Bai tap hoa hoc dai cuong PDF

Preview

Summary

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM LÂM NG C THI M (Ch biên) TR N HI P H BÀI T,P m HÓA H.C ð0I CƯƠN m H H óa h c lý th u y t c ơ s ) (In l4n th5 II) f ?Ríf:NGSAíBpCG<VHMƠN I TRuHGs T M ĨH Ô ^S T « n ì t ij\ E ŨZZlMÊ4M~l ¡PH IPH ÒÒ HHCC? ? CCrBCO r ì ! O T TPPÌ H Ì HHHì Ì NHÀ XU T B N Đ I H C QU .C GIA HÀ N I W...

Description

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

LÂM NG C THIM (Ch biên) TR N HIP H 

BÀI TẬP m

HÓA HỌC ðẠI CƯƠN m

H

ịH ó a h ọ c l ý th u y ế t c ơ s ở ) (In lần thứ II)

f ?RífỜNGSAíBpCGỰVHMƠN ị I TRuHGs TẤM ĨH Ô ^S Tỉ« n ì t Ệ i j \

ị ị

¡PH Ì HHHì Ì IPH ÒÒ HH CC? ? CCrỉẮO r ì Ấ O T TPPÌ H

ŨZZlMÊ4M~l

NHÀ XU T BN ĐI H C QU.C GIA HÀ N I

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

L ời N ó i ð Ầ U

Thông thường giữa lý thuyết và bài tâppj của một môn học bao giờ cũng ñược gắn kết chặt chẽ với nhau. ð ể làm ñược các dạng bài tập người học phải hiểu kỹ ỉý thuyết và biết cách vận dụng nó vào từng trường hợp cụ thể, k ể cả các phép chuyển ñổi ñơn vị tính lẫn thủ thuật giải toán. Cuốn B à i tâ p hóa học ñ a i cư ơng (H óa hoc lý th u y ết cơ sỏ) nhằm ñáp ứng cấc yêu cầu này. Sách gồm 17 chương gồm hầu hết các vấn ñề lý thuyết cơ sở của hóa học và ñược trình bày dưới dạng bài tập. ơ mỗi chương chúng tôi ỉại phân làm 3 phần nhỏ: A.

Tóm tắt lý thuyết

B.

Bài tập có lời giải

c.

Bài tập chưa có lời giải

Trong chương cuối cùng của sách chủng tôi trích dẫn một s ố ñề thi tuyển sinh và ñáp án của môn học này nhằm giúp cho bạn ñọc ñễ hình dung về một ñề thi tổng hợp và cách giải quyết nó. 3 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

Nội dung cuốn bài tập ñược biên soạn theo ñúng chương trình chuẩn ñã ñược hội ñồng chuyên ngành ðại học Quốc gm Hà Nội thông qua. Các tác giả và N hà xuất bản rất mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của ñộc giả ñ ể lần xuất bản sau ñược hoàn thiện hơn.

Các tác g iả

4 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

MỤC LỤC Trang Khái niệm về thứ nguyên, ñơn vị......................... 7 Một sô'khái niệm chung........... :.................... 13

Chương I. Chương ỈL ^

Nguyên lý I của nhiệt ñộnglựchọc. Nhiệt hóa học.-Tí......................................................... 25

Chương ỈII. ^

Nguyên lý II của

Chương IV. 't

Cân bằng hóa học.-v........................................... 59

Chương V. y

Dung dịch....................................................... 83

Chương VI.

nhiệt ñộng lực họẹX-... 45

J ðộng hóa học.................................................... 119

Chương VII. V^ðiện hóa học.-y................ ............ ................... 139 y* Chương VIII.

Hạt nhân nguyên tử ....................................... 161

Chương IX.

Câu tạo nguyên tử theo quan ñiểm cơ học lượng tử ............................................................. 171

Chương X.

Nguyên tử hidro............................................. 179

Chương XI.

Nguyên tử nhiều

ChươngXII.

electron......................... 193

Hệ thống tuần hoàn các nguyên tô'hóa học.. 203

'ỵ Chương XZ7JÀ/các khái niệm chung về liên kết thuyết VB. 215 Chương X iv ^ y Thuyết MO về liên kết................................

240 5

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

Chương XV. ì Liên kết giữa các phân tử và trong phức chất....................................... ............................ 263 Chương XVI.

Liên kết hóa học trong tinh thể...................... 279

Chương XVII. Một số ñề thi và hưổng ñẫn giải môn hóa học lý thuyết..................................................... 297 Phụ¿ục

370

6 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

KHÁI NIM VÊ TH NGUYÊN, ĐN V

I. T hứ n g u y ên . Các ñại lượng (vật lý) cần ño thường ñược viết dưối dạng một biểu thức toán học và ñược biểu diễn bằng một phương trình thứ nguyên.-Phương trình thứ nguyên có thể xem như một biểu thức toán và ñược biểu diễn bằng các ñại lượng cơ sỏ dưới dạng một tích sô' Tất cả các thứ nguyên của những ñại lượng cần ño trong co' học ñều xuất phát từ 3 ñại lượng cơ sỏ là: Chiểu dài: L; khối lượng: M; thời gian: T. Các ñại lượng này lập thành hệ Li.M.T. 1 f _ ñoạn ñưòng L ! J Ví dụ thứ nguyên cua tốc ñộ[v] = — v ~ — = — = L. I . thời gian T

Thứ nguyên của

L

tốc [a] =

thời gian

Thứ nguyên của lực [F] = khối lượng

X

T gia tốc = M.L.T “2

Thứ nguyên của công (năng lượng) [A] = lực = M.L.T' 2

XL

X

ñoạn ñường

= M.IẴT "2

Như vậy thứ nguyên không chỉ rõ các ñại lượng cần ño ở một ñơn vị cụ thể nào. Một ñại lượng cần xác ñịnh mà ở ñó các thứ nguyên của chúng ñều bị triệt tiêu sẽ dẫn tối ñại lượng ñó không thứ nguyên II. ð ơn vị. Khi ngưòi ta tiến hành ño một; ñại lượng nào ñó

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

tức là muôn so sánh ñại lượng ñó vối ñại lượng cùng loại lấy làm chuẩn ñể so sánh .gọi là ñơn vị ño . Các ñơn vị ño ñược xác ñịnh bởi mẫu chuẩn lưu giữ tại viện cân ño quốc tế. Ví dụ mét là ñơn vị ño chiều dài. ðộ lớn của một ñại lượng vật lý cụ thể mà theo qui ước lấy giá trị bằng số là 1 ñược gọi là ñơn vị của ñại lượng vật lý ñó. Ví dụ: mét, kilogam. Tập hợp các ñơn vị làm thanh một hệ ñơn vị. ðã có một sô" hệ ñơn vị thông dụng như: hệ ĨVĨKS (mét, kilogam, giây); hệ CGS (xăngtimét,'gam, giây)... / Trong thực tế, do thói quen, ổ từng ñịa phương, Ếung vùng 'iãnh thô, ngay cả từng quốc gia người ta sử dụng những ñơn vị rất khác nhau cho cùng một ñại lượng ño. Ví dụ ñơn vị chung cho chiều dài là ĩĩiết, song người Anh lạí dùng Insơ (Inch), phút (foot), trong khi ñó người Việt lại dùng trượng, gang. tấc... Rõ ràng cách dùng này ñã gây khó khăn trong giao lưu quôc tế. Vì vậy cần có một ñơn vị quốc tế chun£. III. H ệ ñơn vị SI. Nhận thấy sự bất lợi về việc sử dụng hệ ñứn vị tùy tiện nên vào tháng 10-1960 tại Hội nghị lần thứ XI về cân ño quốc tế họp ỏ Paris, các nhà khoa học ñã ñi ñến thống nhất cần xây dựng một hệ thông ñơn vị chung quôc tế. ðó là ñơn vị SI (Viết tắt từ chữ Pháp - Système International) Dưới ñây chúng tôi lược ghi một sô chỉ dẫn quan trọng nhất thuộc hệ SI có liên quan ñến việc sử dụng cho các bài tập hóa ñại cương.

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

1 WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

III.l. H ệ ñơn v ị cơ sở

7 ñơn vị chính thuộc hệ SI ðơn vị

Tên ñại lượng

N°

Ký hiệu

Tiếng Việt Tiếng Anh 1

Chiều dài

met

metre

m

2

Thời gian

giây

second

s

3

Khối lượng

kilôgam

kilogram

4

Lượng châ't

moì

mol

kg moỉ

5

Nhiệt ñộ

ken vin

Kelvin

K

6

Cường ñộ dòng ñiện

Ampe

Ampere

A

7

Cường ñộ ánh sáng

nến

Cándela

cd

IỈL2. M ột sô" ñơn vị SI dẩn xuất hay dù n g

Từ 7 ñơn vị cơ sỏ nêu trên ngứòi ta còn có thể ñịnh nghĩa một sô' ñơn vị dẫn xuất thường dung trong hệ SI. Ví dụ: - ðơn vị lực. ðó chính là lực tác dụng lên một vật có khối lượng lkg gây ra một gia tốc bằng lm /s2. ðơn vị dẫn xuất thu ñược ỏ ñây gọi là Newton (N) IN = lkg.m.s "2 - ðơn vị áp suất. Trong ñơn vị SI, áp suai ỉà Pascal -(Pa). Áp suất thu ñược là do ỉực tác dụng lên lP a = lực/diện tích =

m

1

ñơn vị diện tích.

= kg ms"2 /m 2 = kgm- 1s - 2

Dưổi ñây là một số ñơn vị dẫn xuất hay dùng N°

Tên ñại lượng

1

Lực

2

Áp suất

ðơn vị Tiếng ■Tiếng Viêt Anh Niutơn Newton Patean Pascal

Ký hiệu

Theo ñịnh nghĩa

N Pâ

kgm "2 kgm ^s^N /m 2) 9

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

Joule Jun 3 Năng lượng Watt Oát 4 Công suất Culông Coulomb 5 ðiện tích Volt Vôn ðiện th ế 6 Hertz Héc 7 Tần số

J

kgmV" kgm"s_1(i /s) ' As _J/As(j /s) s' 1

w c V Hz

IĨI.3. Một số ñơn vị khác hay sử dụng cần chuyển vể hệ SI Hiện'nay, bên cạnh hệ SI là ñơn vị chính thức, trong hóa học người ta còn dùng một sô" ñơn vị khác không thuộc hệ Sĩ gọi là ñơn vị phi SI. ðể dễ dàng trong quá trình giải các bài tập hóa ñại cương chúng tôi ghi lại ỗ bảng dưới ñây một sô" ñơn vị ngoài hệ thống cùng các hệ sô' chuyển ñổi về hệ SI. Nü 1

Tên ñai lượng vật lý Chiểu ñài

2 3

Thể tích Nhiệt ñộ

4

Thời gian

5

áp suất

6

Năng lượng

7

ðiện tích

8 9

ðơn vi Tiếng Việt Tiếng Anh micromét micrometre nạnomét nanometre Angstrỏm Angstrom lít tu bách phân Phút, giờ átmốtphe bar tor miiimét thủy ngân ec calo oát giờ electronvôn ðơn vị tĩnh ñiện

litre Celsius

Ký hiếu nm nm 0 Ả I ũc

Theo ñịnh nghĩa 10'9m 10 m

minute hour Atmosphere bar torr millimetre Hg

min h atm bar Torr mmHg

10‘W T(K) = í (C)+273,15 60s > 3600s 1,Ọ13.10bPa 105Pa * 1atm 133 322Pa 133,322Pa

erg Calorie Watt hour electron Volt

erg cal w.h eV

10*04.184J 3600J 1,602.10"19J

Unit electrostatical

ues CGS

Lưc

ñyn

dyne

mô men lưỡng cực

ðề bai

Debye

^

2,9979

10_19c

dyn

10'SN

D

^ 10_29C m 2,9979

10 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

III.4. Quan hệ giữa th ứ nguyên và m ột số ñơn vị thường dùng N°

ðại lượng

Phương trình

Thứ nguyên

xác ñịnh

ðơn vị SI

CGS

1

Diện tích

s = /2

L2

m

2

cm 2

2

Thể tích

co II >

ứ

m3

cra3

3

Vận tốc

LT *1

m s' 1

cm s ' 1

4

Gia tốc

l V= — ' t V a =— t

LT' 2

ms

5

Lực

F = ma

MLT' 2

kg m s

6

Áp suất

F p =-

M L'lT "2

7

Khôi lượng riêng Công (năng lượng)

D=— V

Mư*

A = FZ

ML2T*'2

kg m 2 s' 2 g cm 2 s ' 2

N=— t

m l 2t

1kg m‘2 s*3 g cm li s -3

8

Cồng suất

9 10

Tần sô' 1 .-2

s

f =ì T

-3

T 1

.9

cm s ' 2 g cm s ~2

kg m 'V 2 g cm -] s -2 kg m ' 3

s

-1

g cm ' 3

s

-1

IIÍ.5. Các bậc bội, bậc ước so với ñơn vị• cơ sở • « Khi sử dụng hệ SI người ta thường lấy các bậc giản ưốc là ñơn vị bậc bội lOn hay ñơn vị bậc ước 1 0 "n vối n là số nguyên. Bảng dưới ñây ghi lại cách dùng này. Tiếp ngữ ñầu

Kí hiệu quốc tế

Bậc ước

Tiếp ngừ ñầu

Kí hiệu quốc tế

Bậc bội

Deei

d

1 0 '1

Deca

da

101

11 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

Centi

c

1 0 '2

Hecto

h

102

Mili

m

10 "3

Kilo

k

103

Micro

n

1 0 ’6

Mega

M

10e

Nano

n

1 0 ’9

Giga

G

1 0 '1

Pico

P

1 0 ' 12

Tera

T

1 0 12

Fern to

f

1 0 - 15

Peta

P

1 0 15

Exa

E

1 0 18

Atto

a

10-18

12 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

Chng I MT S KHÁI NIM CHUNG

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Theo Rutherford (1911) thì nguyên tử ñược cấu thành bởi hạt nhân gồm prỡton p, và nơtron (n); lớp vỏ gồm các electron quay quanh hạt nhân. Vậy nguỵên tủ gồm: - H ạt nhân với sô" proton là z, ñiện tích q=l,6.10'19c và N là nơtron. Hai ñại lượng này ñược liên hệ với nhau bằng sô' khối A theo hệ thức A = N + z - Lớp vỏ electron có ñiện tích ñúng bằng ñiện tích proton nhưng ngược dấu và khôi lượng electron chỉ bằng 1/1836 khốỉ lượng proton, nghĩa là khôi lượng tập trung ỗ hạt nhân. 2

. ðôl với nguyên tử, người ta ít dùng ñơn vị kg mà dùng

ñơn vị khối lượng nguyên tử (u). ðơn vị này ñược ñịnh nghía như sau: 1

TT 12

1 2 .1 0

:: Na

3

, _-!£>/? ir r 27i kg = 1 ,6 6 . 1 0 kg

13 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

3. Mol là lượng chất chứa cùng một số’ phần tử cấu trúc như 1 mol nguyên tử H} 1 mol phân tử H2, 1 mol ion H+... Từ ñó suy ra: Sô" phần tử cấu trúc có trong sổ" Avogañro: NA= 6,022.10

1

mol của chất chính ỉà hằng

4. Quan hệ giữa khối lượng tương ñối (kltñ) và khô"! lượng tuyệt ñối (KLTð): KLTð =

kỉtñ:

Na Xác ñịnh khối lượng phân tử theo tỷ khối của chất khí. M

a

5. Tỷ khối d của khí A ñốì với khí B là d = —— Mb Ma,

Mb

- khối lượng phân tử của A, B. _

Khí B là không khí thì d = 6

Ma 29

\

. Xác ñịnh khối lượng phân tử theo thể tích moi.

Công thức Boyle Mariotte:

PV PnVn — T T0

p, V, T - áp suất, thể tích, nhiệt ñộ ỏ ñiều kiện thí nghiệm. P0, v 0, T0 - ứng với ñiều kiện tiêu chuẩn: 760mmHg; 22,4ỉ; 273K 7. Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng PV = nRT = — RT M n - sô' mol khí; m- khối lượng khi tính bằng gam (g); M - khối lượng của một moi khí.

14 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

hoăc p = — RT = — RT VM M d - khối lượng riêng của khí. . Nếu có một hỗn hợp khí lý tưỏng ở nhiệt ñộT có thể tích V thì íp suất toàn phần PT của hệ ñược xác ñịnh theo ñịnh luật Dalton 8

PT = X p, hay i PT =^Z n. V P; - Áp suất riêng của khí thứ i ĩiị - Sộ^ mol khí i trong hỗn hợp B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẲI 1.1. Hãy ñiển các sô" liệu cần thiết ỏ những ô trống trong bảng sau ñâv: Kí hiệu nguyên tố Sô" khôi Sô" ñiện tích hạt nhân Sô" p ro ton Sô" electron s 0; A > 0) nếu hệ nhận nhiệt và nhận công từ bên'ngoài. - Nhiệt Q và công A ñược tính là âm (Q < 0 ; A < 0 ) nếu hệ nhưòng nhiệt và sinh công cho bên ngoài. Từ biểu thức (1) ta thấy rằng ñối với hệ cô lập (không trao ñổi gì vói bên ngoài) Q = 0, A = 0, do ñó AU = 0. Vậy trong hệ cô lập nội nảng ñược bảo toàn. 2. Các biểu thức về công và nh a)

>ng một số quá trình

Công

Công do hệ thực hiện cho bêĩì ngoài ñược xác ñịnh bằng phương trình: SA = -pe. ñV Vối Pc là áp suất ngoài, 'dv là biến thiên thể tích. ðối với những biến ñổi vô cùng chậm, có thể xem Pe = p với p là áp suất của hệ do ñó công dãn nở thể tích sẽ là:

1

- Quá trình ñẳng tích dV = 0. Suy ra; Ay = 0 - Quá trình ñẳng áp p = const a

; = -P(V, - v o = -P.AV

26 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

ở2 nên

ðỐI vói hệ ñồng thể của khí lý tưỏng, sự biến thiên thể tích trạng thái 1 và 2 là do sự biến thiên sô" mol ở 2 trạng thái ñó, Ap = -AnRT

(3)

“ Quá trình ñẳng nhiệt (T =const) ñối vối

'■>

_ 2rdV

1

„

mol khí lý tưỏng:

v.>

At = - ÍP.dV = ~RT [— = -RTln — J JV v 71 1 1 Ổ T = const thể tích của khí lý tưỏng tỷ lệ vói áp suất, do ñó: A t = - R T l n - Ì = -R T ln -!^ V, p,

(4)

b) N hiệt và nhiệt dung Nhiệt dung c ñược xác ñịnh như sau: 5Q = ÔQ dt dT Trong ñiểu kiên ñang tích ta có: Cy =

ỖQ

ñT

SQp

và trong ñiều kiện dẳng áp ta có: c = p CỈT Trorig hệ SI, ñơn vị nhiệt ñung là Jun/ñộ. Vận dụng nguyên lý I cho khí lý tưỏng ta có: dư = ÔQ + 5A = ÔQ - P.dV. Với ñiều kiện ñẳng tích dV =. 0; dư = ÔQv - Cv.ñT.

ðôl vối 1 mol khí lý tưỏng: ..

iV A \

67 27

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

Qv = AU = J c vñT = CVỢ2 - T ,) 1

nếu Cv không ñổi trong khọảng nhiệt ñộ từ

ñến T2.

Với ñiều kiện ñẳng áp: dư + PñV = ÔQ hay d(U + PV) = 5QP; ư + PV = H. H là Entanpi; Vậy: dH = 5QP= C.dT hay AH = Qp = j c pdT 1

ðối vổi một mol khí lý tưỏng và Cp không phụ thuộc nhiệt ñộ thì: AH = Qp = Cp (T2 - Ti).

Với ñiều kiện ñẳng nhiệt T = const.

Nội năng u và entanpi H của khí tưỏng chỉ phụ thuộc nhiệt ñộ, không phụ thuộc vào thể tích cũng như áp suất, do ñó: a u t —a h t —0 . Quan hệ giữa Qt) và Qv cùa phản ứng hoá học diễn ra trong pha khí: Qp = Qv + AnRT

(5)

Với An là hiệu giữa sô" mol khí ộ vế phải phương trình phản ứng và số mol khí ở vế trái của phương trình phản ứng. 3. N hiệt của phản ứng hóa học Từ ñịnh luật Hess về nhiệt của phản ứng hoá học có thể rút ra một hệ quả của sự tính nhiệt của phản ứng dựa vào nhiệt hình thành và nhiệt ñốt cháy như sau: >

28 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

I WWW.DAYKEMQUYNHON.COM AHPU= E(AHht) cuối - I(AHkt) ñầu

(6 )

AHpự = Z(AHáe) ñầu - L(AHdc) cuối

(7)

Nhiệt của phản ứng xác ñịnh theo (6 ) và (7) là nhiệt ở nhiệt ñộ không ñổi. Khi nhiệt ñộ thay ñổi thì nhiệt của phản ứng cũng thay ñoi theo. Sự phụ thuộc này ñược biểu thị bằng ñịnh luật Kirchhoff như sau: ( ^ ) = A C P=

2

Cpcuíl- £ C pcr&

Sau khi lấy tích phân ta ñược: T

AHTỉ -A H T] = jACpdT=ACp(T2

)

(8 )

T,

Vối ACp là hằng sô" trong khoảng Tị h> T 2 . Từ nhiệt của phản ứng hóa học có thể tính ñược năng lượng liên kết của các chất có mặt trong phản ứng. AH = z năng lượng liên kết các chất ñầu - ỵ năng lượng liên kết các sản phẩm

(9).

Năng lượng ỉiên kết ở ñây ñược ñịnh nghĩa là năng lượng cần thiết ñể phá vỡ liên kết hóa học ñể tạo ra các nguyên tử tự ño ỏ thể khí. B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI y II .l. Giãn nỏ ñẳng nhiệt 0,850 moi khí lý tưởng từ áp suất 15 atm và nhiệt ñộ 300ƠK tối áp suất latm . Tính công giãn nỏ: 29 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

a) Trong chân không; b) Khi áp suất ngoài không ñổi là

1

atm;

c) Khi quá trình là thuận nghịch. BÀI GIẢI

a) Vì là chân không nên Pư= 0 do ñó A = -PC.AV = 0. b) A = -P p(V2 - V 1). -

2 ~~p7 2

_ _>. v 9 - v x= nRT

V =£51

1

(1

o ----- -

lp2

p,

pj

,

?

^
...