Hướng dẫn tự học môn hóa học đại cương đại học kinh tế quốc dân

09.12.2016

THÔNG TIN GIẢNG VIÊN GIẢNG HỌC PHẦN
HÓA ĐẠI CƢƠNG
1

1. Ths. Trần Thị Kim Nhung (chủ biên)
Bộ môn CNTT-Viện CNTTKT; Nhà C, ĐH KTQD
ĐT: 0915191582
Email:
2. TS. Trương Đình Đức
3. Ths. Lê Thị Hoài Thu

KẾ HOẠCH GIẢNG DẠY HỌC PHẦN HÓA ĐẠI
CƢƠNG
2

STT

Nội dung

1

Chương 1: Cấu tạo nguyên tử
Chương 2: Liên kết hóa học và cấu tạo
phân tử
Chương 3: Trạng thái tập hợp của vật
chất
Chương 4: Nhiệt hóa học và nhiệt
động hóa học
Chương 5: Cân bằng hóa học

Chương 6: Dung dịch
Chương 7: Tốc độ phản ứng
Chương 8: Hóa học và dòng điện
Tổng cộng

2
3
4
5
6
7
8

Trong đó
Bài tập, thực
Số tiết Lý thuyết hành, kiểm
tra
6
4
2
Tổng

8

5

3

2

2

0

8

6

2

5
5
5
6
45

3
3
3
3
29

2
2
2
3
16

Ghi chú

Thời điểm kiểm tra giữa kỳ : Tuần 11
Nội dung kiểm tra: Từ chương 1 đến chương 5
Thời gian làm bài kiểm tra: 90 phút

1


09.12.2016

PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
3

•
•

•
•
•

Dự lớp: có mặt trên lớp trên 80% số buổi học
Thảo luận, phát biểu, làm bài tập và dự lớp: đánh giá 10% số
điểm (hệ số 0.1)
Bài kiểm tra: đánh giá 20% số điểm (hệ số 0.2)
Thi cuối kỳ: đánh giá 70% số điểm (hệ số 0.7)
Thang điểm: 10

TÀI LIỆU THAM KHẢO
4

1. BÀI GIẢNG HOÁ ĐẠI CƢƠNG, BMCNTT, ĐH KTQD

2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOÁ HỌC PHẦN I-CẤU TẠO CHẤT (LT+BT) NXB GD;
NGUYỄN ĐÌNH CHI
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOÁ HỌC PHẦN II-LÍ THUYẾT HOÁ HỌC(LT+BT) NXB
GD; NGUYấN HẠNH
4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRèNH HOÁ HỌC (LT+BT) NXB GD; VŨ
ĐĂNG ĐỘ
5. BÀI TẬP CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC QT HOÁ HỌC NXB GD; VŨ ĐĂNG ĐỘ

2


09.12.2016

CHƢƠNG 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
VÀ BẢNG HTTH CÁC NGUYÊN TỐ
5

MỤC TIÊU
6

 Nêu được thành phần của nguyên tử. Sự sắp xếp các hạt cơ bản

trong nguyên tử.
 Trình bày đưược giá trị, mối quan hệ và ý nghĩa của bộ 4 số
lưượng tử theo cơ lưượng tử.
 Viết đưược cấu hình e của nguyên tử, từ đó dự đoán tính chất
hoá học của các nguyên tố.
 Nêu đưược nguyên tắc xây dựng bảng HTTH. Mối liên hệ giữa vị
trí của nguyên tố trong bảng và các tính chất của nguyên tố và
các hợp chất.

3


09.12.2016

NỘI DUNG
7

1. Một số khái niệm cơ bản
2. Đại cương về cơ lượng tử
3. Nguyên tử một electron
4. Nguyên tử nhiều electron
5. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

1. Một số khái niệm cơ bản
8

1.1. Nguyên tử và thành phần nguyên tử
1.2. Đặc điểm các hạt cơ bản tạo thành nguyên tử

4


09.12.2016

1.1. Nguyên tử và thành phần nguyên tử
9

 Nguyên tử là hạt nhỏ nhất cấu tạo nên các nguyên tố,

không thể chia nhỏ hơn bằng các phƣƣơng pháp hoá học.
 Thành phần của nguyên tử:
Líp vá

H¹t nh©n

1.2. Đặc điểm của các hạt cơ bản tạo thành nguyên tử
10

Điện tích

Khối lượng
Tƣ¬ng
®èi

TuyÖt ®èi

Vị trí
trong
nguyên
tử

4,8.10-10 ®vt®
=1,60.10-19C
= eo

1

1,67  10-24g

=1,00 ®v12C

Hạt
nhân

0

1

1,67  10-24 g
=1,00 ®v12C

Hạt
nhân

9,1 10-28g
=0,00055
®v12C

Quanh
hạt
nhân

Tên
Tương
đối
Proton
(P+)

+1

neutron
0
(n0)
electron -1
(e–)

Tuyệt đối

=- 4,8.10-10®vt®
=-1,60.10-19 C
= - eo

1/1837

5


09.12.2016

2. Đại cƣơng về cơ lƣợng tử
11

2.1. Thuyết lƣợng tử Planck
2.2. Sóng vật chất De Broglie
2.3. Hệ thức bất định Heisenberg

2.1. Thuyết lƣợng tử Planck
12

Mỗi dao động tử với tần số  chỉ có thể hấp thụ năng lượng từng
lượng nhỏ xác định tỷ lệ với tần số dao động tử, gọi là lượng tử
năng lưượng.

  h .

h: hằng số Planck; h=6,625.10-34 J.s
: Năng lƣợng dao động
 : Tần số dao động

6


09.12.2016

2.1. Thuyết lƣợng tử Planck
13

a. Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng
 Ánh sáng có tính chất sóng
As ư sóng truyền đi
trong không gian với vận
tốc c và bưước sóng ,
tần số xác định, liên
hệ với nhau theo công
thức:
Thí nghiệm giao thoa ánh sáng

2.1. Thuyết lƣợng tử Planck
14

 Ánh sáng có tính chất hạt
Ánh sáng có các dòng hạt có khối lượng và xung lượng xác định
với động năng tính theo công thức   m c 2

ThÝ nghiÖm tÕ bµo quang ®iÖn

7


09.12.2016

2.2. Sóng vật chất De Broglie
15

 Mọi vật có khối lưượng m khi chuyển động với vận tốc v đều có

liên kết với một sóng có bưước sóng theo hệ thức
 

h
m 

h: hằng số Planck
m: khối lƣƣợng
v: vận tốc
 : bƣƣớc sóng

2.3. Hệ thức bất định Heisenberg
16

 Toạ độ(vị trí) và động lượng (tốc độ) của hạt vi mô không thể

đồng thời cùng có giá trị xác định.

 p . x 

h
2

 x . v x 

h
2  .m

8


09.12.2016

3. Nguyên tử một electron
17

3.1. Hàm sóng  và phưương trình shrodinger
3.2. Nghiệm của phương trình shrodinger cho nguyên tử hydro
3.3. Phưương trình shrodinger đối vơi ion giống nguyên tử hydro

3.1. Hàm sóng  và phƣơng trình shrodinger
18

 Hàm sóng  và ý nghĩa (tiên đề 1)
 Mỗi trạng thái của hạt vi mô được xác định bằng một hàm xác

định gọi là hàm sóng, hay hàm trạng thái.
 Quy luật chuyển động của hạt vi mô được mô tả bởi một phương
trình gọi là pt Shrodinger
2
ˆ 
H



2







Hˆ

E
2

x

2



To¸n tö
Laplace



2

y

2





2

z

2





h

8 m
2



2

U

To¸n tö
Hamilton

  c 1 1  c 2 2  ...  c n n 

 c
i

i

Ham
sãng

9


09.12.2016

3.2. Nghiệm của phƣơng trình shrodinger cho nguyên tử hydro
19

 Hàm sóng tổng quát phụ thuộc vào bộ 4 số lượng tử n,m,l,ms gọi

là hàm toàn phần


n , ,m

( r ,  ,  ). m

s

 R n ,  ( r ) Y  , m ( ,  ). m

s

n: số lượng tử chính; l: số lượng tử phụ; m: số lượng tử từ; ms:
số lượng tử spin
 Hàm sóng phụ thuộc vào bộ 3 số lưượng tử n,m,l gọi là hàm
không gian


n , ,m

( r ,  ,  )  R n ,  ( r ) Y  , m ( ,  )
ψ(r,θ,φ)= R(r). Y(θ,φ)

3.2. Nghiệm của phƣơng trình shrodinger cho nguyên tử hydro
20

Tên AO

Hàm bán kính

Rnl

100 (1s)
200 (2s)
211 (2px)
210 (2pz)
21-1 (2py)

2.e
1


2

Hàm cầu Ylm



r

2

1
2 6



2
.r.e

2

4

r

3

2

2


3

2



3
2



)

4 2

r
(

z

1
)

r

(

y
r

4

2

1

)
4

r

.( 2  r ). e

1

x

(

e


1

1

2

 R n , Y  ,m

1


2



n , ,m

1

 r

.(2  r).e



2

x.e





z .e

r
2

r
2

r
2



y .e



r
2

10

09.12.2016

3.3. Phƣƣơng trình shrodinger đối vơi ion giống nguyên tử
hydro
21

En  

Li2+

He+

H
13 , 6
n

 n   13 , 6

2

Z
n

eV

2
2

eV

 1
1 
  RH  2  2 


nc 
 nt
 1
1

2
 2
nc
 nt

2
  R Z 






4. Phƣơng trình shrodinger đối với nguyên tử nhiều electron
22

4.1. Mô hình các hạt độc lập
4.2. Áp dụng phưương pháp gần đúng một electron cho nguyên tử
nhiều electron

4.3.Cấu trúc electron trong nguyên tử nhiều e

11


09.12.2016

4.1. Mô hình các hạt độc lập
23

 Trong nguyên tử nhiều e, các e chuyển động độc lập với các e

khác tạo bởi các e còn lại và hạt nhân nguyên tử.

Z1*

Z*2

e

e

Z

Z*3

e

4.2. Áp dụng phƣƣơng pháp gần đúng một electron cho nguyên
tử nhiều electron

24

 Toán tử Haminton

H

i

 (

 Hàm sóng :

h

*

2



2m

i



zi e

2

)

ri

 Phần góc giống hydro,

*

 Phần bán kính gần đúng(Slater)

R n ,  ( r )  c .r



*

n 1

.e

z r
na

0

*2

 Năng lưượng electron i:

E i   13 , 6

zi
n

*2

( eV )

 Năng lưượng chung hệ: E =E1+ E2 +….En
 Hàm sóng chung: 

  1 .  2 .  3 .....  n

12


09.12.2016

4.3. Cấu trúc electron trong nguyên tử nhiều e
25

 Phân mức năng lượng của các AO

Quy tắc Klechkovski: “Phân mức năng lượng En,l tăng dần với
tổng (n+ℓ). Nếu hai phân mức năng lượng có cùng tổng (n+ℓ) thì
phân mức nào có n lớn hơn sẽ có năng lượng lớn hơn”
 Dãy năng lƣợng: 1s 2s2p 3s3p 4s 3d 4p 5s 4d
 Cấu hình e:
- Nguyên lý vững bền
- Nguyên lý loại trừ Pauli

- Quy tắc Hund

5. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố
26

5.1. Nguyên tắc xây dựng bảng HTTH
5.2. Sự tuần hoàn về tính chất

13


09.12.2016

5.1. Nguyên tắc xây dựng bảng HTTH
27

 Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt

nhân.
 Theo hàng từ trái qua phải (chu kỳ)
Chu kỳ ngắn ns1 → ns2np6
Chu kỳ dài ns1 → ns2 (n-1)d10np6
 Theo cột từ trên xuống dưới (nhóm)
Nhóm chính: ns1 → ns2np6
Nhóm phụ : (n-1) d1-10
Họ lantanid (n-2)f1-14
Họ actinid (n-2)f1-14

5.2. Sự tuần hoàn về tính chất
28

Sự tuần hoàn cấu hình e
1s1

1s2

2s1

2s2

2p1

2p2

2p3

2p4

2p5

2p6

3s1

3s2

3p1

3p2

3p3

3p4

3p5

3p6

4s1

4s2

3d1

3d2

3d3

3d4

3d5

3d6

3d7

3d8

3d9

3d10

4p1

4p2

4p3

4p4

4p5

4p6

5s1

5s2

4d1

4d2

4d3

4d4

4d5

4d6

4d7

4d8

4d9

4d10

5p1

5p2

5p3

5p4

5p5

5p6

6s1

6s2

5d1

5d2

5d3

5d4

5d5

5d6

5d7

5d8

5d9

5d10

6p1

6p2

6p3

6p4

6p5

6p6

7s1

7s2

d16

6d2

6d3

6d4

6d5

6d6

6d7

6d8

6d9

6d10

7p1

7p2

7p3

7p4

7p5

7p6

4f1

4f2

4f3

4f4

4f5

4f6

4f7

4f8

4f9

4f10

4f11

4f12 4f13

4f14

5f1

5f2

5f3

5f4

5f5

5f6

5f7

5f8

5f9

5f10

5f11

5f12 5f13

5f14

14


09.12.2016

5.2. Sự tuần hoàn về tính chất

29

 Sự tuần hoàn về năng lưượng ion hóa

A+

A

+

e-

A+
A2+ + eA2+
A3+ + e…………………………………
A( Z -1)+
Az+ + e
Trong một chu kỳ, I tăng từ trái sang phải
Trong một nhóm, I giảm từ trên xuống dưới.

5.2. Sự tuần hoàn về tính chất
30

 Sự tuần hoàn về độ âm điện

Độ âm điên các nguyên tố tăng từ trái sang phải theo chu kỳ và từ
dưưới lên trên theo nhóm
4,5

Mulliken

4,5

F

Pauling

4

4

F

3,5

3,5
3

I
Cl

3

Cl
Br

2,5

I

Br

2,5
2

2
1,5

1,5

In
1

Li

Na

1

Li

K

Na

0,5

0,5

Rb

K

0

0
0

10

20

30

0

10

20

30

15


09.12.2016

5.2. Sự tuần hoàn về tính chất
31

 Sự tuần hoàn về bán kính

5.2. Sự tuần hoàn về tính chất
32

 Sự tuần hoàn về tính chất hóa học
H

Kim lo¹i

Phi kim

Li

Be

B

C

N

O

F

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Rb

Sr

Y

Sr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Fr

Ra

Ac

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Di

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Em

Md

No

Lr

16


09.12.2016

TÓM TẮT CHƢƠNG I

33

 Thành phần của nguyên tử và sự sắp xếp các hạt cơ bản trong

nguyên tử.
 Giá trị, mối quan hệ và ý nghĩa của bộ 4 số lượng tử theo cơ
lưượng tử.
 Cấu hình e của nguyên tử, từ đó dự đoán tính chất hoá học của
các nguyên tố.
 Nguyên tắc xây dựng bảng HTTH. Mối liên hệ giữa vị trí của
nguyên tố trong bảng và các tính chất của nguyên tố.

CHƢƠNG II: LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ
CẤU TẠO PHÂN TỬ
34

17


09.12.2016

MỤC TIÊU
35

 Giải thích được sự hình thành liên kết và dự đoán cấu trúc không

gian của phân tử.
 Trình bày được sự hình thành liên kết hóa học và giải thích được

cấu tạo phân tử bằng thuyết VB.

 Trình bày được sự hình thành liên kết,vẽ giản đồ năng lượng của

phân tử 2 nguyên tử đồng hạch chu kỳ I,II và phân tử hai nguyên
tử dị hạch bằng phương pháp MO.
 Trình bày được sự hình thành liên kết giữa các phân tử.

NỘI DUNG
36

1. Các thuyết về cơ học lượng tử và các tính chất của phân tử
2. Giải thích sự hình thành liên kết hóa học và liên kết phân tử bằng
thuyết VB
3. Giải thích sự hình thành liên kết hóa học và liên kết phân tử bằng
thuyết VB
4. Liên kết giữa các phân tử

18


09.12.2016

1. Các thuyết về cơ học lƣợng tử và các tính chất của phân tử
37

1.1. Thuyết liên kết ion của Kossel
1.2. Thuyết liên kết cộng hoá trị của Lewis
1.3. Liên kết cho nhận
1.4. Một số đặc trưưng của liên kết và phân tử

1.1. Thuyết liên kết ion của Kossel

38

 Các nguyên tử cho hay nhận thêm electron để tạo thành các ion.

Các ion hút nhau bằng lực hút tĩnh điện -> liên kết ion
NaCl

Na: 1s2 2s22p6 3s1

Cl: 1s2 2s22p6 3s23p5
Na

+

Cl

Na+

Cl-

NaCl

19


09.12.2016

1.2.Thuyết liên kết cộng hoá trị của Lewis
39

 Các nguyên tử góp chung các e hóa trị có lớp vỏ bão hòa giống

khí hiếm.

H2
H

+

H

H

1s

1s

1

1

H

1.3. Liên kết cho nhận
40

 Là liên kết đưược tạo thành bằng cặp e dùng chung nhưưng cặp e

đó do một nguyên tử bỏ ra
 Điều kiên: Một nguyên tố có cặp e không liên kết và một nguyên

tố có orbital còn trống.
H

NH4+

N

H

N

+

H

H

20


09.12.2016

1.4. Một số đặc trƣƣng của liên kết và phân tử
41

 Số liên kết và bậc liên kết

+ Theo thuyết liên kết không theo cơ lượng tử :
Số liên kết = số đôi electron dùng chung.


+Theo thuyết cơ lượng tử: N  n - n
2
 Độ dài liên kết: Khoảng cách hai nhân khi phân tử ở trạng
thái cân bằng
 Năng lượng liên kết
Năng lượng phân li liên kết trung bình gọi là năng lượng
liên kết.
 Góc liên kết

2. Giải thích sự hình thành liên kết hóa học và liên kết phân tử
bằng thuyết VB
42

2.1. Phƣơng pháp Hetler-london
2.2. Thuyết VB giải thích định tính các vấn đề về liên kết
2.3.Thuyết VB và hoá lập thể
2.4. Các loại liên kết hay gặp

21


09.12.2016

2.1. Phƣƣơng pháp Hetler-london
43

Bản chất của đôi electron dùng chung
e1

ra1

A

r12

0

e2

rb1

rb2

ra2

O

0

O B

R


+Toán tử



H ψ

+Năng lượng

+Hàm sóng

E



E ψ


 ψ H ψdV

ψ § HT

2

 ψ dV



ψ SA (1) ψ SB (2)



ψ SA (2) ψ SB (1)

2.1. Phƣƣơng pháp Hetler-london
44

 Sự biến thiên năng lưượng của hệ:

E

 Sự phân bố mật độ e

+







2E

2

1



+

+
1

2

-

o

R (A )

 Hai nguyên tử chỉ tạo liên kết khi có electron độc thân và

hai electron độc thân đó phải có spin đối song.

22


09.12.2016

2.2. Thuyết VB giải thích định tính các vấn đề về liên kết
45

 Nguyên lý xen phủ cực đại, sự hình thành liên kết và tính định

hướng hoá trị theo VB:
 Điều kiện các AO xen phủ: AO có cùng tính đối xứng
AO có năng lượng xấp xỉ nhau
Ví dụ 1 HCl
H Z=1

1s



1s

Cl

Z = 17

1s2 2s2 2p6 3s2 3p5



3s







3p

2.3.Thuyết VB và hoá lập thể
46

 Giải thích cấu tạo phân tử trên cơ sở thuyết lai hoá Pauling
 Trước khi tạo thành liên kết một số các AO hóa trị ở trạng thái

kích thích của nguyên tử trung tâm lai hóa (trộn lẫn) với nhau để
tạo thành các AO lai hóa.
 Các AO lai hóa hoàn toàn giống nhau, tổng số AO sau lai hóa
bằng tổng số AO trưước khi lai hóa.
 Các AO lai hóa xen phủ với các AO của nguyên tử xung quanh để
tạo liên kết.

23


09.12.2016

2.3.Thuyết VB và hoá lập thể
47

 Lai hoá sp: Thẳng
 Hàm sóng chung

p
sp
p

sp

2.3.Thuyết VB và hoá lập thể
48

sp2

 Lai hoá sp2: Tam giác đều

sp2

sp2

 Hàm sóng chung

p
sp2

sp2

sp2

p
2
sp
sp2

sp2
sp2

24


09.12.2016

2.3.Thuyết VB và hoá lập thể
49

 Lai hoá sp3: Tứ diện đều
 Hàm sóng chung

sp3 sp3sp3 sp3

sp3
sp3

sp3
sp3

2.4. Các loại liên kết hay gặp
50

 Liên kết sigma (): Là liên kết mà đám mây electron liên kết đối

xứng quay xung quanh trục liên kết
 Liên kết 

 Các loại liên kết 

M©y lai - s

M©y lai - p

M©y lai - d

25