Tài Liệu Ôn Tập Hoá Học Đại Cương Toàn Diện

Động Hóa Học và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Tốc Độ Phản Ứng

• Định nghĩa Tốc độ Phản ứng:     * Tốc độ tức thời: Là biến thiên nồng độ của chất tham gia hoặc tạo thành tại một thời điểm nhất định trong quá trình phản ứng.     * Tốc độ trung bình: Đối với phản ứng $A \rightarrow B$, tốc độ trung bình được xác định bởi biểu thức: $V = \frac{[B_2] - [B_1]}{t_2 - t_1}$.     * Đơn vị: Đơn vị của tốc độ phản ứng hóa học thường là $mol/lit.s$.

• Định luật Tác dụng Khối lượng:     * Đối với phản ứng đơn giản $N_2O_3 \rightarrow 2NO_2 + \frac{1}{2}O_2$, phương trình động học là: $V = k[N_2O_5]$.     * Đối với phản ứng cơ bản $O_3 \rightarrow O_2 + O$, tốc độ là: $V = k[O_2][O]$.     * Đối với phản ứng cơ bản $O_3 + Cl_2 \rightarrow O_2 + ClO$, tốc độ là: $V = k[O_3][ClO]$.     * Đối với phản ứng cơ bản $ClO + O \rightarrow Cl + O_2$, tốc độ là: $V = k[ClO][O]$.     * Đối với phản ứng cơ bản $O_3 + NO \rightarrow NO_2 + O_2$, tốc độ là: $V = k[O_3][NO]$.     * Đối với phản ứng cơ bản $NO_2 + O \rightarrow O_2 + NO$, tốc độ là: $V = k[O_2][NO]$.     * Đối với phản ứng tổng hợp amoniac $N_2[k] + 3H_2[k] \rightarrow 2NH_3[k]$, khi tăng nồng độ $H_2$ lên $2$ lần thì tốc độ phản ứng thuận tăng $8$ lần.

• Bậc Phản ứng và Hằng số Tốc độ ($k$):     * Phản ứng bậc 0: Tốc độ không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng. Phương trình động học: $[A] = -kt + [A_0]$.     * Phản ứng bậc 1: Đơn vị của hằng số tốc độ là $(thời \, gian)^{-1}$. Công thức tính: $k = \frac{1}{t} \ln\left(\frac{[A_0]}{[A]}\right)$.     * Phản ứng bậc 2: Đơn vị của hằng số tốc độ là $Lít.mol^{-1}(thời \, gian)^{-1}$. Phương trình động học: $\frac{1}{[A]} = kt + \frac{1}{[A_0]}$. Chu kỳ bán hủy khi nồng độ ban đầu bằng nhau ($a_0$): $T_{1/2} = \frac{1}{k \times [A_0]}$.     * Phản ứng bậc 3: Đơn vị của hằng số tốc độ là $mol.lit^{-1}(thời \, gian)^{-1}$. Phương trình động học mẫu: $\frac{1}{[A]^2} = 6kt + \frac{1}{[a_0]^2}$.     * Mối quan hệ nồng độ và bậc: Khi gấp nồng độ một chất lên $3$ lần làm tốc độ tăng $3$ lần thì bậc phản ứng là $3$. Khi gấp đôi nồng độ làm tốc độ tăng $4$ lần thì bậc phản ứng là $2$.     * Hằng số tốc độ $k$: Phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng và hệ số cân bằng phương trình. Nó chính là tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất trong biểu thức định luật tác dụng khối lượng bằng $1\,mol/l$.

• Ảnh hưởng của Nhiệt độ:     * Tốc độ phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng.     * Hệ số nhiệt độ ($\gamma$): Nếu $\gamma = 3$, tăng nhiệt độ thêm $100^{\circ}C$ thì tốc độ tăng $3^{10} = 59049$ lần. Nếu tăng $40^{\circ}C$, tốc độ tăng $3^4 = 81$ lần.     * Ví dụ: Phản ứng ở $20^{\circ}C$ kết thúc sau $2$ giờ, ở $50^{\circ}C$ ($\gamma = 2$) sẽ kết thúc sau $15$ phút.

• Chất xúc tác:     * Làm thay đổi tốc độ phản ứng nhưng không bị tiêu hao và có khối lượng không thay đổi sau phản ứng.     * Trong phản ứng thuận nghịch, chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng.     * Chất xúc tác dương làm tăng tốc độ, chất xúc tác âm làm giảm tốc độ.

• Năng lượng hoạt hóa ($E_a$):     * Là năng lượng tối thiểu mà $1\,mol$ chất phản ứng cần có để chuyển từ trạng thái không hoạt động sang hoạt động.

Cân Bằng Hóa Học và Nguyên Lý Le Chatelier

• Biểu thức Hằng số Cân bằng:     * Đối với phản ứng khí: $2HI[k] \rightleftharpoons H_2[k] + I_2[k]$, hằng số cân bằng áp suất là $K_p = \frac{P_{H_2} \times P_{I_2}}{P_{HI}^2}$.     * Đối với phản ứng: $Cr + H_2O[k] \rightleftharpoons CO[k] + H_2[k]$, hằng số $K_c = \frac{[CO] \times [H_2]}{[H_2O]}$.     * Mối quan hệ giữa $K_c$ và $K_p$: Trong phản ứng $N_2[k] + 3H_2[k] \rightleftharpoons 2NH_3[k]$, $K_c = K_p(RT)^2$ (theo transcript).

• Sự Chuyển dịch Cân bằng:     * Nhiệt độ: Đối với phản ứng tỏa nhiệt (\Delta H < 0) như tổng hợp $NH_3$, muốn thu nhiều sản phẩm cần giảm nhiệt độ. Nếu tăng nhiệt độ, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều thu nhiệt).     * Áp suất: Cân bằng không chuyển dịch khi biến đổi áp suất nếu số mol khí hai vế bằng nhau (ví dụ: $FeO[tt] + CO[k] \rightleftharpoons Fe[tt] + CO_2[k]$).     * Nồng độ: Thêm $NH_3$ vào hệ cân bằng $NH_4Cl[tt] \rightleftharpoons NH_3[k] + HCl[k]$ làm thay đổi cân bằng nhưng giá trị hằng số cân bằng không đổi.

Nhiệt Động Lực Học Hóa Học

• Các Hệ Nhiệt Động:     * Hệ cô lập: Không trao đổi chất và năng lượng với môi trường.     * Hệ kín: Trao đổi năng lượng nhưng không trao đổi chất (ví dụ: đốt cháy metan trong bình kín không cách nhiệt).     * Hệ hở: Trao đổi cả chất và năng lượng (ví dụ: đun sôi siêu nước).

• Nguyên lý và Hàm trạng thái:     * Nguyên lý một: $\Delta U = Q + A$. Nội năng ($U$) không bao gồm động năng chuyển động có hướng của toàn hệ.     * Nguyên lý hai: Biểu thức hiệu suất $n = \frac{T_2}{T_1}$ (theo transcript).     * Hàm trạng thái: Biến thiên của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối.     * Động cơ vĩnh cửu: Loại I sinh công không tốn năng lượng; Loại II biến hoàn toàn nhiệt thành công (cả hai đều không khả thi).

• Hiệu ứng Nhiệt và Entalpi ($\Delta H$):     * Phản ứng tỏa nhiệt: \Delta H < 0. Phản ứng thu nhiệt: \Delta H > 0.     * Nhiệt tạo thành (Sinh nhiệt): Của đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn bằng $0$. Biến thiên entalpi tạo thành bằng biến thiên entalpi phân hủy nhưng ngược dấu.     * Định luật Hess: Hiệu ứng nhiệt bằng tổng sinh nhiệt sản phẩm trừ tổng sinh nhiệt tác chất: $\Delta H = \Delta H_{c,tg} - \Delta H_{c,sp}$.

• Entropi ($S$) và Năng lượng Tự do Gibbs ($G$):     * Entropi ($S$): Đặc trưng cho độ hỗn loạn. \Delta S < 0 chứng tỏ hệ sau phản ứng ít hỗn loạn hơn. Phản ứng $I_2(rắn) \rightarrow I_2(khí)$ có \Delta S > 0.     * Năng lượng tự do ($G$): Biến thiên năng lượng tự do xác định khả năng tự diễn biến. Ở trạng thái cân bằng tại $298\,K$, $\Delta G = 0$.

Dung Dịch và Các Tính Chất Liên Kết

• Nồng độ Dung dịch:     * Nồng độ molan ($C_m$): $C_m = \frac{m_{ct} \times 1000}{M \times m_{dm}}$.     * Nồng độ đương lượng ($C_n$): $C_n = \frac{m_{ct}}{E \times V}$.     * Nồng độ phần mol: Tỉ số số mol chất đó và tổng số mol tất cả các chất trong dung dịch.

• Định luật Raunt và Van hop:     * Áp suất hơi bão hòa ($P$): Dung dịch chất tan không bay hơi có áp suất hơi P < P_0 (dung môi nguyên chất).     * Độ tăng nhiệt độ sôi ($\Delta T_s$): Tỉ lệ với nồng độ molan. Công thức: $\Delta T_s = K_s \times C_m$. Hằng số nghiệm sôi $K_s$ là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch chứa $1\,mol$ chất tan trong $1000\,gam$ dung môi.     * Áp suất thẩm thấu ($\pi$): Biểu thức Định luật Van hop: $\pi = iCRT$ (trong transcript ghi $n = RCT$). Hiện tượng thẩm thấu là sự khuếch tán một chiều của dung môi từ nơi nồng độ thấp sang nơi nồng độ cao qua màng bán thấm.

• Ứng dụng Y dược:     * Dung dịch $NaCl\,0,9\%$ dùng bù nước và điện giải cho bệnh nhân.     * Áp suất thẩm thấu của $NaCl\,0,9\%$ ở $37^{\circ}C$ là $7,82\,atm$, của glucozo $5\%$ là $7,06\,atm$.     * Cơ chế thuốc lợi tiểu: Tăng áp suất thẩm thấu ở ống thận để hút nước bài xuất.

Axit - Bazơ và Chỉ Thị Màu

• Thuyết Axit-Bazơ:     * Thuyết Lewis: Axit nhận cặp electron, Bazơ nhường cặp electron để tạo liên kết cộng hóa trị.     * Thuyết Bronsted: Axit cho proton ($H^+$), Bazơ nhận proton.

• Chỉ số $pH$:     * Nồng độ $H^+$ tăng thì $pH$ giảm.     * Nước có $pH = 7$. Máu người có $pH$ ổn định khoảng $7,4$.     * Dung dịch đệm: Tạo bởi axit yếu và bazơ liên hợp, giúp giữ $pH$ ít thay đổi khi thêm axit/bazơ mạnh. Hệ đệm tiêu biểu: $NH_3/NH_4Cl$, $NaH_2PO_4/Na_2HPO_4$. Máu không chứa hệ $HCl/Cl^-$.

• Chuẩn độ Tiêu chuẩn:     * Chỉ thị màu:         * Phenolphtalein: Khoảng đổi màu $8-10$ (Không màu sang hồng).         * Quỳ tím: Khoảng $5-8$ (Hồng sang xanh).         * Metyl da cam: Khoảng $3,1-4,4$ (Đỏ sang vàng).         * Metyl đỏ: Khoảng $4,4-6,2$ (Đỏ sang vàng).     * Điểm tương đương: Là thời điểm số đương lượng chất chuẩn bằng số đương lượng chất định phân ($V_1N_1 = V_2N_2$).     * Chuẩn độ Permanganat ($KMnO_4$): Thực hiện trong môi trường $H_2SO_4$ đặc/loãng (tùy nồng độ) để tạo ion $Mn^{2+}$ không màu. Dùng để định lượng các chất khử như $H_2C_2O_4$, $FeSO_4$, $H_2O_2$.

Các Số Liệu và Bài Tập Tính Toán Đặc Biệt

• Nhiệt năng tiêu thụ: Một nước $20$ triệu dân, tiêu tốn $230.000\,kcal/người/ngày$, tương đương $2,5 \times 10^8$ tấn than mỗi năm.

• Phổ phóng xạ: Poloni sau $14$ ngày giảm $6,85\%$, chu kỳ bán hủy là $136,7$ ngày.

• Xúc tác Platin: Trong phản ứng $H_2 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O$, xúc tác là $Pt$. Trong phản ứng nhôm và iốt, xúc tác là nước.

• Nhiệt độ sôi: $CH_3OH$ có nhiệt độ sôi là $64^{\circ}C$.

• Chuẩn độ Normality ($N$): Lấy $8\,ml\,HCl$ phản ứng vừa đủ $10\,ml\,NaOH\,0,1N$ thì nồng độ $HCl$ là $0,125N$.