Bài giảng Hóa học đại cương

HUI© 2006General Chemistry:Slide 1 of 56HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁĐẠTĐẠTĐẠTĐẠTKHƠNG ĐẠTKHƠNG ĐẠTKHƠNG ĐẠTHọclạitừđầuKHƠNG ĐẠTKHƠNG ĐẠTKHƠNG ĐẠTlần 2HọclạitừđầuĐẠTTHI KẾT THÚC MƠNMƠN HỌCTIỂU LUẬN(Đối với mơn học lý thuyết)BÀI TẬP TỔNG HỢP(Đối với mơn học thực hành)THI GIỮA MƠN HỌCThi lạiXét vớtThi lạiĐẠTĐẠT KHƠNG ĐẠTlần 1HUI© 2006General Chemistry:Slide 2 of 56HĨA ĐẠI CƯƠNGHUI© 2006General Chemistry:Slide 3 of 56QUY ĐỊNH VỀ CÁCH ĐÁNH GIÁ ĐIỂMĐiểm giữa học kỳ được tính 20%.Điểm tiểu luận được tính 30%. Điểm thi kết thúc mơn được tính 50%.Trường hợp những sinh viên thi lại (kể cả thi giữa học phần, kết thúc mơn, tiểu luận) Nếu >5 thì chỉ tính phần thi đĩ bằng 5, các phần điểm khác được bảo lưu). HUI© 2006General Chemistry:Slide 4 of 56Giới thiệu về nội dung mơn họcChương 1: Các khái niệm và định luật cơ bảnChương 2: Cấu tạo nguyên tửChương 3: Định luật tuần hồnChương 4:Liên kết hĩa học và cấu tạo phân tửChương 5: Trạng thái tập hợp của vật chấtChương 6: Nhiệt động họcChương 7: Động hĩa họcChương 8: Cân bằng hĩa họcChương 9: Cân bằng trong dung dịch lỏngChương 10: Điện hĩa họcHUI© 2006General Chemistry:Slide 5 of 56Tài liệu tham khảo HĐCNguyễn Đình Soa, HĐC, ĐHBK HCMWebsite: www.cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/power_point/© 2006General Chemistry:Slide 6 of 56Chương 1: Các khái niệm và định luật căn bảnHUI© 2006General Chemistry:Slide 7 of 56Nội dungNhững phát hiện đầu tiên về hĩa họcNguyên tử và phân tửHạt nhân nguyên tửNguyên tố hĩa học và đồng vịChất hĩa học, đơn chất, hợp chấtKhối lượng nguyên tử, phân tử, nguyên tử gam, phân tử gam, đương lượngThe MoleKý hiệu, cơng thức hĩa học, phương trình HHHUI© 2006General Chemistry:Slide 8 of 56Các định luật cơ bảnĐịnh luật bảo tuàn khối lượngĐL thành phần khơng đổiĐịnh luật tỷ lệ bộiĐL đương lượngĐL thể tíchĐL Avơgadro và số AvogadroĐL Boy-Mariotte và charler-Gray-LussacPT trạng thái KLTMột vài phương pháp xđ KLPT và ĐlượngHUI© 2006General Chemistry:Slide 9 of 56Những phát minh đầu tiênWhat is the Chemistry?	“Chemistry is the science that describes matter – its properties, the changes it undergoes, and the energy changes that accompany those processes.”Lavoisier 1774	Law of conservation of mass Proust 1799	Law of constant composition Dalton 1803-1888 	Atomic Theory HUI© 2006General Chemistry:Slide 10 of 56Nguyên tử và phân tửDalton’s Atomic TheoryEach element is composed of small particles called atoms.Atoms are neither created nor destroyed in chemical reactions.All atoms of a given element are identicalCompounds are formed when atoms of more than one element combineHUI© 2006General Chemistry:Slide 11 of 56Nguyên tử và phân tửNguyên tử: Phần tử nhỏ nhất của một nguyên tố tham gia vào thành phần phân tử các đơn chất và hợp chất.Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của một nguyên tố hố học khơng thể chia nhỏ hơn nữa về mặt hố học. Nguyên tử của các nguyên tố cĩ kích thước và khối lượng khác nhau. Nếu xem nguyên tử như hình cầu thì bán kính của nguyên tử hyđro là 0,34A0 (1 anstrom bằng 10–8 cm ), của nguyên tử iot bằng 1,33Ao...HUI© 2006General Chemistry:Slide 12 of 56Nguyên tử và phân tửVí dụ về nguyên tửHUI© 2006General Chemistry:Slide 13 of 56Nguyên tử và phân tửPhân tử: 	Là tiểu phân nhỏ nhất của một chất cĩ tất cả tính chất hố học của chất đĩ. 	Biểu diễn phân tử của 1 chất bằng cơng thức hố học bao gồm tất cả các kí hiệu hố học các nguyên tố tạo nên phân tử của chất đĩ cùng các chỉ số ghi phía dưới bên phải của kí hiệu để chỉ số nguyên tử của nguyên tố đĩ.	Phân tử hợp chất và phân tử đơn chấtHUI© 2006General Chemistry:Slide 14 of 56Nguyên tử và phân tửVí dụ về phân tửHUI© 2006General Chemistry:Slide 15 of 56Hạt nhân nguyên tửHạt nhân nguyên tử gồmproton(p) cĩ khối lượng 1,671.10 –24 g (1,00728 đvc) và cĩ điện tích theo quy ước proton mang điện tích dương(+1). Notron (n) cĩ khối lượng bằng proton nhưng khơng mang điện tích. Số proton luơn bằng số electron và quyết định điện tích hạt nhân. Tổng số (p)+(n) quyết định khối lượng của nguyên tử và được gọi là số khốiHUI© 2006General Chemistry:Slide 16 of 56Hạt nhân nguyên tửRutherfordprotons 1919James Chadwickneutrons 1932 HUI© 2006General Chemistry:Slide 17 of 56Nguyên tố hĩa học, đồng vịNguyên tố hố hoc. Nguyên tố hĩa học là tập hợp các nguyên tử cĩ cùng điện tích hạt nhân. Nhiều nguyên tố là hỗn hợp của một số đồng vị. Như oxy cĩ 3 đồng vị :16O8 , 17O8 18O8 với tỷ lệ 3150:1:5. Khí hyđro thiên nhiên là hỗn hợp của 2 đồng vị 1H1 (proti) và 2H1 (đơtơri 2D1) với tỷ lệ 5000:1.HUI© 2006General Chemistry:Slide 18 of 56Ví dụ: Bao nhiêu proton, neutron và electron cho mơi nguyên tử sau	 O C	 C	2.3 Atomic DiversityNguyên tử với cùng số proton, nhưng khác số netron.16 812 614 6Đồng vịKí hiệu nguyên tửSố khốiSố nguyên tử, số pĐồng vị.HUI© 2006General Chemistry:Slide 19 of 56Hạt nhân nguyên tử và Đồng vịA= Số khối	= N + ZZ = Số điện tích dương, điện tích HN, số Proton trong hạt nhânVới mỗi nguyên tố: proton là cố định (Z) và số N cĩ thể thay đổiHUI© 2006General Chemistry:Slide 20 of 56Examples:	O	C	C 	16 812 614 66 protons, 6 neutrons, 6 electrons6 protons, 8 neutrons, 6 electrons8 protons, 8 neutrons, 8 electronsXAZĐồng vịNguyên tử với cùng số proton, nhưng khác số netron.HUI© 2006General Chemistry:Slide 21 of 56Ví dụ Đồng vịHUI© 2006General Chemistry:Slide 22 of 56Chất hĩa học, đồng phân, đồng hìnhChất là dạng đồng thể cĩ cùng tính chất vật lý và hĩa học được cấu tạo cùng một loại phân tử hay nguyên tửĐơn chất là những chất mà phân tử của chúng cĩ cùng loại nguyên tử như khí H2 , O3 , S, Fe,Hợp chất là những chất mà phân tử của chúng bao gồm hai hay nhiều nguyên tử khác nhau như CO, CO2, NH3, HNO3, HClHUI© 2006General Chemistry:Slide 23 of 56Chất hĩa học, đồng phân, đồng hìnhDạng thù hình. Một nguyên tố hố học cĩ thể tồn tại 2 hay nhiều đơn chất khác nhau gọi là hiện tượng thù hình và các đơn chất được gọi là dạng thù hình.Khi ở trạng thái kết tinh dạng thù hình đồng thời cũng là dạng đa hình. Hiện tượng đồng hình. Các chất tinh thể khác nhau cĩ thể kết tinh dưới cùng dạng tinh thể cĩ mạng tt giống nhau. Ví dụ CaCO3, FeCO3 , MgCO3 đều kết tinh cùng một loại mạng tinh thể( mạng tam phương mặt thoi). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đồng hình HUI© 2006General Chemistry:Slide 24 of 56VD: Hiện tượng đồng hìnhCu3Auα ReO3HUI© 2006General Chemistry:Slide 25 of 56Đồng phân, ký hiệu hĩa học, PTHHĐồng phân. Những chất hố học khác nhau nhưng cĩ cùng cơng thức phân tử gọi là những chất đồng phân. Như vậy chỉ đơn thuần thành phần chưa đủ để xác định 1 hợp chất hố học mà phải kể đến cấu tạo phân tử của nĩ. Trong hĩa học đặc biệt hĩa học hữu cơ để biểu thị một chất hố học nhất thiếc phải dùng đến cơng thức cáu tạo.Ví dụHUI© 2006General Chemistry:Slide 26 of 56Ký hiệu hĩa học, PTHHKí hiệu hố học.Mổi nguyên tố hĩa học được kí hiệu bằng chữ cái đầu hay hai chữ cái trong tên Latinh của nguyên tố đĩ Mổi kí hiệu hố học của nguyên tố đồng thời chỉ 1 nguyên tử của nguyên tố đĩ.Cơng thức dùng biểu thị các chất (phân tử), ví dụ: hidro (H2)PTHH: Dùng để biểu thị các phản ứng hĩa học bằng cơng thức HHPhân loại phản ứng hĩa họcHUI© 2006General Chemistry:Slide 27 of 56Phản ứng hĩa họcPhản ứng kết hợp: C + O2  CO2Phản ứng phân hủy: CaCO3  CaO + CO2Phản ứng thế: Fe + CuSO4  FeSO4 + CuPhản ứng trao đổi: AgNO3 + NaCl  AgCl + NaNO3Phản ứng tỏa nhiệt: H2 + Cl2  2HCl H = - 2,3kJPhản ứng thu nhiệt: N2 + O2  2NO H = + 90,4kJPhản ứng một chiều: 2KClO3  2KCl + 3O2Phản ứng hai chiều: N2 + 3H2  2NH3Phản ứng oxy hĩa khử: 2FeCl3 + SnCl2  FeCl2 + SnCl4HUI© 2006General Chemistry:Slide 28 of 56PTHH2 NO + 1 O2 → 2 NO22 (14 + 16)g 32 g 2 (14 +32)g HUI© 2006General Chemistry:Slide 29 of 56Khối lượng NT, PTKhối lượng nguyên tử. Trước đây người ta thống nhất lấy khối lượng nguyên tử hyđro và sau là lấy 1/16 khối lượng nguyên tử oxy làm đơn vị đo. Từ 1961 đến nay người ta thống nhất lấy 1/12 khối lượng của nguyên tử đồng vị C12 làm đơn vị đo nĩ bằng 1,66054.10–24 g= amu.Khối lượng nguyên tử: tỉ số khối lượng nguyên tử của nĩ với 1/12 phần khối lượng của nguyên tử cacbon Ví dụ: mnguyên tử (O) = HUI© 2006General Chemistry:Slide 30 of 56Khối lượng NT, PTKhối lượng phân tử của một chất là tỉ số khối lượng phân tử của nĩ với 1/12 phần khối lượng của nguyên tử cacbonKhối lượng phân tử của một chất là khối lượng một phân tử của chất đĩ tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử và bằng tổng khối lượng nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử.Ví dụ; H2O là 18,0152 đvc của NH3 là 17,0304 đvcNguyên tử gam. “ Nguyên tử gam là lượng của 1 nguyên tố được tính bằng gam cĩ giá trị về số bằng khối lượng nguyên tử của nguyên tố đĩ.” Ví dụ một nguyên tử gam của Fe bằng 55,847g, một nguyên tử gam của O là 15,9994g, một nguyên tử gam của Cu là 63,546gHUI© 2006General Chemistry:Slide 31 of 56Phân tử gam. “Phân tử gam là lượng chất được tính ra gam và cĩ giá trị về số bằng khối lượng phân tử của chất đĩMol: là đơn vị đo lượng chất, 1 mol bất kỳ đều chứa số tiểu phân như nhau (số Avogadro)NA = 6.02214199 x 1023 mol-1 * Khối lượng phân tử H2O bằng 18 đv.C  Khối lượng mol phân tử H2O bằng 18g. * Khối lượng phân tử CO2 bằng 44 đv.C  Khối lượng mol phân tử CO2 bằng 44gHUI© 2006General Chemistry:Slide 32 of 56Khối lượng mol phân tử: là khối lượng tính bằng gam c ủa 1 mol phân tử chất đĩ.Khối lượng mol nguyên tử: là khối lượng tính bằng gam của 1 mol nguyên tử đĩ.Tương tự: khối lượng mol ion	Cách biểu thị một lượng chất KL m gam qua molHUI© 2006General Chemistry:Slide 33 of 56Định luật căn bảnĐịnh luật thành phần khơng đổi: Một hợp chất dù được điều chế bằng cách nào đi nữa bao giờ cũng cĩ thành phần xác định và khơng đổi.Ví dụ: H2O dù điều chế bằng cách nào khi phân tích thành phần đều cho tỷ lệ 11,1% : 88,9% hay 1g : 8g. NaCl: cĩ 39,34% Na và 60,66% ClTrừ trường hợp các khuyết tật trong mạng tinh thểHUI© 2006General Chemistry:Slide 34 of 56Định luật tỷ lệ bội: Nếu hai nguyên tố kết hợp với nhau cho một số hợp chất thì ứng với cùng một khối lượng nguyên tố này, các khối lượng nguyên tố kia tỷ lệ với nhau như những số nguyên đơn giản.Ví dụ: Nitơ kết hợp với oxi tạo thành năm oxit cĩ cơng thức phân tử lần lượt là: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, nếu ứng với một đơn vị khối lượng nitơ thì khối lượng của oxy trong các oxit đĩ lần lượt là: 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 hay 1 : 2 : 3 : 4 : 5HUI© 2006General Chemistry:Slide 35 of 56Nitrogen oxideNitrogen dioxideDinitrogen oxideDinitrogen trioxideDinitrogen pentoxideHUI© 2006General Chemistry:Slide 36 of 56Định luật căn bảnĐịnh luật bảo tồn KLTổng khối lượng các sản phẩm thu được đúng bằng tổng khối lượng các chất ban đầu đã tác dụng.Ví dụ: Chú ý khi phản ứng thu hoặc tỏa nhiệtHUI© 2006General Chemistry:Slide 37 of 56Định luật đương lượng. “Đương lượng của một nguyên tố là số phần khối lượng của nguyên tố đĩ kết hợp (thay thế) hết với 1,008 phần khối lượng của hyđro hoặc 8 phần khối lượng của oxy Ví dụ đương lượng của hyđro là ĐH=1,008, ĐO=8 Trong các phản ứng hố học “các nguyên tố kết hợp với nhau hoặc thay thế nhau theo các khối lượng tỷ lệ với đương lượng của chúng” Khối lượng chất A là mA gam phản ứng hết với mB gam chất B.Nếu gọi đương lượng chất A và chất B lần lược ĐA và ĐB thì theo định luật đương lượng ta cĩ:HUI© 2006General Chemistry:Slide 38 of 56Đương lượng của nguyên tố A cĩ liên hệ đơn giản sau:Trong phản ứng trao đổi Z= số nguyên tử H(OH) của 1 pt axit (bazơ) thực tế tham gia phản ứngMuối: Z= tổng điện tích dương phần kim loạiPhản ứng oxi hĩa Z= số e mà 1 pt chất khử cho và ngược lạiHUI© 2006General Chemistry:Slide 39 of 56Ví dụ: đương lượng của axit H2SO4 trong hai phản ứng sau H2SO4 + NaOH 	NaHSO4 + H2O (1) ĐH2SO4 = 98/1 = 98 H2SO4 + 2NaOH 	Na2SO4 + 2H2O (2) 	 Đ H2SO4 = 98/2 = 49Fe2(SO4)3 + 6NaOH  2Fe(OH)3 + 3Na2SO4ĐFe2(SO4)3 = 400/6 = 66,662FeCl3 + SnCl2  FeCl2 + SnCl4HUI© 2006General Chemistry:Slide 40 of 56Đương lượng gam: của một đơn chất hay hợp chất là lượng chất đĩ được tính bằng gam cĩ trị số bằng đương lượng của nĩ.Mối liên hệ giữa số gam (m) và số đương lượng gam (n’) của một chất cĩ đương lượng Đ theo biểu thức sau: HUI© 2006General Chemistry:Slide 41 of 56D. Avogadro’s LawTrong cùng điều kiện T & P 	nhưững thêr tích bằng nhau (V1=V2) của chất khí khác nhau đều chứa cùng số phân tử như nhau (N1=N2)At STP [Standard Temperature and Pressure; 1.00 atom and 0 oC (273 K)] 1.00 mole = 22.4 L22.4 L is a little larger than a basketball.HUI© 2006General Chemistry:Slide 42 of 56D. Avogadro’s Law 9 atoms and 9 tri-atomic molecules occupy the same volume (STP)How many L would 5.6 g of He occupy at standard temperature and pressure (STP)?Note: 22.4L = 1 mole gas only at STP.5.6g He x 1.0mol He x 22.4 L = 31 L He	 4.0g He 1.0 molHUI© 2006General Chemistry:Slide 43 of 56Định luật thể tíchThể tích các khí tham gia phản ứng tỷ lệ với nhau và cũng tỷ lệ với thể tích các sản phẩm khí của phản ứng như những số nguyên đơn giảnHUI© 2006General Chemistry:Slide 44 of 56Định luật chất khíA. Boyle-Mariotte’s Law- In 1601 Robert Boyle noted that the volume of a fixed amount of gas at a given temperature was inversely related to the pressure.	V = k x 1/P where k is a constant; PV = k orP2V2 = P1V1Example: 2.3 L of gas at 3.0 atm is expanded into 	a 5.0 L container. What is the new P?	P2 = P1V1/V2 = (3.0atm)(2.3L)/5.0L = 1.4 atmHUI© 2006General Chemistry:Slide 45 of 56Gas LawsB. Charles Law- In 1787 Jacques Charles noted a relationship between the volume of a given gas and temperature.For a given amount of gas at constant pressure, following is true (in absolute K): 	 V = k x T or V/T = k	V2/T2 = V1/T1 Where T is in the Kelvin scaleExample: 2.1 L of a gas at 300. K is cooled to 100. K. What will be the new volume.V2 = V1T2/T1 = (2.1L) (100.K)/300.K = 0.70 LHUI© 2006General Chemistry:Slide 46 of 56Gay-Lussac’s lawJoseph-Louis Gay-Lussac, 1778-1850V are constant :   Example: If in a closed container 1 liter of a gas at 300K (27 °C) has a pressure of 1 bar heating the sample to 600 K (327 °C) the pressure will rise to 2 bar. HUI© 2006General Chemistry:Slide 47 of 56 Định luật khí V α T & V α 1/PV α T/P 	V = k x T/P k = PV/T	P2V2 = P1V1 T2 T1 - Note: a) all units must be same on both sides of the equation, & b) T must be in K.HUI© 2006General Chemistry:Slide 48 of 56Khí lý tưởng	 V α n 	V α T	 	V α 1/P 	V α n x T / P; V = k x n x T/P; Let k = RV = RnT/P or PV = nRT Định luật khí lý tưởngR = 0.0821 L x atm / (K x mol) when P in atmR = 8.31 J / (K x mol) 	 when P in Pa & V in m3R= 62400 mmHg/mol x K nếu P=mmHg, V =mlĐịnh luật này được kết hợp từ ba định luật khí độ chính xác ~ 10% tại T & P thường.HUI© 2006General Chemistry:Slide 49 of 56Bài tập áp dụng	1) What is P of 0.51 mol O2 in 15 L at 303 K?P = nRT/V = 0.51mol x 0.0821Latm/(Kmol) x 303K / 15 L	= 0.84 atm	2) What is V of 28.0 g of CO at 760 Torr and 0 oC?	n= 28.0 g CO x 1 mol / 28.0 g CO = 1.00 mol CO	T= 0 + 273 = 273 K	P= 760 Torr x 1 atm / 760 torr = 1.00 atmV = nRT/P = 1.00mol x 0.0821Latm/Kmol x 273K / 1.00 atm	= 22.4 L	HUI© 2006General Chemistry:Slide 50 of 56Định luật G. DaltonPT = P1 + P2 + P3 + .. Total pressure = sum of partial pressures of all gases present.Mole fraction of a gas = Pressure fraction of the gas	x1 = n1/nT = P1/PT or P1 = x1 x PTHUI© 2006General Chemistry:Slide 51 of 56Định luật G. Dalton- Nếu khí đươc thu qua nước: PT = Pgas + PH2OHUI© 2006General Chemistry:Slide 52 of 56Phương pháp xác định KLPT và ĐLTheo phương trình trạng thái của KLTPhương pháp Duylong – Peti . “Nhiệt dung nguyên tử của một đơn chất rắn gần bằng 26J/mol”. A.C = 26 Ví dụ nhiệt dung riêng của Fe là 0,463J/g nên khối lượng nguyên tử Fe là: AFe = 26/0,463 = 56,1Phương pháp đốt cháy đối với các hợp chất HC HUI© 2006General Chemistry:Slide 53 of 56Scale of AtomsUseful units:1 amu (atomic mass unit) = 1.66054 x 10-24 kg1 pm (picometer) = 1 x 10-12 m1 Å (Angstrom) = 1 x 10-10 m = 100 pm = 1 x 10-8 cmThe heaviest atom has a mass of only 4.8 x 10-22 g and a diameter of only 5 x 10-10 m.