CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về phản ứng hóa học 1.Khái niệm phản ứng hóa học [2] Quá trình biến ñổi chất này thành chất khác gọi là phản ứng hóa học. Chất ban ñầu bị biến ñổi trong phản ứng gọi là chất phản ứng (chất tham gia, chất mới sinh ra là sản phẩm). Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng.
Phản ứng hóa học ñược ghi theo phương trình chữ như sau: Tên các chất phản ứng → Tên các sản phẩm Ví dụ: Lưu huỳnh + sắt → Sắt (II)sunfua Trong quá trình phản ứng, lượng chất phản ứng giảm dần, lượng sản phẩm tăng dần. Trong phản ứng hóa học chỉ có liên kết giữa các nguyên tử thay ñổi làm cho phân tử này biến thành phân tử khác. Phản ứng xảy ra ñược khi các chất tham gia tiếp xúc trực tiếp với nhau, có trường hợp ñun nóng, có trường hợp cần xúc tác. Nhận biết dấu hiệu xảy ra dựa vào dấu hiệu có chất mới tạo thành.
Các loại phản ứng hóa học 1. Các loại phản ứng trong hóa học vô cơ : [2] Phản ứng có sự thay ñổi số oxi hóa và phản ứng không có sự thay ñổi số oxi hóa Các dạng phản ứng hoá học cơ bản: - Phản ứng phân tích là phản ứng trong ñó một chất bị phân tích thành nhiều chất mới. Ví dụ: CaCO3 = CaO + CO2 ↑ - Phản ứng kết hợp là phản ứng trong ñó hai hay nhiều chất kết hợp với nhau tạo thành một chất mới. Ví dụ: BaO + H2O = Ba(OH)2.
- Phản ứng thế là phản ứng trong ñó nguyên tử của ngyên tố này ở dạng ñơn chất thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất. PDF Created LUAN VAN CHAT with deskPDF LUONG PDF Writer - Trial download : add:: http://www.com luanvanchat@agmail.com 8 Ví dụ: Zn + H2SO4 loãng = ZnSO4 + H2 ↑ - Phản ứng trao ñổi là phản ứng trong ñó các hợp chất trao ñổi nguyên tử hay nhóm nguyên tử với nhau. Ví dụ: BaCl2 + NaSO4 = BaSO4 + 2NaCl. Phân loại dựa trên hiệu ứng nhiệt của phản ứng : - Phản ứng tỏa nhiệt.
ðịnh nghĩa: Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ như phản ứng ñốt cháy xăng dầu, cung cấp năng lượng ñể vận hành xe cộ, máy móc… - Phản ứng thu nhiệt ðịnh nghĩa : phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. Ví dụ như khi sản xuất vôi, người ta phải liên tục cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt ñể thực hiện phản ứng phân hủy ñá vôi.Các loại phản ứng trong hóa hữu cơ:[2] Phản ứng cộng. Phân tử hữu cơ kết hợp thêm với các nguyên tử hoặc phân tử khác.
0 Ví dụ: HC ≡ CH + 2 H 2 t → H 3C − CH 3 Phản ứng thế Một hoặc một nhóm nguyên tử ở phân tử hữu cơ bị thế bởi một hoặc một nhóm nguyên tử khác. Ví dụ: H3C – OH + H-Br → H3C- Br +HOH Phản ứng tách Một vài nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử bị tách ra khỏi phân tử. + → 0 H ,170 C Ví dụ: H3C- CH2-OH H2C = CH2 +H2O Phản ứng phân hủy Phân tử bị phá hủy hoàn toàn thành các nguyên tử hoặc các phân tử nhỏ. Ví dụ: CH4 → o t C + 2H2 PDF Created LUAN VAN CHAT with deskPDF LUONG PDF Writer - Trial download : add:: http://www.com luanvanchat@agmail.com 9 C4H10 + 5F2 → 4C + 10HF C6H12 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O Phản ứng este hóa Là phản ứng ñiều chế este bằng cách ñun nóng ancol với axit cacboxylic, có axit mạnh làm xúc tác.
+ H RCOOH + R’OH ↽⇀ R – COOR’ + H2O Phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau tạo thành những phân tử rất lớn gọi là polime. Trong phản ứng trùng hợp, chất ñầu (các phân tử nhỏ) ñược gọi là monome. Sản phẩm của phản ứng gồm nhiều mắt xích monome hợp thành nên ñược gọi là polime. Số lượng mắt xích monome trong một phân tử polime gọi là hệ số trùng hợp và kí hiệu là n.
Phản ứng oxi hóa - khử 1. Một số khái niệm 1. Hóa trị và số oxi hóa [4] Hóa trị - Hóa trị ñặc trưng cho khả năng nguyên tử của các nguyên tố ñó có thể hình thành một số liên kết hoá học nhất ñịnh. Hoá trị thường gắn liền với một kiểu liên kết cụ thể.
Có thể ñịnh nghĩa nó là số nguyên tử của nguyên tố hóa trị một kết hợp với một nguyên tử của nguyên tố ñã cho. Chẳng hạn, trong axit clohidric HCl, clo có hóa trị một, trong nước H2O oxi có hóa trị hai, trong amoniac NH3 nitơ có hóa trị ba, trong metan CH4 cacbon có hóa trị bốn, trong PCl5 photpho có hóa trị năm, trong SF6 lưu huỳnh có hóa trị sáu…. - Với sự phát triển học thuyết về liên kết hóa học, hóa trị của nguyên tử trong phân tử ñược hiểu là số cặp ñiện tử mà nguyên tử ñã cho dùng ñể liên kết với những nguyên tử khác, như vậy hóa trị ñược ñịnh nghĩa là số liên kết nhờ ñó nguyên tử ñã cho kết hợp với những nguyên tử khác. Số liên kết mà nguyên tử có thể tạo thành bằng số ñiện tử không kết ñôi của nó.
Ở ñây không tính ñến tính có cực của liên kết PDF Created LUAN VAN CHAT with deskPDF LUONG PDF Writer - Trial download : add:: http://www.com luanvanchat@agmail.com 10 ñược tạo thành và vì vậy hóa trị không có dấu. Cần nhấn mạnh rằng hóa trị xác ñịnh theo số liên kết không thể âm và cũng có thể bằng không. - ðiện hoá trị ñược xác ñịnh bằng số electron mà một nguyên tử mất ñi hay thu vào khi tạo thành ion ñơn. ðó là ñiện tích của các ion trong hợp chất ion.
Chẳng hạn, trong phân tử CaCl2, nguyên tử Caxi có ñiện hoá trị +2, nguyên tử Clo -1. - Cộng hoá trị ñược xác ñịnh bằng số liên kết cộng hoá trị do các nguyên tử trong phân tử tạo thành. Nói chung, mỗi liên kết cộng hoá trị ñược hình thành từ một cặp electron. Ví dụ trong phân tử H2, hydro có cộng hoá trị I (H-H); trong phân tử N2, nguyên tử nitơ có cộng hoá trị III (N≡N) (Mỗi gạch nối chỉ một liên kết thực hiện bằng một cặp electron).
Số oxi hóa ðể thuận tiện khi xem xét phản ứng oxi hoá - khử và tính chất của các nguyên tố, người ta ñưa ra khái niệm số oxi hoá (còn gọi là mức oxi hoá hay ñiện tích hoá trị). Số oxi hoá là ñiện tích quy ước mà nguyên tử có ñược nếu giả thuyết rằng cặp e liên kết (do 2 nguyên tử góp chung) chuyển hoàn toàn về phía nguyên tử có ñộ âm ñiện lớn hơn. Số oxi hoá ñược tính theo quy tắc sau : − Tổng ñại số số oxi hoá của các nguyên tử trong phân tử trung hoà ñiện bằng 0. − Tổng ñại số số oxi hoá của các nguyên tử trong một ion phức tạp bằng ñiện tích của ion.
Ví dụ trong ion HSO4-, số oxi hoá của H là +1, của O là −2 của S là +6. − Trong ñơn chất, số oxi hoá của các nguyên tử bằng 0. Ví dụ: Trong Cl2, số oxi hoá của Cl bằng 0. − Khi tham gia hợp chất, số oxi hoá của một số nguyên tố có trị số không ñổi như sau: + Kim loại kiềm luôn bằng +1.
+ Kim loại kiềm thổ luôn bằng +2. + Oxi (trừ trong peoxit bằng − 1) luôn bằng − 2. + Hiñro (trừ trong hiñrua kim loại bằng − 1) luôn bằng − 2, Al thường bằng +3. PDF Created LUAN VAN CHAT with deskPDF LUONG PDF Writer - Trial download : add:: http://www.com luanvanchat@agmail.com 11 Chú ý: Dấu của số oxi hoá ñặt trước giá trị, còn dấu của ion ñặt sau giá trị.
+3 Ví dụ: Số oxi hóa của Fe , của ion Fe3+. Chất khử và chất oxi hóa - Một số chất khử và chất oxi hoá quan trọng nhất [22] NHỮNG CHẤT KHỬ VÀ NHỮNG CHẤT OXI HÓA QUAN TRỌNG NHẤT Chất khử : Chất nhường e Chất oxi hóa : Chất nhận e - Nguyên tử kim loại, hidro, hidro - Các halogen:F2,Cl2, Br2. - Các hợp chất của Mangan : - Cacbon, cacbon(II)oxit. Mn2O7, MnO3, MnO2, KMnO4, - Các hợp chất của lưu huỳnh: K2MnO4.
H2S, H2SO3 và muối của nó, - Các hợp chất của Crom : CrO3, Na2S2O3… K2CrO4, K2CrO7… - Axit có gốc axit là nhóm halogen : - Các hợp chất của Oxi : O2, O3, HI, HBr, HCl… H2O2 và muối của nó. - Muối : SnCl2, FeSO4, MnSO4, - Các axit có tính oxi hoá mạnh Cr2(SO4)3…. như: H2SO4, H2SeO4, HNO3 và muối - Các hợp chất của nitơ : HNO2, của nó… NH3, N2H4, NH2OH, NO… - Ion của những kim loại quý (Ag+, - H3PO3, H3AsO3, K4[Fe(CN)6]. Pb2+, Au 3+…) - Một số hợp chất hữu cơ: Andehit, - Pb(CH3COO)2, (NH4)2S2O8, rượu, axit fomic và axit oxalic.
K3[Fe(CN)6], CuO ,Ag2O, PbO2. - Nước cường toan, hỗn hợp của axit nitric ñậm ñặc và axit flohidric ñậm ñặc. ðể xảy ra ñược phản ứng oxi hóa - khử cần phải biết có những nguyên tử, phân tử hoặc ion có khả năng cho hoặc thu nhận ñiện tử.[3] • ðơn chất có thể là chất oxi hoá, có thể là chất khử : PDF Created LUAN VAN CHAT with deskPDF LUONG PDF Writer - Trial download : add:: http://www.com luanvanchat@agmail.com 12 + Chất oxi hoá có thể là ñơn chất, mà nguyên tử trung hoà của nó nhận electron thành ion tích ñiện âm, có cấu trúc electron của khí trơ gần nhất. Các nguyên tử trung hoà của những nguyên tố có ngoài cùng 7 (s2p5); 6(s2p4); 5(s2p 3) và 4(s2p2) electron.
Chất oxi hoá mạnh nhất là halogen và oxi ở dạng nguyên tử. + Chất khử ñiển hình là những nguyên tử có số electron ở lớp ngoài cùng chứa từ một ñến ba electron. Trong các chất khử này là kim loại, là các nguyên tố s, d, f. • Các oxiaxit và các muối của chúng có thể là chất oxi hoá có thể là chất khử.
+ Chất oxi hoá là các oxiaxit có số oxi hoá cao nhất và các muối của chúng. Trong thành phần của chất oxi hoá thường có các nguyên tử của nguyên tố ở mức oxi hoá cao. +7 +6 Ví dụ : K MnO4 , K 2 Cr 2 O7 …. + Chất khử là các oxi axit có số oxi hoá thấp và các muối của chúng.