Hóa học đại cương - Bài tập luyện tập (Hóa học lý thuyết cơ sở - Tái bản lần thứ 3): Phần 1

Chia sẻ: Thuong Thuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:202

Thêm vào BST

Báo xấu

156
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu Hóa học đại cương - Bài tập luyện tập có nội dung gồm 17 chương bao quát hầu hết các vấn đề lý thuyết cơ sở của hóa học và được trình bày dưới dạng bài tập. Ở mỗi chương đều gồm 3 phần nhỏ: Tóm tắt lý thuyết, bài tập có lời giải, bài tập chưa có lời giải. Dưới đây là phần 1 của tài liệu, mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hóa học đại cương - Bài tập luyện tập (Hóa học lý thuyết cơ sở - Tái bản lần thứ 3): Phần 1

LÂM NGỌC THIẾM (Chủ biên) TRẦN HIỆP HẢI (Hoá học lý th u y ế t cơ sỏ) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI http://tieulun.hopto.org
LÂM NGỌC THIỂM (Chủ biên) TRẦN HIỆP HẢI BÀI TẬP HÚA HỌC DẠI CUDNG (Hóa học lý thuyết cơ sỏ) (In lần thứ III có sửa chữa và bổ sung) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI http://tieulun.hopto.org
Lời N ói ĐẦU Thông thường giữa lý thuyết và bài tâppj của một môn học bao giờ cũng được gắn kết chặt chẽ với nhau. Đế làm được các dạng bài tập người học phải hiểu kỹ lý thuyết và biết cách vận dụng nó vào từng trường hợp cụ thể, kể cả các phép chuyển đổi đơn vị tính lẫn thủ thuật giải toán. Cuốn B à i tâ p hóa hoc đ a i cương (Hóa hoc lý th u yết cơ sở) nhằm đáp ứng các yêu cầu này. Sách gồm 17 chương gồm hầu hết các vấn đề lý thuyết cơ sở của hóa học và được trình bày dưới dạng bài tập. ơ môi chương chúng tôi lại 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 chúng tôi trích dẫn một sô đề thi tuyển sinh và đáp án của môn học này nhằm giúp cho bạn đọc dễ hình dung về một đề thi tổng hợp và cách giải quyết nó. 3 http://tieulun.hopto.org
Nội dung cuốn bài tập được biên soạn theo đúng chương trình chuẩn đã được hội đồng chuyên ngành Đại học Quốc gia H à Nội thông qua. Các tác giả. và N h à xuất bản rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của độc giả đê lần xuất bản sau được hoàn thiện hơn. Các tá c g iả 4 http://tieulun.hopto.org
M ỤC LỤC Trang Khái niệm vể thứ nguyên, đcin vi................... 7 Chương I. Một số’khái niệm chung................................... 13 Chương II. Nguyên lý I của nhiệt động lực học. Nhiệt hóa học.............................................................. 25 Chương III. Nguyên lý II của nhiệt động lực học............. 45 Chương IV. Cân bằng hóa học............................................. 59 Chương V. Dung dịch......................................................... 83 Chương VI. Động hóa học................................................... . 119 Chương VII. Điện hóa học..................................................... 139 Chương VIII. H ạt nhân nguyên tử ....................................... 161 Chương IX. ,,\ Cấu tạo nguyên tử theo quan điểm cơ học lượng tử ............................................................... 171 Chương X. Nguyên tử hidro............................................... 179 Chương XI. Nguyên tử nhiều electron............................... 193 Chương XII. Hệ thống tu ần hoàn các nguyên tố hóa học.. 203 Chương XIII. Các khái niệm chung về liên kết thuyết VB. 215 Chương XIV. Thuyết MO vê liên k ết.....................................243 http://tieulun.hopto.org5
Chương XV. Liên k ế t giữa các p h ân tử và trong phức c h ấ t.......... *............................................................ 263 ChươngXVI. Liên k ế t hóa học trong tin h th ể ...................... 279 Chương XVII. M ột số đề thi và hướng dẫn giải môn hóa học lý th u y ế t........................................................ 299 Phụ lục 394 6 http://tieulun.hopto.org
KHÁI NIỆM v i THỨNGUYÊN, DONVỊ I. Thứ n gu yên . Các đại lượng (vật lý) cần đo thường được viết dưới dạng một biểu thức toán học và được biểu diễn bằng một phương trìn h thứ nguyên. Phương trìn h thứ nguyên có thể xem như một biểu thức toán và được biểu diễn bằng các đại lượng cơ sở dưới dạng một tích số) Tất cả các thứ nguyên của những đại lượng cần đo trong cơ học đều xuất phát từ 3 đại lượng cơ sở là: Chiều dài: L; khôi lượng: M; thời gian: T. Các đại lượng này lập th àn h hệ L.M.T. n , . , , , „ r , đoạn đường L T Ví du th ứ nguyên cua tôc đô[vj = — ■ - — —= — = L.T thời gian T rp, , ■ - ■> vận tốc L.T-1 2 1 hứ nguyên cúa gia tôc LaJ = — —----= —----- = L. 1 thòi gian T Thứ nguyên của lực [F] = khôi lượng X gia tốc = M.L.T"2 Thứ nguyên của công (năng lượng) [A] = lực X đoạn đường = M.L.T'2 X L = M.L2.T‘2 Như vậy thứ nguyên không chỉ rõ các đại lượng cần đo ở một đơn vị cụ thể nào. Một đại lượng cần xác định mà ở đó các thứ nguyên của chúng đều bị triệt tiêu sẽ dẫn tới đại lượng đó không thứ nguyên II. Đơn vị. Khi người ta tiến hành đo một đại lượng nào đó http://tieulun.hopto.org7
tức là m uôn so sán h đại lượng đó vối đại lượng cùng loại lấy làm chuẩn để so sán h gọi là đơn vị đo. Các đơn vị đo được xác định bởi m ẫu chuẩn lưu giữ tại viện cân đo quốc tế. Ví dụ m ét là đơn vị đo chiều dài. Độ lớn của một đại lượng v ật lý cụ thể mà theo qui ưóc lấy giá trị bàng sô là 1 được gọi là đơn vị của đại lượng v ật lý đó. Ví dụ: mét, kilogam. Tập hợp các đơn vị làm th à n h một hệ đơn vị. Đã có một số hệ đơn vị thông dụng như: hệ MKS (mét, kilogam, giây); hệ CGS (xăngtim ét, gam, giây)... Trong thực tế, do thói quen, ở từng địa phương, từng vùng lãn h thổ, ngay cả từ ng quốc gia người ta sử dụng những đơn vị r ấ t khác n h a u cho cùng một đại lượng đo. Ví dụ đơn vị chung cho chiều dài là mét, song người Anh lại dùng Insơ (Inch), p h ú t (foot), trong khi đó người V iệt lại dùng trượng, gang, tấc... Rõ ràn g cách dùng này đã gây khó k h ăn trong giao lưu quôc tê. Vì vậy cần có m ột đơn vị quốc tế chung. III. H ệ đơn v ị SI. N hận th ấy sự b ất lợi vể việc sử dụng h đơn vị tùy tiện nên vào th á n g 10-1960 tạ i Hội nghị lần th ứ XI về cân đo quôc tê họp ở P aris, các n h à khoa học đã đi đến thông n h ấ t cần xây dựng một hệ thông đơn vị chung quốc tế. Đó là đơn vị SI (Viêt tắ t từ chữ P háp - Système Internatio n al) Dưới đầy chúng tôi lược ghi một sô chỉ d ẫn quan trọng n h ấ t thuộc hệ SI có liên quan đến việc sử dụng cho các bài tậ p hóa đại cương. 8 http://tieulun.hopto.org
I I L l. H ệ đơn v ị cơ sở 7 đơn vị chính thuộc hệ SI N° Tên đại lượng Đơn vị Ký hiệu Tiêng Việt Tiếng Anh 1 Chiều dài met metre m 2 Thời gian giây second s 3 Khối lượng kilôgam kilogram kg 4 Lượng chất mol mol mol 5 N hiệt độ kenvin Kelvin K 6 Cường độ dòng điện Ampe Ampere A 7 Cường đô ánh sáng nến Candela cd III.2. Một sô" đơn vị SI dẫn xuất hay dùng Từ 7 đơn vị cơ sở nêu trên người ta còn có thể định nghĩa một số’đơn vị dẫn xuất thường dùng trong hệ SI. Ví dụ: - Đơn vị lực. Đó chính là lực tác dụng lên một vật có khôi lượng lk g gây ra một gia tốc bằng lm /s2. Đơn vị dẫn xuất thu được ở đây gọi là Newton (N) IN = lkg.m .s“2 - Đơn vị áp suất. Trong đơn vị SI, áp suât là Pascal (Pa). Áp su ất th u được là do lực tác dụng lên 1 đơn vị diện tích. lP a = lực/diện tích = = kg ms“2 / m 2 = kgm-“1s-2 m2 Dưới đây là một số đơn vị dẫn xuất hay dùng N° Tên đại Đơn vị Ký Theo lượng Tiếng Tiếng hiệu định nghĩa Việt Anh 1 Lực Niutơn Newton N k g m í'2 2 Áp su ất Patean Pascal Pa kgm“V 2(N/m2) http://tieulun.hopto.org 9
3 N ăng lượng Ju n Joule J kgm V 2 4 Công su ấ t O át W att w kgm 2s‘1(i /s) 5 Điện tích Culông Coulomb c As 6 Đ iện th ế Vôn Volt V J/As(j /s) 7 T ần sô" Héc H ertz Hz s“1 III.3 . M ột sô đ ơ n v ị k h á c h a y s ử d ụ n g c ầ n c h u y ể n vể h ệ SI H iện nay, bên cạnh hệ SI là đơn vị chính thức, trong hóa học ngưòi ta còn dùng một sô" đơn vị khác không thuộc hệ SI gọi là đơn vị phi SI. Để dễ dàng trong quá trìn h giải các bài tập hóa đại cương chúng tôi ghi lại ở bảng dưới đây một sô" đơn vị ngoài hệ thông cùng các hệ sô" chuyển đổi về hệ SI. TT T ê n đại Đ ơ n vị Ky Theo lương v â t lý T iế n g V iê t T iế n g A n h h ie u đ ịn h n g h ĩa 1 C h iề u d ài m ic ro m é t m ic ro m e tre g m ' 10 m . nanom ét n a n o m e tre n m 1 0 '9m A n g s trô m A n g s tro m 0 1Gf1°m A 2 T h ể tích lít litre I 1 0 3m 3 3 N h iệ t đ ộ tu b á c h C e ls iu s uc T (K ) = phân t ° ( C ) + 2 7 3 ,1 5 4 Thờ i g ia n P h ú t, m in u te m in 60s giờ h ou r h 3600s 5 áp suất á tm ố tp h e A tm o s p h e re a tm 1 , 0 1 3 . 1 0 öP a bar bar bar 1 0 5P a » 1 a tm tor to rr T o rr 1 3 3 ,3 2 2 P a m ilim é t m illim e tre H g mmHg 1 3 3 ,3 2 2 P a th ủ y n g â n 6 N ă n g lượng ec erg e rg w~ỏ c a lo C a lo rie cal 4 .1 8 4 J o á t giờ W a tt h o u r W .h 3600J e le c tro n - e le c tro n V o lt eV 1 , 6 0 2 . 1 0 '19J vôn 7 Đ iệ n tích Đ ơ n vị U n it ues C G S tĩn h đ iệ n 1 1 0 -1 9 C e le c tro s ta tic a l 2,9979 8 Lực đ yn dyne d yn 1 0 ‘SN 9 m ô m e n lưỡng Đ ề b ai Debye D 1 in -29 C m cực 2,9979 10 http://tieulun.hopto.org
III.4. Q uan hệ giữa th ứ nguyên và m ột sô đơn vị thư ờng dùng N° Đại lượng Phương Thứ Đơn vị trình nguyên xác định SI CGS s = z2 9 9 1 Diện tích L2 m cm 2 Thể tích v = z3 ư m :ì cm,! l 3 Vận tốc V= - LT“1 m s“1 cm s"1 t V _9 4 Gia tốc a =— LT“2 ms cm s"2 t 5 Lực F = ma MLT'2 kg m s“2 g cm s’2 F 6 Áp suất p =- ML“'T “2 kg m s g cm -1s -2 s 7 Khối lượng s |> ML“3 kg m"3 g cm“3 Q II riêng 8 Công ML2T“2 kg m2 s '2 g cm2 s“2 II > (năng lượng) . 9 Công suất N =— m l 2t 3 kg m s g cm3 s"3 t T-1 -1 -1 10 T ần số f =- s S T III.5. Các bậc bội, bậc ước so với đơn vị cơ sở Khi sử dụng hệ SI người ta thường lấy các bậc giản ước là đơn vị bậc bội 10n hay đơn vị bậc ước 10"n với n là sô" nguyên. Bảng dưới đây ghi lại cách dùng này. Tiếp ngữ Kí hiệu Bậc ước Tiếp ngữ Kí hiệu Bậc bội đầu quốc tê đầu quốc tê Deci d 10“1 Deca da 101 http://tieulun.hopto.org 11
Centi c lCf2 Hecto h 102 Mili m 10'3 Kilo k 10:! Micro n 10~6 Mega M 106 Nano n 10'9 Giga G 109 Pico P 1(T12 Tera T 1012 Femto f te r 15 Peta P 1015 Atto a io-18 Exa E 1()18 12 http://tieulun.hopto.org
Chương I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Theo Rutherford (
3. Mol là lượng ch ất chứa cùng một số p h ần tử cấu trúc như 1 mol nguyên tử H, 1 mol p h â n tử Họ, 1 mol ion H +... Từ đó suy ra: - Sô" p h ần tử cấu trú c có trong 1 mol của chất chính là hằng sô"Avogađro: N A = 6,022.1023m o r1 4. Q uan hệ giữa khối lượng tương đôi (kltđ) và khôi lượng tu y ệ t đôi (KLTĐ): KLTĐ = t i ! í _ Na Xác định khôi lượng p h ân tử theo tỷ khối của c h ất khí. 5 . Tỷ khối d của khí A đốì với khí B là d = M a Mb Ma, M b - khối lượng phân tử của A, B. Khi B là không khí thì d = 29 6. Xác định khối lượng phân tử theo th ể tích mol. Công thức Boyle M ariotte: T T0 p, V, T - áp suất, th ể tích, nhiệt độ ở điều kiện th í nghiệm. p 0, Vo, T o - ứng với điều kiện tiêu chuẩn: 760mmHg;22,4L;273K 7. Phương trìn h trạ n g th ái của ch ất kh í lý tưởng PV = nR T = — RT M n - sô mol khí; m - khối lượng khí tín h bằng gam (g); M - khôi lượng của một mol khí. 14 http://tieulun.hopto.org
hoặc p = RT = — RT VM M d - khôi lượng riêng của khí. 8. Nếu có một hỗn hợp khí lý tưởng ở nhiệt độ T có thê tí V thì áp su ất toàn phần PT của hệ được xác định theo định luật Dalton PT = ]T P ( hay RT ^ P| V p, - Áp suất riêng của khí thứ i n; - Sô" mol khí i trong hỗn hợp B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI 1.1. Hãy điền các sô" liệu cần thiết ở những ô trống tro bảng sau đây: 15vN 1880 19 T n Kí hiệu nguyên tô" 9* - - Số khối 15 - - 23 - Sô" điện tích h ạ t nhân 7 - - 11 . ' - Số proton - - - - 14 Sô" electron 7 - - - 14 Sô nơtron - - - - 14 BÀI GIẢI Kí hiệu nguyên tô" 15vN 18gO 19 TỊ1 23i,Na 2814S i Sô" khôi 15 18 19 23 28 Sô" điện tích h ạ t nhân - 7 8 9 11 14 Sô" proton 7 8 9 11 14 Sô" electron 7 8 9 11 14 Sô" nơtron 8 10 10 12 14 15 http://tieulun.hopto.org
1.2. 1) Trong một th í nghiệm điện p h ân người ta th u được 27g nước. Hỏi: a) Có bao nhiêu mol H 20? b) Có bao nhiêu nguyên tử hiđro? 2) B iết rằn g khôi lượng nguyên tử tương đối của oxi là 15,99944. Tính khối lượng nguyên tử tuyệt đối của nguyên tử này. Cho N a = 6,0 2 2 .1023m o l'1. BÀI GIẢI 1) m - M .n suy r a n = = 1 5mol HọO M 18 Vậy số p h ân tử H 20 là: 1,5.6,022.1023 = 9,0345.1023 phân tử. Trong m ột p h â n tử H20 thì nguyên tử H = 2 X số p h ân tử H20 . Vậy sô" nguyên tử H là: 9,0345.1023.2 = 18,069.1023 nguyên tử. 2) Khối lượng nguyên tử tu y ệt đối của oxi được tính: m(KLTĐ) = 15,9994* = 26,564.10~24g. 6,022. ỈO23 1.3. Trong nhiều phép tín h ngưòi ta thường sử dụng hằng số khí R. H ãy xác định hằng sô" đó ở các hệ đơn vị khác nhau. à) T rong hệ dơn vị SI. b) Theo đơn vị ệ a l.K ^ .m o r1. c) Theo đơn vị átm .L.K hm ol'1. 16 http://tieulun.hopto.org
BÀI GIẢI Áp dụng phương trình trạng thái cho một mol chất khí lý tưởng PV = RT. Ớ điều kiện tiêu chuẩn To = 273,15K; p 0 = latm = 1,013.101 "’ N/m'- (PJ; Vo =22,4L= 22,4.10"'V . _ P()V() _ 1,013.105.22,4.10~:ì a) = 8,314 N.m.K"1 moi"1 Tq ~ 273,15 Theo đơn vị SI: 1J = lN .m , vậy: R = 8,314J.K ‘1moT1 b) Do lc a l = 4,184J nên giá trị R là: R= = 1,987 cal.K"'.moT1 4,184 c) R = --1—- - = 0,082 atm.L.KTmol'1 273,15 1.4. Một nguyên tử X có bán kính là 1,44Ẳ , khôi lượn riêng thực tin h thể là 19,36g/cm:!. Nguyên tử này chỉ chiếm 74% thể tích của tinh thể, phần còn lại là rỗng. Hãy: a) Xác định khôi lượng riêng trung bình của toàn nguyê tử rồi suy ra khôi lượng mol nguyên tử. b) Biết nguyên tử X có 118 nơtron và khối lượng mo nguyên tử bằng tổng số’ khôi lượng proton và nơtron. Tính số proton. BÀI GIẢI a) Khôi lượng riêng trung bình của nguyên tử X là: 17 http://tieulun.hopto.org
y 74 , J 100 100.19,36 d = —— d => d = — —d = ---- ——— = 26,16g/cm 3 100 74 74 4 a M ặt khác: m = v .d = —7ir .d 3 m - — .3,14(l,44.10"”);i.26,16 = 32,704.10‘23g Vậy khối lượng của mol nguyên tử là: M = N .m = 6 ,0 2 2 .102:ì.32,7 0 4 .10'23 = 196,9 7 6g/mol hay M » l9 7 g /m o l. b) Theo đầu bài ta có th ể viết: M = m p + m n = mp + 118 = 197 Từ biểu thức này ta suy ra số h ạ t proton cần tìm : mp = 79. 1.5. 1) Trong sô" các h ạ t n h â n nguyên tử của nguyên tô' th chì (ẩ27P b ) có tỷ sô' N/Z là cực đại và heli ( 2 H e) có N/Z là cực tiểu. H ãy th iế t lập tỷ sô" N/Z cho các nguyên tô" với 2 < z< 82. 2) M ột nguyên tử X có tổng số các h ạ t là 58, số khối của nó nhỏ hơn 40. Hãy xác định sô proton, sô' electron và số nơtron của nguyên tử đó. BAI GIAI Theo hệ thức A - z + N ta có thể suy ra N = A - z. Vậy: 1) Tỷ sô' — của chì (s 27P b ) là: ¿J N _ 2 0 7 -8 2 = 1,524 (cực đại) z 82 18 http://tieulun.hopto.org
N 2 T ỷ s ô c ủ a h e li |H e là: — = —= 1. (cực tiểu) 21 2 Vậy tỷ sô' — cho các nguyên tô" 2 < z
BÀI GIẢI Trước h ế t hãy tín h áp su ấ t riêng của oxi. Vì áp su ấ t chung bằng tổng áp s u ấ t riêng của từ ng chất, nên p 0 =PT - P H.o = 758 - 19,8 = 738,2 m m H g = 0,971 atm Khối lượng oxi được tín h từ phương trìn h trạ n g th ái của kh í lý tưỏng: P V = — RT M ___ PVM _ 0,971.0,186.32 _ - oon m = = - —r=r-—r — = 0,239g. RT 0,082.(273 + 22) 1.7. 7 kg oxi được chứa tro n g m ột b ìn h cầu dưới áp s u ấ 35 atm . S au m ột thờ i gian sử dụng, áp s u ấ t đo được là 12atm . Hỏi đã có bao n h iêu kilôgam oxi đã th o á t ra. BÀI GIẢI Hệ q u ả của đ ịn h lu ậ t B oyle-M ariotte cho ta mối q u a n hệ giữa tỷ trọ n g của k h í và áp su ất: đ2 P2 d i-v Pị - d2.v p2 ở đây V là th ể tích của bìn h cầu. Vì d. V = m ; m là khôi lượng khí; nên mi _ Pị m 2 P2 T hay I»! = 7kg; Pj = 35atm ; P 2 = 12atm vào phương trìn h trê n ta được 20 http://tieulun.hopto.org