Đề Cương Ôn Tập Học Kỳ II - Môn Hóa Học 10

KHÁI NIỆM VỀ BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

• Phản ứng tỏa nhiệt (Exothermic reaction):     * Định nghĩa: Là phản ứng hóa học có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường xung quanh.     * Đặc điểm: Nhiệt độ của hệ tăng lên hoặc nhiệt được truyền ra môi trường.     * Giá trị biến thiên enthalpy: \Delta_r H_{298}^{\circ} < 0 (giá trị âm).     * Ví dụ: Phản ứng đốt cháy than (carbon), phản ứng giữa sodium và nước, quá trình pha loãng sulfuric acid đặc vào nước.

• Phản ứng thu nhiệt (Endothermic reaction):     * Định nghĩa: Là phản ứng hóa học có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường vào hệ.     * Đặc điểm: Cần cung cấp nhiệt liên tục để phản ứng xảy ra hoặc hệ làm lạnh môi trường xung quanh.     * Giá trị biến thiên enthalpy: \Delta_r H_{298}^{\circ} > 0 (giá trị dương).     * Ví dụ: Phản ứng nhiệt phân đá vôi ($CaCO_3$), phản ứng nung $KNO_3$ ở $550^{\circ}C$, phản ứng giữa nitrogen và oxygen tạo thành nitrogen monoxide ($NO$).

• Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng ($\Delta_r H_{298}^{\circ}$):     * Đơn vị: Thường dùng là $kJ$ hoặc $kcal$. Ngoài ra còn có các đơn vị khác như $cal$ (calorie), $kcal$ (kilocalorie).     * Lưu ý: Độ C ($^{\circ}C$) là đơn vị nhiệt độ, không phải đơn vị năng lượng nhiệt.     * Điều kiện chuẩn:         * Đối với chất khí: Áp suất là $1\,bar$ và nhiệt độ thường chọn là $298\,K$ (tương đương $25^{\circ}C$).

• Enthalpy tạo thành chuẩn (Nhiệt tạo thành chuẩn - $\Delta_f H_{298}^{\circ}$):     * Định nghĩa: Là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành $1\,mol$ chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất ở điều kiện chuẩn.     * Quy ước: Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất ở dạng bền nhất bằng $0$. Ví dụ: $\Delta_f H_{298}^{\circ}(O_2(g)) = 0$, $\Delta_f H_{298}^{\circ}(N_2(g)) = 0$.

• Mối liên hệ giữa năng lượng và biến thiên enthalpy:     * Trong sơ đồ năng lượng phản ứng: Nếu năng lượng của chất tham gia thấp hơn năng lượng của sản phẩm, phản ứng đó là phản ứng thu nhiệt (\Delta_r H_{298}^{\circ} > 0).     * Ngược lại, nếu năng lượng chất tham gia cao hơn sản phẩm, phản ứng là tỏa nhiệt (\Delta_r H_{298}^{\circ} < 0).

TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC

• Khái niệm tốc độ phản ứng:     * Định nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.     * Ý nghĩa: Dùng để xác định mức độ phản ứng xảy ra nhanh hay chậm.     * Tốc độ trung bình phản ứng ($\bar{v}$): Được tính bằng độ biến thiên nồng độ chia cho khoảng thời gian biến thiên ($\bar{v} = \frac{\Delta C}{\Delta t}$). Tốc độ sản phẩm luôn có giá trị dương.

• Định luật tác dụng khối lượng:     * Phát biểu: Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng với số mũ thích hợp.     * Biểu thức tốc độ tức thời cho phản ứng tổng quát ($aA + bB \rightarrow cC + dD$): $v = k \times C_A^a \times C_B^b$.     * Hằng số tốc độ phản ứng ($k$):         * Đặc trưng cho tốc độ phản ứng ở một nhiệt độ xác định.         * Phụ thuộc vào bản chất chất phản ứng và nhiệt độ.         * Không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.         * Khi nồng độ các chất đều bằng $1\,M$ thì $v = k$.

• Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:     1. Nồng độ: Khi tăng nồng độ chất tham gia, tốc độ phản ứng tăng do tần số va chạm hiệu quả giữa các phân tử tăng.     2. Áp suất: Đối với phản ứng có chất khí tham gia, khi tăng áp suất (giảm thể tích), nồng độ chất khí tăng, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.     3. Diện tích bề mặt tiếp xúc: Đối với chất rắn, việc nghiền nhỏ hoặc dùng dạng bột mịn (thay vì dạng khối/viên) sẽ làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, từ đó làm tăng tốc độ phản ứng.     4. Nhiệt độ:         * Nói chung, khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng do các phân tử chuyển động nhanh hơn và có năng lượng hoạt hóa cao hơn.         * Quy tắc Van't Hoff: Khi nhiệt độ tăng lên $10^{\circ}C$, tốc độ phản ứng tăng từ $2$ đến $4$ lần. Biểu thức: $\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$.     5. Chất xúc tác:         * Định nghĩa: Là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị tiêu hao sau quá trình phản ứng.         * Cơ chế: Thay đổi con đường phản ứng bằng cách làm giảm năng lượng hoạt hóa.         * Lưu ý: Chất ức chế là chất làm giảm tốc độ phản ứng.

NGUYÊN TỐ NHÓM HALOGEN (VIIA)

• Đặc điểm cấu tạo:     * Cấu hình electron lớp ngoài cùng: $ns^2 np^5$.     * Số electron lớp ngoài cùng: $7$.     * Các nguyên tố chính: Fluorine ($F$), Chlorine ($Cl$), Bromine ($Br$), Iodine ($I$).     * Liên kết trong phân tử đơn chất ($X_2$): Liên kết cộng hóa trị không phân cực ($X-X$).

• Tính chất vật lý và biến đổi tuần hoàn:     * Trạng thái ở điều kiện thường:         * $F_2$: Khí, màu lục nhạt.         * $Cl_2$: Khí, màu vàng lục.         * $Br_2$: Lỏng, màu nâu đỏ.         * $I_2$: Rắn, màu đen tím (có khả năng thăng hoa khi đun nóng tạo hơi màu tím).     * Xu hướng từ $F$ đến $I$:         * Bán kính nguyên tử tăng dần.         * Khối lượng phân tử tăng dần.         * Tương tác van der Waals tăng dần làm nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần.

• Tính chất hóa học:     * Tính chất đặc trưng: Tính oxi hóa mạnh.     * Số oxi hóa phổ biến: Trong hợp chất với hydrogen và kim loại, Halogen thường có số oxi hóa $-1$.     * Tác dụng với kim loại: Tạo muối halide (ví dụ: $2Na + Br_2 \rightarrow 2NaBr$, $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$).     * Tác dụng với hydrogen: Tạo hydrogen halide ($H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$).     * Khả năng đẩy nhau: Halogen đứng trước đẩy được Halogen đứng sau ra khỏi muối của chúng (trừ Fluorine do phản ứng mãnh liệt với nước). Ví dụ: $Cl_2 + 2NaBr \rightarrow 2NaCl + Br_2$.

• Ứng dụng và Độc tính:     * $Cl_2$: Khử trùng nước (nồng độ dư giúp ngăn tái nhiễm khuẩn), sản xuất nhựa PVC, bột tẩy trắng. Hít phải dư ngưỡng $30\,\mu g/m^3$ có thể gây viêm đường hô hấp, co thắt phế quản.     * $F_2$: Sản xuất nhựa Teflon.     * Khử chlorine dư: Có thể dùng than hoạt tính hoặc máy lọc nước RO.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TÍNH TOÁN

• Tính tốc độ trung bình:     * $\bar{v} = \frac{\Delta C}{\Delta t}$. Ví dụ: Nồng độ $HBr$ là $48\,mmol/L$ sau $2\,phút$ ($120\,s$) thì $\bar{v} = \frac{1}{2} \times \frac{48}{120} = 0.2\,mmol/(L.s)$.

• Tính hệ số nhiệt độ Van't Hoff ($\gamma$):     * $\gamma = \sqrt[\frac{T_2 - T_1}{10}]{\frac{v_2}{v_1}}$.     * Ví dụ: Ở $70^{\circ}C$ tốc độ là $2 \times 10^{-7}$, ở $80^{\circ}C$ là $4.5 \times 10^{-7}$ thì $\gamma = \frac{4.5 \times 10^{-7}}{2 \times 10^{-7}} = 2.25$.

• Tính biến thiên Enthalpy phản ứng (\Delta_r H_{298}^{\circ}):     * Công thức: $\Delta_r H_{298}^{\circ} = \sum \Delta_f H_{298}^{\circ}(\text{sản phẩm}) - \sum \Delta_f H_{298}^{\circ}(\text{chất đầu})$.     * Lưu ý nhân với hệ số cân bằng của mỗi chất.

• Các phương trình hóa học cần nhớ:     * $2NaOH + Cl_2 \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$ (Nhiệt độ thường).     * 6NaOH + 3Cl_2 \xrightarrow{> 70^{\circ}C} 5NaCl + NaClO_3 + 3H_2O (Nhiệt độ cao).     * $2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 8H_2O$ (Điều chế $Cl_2$ trong PTN).     * $H_2 + F_2 \xrightarrow{\text{bóng tối}} 2HF$ (Phản ứng nổ mãnh liệt ngay cả trong bóng tối).