Hóa vô cơ Bài 4 nồng độ Hydro

9/11/2017

BÀI 4
I. NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH
Bài giảng dành cho dược sĩ đại học chính quy năm 1

ThS Trần Thị Vân Anh


CHUẨN NĂNG LỰC
1. Trình bày được cách biểu thị nồng độ dung dịch
2. Tính được đương lượng của một chất trong phản ứng
3. Tính toán để pha dung dịch

1


9/11/2017

NỘI DUNG
1. Dung dịch và nồng độ dung dịch
2. Nồng độ phần trăm
3. Nồng độ mol
4. Nồng độ đương lượng

1. DUNG DỊCH VÀ NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH
1.1. Dung dịch
• 1 hệ đồng thể gồm hai hay nhiều cấu tử (phân tử, ion)
• Dung dịch = chất tan + dung môi
1.2. Nồng độ
• Lượng chất tan/1 thể tích (hoặc khối lượng) xác định

của dung dịch (hoặc dung môi)
• Vd: dung dịch NaCl 0,9 %; dung dịch glucose 5 %

2


9/11/2017

1. DUNG DỊCH VÀ NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH
1.3. Các cách biểu thị nồng độ dung dịch
• Nồng độ phần trăm
• Nồng độ phân tử (nồng độ mol) CM
• Nồng độ đương lượng

2. NỒNG ĐỘ PHẦN TRĂM
• Nồng độ phần trăm khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)
• Nồng độ phần trăm khối lượng – thể tích C % (kl/tt)
• Nồng độ phần trăm thể tích – thể tích C % (tt/tt)

3


9/11/2017

2.1. Nồng độ phần trăm
khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)
• C % (kl/kl) biểu thị số gam chất tan có trong 100 g dung dịch
• Ký hiệu: C % (kl/kl)

• Trường hợp hòa tan m gam chất tan vào b gam dung môi

m: Khối lượng của chất tan (gam)
m1: Khối lượng của dung dịch (gam)
V: Thể tích dung dịch (ml)
d: Khối lượng riêng của dung dịch (g/ml)

2.1. Nồng độ phần trăm
khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)
• Ví dụ: Nồng độ C % (kl/kl)

Dung dịch

Khối lượng
chất tan (m g)

Khối lượng
dung dịch (m1 g)

Amoniac 25 %

25

100

Natri bicarbonat 10 %

10

100

4


9/11/2017

2.1. Nồng độ phần trăm
khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)
• Ví dụ: Tính nồng độ phần trăm C% (kl/kl) của dung dịch natri
carbonat nếu cân 25 g Na2CO3 pha trong 250 ml nước (dnước = 1)
Giải:
• m: Khối lượng chất tan = 25 g
• b: Khối lượng dung môi = V x d = 250 x 1 = 250 g
• (m + b): Khối lượng dung dịch = 25 g + 250 g
• Nồng độ phần trăm của natri carbonat:

2.1. Nồng độ phần trăm
khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)
• Ví dụ: Alizarin được dùng làm thuốc thử. Khi pha người
ta hòa tan 0,25 g alizarin trong 100 ml nước, như vậy
nồng độ phần trăm C% (kl/kl) của alizarin sẽ là:

• Trong hóa phân tích, nồng độ phần trăm được coi là gần
đúng, hóa chất được cân trên cân kỹ thuật.

5


9/11/2017

2.2. Nồng độ phần trăm

khối lượng – thể tích C % (kl/tt)
• C % (kl/tt) biểu thị số gam chất tan trong 100 ml dung
dịch.
• Ký hiệu: C% (kl/tt).
• Công thức:

mct : Khối lượng chất tan (g)
Vdd: Thể tích dung dịch (ml)
• Khối lượng chất tan được tính:

2.2. Nồng độ phần trăm
khối lượng – thể tích C % (kl/tt)
• Ví dụ: Nồng độ C % (kl/tt)

Dung dịch

Khối lượng

Thể tích

chất tan (g)

dung dịch (ml)

Glucose 20 %

20

100

Natri clorid 0,9 %

0,9

100

6


9/11/2017

2.2. Nồng độ phần trăm
khối lượng – thể tích C % (kl/tt)
• Ví dụ: Khi pha một dung dịch glucose ưu trương, nếu sử
dụng 200 g glucose pha thành 1000 ml, nồng độ dung
dịch glucose tính theo nồng độ phần trăm:

• Ví dụ: Để pha 1 lít dung dịch tiêm truyền NaCl 0,9 %,
lượng NaCl được tính theo công thức:

2.3. Nồng độ phần trăm
thể tích – thể tích C% (tt/tt)
• C% (tt/tt) biểu thị số ml chất tan có trong 100 ml dung dịch.
• Ký hiệu: C% (tt/tt)
• Công 4 = Na2C2O4 + 2 H2O
• HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3
• Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2 H2O
• KMnO4 + 5 FeCl2 + 8 H2SO4 => 5 FeCl3 + Mn2+ + 4 H2O
• CuCl2 + 2 KOH = Cu(OH)2 + 2 KCl

14


9/11/2017

4. NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG
4.2. Số đương lượng gam
• Số đương lượng gam của chất A bằng số gam chất A
chia cho đương lượng gam của chất đó.

4. NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG
4.2. Số đương lượng gam
Vd: NaOH + HCl = NaCl + H2O
1 mol
= 40g

1 mol
= 36,5g

Tính đương lượng gam

MNaOH 40

 40( g )
n
1
MHCl 36,5
EHCl 

 36,5( g )

n
1
ENaOH 

Tính số đương lượng gam

mNaOH 40

1
ENaOH 40
mHCl 36,5
eqHCl 

1
EHCl 36,5
eqNaOH 

=> Tại điểm tương đương, số đương lượng gam của 2 chất
bằng nhau

15


9/11/2017

4. NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG
4.3. Nồng độ đương lượng
• Nồng độ đương lượng được biểu diễn bằng số đương lượng
gam của chất tan có trong 1 lít (1000 ml) dung dịch.
• Ký hiệu: CN

eq(A): số đương lượng gam của chất tan
E: Đương lượng gam của chất tan
V: Thể tích của dung dịch (ml)

4. NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG
4.3. Nồng độ đương lượng
• Ví dụ: Xác định nồng độ đương lượng của dung dịch HCl
khi hòa tan 3,65 g HCl thành 500 ml dung dịch.
• Biết khối lượng mol acid hydrocloric = 36,5, đương lượng
gam của acid hydrocloric = 36,5 (số proton H+ = 1).

=>

16


9/11/2017

BÀI 4
II. HYDRO
Bài giảng dành cho dược sĩ đại học chính quy năm 1

ThS Trần Thị Vân Anh


CHUẨN NĂNG LỰC
1. Từ đặc tính nguyên tử hydro, giải thích năng lượng liên
kết, tính khử và oxy hóa của nguyên tố hydro
2. Biết điều chế hydro, thu khí hydro

3. Trình bày các ứng dụng của hydro trong đời sống

17


9/11/2017

NỘI DUNG
1. Cấu tạo nguyên tử
2. Tính chất vật lý
3. Tính chất hóa học
4. Trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế
5. Ứng dụng

1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1.1. Cấu tạo nguyên tử
•

Nguyên tử H có cấu trúc đơn giản nhất: 1s1

•

Bán kính nguyên tử nhỏ

•

E hóa trị bị hạt nhân hút trực tiếp mà không có lớp e
nào chắn

•

Năng lượng ion hóa thứ nhất lớn

Hình. Cấu tạo nguyên tử H

18


9/11/2017

1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1.2. Đồng vị

Bền
99,984 %

Bền
0,016 %

Phóng xạ
 10-7 %

Hình. Các đồng vị của hydro
• Tính chất của hydro là tính chất của proti vì tỷ lệ deuteri
và triti trong hỗn hợp là không đáng kể

1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1.3. Liên quan cấu tạo nguyên tử - tính chất hóa học
Cấu tạo e 1s1 + bán kính nguyên tử nhỏ + e hóa trị bị
hạt nhân hút trực tiếp  H có khả năng

• Cho 1 e thành ion H+ : khó hơn kim loại kiềm
H – 1 e  H+
H = 1312 kJ/mol
+
H không tồn tại một mình mà kết hợp với nguyên tử,
phân tử khác
H + + H2 O  (H3O)+
• Nhận 1 e thành ion H- : khó hơn halogen ( ái lực e = 1/5
halogen)
H + 1 e  HH = - 67 kJ/mol
• Tạo cặp e dùng chung: dễ
Hỏi: H thích hợp nằm ở nhóm IA hay VIIA?

19


9/11/2017

1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1.3. Liên quan cấu tạo nguyên tử - tính chất hóa học
+ Tạo cặp e dùng chung: dễ
Vd: tạo cặp e dùng chung trong phân tử H2, HCl

2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
• Phân tử H2
H–H
E = 436 kJ/mol, độ dài liên kết 0,74 Ǻ
• H2 có độ bền lớn, khó bị cực hóa, bé và nhẹ nhất  nhiệt độ
nóng chảy (-259,1oC), nhiệt độ sôi (-252,6oC) rất thấp
• H2 là chất khí không màu, không mùi, không vị

• Nhẹ nhất so với mọi khí khác  khuếch tán nhanh nhất
( khuếch tán nhanh hơn không khí 3,5 lần), có thể khuếch tán
qua kim loại, dẫn nhiệt tốt

20


9/11/2017

2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
• Rất ít tan trong nước và dung môi hữu cơ
• Tan tốt trong một số kim loại
• Khí hydro chuyển thành dạng kim loại dưới áp suất
3.000.000 atm ở -270 oC, độ dẫn điện cao

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.1. Tính bền của phân tử
3.2. Tính khử
3.3. Tính oxy hóa

21


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.1. Phản ứng phân hủy
• Phân tử H2 bền, rất khó phân hủy thành nguyên tử
2000 oC

H2

=

Ho = 436 kJ/mol

2H

• Ở 1 atm, 2000 oK sự phân hủy đạt 0,1%, ở 5000 oK, sự
phân hủy đạt 95%
 Hydro rất kém hoạt động ở nhiệt độ thường, khi đun
nóng hydro kết hợp với nhiều nguyên tố

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.2. Tính khử
 Tính khử thể hiện qua các phản ứng
o

• H2 + CuO t H2O + Cu
(Điều chế một số kim loại Cu, Mo, W..., định
lượng H2)
• H2 + Cl2  2 HCl (Điều chế HCl)
• 3 H2 + N2  2 NH3 (Điều chế NH3)

22


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.2. Tính khử
 Tính khử thể hiện qua các phản ứng
H2 (k) + O2 (k)  H2O Ho = - 241,82 kj/mol
• Hỗn hợp H2:O2 (2:1) ở nhiệt độ thường hầu như không phản ứng
Khi tiếp xúc với ngọn lửa hoặc có tia lửa điện thì nổ mạnh, phản
ứng tỏa nhiều nhiệt. Tại sao?
2 H2 (k) + O2 (k) 2 H2O Ho = - 241,82 kj/mol
• H2 có thể cháy êm dịu trong không khí vì không có hỗn hợp nổ
của các khí
• Ứng dụng: 2 H2 + O2  2 H2O (Đèn hàn 2600 oC)

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Hỏi:
1. Hiện tượng khi khí hydro tiếp xúc với oxy ở điều kiện
nhiệt độ thường
2. Hiện tượng khi đốt hydro tinh khiết trong không khí
3. Hiện tượng khi đốt hydro tinh khiết trong oxy tinh khiết
4. Hiện tượng khi đốt hydro mới sản xuất có lẫn oxy trong
không khí
5. Hiện tượng khi đốt H2 và O2 tỷ lệ 2:1

23


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
• Khi muốn đốt nóng khí hydro, cần phải thử xem trong khí
hydro có lẫn oxy không khí hay không
• Cách thử: thu đầy khí H2 vào 1 ống nghiệm rồi bịt ngón

tay cái vào miệng ống nghiệm, đem miệng ống kề sát
ngọn lửa và mở ngón tay cái ra, nếu có tiếng nổ thì khí
H2 còn lẫn O2 không khí. Tiếp tục thử như vậy cho đến
khi không còn tiếng nổ thì mới đảm bảo trong H2 không
còn O2 nữa.

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
• Khí cầu bơm khí H2

Thảm họa Hindenburg

24


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Bóng bay bơm khí hydro

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
• Bóng thám không bơm khí H2

25


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.2. Tính khử
 Hydro mới sinh là chất khử mạnh

Zn + H2SO4  2 H + ZnSO4 (trong dd)
5 H + 3 H+ + MnO4-  Mn2+ + 4 H2O (trong dd)
Ngoài ra: H mới sinh còn có thể khử
SO2  H2S ( trong môi trường acid)
NO2- , NO3-  NH3 ( trong môi trường kiềm)

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.3. Tính oxy hóa: thể hiện qua phản ứng tạo hydrid
 Hydrid là hợp chất của hydro với nguyên tố khác
 Phân loại hydrid dựa vào bản chất của liên kết hóa học
trong hợp chất
• Hydrid ion: hydrid của kim loại kiềm, kiềm thổ
• Hydrid cộng hóa trị: hydrid của hầu hết các nguyên tố
không kim loại và nửa kim loại
• Hydrid kiểu kim loại: hydrid của kim loại chuyển tiếp
Vd: UH3 , PdHx

26


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.3.1. Tạo hydrid ion với kim loại IA, IIA
• Điều chế: đun nóng kim loại tương ứng trong khí H2
2 Li (r) + H2 (k)  2 LiH (r)
Ca (r) + H2 (k)  CaH2 (r)
• Trong nước, ion hydrid H- là một base mạnh phản ứng
với H+ của H2O tạo ra H2 và OHNaH + H2O  Na+ + OH- + H2
•

Ion hydrid H- là chất khử mạnh
TiCl4 + LiH  Ti + LiCl + 2 H2

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.3.2. Tạo hydrid cộng hóa trị với phi kim
C + H2  CH4
N2 + H2  NH3
O2 + H2  H2O
• Liên kết giữa hydro và nguyên tố X có bản chất cộng
hóa trị

27


9/11/2017

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
3.3.3.Tạo hydrid kiểu kim loại với nguyên tố chuyển
tiếp d, f
• Nhiều kim loại chuyển tiếp có khả năng hấp thụ khí
hydro tạo nên hydrid kiểu kim loại
• Hydrid này so với kim loại: khả năng phản ứng với O2 và
H2 kém hơn, dòn hơn, là chất dẫn điện hoặc bán dẫn
nhưng bề ngoài giống kim loại
• Hydrid kim loại được xem như các dung dịch rắn

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.1. Trạng thái tự nhiên

• Hydro là nguyên tố nhiều nhất trong vũ trụ ( 90% ở dạng
nguyên tử H)
• Trong mặt trời, các hạt nhân H kết hợp với nhau thành hạt
nhân He ( Z = 2) và giải phóng năng lượng cho Trái đất
• Trên Trái đất, một lượng nhỏ hydro tồn tại ở dạng H2, hầu hết
kết hợp với oxy tạo thành nước
• Hydro ở dạng hợp chất hữu cơ với carbon có trong dầu mỏ,
than đá, khí thiên nhiên và mọi sinh vật

28


9/11/2017

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.2. Phương pháp điều chế
 Trong công nghiệp
• Đi từ than
• Đi từ khí thiên nhiên
• Điện phân
 Tổng hợp H2 trong phòng thí nghiệm

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.2. Phương pháp điều chế
4.2.1. Đi từ than
• Cho hơi nước qua than cốc đốt nóng đến 1000 oC
C + H2O  CO + H2 Ho = 130 kJ
Khí than nước

• Trộn khí than nước với hơi nước dư và cho đi qua chất xúc
tác ( Fe2O3 được hoạt hóa bằng Cr2O3 hay NiO) ở 450 oC
CO + H2 O  CO2 + H2
Ho = - 42 kJ
• Rửa hỗn hợp khí thu được với nước ở 25 atm, CO và CO2
tan trong nước còn lại H2, thu khí H2
• Khí thu được cho đi qua dd NaOH trong NH3 để loại lượng
nhỏ CO và CO2 còn lại

29


9/11/2017

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.2. Phương pháp điều chế
4.2.2. Phương pháp đi từ khí thiên nhiên
• Cho khí thiên nhiên và hơi nước đã được đốt nóng đến
1000o C đi qua xúc tác niken
CH4 + H2O  CO + 3 H2

Ho = 209 kJ

• Quy trình tiếp theo với khí than nước giống phương
pháp 4.2.1

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

4.2. Phương pháp điều chế
4.2.2. Phương pháp đi từ khí thiên nhiên
• Khí thiên nhiên có thể được đốt cháy không hoàn toàn
trong O2 hay không khí giàu O2 tạo thành khí than
2 CH4 + O2  2 CO + 4 H2

Ho = -71 kJ

• Quy trình tiếp theo với khí than nước giống phương
pháp 4.2.1

30


9/11/2017

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.2. Phương pháp điều chế
4.2.3. Điện phân
• Điện phân nước: Cho khí H2 rất tinh khiết nhưng đắt tiền
đp

H2O 

H2 + O2

Anod (+): 2 H2O  O2 + 4 H+ + 4 eCatod (-): 4 H+ + 4 e  2 H2

Hình. Sơ đồ điện phân nước

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.2. Phương pháp điều chế
4.2.3. Điện phân
• Điện phân dd NaOH hay KOH 25% trong nước: H2 bay
lên ở cực âm, O2 bay lên ở cực dương
• Anod (+): 4 OH-  O2 + 2 H2O + 2 e• Catod (-): 4 H2O + 4 e-  2 H2 + 4 OH-

Hình. Điện phân dung dịch NaOH

31


9/11/2017

4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
4.2. Phương pháp điều chế
4.2.4. Điều chế H2 trong phòng thí nghiệm
• Cho Zn hạt tác dụng với dd HCl hoặc H2SO4 loãng trong
bình kíp
Zn + H2SO4  ZnSO4 + H2

Hình. Điều chế H2

Hình. Thu khí H2

5.ỨNG DỤNG
• Tổng hợp NH3

• Tổng hợp methanol, aldehyd, aceton từ olefin
• Hydro hóa các hợp chất hữu cơ chưa no
• Điều chế H2O2
• Điều chế kim loại từ oxyd
• Chế hóa dầu mỏ

32