Bài giảng môn Hóa đại cương - Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản

53 trang phuongnguyen 7670

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Hóa đại cương - Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_mon_hoa_dai_cuong_chuong_1_cac_khai_niem_va_dinh_l.ppt

Nội dung text: Bài giảng môn Hóa đại cương - Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản

HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ Học Học MƠN lại lại HỌC từ từ KHƠNG ĐẠT KHƠNG đầu đầu lần 1 THI GIỮA ĐẠT MƠN HỌC TIỂU ĐẠT LUẬN Thi lại (Đối với mơn ĐẠT KHƠNG học lý ĐẠT KHƠNG thuyết) ĐẠT BÀI TẬP Xét vớt ĐẠT TỔNG HỢP (Đối với mơn KHƠNG KHƠNG học thực KHƠNG ĐẠT ĐẠT hành) THI KẾT ĐẠT Thi lại lần 2 THÚC MƠN ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Slide 1 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
QUY ĐỊNH VỀ CÁCH ĐÁNH GIÁ ĐIỂM • Điểm 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). Slide 3 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Giới thiệu về nội dung mơn học • Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản • Chương 2: Cấu tạo nguyên tử • Chương 3: Định luật tuần hồn • Chương 4:Liên kết hĩa học và cấu tạo phân tử • Chương 5: Trạng thái tập hợp của vật chất • Chương 6: Nhiệt động học • Chương 7: Động hĩa học • Chương 8: Cân bằng hĩa học • Chương 9: Cân bằng trong dung dịch lỏng • Chương 10: Điện hĩa học Slide 4 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Tài liệu tham khảo HĐC • Nguyễn Đình Soa, HĐC, ĐHBK HCM • Website: – www.cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/powe r_point/ – /naturalscience/BKC_Homepage.htm Slide 5 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Nội dung • Những phát hiện đầu tiên về hĩa học • Nguyên tử và phân tử • Hạt nhân nguyên tử • Nguyên tố hĩa học và đồng vị • Chất hĩa học, đơn chất, hợp chất • Khối lượng nguyên tử, phân tử, nguyên tử gam, phân tử gam, đương lượng • The Mole • Ký hiệu, cơng thức hĩa học, phương trình HH Slide 7 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Các định luật cơ bản • Định luật bảo tuàn khối lượng • ĐL thành phần khơng đổi • Định luật tỷ lệ bội • ĐL đương lượng • ĐL thể tích • ĐL Avơgadro và số Avogadro • ĐL Boy-Mariotte và charler-Gray-Lussac • PT trạng thái KLT • Một vài phương pháp xđ KLPT và Đlượng Slide 8 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Những phát minh đầu tiên • What 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 Slide 9 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Nguyên tử và phân tử Dalton’s Atomic Theory  Each element is composed of small particles called atoms.  Atoms are neither created nor destroyed in chemical reactions.  All atoms of a given element are identical  Compounds are formed when atoms of more than one element combine Slide 10 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Nguyên tử và phân tử • Nguyên 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 Slide 11 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Nguyên tử và phân tử • Phân 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 chất Slide 13 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Hạt nhân nguyên tử • Hạt nhân nguyên tử gồm – proton(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 khối Slide 15 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Nguyên tố hĩa học, đồng vị • Nguyên 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 16 số đồng vị. Như oxy cĩ 3 đồng vị : O8 , 17 18 O8 O8 với tỷ lệ 3150:1:5. Khí hyđro 1 thiên nhiên là hỗn hợp của 2 đồng vị H1 2 2 (proti) và H1 (đơtơri D1) với tỷ lệ 5000:1. Slide 17 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
2.3 AtomicĐồng vị .Diversity Đồng vị Nguyên tử với cùng số proton, nhưng khác số netron. Số khối→ A X Kí hiệu nguyên tử Số nguyên tử, số p→ Z Ví dụ: Bao nhiêu proton, neutron và electron cho mơi nguyên tử sau 16 12 14 8 O 6 C 6 C Slide 18 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Hạt nhân nguyên tử và Đồng vị • A= Số khối = N + Z • Z = Số điện tích dương, điện tích HN, số Proton trong hạt nhân • Với mỗi nguyên tố: proton là cố định (Z) và số N cĩ thể thay đổi Slide 19 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
A ZX Examples: 16O 8 8 protons, 8 neutrons, 8 electrons 12C 6 6 protons, 6 neutrons, 6 electrons 14C 6 6 protons, 8 neutrons, 6 electrons Đồng vị Nguyên tử với cùng số proton, nhưng khác số netron. Slide 20 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Chất hĩa học, đồng phân, đồng hình • Chất là dạng đồng thể cĩ cùng tính chất vật lý và hĩa học được cấu tạo cùng một loại phân tử hay nguyên tử • Đơn 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, HCl Slide 22 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Chất hĩa học, đồng phân, đồng hình • Dạng 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 Slide 23 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Đồng phân, ký hiệu hĩa học, PTHH • Đồng 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 dụ Slide 25 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Ký hiệu hĩa học, PTHH • Kí 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 HH Phân loại phản ứng hĩa học Slide 26 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Phản ứng hĩa học • Phản 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 + NaNO3 • Phản ứng tỏa nhiệt: H2 + Cl2 → 2HCl H = - 2,3kJ • Phản ứng thu nhiệt: N2 + O2 → 2NO H = + 90,4kJ • Phản ứng một chiều: 2KClO3 → 2KCl + 3O2 • Phản ứng hai chiều: N2 + 3H2 → 2NH3 • Phản ứng oxy hĩa khử: 2FeCl3 + SnCl2 → FeCl2 + SnCl4 Slide 27 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Khối lượng NT, PT • Khối 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 2,66 10 −23 Ví dụ: m (O) = 16 (đvk ln t) nguyên tử 1,66 10 −24 Slide 29 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Khối lượng NT, PT • Khối lượng phân tử của một chất là tỉ số khối lượng phân tử của nĩ với 1/12 phần khối lượng của nguyên tử cacbon – Khối 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 đvc • Nguyên 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 63,546g Slide 30 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Phân 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 đĩ • Mol: là đơn vị đo lượng chất, 1 mol bất kỳ đều chứa số tiểu phân như nhau (số Avogadro) 23 -1 NA = 6.02214199 x 10 mol • * 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 44g Slide 31 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Khối 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 Số gam nguyên tố (m) Số mol nguyên tố(n) = Khối lượng mol nguyên tử (A) Số gam chất (m) Cách biểu Số mol chất (n) = Khối lượng mol phân tử (M) thị một lượng chất Số gam ion(m) Số mol ion(n) = KL m gam Khối lượng mol ion qua mol Slide 32 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Định luật căn bản • Định 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% Cl – Trừ trường hợp các khuyết tật trong mạng tinh thể Slide 33 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Định 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 : 5 Slide 34 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Dinitrogen oxide Nitrogen oxide Dinitrogen trioxide Nitrogen dioxide Dinitrogen pentoxide Slide 35 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Định luật căn bản • Định luật bảo tồn KL – Tổng 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 nhiệt Slide 36 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Định 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: mD AA= mDBB Slide 37 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Đương lượng của nguyên tố A cĩ liên hệ đơn giản sau: Khối lượng nguyên tử A ĐA = • Trong phản ứng trao đổi Z= Số oxi hóa Z số nguyên tử H(OH) của 1 pt axit (bazơ) thực tế tham gia phản ứng • Muối: Z= tổng điện tích dương phần kim loại Khối lượng nguyên tử A Đ = • Phản ứng oxi hĩa Z= số e A Số oxi hóa Z mà 1 pt chất khử cho và ngược lại Slide 38 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Ví 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 = 49 • Fe2(SO4)3 + 6NaOH → 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4 • ĐFe2(SO4)3 = 400/6 = 66,66 • 2FeCl3 + SnCl2 → FeCl2 + SnCl4 M M Đ = FeCl3 = 162,5 tương tự Đ = SnCl 2 = 94,85 FeCl3 1 SnCl 2 2 Slide 39 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
• Đương 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: Số gam (m) Sốđương lượng gam (n') = Đương lượng (Đ) ĐA mA mA mB = hay = n'A = n'B ĐB mB ĐA ĐB Slide 40 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
D. Avogadro’s Law - Trong 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 L - 22.4 L is a little larger than a basketball. Slide 41 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
D. 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 mol Slide 42 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Định luật thể tích • Thể 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 giản Slide 43 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Định luật chất khí A. 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 or P2V2 = P1V1 - Example: 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 atm Slide 44 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Gas Laws B. 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 scale Example: 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 L Slide 45 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Gay-Lussac’s law Joseph-Louis Gay-Lussac, 1778-1850 V 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. Slide 46 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Định luật khí V α T & V α 1/P V 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. Slide 47 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Khí 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 = R V = RnT/P or PV = nRT Định luật khí lý tưởng R = 0.0821 L x atm / (K x mol) when P in atm R = 8.31 J / (K x mol) when P in Pa & V in m3 R= 62400 mmHg/mol x K nếu P=mmHg, V =ml Định luật này được kết hợp từ ba định luật khí độ chính xác ~ 10% tại T & P thường. Slide 48 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Bài 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 atm V = nRT/P = 1.00mol x 0.0821Latm/Kmol x 273K / 1.00 atm = 22.4 L Slide 49 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Định luật G. Dalton PT = 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 PT Slide 50 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Phương pháp xác định KLPT và ĐL • Theo phương trình trạng thái của KLT • Phương 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 = 56,1 • Phương pháp đốt cháy đối với các hợp chất HC Slide 52 of 56 General Chemistry: HUI© 2006
Scale of Atoms The heaviest atom has a mass of only 4.8 x 10-22 g and a diameter of only 5 x 10-10 m. Useful units:  1 amu (atomic mass unit) = 1.66054 x 10-24 kg  1 pm (picometer) = 1 x 10-12 m  1 Å (Angstrom) = 1 x 10-10 m = 100 pm = 1 x 10-8 cm Slide 53 of 56 General Chemistry: HUI© 2006