Tài liệu giảng dạy hóa đại cương ở đại học chương (3)

Chöông môû ñaàu

Trang 7

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
I. Lịch sử phát triển của hoá học.
Vào các thiên niên kỷ thứ 2 – 3 trước công nguyên, ở Ai cập, lưỡng hà, Trung
quốc người ta đã biết nhiều hợp chất hoá học như các hương liệu, dầu thảo mộc, các
dược liệu, các chất màu như oxyt sắt, son,… Người ta đã biết quá trình bay hơi, lọc, lên
men,… Vào thởi kỳ trung cổ ( thế kỷ 4- 17 ) trong hoá học phát triển trào lưu giả kim
thuật với mục tiêu là biến các kim loại không quí thành vàng, chế thuốc trường sinh và
dung môi vạn năng… Tất nhiên là các cố gắng của họ đều thất bại, tuy nhiên trong suốt
một chục thế kỷ miệt mài họ cũng khám phá ra một số chất hoá học và một số hiện
tượng hoá học còn ghi lại trong tác phẩm và các bài luận văn đầy những lời lẽ thần bí,
khó hiểu.
Khi lịch sử nhân loại bước sang thời kỳ phục hưng ( thế kỷ 14 – 17 ) thì lịch sử
hoá học cũng chuyển sang giai đoạn mới : thời kỳ hoá y học và hoá kỹ thuật. Các nhà
hoá học và thầy thuốc lúc này cho rằng hoá học phải phục vụ đời sống ( chế thuốc và
cải tiến các quá trình sản xuất đặc biệt là quá trình luyện kim ).
Vào thế kỷ 17 trong khi các hiểu biết thực tế về hoá học tích lũy được đã khá
phong phú thì tiến bộ về lý thuyết vẫn rất chậm chạp. Nhu cầu phát triển sản xuất đòi
hỏi các nhà hoá học phải giải quyết nhiều vấn đề. Một trong những vấn đề đó liên quan
tới sự phát triển nhanh chóng ngành luyện kim là nhiệm vụ giải thích một cách khoa học
hiện tượng khử các oxít kim loại.
60 năm đầu thế kỷ 19 là thời kỳ các nhà hoá học liên tục khám phá ra các định
luật đương lượng, tạo cơ sở để hình thành thuyết nguyên tử, phân tử. Việc thiết lập
thuyết nguyên tử - phân tử gắn liền với tên tuổi các nhà bác học Đantôn ( 1766 – 1844 ),
Gay – luytxăc ( 1778 – 1850 ), Beczêliuyt ( 1779 – 1848 ), Avôgadrô ( 1776 – 1856 ),…
đó là việc xây dựng toàn bộ các hệ thống các khái niệm cơ bản của hoá học trên cơ sở
quan niệm của thuyết nguyên tử - phân tử, trong công việc này đặc biệt phải kể đến
công lao của nhà bác học ý Cannizarô ( 1826 – 1910 ).

Từ sau năm 1860, sau khi đã thiết lập thuyết nguyên tử - phân tử, là cơ sở khoa
học của toàn bộ kiến thức hoá học – hoá học bắt đầu một thời kỳ phát triển rực rỡ. Các
ngành khoa học hoá học ( hoá vô cơ, hữu cơ, hoá lý, hoá phân tích,…) phát triển đặc
biệt mạnh mẽ. Chính vào thời kỳ này đã hình thành nhiều lý thuyết nền tảng của hoá
học về nhiệt động lực hoá học, động hoá học, điện hoá học,…
Đầu thế kỷ 20, khi khoa học khám phá ra cấu tạo phức tạp của nguyên tử và phát
triển lý thuyết lượng tử về mối tương tác giữa các nguyên tử khi hình thành và phân huỷ
các mối liên kết hoá học thì hoá học lại bước vào một bước phát triển mới: đi sâu vào
bản chất điện tử của các hiện tượng hoá học.
II. Một số khái niệm cơ bản, định luật cơ bản của hoá học.
1. Một số khái niệm cơ bản.
♦ Nguyên tử: là loại hạt cơ sở để hình thành các chất hoá học. Nguyên tử là phần
nhỏ nhất của một nguyên tố tham gia vào thành phần phân tử các đơn chất và hợp
chất.


Chöông môû ñaàu

Trang 8

Mỗi nguyên tử cấu tạo từ một hạt nhân mang điện tích dương và một hay nhiều
điện tử mang điện tích âm quay chung quanh. Đặc trưng quan trọng nhất của nguyên tử
là điện tích dương của hạt nhân. Mỗi loại nguyên tử được đặc trưng bởi một điện tích
hạt nhân xác định, hợp thành nguyên tố hoá học và có cấu trúc vỏ điện tử giống nhau do
đó có các tính chất hoá học giống nhau.
Trong nguyên tử trung hoà về điện, điện tích dương của hạt nhân bằng tổng điện
tích âm của các điện tử quay chung quanh nó.
Nguyên tử có khả năng nhường bớt hay thu thêm một số điện tử ở lớp ngoài
cùng để tạo thành các ion mang điện tích dương hay âm hoặc cũng có thể bị biến dạng
của nhiều lớp vỏ điện tử do tương tác với các nguyên tử khác. Tuy nhiên trong các quá

trình hoá học, hạt nhân nguyên tử luôn được bảo toàn, và nhờ vậy dù có biến đổi thế
nào đi nữa, nhưng nguyên tử luôn luôn có khả năng phục hồi trở lại trạng thái đầu, tức
là dưới dạng trung hoà điện.
♦ Phân tử: Là phần nhỏ nhất của một chất, có khả năng tồn tại độc lập, có tất cả
tính chất hoá học đặc trưng cho chất đó.
Những tập hợp hữu hạn các nguyên tử có thành phần và cấu trúc xác định. Mỗi
tập hợp như vậy được gọi là một phân tử.
Trong phân tử các nguyên tử liên kết với nhau khá bền. Mỗi phân tử có thể gồm
một hay nhiều nguyên tử cùng loại hay khác loại kết hợp với nhau theo một tỷ lệ nhất
định, một trật tự xác định.
♦ Đơn chất: gồm một hay nhiều nguyên tử cùng một nguyên tố. Ví dụ: natri ( Na ),
hidro ( H2 ), ozon ( O3 ).
♦ Hợp chất: gồm nhiều nguyên tử của các nguyên tố khác nhau. Ví dụ: Nước ( H 2O )
và muối ăn là hai hợp chất.
♦ Nguyên chất hoá học: là một tập hợp gồm những phân tử cùng loại.
♦ Hỗn hợp: bao gồm nhiều loại phân tử.
2. Khối lượng của nguyên tử và phân tử.
Để đo khối lượng của các nguyên tử và phân tử người ta dùng một thứ đơn vị
riêng là đơn vị cacbon viết tắt là đ.v.c.
Đơn vị cacbon bằng 1/12 khối lượng nguyên tử 12C. 12C là đồng vị phổ biến nhất
trong thiên nhiên của nguyên tố cacbon.
Khối lượng nguyên tử hay nguyên tử lượng là khối lượng của nguyên tử tính ra
đơn vị cacbon. Ví dụ nguyên tử hidro có khối lượng bằng 1,00797 đ.v.c ( trong phép
tính hoá học thông thường có thể coi ≈ 1 đ.v.c ). Cứ một đơn vị cacbon là 1,6607.10 -24
gam.
Khối lượng phân tử hay phân tử lượng là khối lượng của phân tử tính ra đ.v.c.
Ví dụ phân tử nước có khối lượng bằng 18,01534 đ.v.c (trong phép tính hoá học thông
thường có thể coi ≈ 18 đ.v.c).
Nguyên tử gam (khối lượng mol nguyên tử) của một nguyên tố là lượng nguyên
tố đó tính ra gam. Có số chỉ gam bằng số chỉ khối lượng nguyên tử.

Chöông môû ñaàu

Trang 9

Phân tử gam (khối lượng mol phân tử) của một chất là lượng chất đó tính ra
gam. Có số chỉ gam bằng số chỉ khối lượng phân tử.
Ion gam (khối lượng mol ion) là khối lượng tính bằng gam của một mol ion. Ví
dụ một ion gam Na+ nặng 23 gam.
Số nguyên tử (hay phân tử) có chứa trong một nguyên tử gam (hay phân tử gam)
được gọi là số Avôgađrô và kí hiệu là N0. Ngày nay người ta đã xác định được số
Avôgađrô xấp xỉ bằng 6,0229. 1023.
3. Ký hiệu hoá học, công thức hoá học, phương trình hoá học.
a) Ký hiệu hoá học.
Dùng để biểu diễn các nguyên tố. Ký hiệu hoá học thường lấy ở một hay hai chữ
cái đầu của tên Latinh của nguyên tố.
Mỗi một ký hiệu hoá học mang các ý nghĩa :
- Chỉ nguyên tố hoá học đã cho.
- Chỉ một nguyên tử của nguyên tố đó.
- Chỉ một lượng nguyên tố bằng nguyên tử gam của nguyên tố đó.
b) Công thức hoá học.
Dùng để biểu diễn các chất.
Một công thức hoá học mang các ý nghĩa :
- Cho biết tỷ lệ kết hợp các nguyên tử của các nguyên tố trong chất hoá học đó.
- Chỉ một lượng chất bằng “ phân tử gam” của chất đó
Trong trường hợp chất hoá học tồn tại dưới dạng những phân tử có thành phần
xác định thì công thức hoá học đồng thời là công thức phân tử và có ý nghĩa như sau :
- Chỉ một phân tử của chất đã cho.
- Cho biết số nguyên tử của các nguyên tố trong một phân tử.

- Chỉ một lượng chất bằng phân tử gam chất đó
Để viết đúng công thức phân tử của các hợp chất phải nắm vững khái niệm hoá trị.
“ Hoá trị là đại lượng đặc trưng cho khả năng một nguyên tử của một nguyên tố
đã cho có thể kết hợp (hay thay thế) một số xác định nguyên tử nguyên tố khác”.
Ngoài công thức phân tử người ta còn dùng phổ biến công thức cấu tạo.
c) Phương trình hoá học.
Dùng để biễu diễn các phản ứng hoá học.
Ví dụ:

2H2O

+

O2

Chất tác dụng ban đầu


→

2H2O

Sản phẩm

Có thể phân loại phản ứng hoá học bằng nhiều cách:
- Căn cứ vào số lượng và thành phần chất tác dụng ban đầu cũng như sản phẩm,
ta có: Phản ứng hoá hợp, phản ứng phân tích, phản ứng thế, phản ứng trao đổi.


Chöông môû ñaàu

Trang 10

- Căn cứ vào hiệu ứng nhiệt, ta có: Phản ứng toả nhiệt, phản ứng thu nhiệt.
- Căn cứ vào chiều hướng diễn biến ta có: Phản ứng một chiều và phản ứng
thuận nghịch.
- Căn cứ vào sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố ta có: Phản ứng oxi hoá
khử, phản ứng không phải là oxi hóa khử (thường gọi là phản ứng trao đổi).
4. Một số định luật cơ bản.
a) Định luật thành phần không đổi.
“ Một hợp chất dù được điều chế bằng cách nào đi nữa bao giờ cũng có thành
phần xác định, không đổi”
Ví dụ: Nước có thể điều chế bằng nhiều cách khác nhau, song khi phân tích
thành phần người ta đều thấy nước gồm 2 nguyên tố hiđro và oxi với tỷ lệ khối lượng
không đổi.
b) Định luật tỉ 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 tỉ lệ với nhau như những số
nguyên đơn giản”.
Ví dụ: Nitơ tạo với oxi năm oxit, nếu ứng với một đơn vị khối lượng nitơ thì
khối lượng của oxi trong các oxit đó lần lượt là : 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 = 1 : 2 :
3 : 4 : 5.
c) Định luật bảo toàn khối lượng.
“ Tổng khối lượng các sản phẩm thu được đúng bằng tổng khối lượng các chất
ban đầu đã tác dụng ”.
Định luật bảo toàn khối lượng chỉ hoàn toàn chính xác khi các phản ứng hoá học
không kèm theo hiệu ứng nhiệt.
d) Định luật đương lượng.
♦ Đương lượng của một nguyên tố.
“Đương lượng của một nguyên tố là lượng nguyên tố đó có thể kết hợp hoặc thay

thế một mol nguyên tử hiđro trong phản ứng hoá học ”.
“Khối lượng đương lượng (hay đương lượng khối) của một nguyên tố là khối
lượng tính ra gam của một đương lượng của nguyên tố đó ”.
Khối lượng đương lượng (kí hiệu là Đ) của nguyên tố được tính từ khối lượng mol
nguyên tử (A) và hoá trị (n) của nguyên tố theo công thức :
Ñ =

A
n

Ví dụ : Fe có A = 55,84, ứng với 3 trạng thái hoá trị : 2, 3, 6 có 3 trị số đương
lượng 27,92; 18,61; 9,31.
♦ Đương lượng của một hợp chất.


Chöông môû ñaàu

Trang 11

Sau này người ta mở rộng khái niệm đương lượng cho cả hợp chất bằng cách định
nghĩa :
“Đương lượng của một hợp chất là lượng chất đó tương tác vừa đủ với một đương
lượng của hiđro hay của một chất bất kỳ khác”
Ví dụ: Trong phản ứng giữa CuO và H2 :
CuO + H2

→

Cu + H2O

Đương lượng của CuO bằng ½ mol phân tử của CuO.
“Khối lượng đương lượng (hay đương lượng khối) của một hợp chất là khối lượng
đương lượng của hợp chất đó tính ra gam ”.
Khối lượng đương lượng (kí hiệu là Đ) của nguyên tố được tính từ khối lượng mol
nguyên tử (A) và hoá trị (n) của nguyên tố theo công thức :
Ñ =

M
n

trong đó : n có ý nghĩa khác nhau tùy từng loại phản ứng:
- Đối với phản ứng trao đổi, n là tổng số đơn vị điện tích mà mỗi phân tử hợp chất
trao đổi với các phân tử khác.
- Đối với axít, n chính là số ion H+ của phân tử tham gia phản ứng.
- Đối với bazơ, n chính là số ion OH- của phân tử tham gia phản ứng.
- Đối với muối, n chính là tổng số điện tích của các ion dương hoặc tổng số điện
tích của các ion âm của phân tử tham gia phản ứng.
Ví dụ đương lượng khối của H3PO4 trong 3 phản ứng sau:
H3PO4 +

3NaOH


→ Na3PO4

+

3H2O

H3PO4 +

2NaOH


→ Na2HPO4

+

2H2O

H3PO4 +

NaOH 
→ NaH2PO4

+

H2O

MH3PO4 MH3PO4 MH3PO4
. (trong trường hợp này n chính là số nguyên tử H
;
;
3
2
1
của phân tử axít thực tế tham gia phản ứng).
lần lượt bằng:

Còn đương lượng khối của H2SO4 trong phản ứng sau:

NaCl + H2SO4 
→ NaHSO4 + HCl, bằng:

MH2SO 4
1

- Đối với phản ứng oxi hoá khử, n là số electron mà một phân tử chất khử cho
(hay một phân tử chất oxi hoá nhận).
Ví dụ:đương lượng khối của KMnO4 trong phản ứng sau:
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 
→ 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
là:

MKMnO4
5

=

158
= 31,6
5


Chöông môû ñaàu

Trang 12

♦ Định luật đương lượng.
Cho phản ứng:

bB

+


→

cD

dD

Thì khối lượng của các chất phản ứng tỉ lệ với nhau như sau :
mB : mC : mD = b.MB : c.MC : d.MD

Nhưng có thể tìm tỉ số khối lượng các chất phản ứng một cách đơn giản hơn từ tỉ
số các đương lượng của chúng. Định luật đương lượng được phát biểu như sau :
Khối lượng của các chất phản ứng tỉ lệ với nhau như tỉ lệ giữa các đương lượng
của chúng, nghĩa là:
mB : mC : mD = ĐB : ĐC : ĐD
Ví dụ cho phản ứng :
Na2CO3

+

CH3COOH

CH3COONa +

CO2 +

H2O

chỉ cần biết khối lượng xôđa, vì đương lượng của nó trong phản ứng này bằng M/2 (53),
còn đương lượng của axít axêtíc bằng khối lượng phân tử của nó (60). Khi đó ta có :
m CH3COOH
mNa2CO3

=

60
mNa2CO3 .60
⇒ mCH3COOH =
53
53

5. Định luật tỷ lệ thể tích chất khí.
“Ở cùng nhiệt độ áp suất, thể tích các khí tham gia phản ứng (chất tác dụng ban
đầu cũng như sản phẩm ) tỉ lệ với nhau như những số nguyên đơn giản”
Ví dụ:

N2

+


→

3H2

NH3

Quan hệ giữa các thể tích chất khí tham gia phản ứng là như sau:
VN2 : VH 2 : VNH3 = 1: 3 : 2

6. Định luật Avogadro.
“Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của mọi chất
khí đều chứa cùng một số phân tử ” (nói khác đi là cùng số mol khí).
7. Phương trình Clapeyron – Mendeleyer.
Mối liên hệ giữa khối lượng m gam một chất khí có khối lượng mol phân tử M
với các tham số nhiệt động p, V, T của khối khí đó được cho bởi phương trình
Clapeyron – Mendeleyer :
p.V =

m
.R.T = n.R.T
M

Số trị R phụ thuộc vào các đơn vị đo:
J

mol.K

8,3143

lit.atm

mol.K

0,082057

Cal

mol.K

1,98725


Chöông môû ñaàu

Trang 13

8. Áp suất riêng khí - định luật Dalton.
“ Áp suất chung của hỗn hợp các chất khí không tham gia tương tác hoá học với
nhau bằng tổng áp suất riêng của các khí tạo nên hỗn hợp ”.