………… o0o…………

ĐH Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng GIÁO TRÌNH HÓA ĐẠI CƯƠNG


ng thành hoá nng ã a ra các phng pháp tính, quy lut bin i th
in cc, in phân và trên c s ó ã nêu lên mt s ng dng c bn ca các quá
trình in hoá.
Giáo trình này c biên son ln u tiên nên chc chn còn nhiu thiu sót. Tác
gi rt mong nhn c các ý kin nhn xét ca các bn ng nghip, anh ch em sinh
viên và các c gi.

à N
ng 7 - 2006
ào Hùng Cng

2
Mc lc

Trang
Chng 1. M u 1
1.1. Hoá hc và nhim v ca hoá hc 2
1.2. Mt s khái nim c bn trong hoá hc 2
1.3. Mt s n v o trong hoá hc 2

Chng 2. Cu to nguyên t 6

6.1. Vn tc phn ng hoá hc 65
6.2. Các yu t nh hng n vn tc phn ng 66

Chng 7. Cân bng hoá hc và cân bng pha 70
7.1. Cân bng hoá hc 70
7.2. Hng s cân bng 70 3

7.3. S chuyn dch cân bng.
Nguyên lý chuyn dch cân bng Le Chatelier 72
7.4. Cân bng pha 75

Chng 8. Dung dch 78
8.1. Mt s khái nim chung 78
8.2. Tính cht ca dung dch cht không in li 86
8.3.Tính cht ca dung dch cht in li 90
8.4. Thuyt axít - baz 95
8.5. Cht ch th màu 103
8.6. Tích s hoà tan 104
8.7. Dung dch keo 105

Ch
ng 9. Phn ng oxi hoá kh và in hoá 110
9.1 Phn ng ôxi hoá kh. Cp ôxi hoá - kh 110
9.2. Th ôxi hoá kh trong dung dch. th tiêu chun 110
9.3. Qúa trình bin i hoá nng thành in nng 120
9.4. Pin và acquy 126
9.5. n mòn in hoá và cách chng n mòn in hoá 129


1.1. HOÁ HỌC VÀ NHIỆM VỤ CỦA HOÁ HỌC:

Hoá hc là mt trong nhng môn khoa hc c bn nghiên cu các quy lut và hình
thc vn ng, bin i ca th gii t nhiên: trong quá trình phn ng hoá hc mt cht
b mt i và thay vào ó là xut hin mt cht mi. Trong quá trình này va xy ra s
bin i thành phn ca hp cht (thay i thành phn nguyên t ca phân t), va xy ra
s thay i v cu to ca phân t.
Do vy, nhim v ca hoá hc là nghiên cu các hình thc vn ng, các quy lut
bin i ca vt cht  trên c s ó tìm cách iu khin chúng.
Các quá trình hoá hc xy ra luôn kèm theo các hin tng vt lý. Ví d, ánh sáng
s phát ra khi t cháy magie, nng lng s thoát ra khi t cháy nhiên liu. Trong
nguyên t ganvani, quá trình hoá hc chính là nguyên nhân gây ra dòng in Vì vy
nghiên cu nh
ng hin tng này cng chính là mt trong nhng nhim v ca hoá hc.
Hoá hc còn có mt nhim v rt c bn, quan trng na – ó là thu nhn, tng
hp các hp cht hoá hc phc v thit thc cho i sng con ngi nh: kim loi, hp
kim, phân bón, thuc cha bnh, thuc nhum, hp cht cao phân t, nhiên liu, thu
tinh, cao su, hng liu, thc ph
m
 nc ta hin nay, vic thc hin bn Chng trình trng im Quc gia trong ó
có hai chng trình (công ngh vt liu và công ngh ch bin sau thu hoch) ang t ra
cho ngành hoá hc nhng c hi và thách thc to ln trong quá trình phát trin ca mình.
1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HOÁ HỌC:

1.2.1. Vật chất:
Vt cht là mt khái nim tng quát, chung (ting Latinh: mater rerum – ngi m
ca mi vt). Vt cht tn ti di hai hình thc: cht và trng.
kg, có ngha là
trong 1 gam có cha 6,022.10
23
.v.C. Gía tr 6,022.10
23
c gi là s Avogaro (N
A
).
* Khối lượng nguyên tử tương đối của nguyên tố:
Khi lng nguyên t tng i ca nguyên t là khi lng trung bình tính theo
.v.C ca nguyên t ca nguyên t ó. T giá tr này s tính ra c khi lng nguyên
t kilogam (theo n v SI). Ví d, khi lng tng i ca nguyên t lu hunh bng
32 có ngha là khi lung ca mt nguyên t lu hu
nh là 32 .v.C tng ng vi: 6
1,66.10
-27
kg ´ 32 = 53,12.10
-27
kg.

* Khối lượng phân tử tương đối của hợp chất:
Khi lng phân t tng i ca hp cht là khi lng trung bình tính theo
.v.C phân t ca hp cht. T giá tr này s tính ra c khi lng phân t kilogam
(theo n v SI). Ví d, khi lng phân t tng i ca CaCO
3
bng 100 có ngha là
mt phân t CaCO

1.3.3. Đương lượng:
- ng lng ca mt nguyên t là s lng nguyên t ó có th kt hp hoc thay th
mt mol nguyên t hyro trong phn ng hoá hc.
Ví d, trong các hp cht HCl, H
2
O, PH
3
, CH
4
ng lng ca các nguyên t Cl, O, P,
C ln lt là 1, 1/2, 1/3, 1/4 mol nguyên t ca nguyên t ó.
- Khi lng ng lng () hay còn gi là ng lng khi ca môt nguyên t là
khi lng tính ra gam ca mt ng lng ca nguyên t ó.
- Cách tính ng lng khi:
+ ng lng khi ca mt nguyên t bng khi lng nguyên t (A
Z
) ca
nguyên t ó chia cho hoá tr (n) ca nó: 7

Z
=
n
Z
Α
(1-1)
Trong trng hp nguyên t có nhiu hoá tr thì 
Z

3
PO
4

(M = 98) trong 3 phn ng sau:
H
3
PO
4
+ NaOH = NaH
2
PO
4
+ H
2
O
H
3
PO
4
+ 2NaOH = Na
2
HPO
4
+ 2H
2
O
H
3
PO

(1-5)

1.3.4. Số ôxi hoá
S ôxi hoá (ch s ôxi hoá, bc ôxi hoá) là giá tr in tích nguyên t ca mt
nguyên t có c nu gi s rng tt c các liên kt vi nguyên t ó u là liên kt ion. 8
S ôxi hoá c trng cho kh nng chuyn dch in t t mt nguyên t này sang mt
nguyên t khác. S ôxi hóa có các giá tr âm, dng hoc bng không. S ôxi hoá cao
nht ca mt nguyên t chính bng ch s nhóm mà nguyên t ó chim ch trong bng
tun hoàn Meneleep.
 xác nh s ôxi hoá trong hoá hc ngi ta s dng các quy tc sau:
1. S ôxi hoá các nguyên t trong các n ch
t bng không. Ví d, N
2
, S, Cr ).
2. Kim loi luôn luôn có s ôxi hoá dng. S ôxi hoá ca kim loi kim luôn luôn
bng +1.
3. Hyro luôn có s ôxi hoá +1, tr các hp cht hyrua (NaH, CaH
2
, ) – hyrô có
s ôxi hoá -1.
4. Ôxi luôn có s ôxi hoá bng -2, tr các hp cht peoxit cha nhóm
–O–O– ( H
2
O
2
, Na
2

lut in phân và phát hin ra s tn ti các nguyên t mang in tích dng và mang
in tích âm (các cation và anion).
Kt qu các thc nghim trên ây ã cho thy rng nguyên t c cu to rt
phc tp t mt thành phn là in t mang i
n tích âm và mt phn khác mang in
tích dng. Vy vn  t ra là quan h sp xp nh th nào gia in vi phn mang
in tích dng ca nguyên t?  tr li câu hi này, trên c s ca các thí nghim các
nhà khoa hc ã  ngh các mô hình cu to nguyên t.

2.2. MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ CÓ HẠT NHÂN:

2.2.1. Mô hình Thomson
Thomson nhn thy rng khi dùng mt chùm tia X bn phá qua lá kim loi mng
thì chùm tia X b tán x không ln lm khi hng i ban u. T thí nghim này
Thomson ã  ngh mô hình : Nguyên t là mt hình cu in tích dng c gn vi
nhng ht electron in tích âm. Các phn t tích in dng cng nh các electron phân
tán u trong mt khi cu trên các lp v ng tâm khác nhau. 10

2.2.2. Mô hình Hagaoka :
Hagaoka cho rng nguyên t c cu to ging nh sao Th và các qu o
chuyn ng ca nó. Ngha là gm mt hình cu mang in tích dng và các electron
chuyn ng theo nhng qu o tròn xung quanh.

2.2.3. Mô hình Rozơfo (Rutherforrd).
Rozfo làm thí nghim bn phá qua lá vàng mng bng chùm tia a
(hình 2.1).


Âoí
H
α
Xanh
H
β
Têm
H
γ
Hδ
H
8
nm700 650 600 Hình 2.2 Phổ của nguyên tử hyđro

Mt khác, các nguyên t khác nhau có ph nguyên t hoàn toàn khác nhau.

2.3. MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ CỦA BOHR

2.3.1. Thuyết Planck về lượng tử năng lượng
Nm 1900, khi quan sát hin tng hp th và bc x ánh sáng ca các vt en
tuyt i, Planck nhn thy rng ánh sáng tham gia tng phn nh nng lng vào các
hin tng trên. Nhng phn nh nng lng này Planck gi là các lng t nng lng.
Trên c s ca phát hin này, Planck ã a ra gi thuyt: Nng lng b
c x c gii
phóng hoc hp th di dng nhng nng lng gián on gi là các lng t nng
lng .
 = h =

e = h  = E
n
- E
n
,
(2-3)
Ưu điểm mô hình nguyên tử của Bohr:
- Gii thích c ph vch ca hyro và các nguyên t tng t hyro.
- Tính c bán kính ca nguyên t hyro (r
H
).
Nhược điểm:
- Không gii thích c ph ca các nguyên t phc tp, có nhiu electron và nh hng
ca ph di tác dng ca trng in t.
- Thuyt Bohr có tính cht c oán.

2.4. THUYẾT CƠ HỌC LƯỢNG TỬ VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ:

2.4.1. Tính chất sóng và hạt của ánh sáng:
Vào cui th k th XIX u th k th XX, các nhà khoa hc vt lý ã kt lun
ánh sáng mang tính cht lng tính:
- ánh sáng mang tính cht ht: là tp hp ca các photon (ht) có khi lng m, c xác
nh bng ng nng: e = mc
2
.
- ánh sáng mang tính cht sóng: th hin qua các hin tng nhiu x, giao thoa vi vn
tc truyn sóng: c = lg
Mi quan h tính cht sóng ht (quan h nh nguyên) c biu th bng biu thc
Enstein-Planck sau:
l =

≥
m
h
(2-6)
trong ó: ∆X - sai s phép o ta 
∆V
X
- sai s phép o vn tc
Vì b gii hn bi ≥ h/m nên nu DX càng nh ( phép o ta  càng chính xác)
thì ∆V
X
càng ln (phép o vn tc càng không chính xác).

2.4.4. Khái niệm về cơ học lượng tử:

2.4.4.1. Hàm sóng:
Vì chuyn ng ca electron có tính cht sóng nên c hc lng t biu din s
chuyn ng ca electron trong nguyên t bng hàm sóng
Y (x,y,z,t) trong ó x, y, z là các giá tr to  ca im, t là thi gian. V ý ngha vt lý
ca hàm sóng n nay cha c xác nh nhng i lng Y
2
dV là xác sut tìm
thy ht ti thi im t, trong yu t th tích dV = dxdydz có tâm là M(x,y,z). 14
 din t trng thái tn ti ca electron trong nguyên t ngi ta s dng mô hình
ám mây in t. ám mây in t thng c biu din di dng mt b mt có gii
hn (xác sut tìm thy in t trong gii hn này là khong 90%). Khong không gian
xung quanh ht nhân nguyên t mà  ó xác sut tìm thy in t là ln nh

2
y∂
∂
ψ
+
2
2
z
∂
∂
ψ
m - khi lng ca in t
h - hng s Planck
Nghim ca phng trình sóng Schrodinger là các hàm s Ψ
1
, Ψ
2
, Ψ
3
, Ψ
n
tng
ng vi các mc nng lng E
1
, E
2
, E

1
5
Các s lng t này là nhng tham s trong các nghim ca phng trình sóng
Schrodinger.

2.4.5.1. Số lượng tử chính
Nng lng E
n
tng ng vi nghim Ψ
n
ca phng trình sóng Schrodinger ca
nguyên t hyro có dng:
E
n
= -
22
4
2
hn
em
π
(2-8)
trong ó m – khi lng in t
e - in tích ca in t
n – s nguyên bt k t 1 n ¥ c gi là s lng t chính và c ký hiu
thành các lp tng ng:
S lng t chính n : 1 2 3 4 ∞.
Lp: K L M N
Nh vy, s lng t chính n xác nh nng lng ca các lp in t
. Trng thái

x
s
z
x
y
z
y
x
p
x
p
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
p
z
d
z
2
d
x
2
-y

2 0, 1 2s, 2p
3 0, 1, 2 3s, 3p, 3d
4 0, 1, 2, 3 4s, 4p, 4d, 4f
Nh vy,  lp K (n = 1) các in t ch có duy nht mt hình dng mây in t s
(d
ng hình cu);
 lp L (n = 2) có hai hình dng mây in t s (dng hình cu) và p (dng qu t
ôi);
 lp M (n = 3) có ba hình dng mây in t và có hình dng rt phc tp (hình 2.3).

2.4.5.3. Số lượng tử từ :
S lng t t (m) là s lng t c trng cho s phân b các orbital trong không
gian. ng vi mt giá tr ca l có (2l+1) giá tr ca m. Nó có các giá tr:
m = 0, ±1, ±2, ±3, , ±l
S lng t t xác nh giá tr  ln hình chiu ca momen ng lng M
Z
trên trc z:
M
Z
=
π
2
hm
(2-10)
T s lng t ph l s suy ra m và s orbital (ô lng t) nh sau:
S lng t ph l S lng t t m S ô lng t
0 0 1
1 -1, 0, 1 3
2 -2, -1, 0, 1, 2 5
3 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 7

Nh vy, mt in t trong nguyên t c xác nh bng 4 s lng t: n, l, m, m
s
. Các
s lng t này c trng cho nng lng, th tích, hình dng và spin ca in t. Khi
nguyên t thay i t trng thái lng t này sang trng thái lng t khác thì giá tr ca
các s lng t cng thay i và mây in t s c sp xp li.

2.4.6. Sự phân bố điện tử trong nguyên tử:

S phân b in t trong nguyên t tuân theo hai nguyên lý (nguyên lý Pauli,
nguyên lý bn vng) và quy tc Hun.

2.4.6.1. Nguyên lý Pauli:
Nm 1925, Pauli ã phát biu nguyên lí: Trong mt nguyên t không th có 2 in
t có 4 s lng t hoàn toàn ging nhau.
T nguyên lý Pauli có th d dàng nhn thy rng, trên mt orbital ch có th có 2 in t
vi s spin (-1/2) và (+1/2).
Nh vy, phân lp s (có 1 orbital) ch có th có ti a 2 in t;
p (3 orbital) – 6 in t;
d (5 orbital) – 10 in t;
f (7 orbital) – 14 in t

2.4.6.2. Nguyên lý bền vững:
Trong nguyên t các in t có xu hng chim các ô lng t thuc nhng phân
lp có mc nng lng thp nht. Khi nguyên t có mc nng lng thp nht là nguyên
t ang nm  trng thái bn nht. Trng thái này c gi là trng thái c bn.
S phân b các in t theo nng lng tuân theo quy tc Klexcopxki (hình 2.4)

lp các in t phân b sao cho tng giá tr spin là cc i sao cho s in t t do là
nhiu nht.
Ví d, ba in t ca phân lp np
3
có th phân b vào các orbital theo 4 phng án sau:

↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
1 2 3 4
Theo quy tc Hun, ch có phng án 1 là hp lý.

2.4.6.4. Công thức điện tử:
Công thc in t c vit di hai dng: cu hình in t và cu hình ô lng t.
* Cấu hình điện tử
Dng công thc này c vit theo th t sau:
- Vit s ch s lng t chính tng ng vi mc nng lng ca in t
- Vi
t ch ch phân lp: s, p, d, f,
- Vit ch s tng ng vi tng s in t có trên các phân lp ó. 20
Ví d: 3s
2
tc là trên lp M (n = 3)  phân lp s (l = 0) có 2 in t (phân lp này ã
c làm y).
4d
3
tc là trên lp N (n = 4)  phân lp d (l = 2) có 3 in t (phân lp này
cha c làm y vì s in t bo hoà ca phân lp này là 10 in t).


5
3d
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
2s
2
2p
6
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s
2
↑↓
21
Chương 3
SỰ BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ BẢNG
HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENĐELEEP

3.1. SỰ BIẾN THIÊN
Cu to nguyên t ca các nguyên t hoá hc bin thiên tun hoàn theo quy lut:
C sau s sp xp mt lp in t thì li bt u hình thành mt lp in t mi, tc là s
hình thành ó xy ra có tính chu k.


2
1
s
122
z
y
x
2s
2
2p
1
z
y
x
2p
z
1
2s
2
2p
x
1
2p
y
1
z
y

2p
3
p
s
n = 2
n = 1
8
O1s
2
2s
2
2p
4
p
s

3.1.3. Chu kỳ 3:
 chu k 3 ang xy ra s phân b in t ca lp M (n = 3) gm 8 nguyên t (t
Na n Ar) vi 3 phân lp 3s, 3p và 3d:
23
3p
3s
3d
11

1s
2
2s
2
2p
1
3p
3s
3d
3p
3s
3d

Khác vi chu k 2, phân lp 3d ca chu k này hoàn toàn không có in t.
3.1.4. Chu kỳ 4

 chu k 4 ang xy ra s phân b in t ca lp N (n = 4) gm 18 nguyên t (t
Z =19 n Z = 36). Nhng chu k có t 18 nguyên t tr lên c gi là chu k ln.
 2 nguyên t u ca chu k này ang xy ra s sp xp in t vào phân lp 4s,
trong khi ó phân lp 3d còn hoàn toàn cha có in t:
19
K 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p

6
3d
1
4s
226
Fe 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
6
4s
230
Zn 1s
2
2s
2
2p

48
Cd (Cadimi)
- Dãy 5d:
57
La (Lantan) →
80
Hg (Thu ngân)
2. Nhóm Lantanoit gm 14 nguyên t 4f:
59
Ce (Ceri) →
71
Lu (Lutexi)
3. Nhóm Actinoit gm 14 nguyên t 5f:
90
Th (Thori) →
103
Lr (Lorenxi)

3.1.5. Chu kỳ 5.
Chu k 5 gm có 32 nguyên t. S phân b in t  các lp và phân lp ca chu
k này xy ra tng t nh chu k 4: hai nguyên t u (
37
Rb - Rubidi,
38
Sr - Stroni) in
t phân b trên 5s; sáu nguyên t cui (
49
In - Indi →
54
Xe - Xenon) trên 5p. Gia các

86
Rn - Radon).

3.1.7. Chu kỳ 7.
Chu k 7 c bt u bng hai nguyên t s (
88
Fr - Franxi,
89
Ra - Radi), tip theo
nguyên t d (
89
Ac - Actini), 14 nguyên t f nhóm Actinoit

(
90
Th - Thori →
103
Lr -
Lorenxi), sau ó li tr v các nguyên t d (
104
Rf -

Rutefodi,
105
Db - Dubni,
106
Sg -
Seabrgi). Chu k này n nay vn còn cha hoàn thành.

3.1.8. Nhận xét