẦN HÒAN

40. Chương 1 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Cấu tạo nguyên tử

41. Thành phần của nguyên tử Một số tiên đề của cơ học lượng tử Cấu tạo nguyên tử Các số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử Sự phân bố electron trong nguyên tử

42. Thành phần của nguyên tử 1. Cấu tạo nguyên tử: Nguyên tử là một hệ trung hòa gồm: + Hạt nhân + Các electron quay xung quanh Khối lượng nguyên tử tập trung ở nhân. Vì nguyên tử trung hòa về điện nên điện tích dương hạt nhân nguyên tử bằng với số electron quay quanh hạt nhân. Số điện tích của nguyên tử bằng số thứ tự của nguyên tố trong hệ thống tuần hòan • Khối lượng electron = 9,109.10-28gam • Điện tích electron =1,6.10-19coulumb (Điện tích nhỏ nhất, được chọn làm đơn vị điện tích = -1)

43. Thành phần của nguyên tử 2. Hạt nhân nguyên tử • Hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ 2 lọai hạt cơ bản: • Hạt proton (p) có khối lượng 1,00728 đvc và mang điện tích dương ( +1) • Hạt nơtron (n) có khối lượng 1.00867 đvc và trung hòa về điện Số khối A = Z + N Z: Số proton; N: Số nơtron (Tổng khối lượng proton và nơtron có giá trị gần bằng khối lượng nguyên tử) Ký hiệu nguyên tử: Ví dụ: Clo( )

44. Một số tiên đề của cơ học lượng tử 1. Quang phổ nguyên tử Việc nghiên cứu cấu trúc electron nguyên tử được tiến hành dựa trên việc nghiên cứu quang phổ các nguyên tố hóa học • Tính chất sóng của hạt • Trong thiên nhiên có nhiều loại sóng khác nhau. Ví dụ như: sóng âm thanh, sóng ánh sáng, sóng nước… Chuyển động sóng được đặc trưng bởi các thông số sau

45. Chuyển động sóng của ánh sáng

46. Sơ đồ nguyên tắc họat động của máy quang phổ

47. Phương trình năng lượng E = h*v v: tần số bức xạ h: Hằng số Plank ( h = 6,626.10-27erg.s = 6,626.10-34J.s)

48. Quang phổ vạch phát xạ nguyên tử H2 Ne He

49. 3. CÁC THUYẾT CẤU TẠO NGUYÊN TỬ • Thuyết cấu tạo nguyên tử của Thompson (1898) • Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford (1911) • Mẫu nguyên tử theo Bohr (1913) • Mẫu nguyên tử của Sommerfeld

50. Thuyết cấu tạo nguyên tử của Thompson Nguyên tử gồm những điện tích dương phân bố đồng đều trong toàn bộ thể tích nguyên tử và những electron chyển động giữa các điện tích dương đó