Tiêu đề CĐ2. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ • NĂNG LƯỢNG HOÁ HỌC TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG • NHÓM HALOGEN (Tổng ôn hóa học 10).pdf ✅

A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1. Phản ứng oxi hoá - khử: a) Chất oxi hoá, chất khử Chất khử là chất nhường electron; chất oxi hoá là chất nhận electron. Quá trình oxi hoá là quá trình chất khử nhường electron, ví dụ: Na Na 1e → ++ . Quá trình khử là quá trình chất oxi hoá nhận electron, ví dụ: Cl 2e 2Cl 2 − + → . b) Cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp cân bằng electron Σ số electron chất khử nhường = Σ số electron chất oxi hoá nhận 2. Năng lượng hoá học: a) Biến thiên enthalpy của phản ứng Nhiệt lượng toả ra hay thu vào của phản ứng ở một điều kiện xác định được gọi là biến thiên enthalpy của phản ứng, kí hiệu là ΔHr (r là viết tắt của từ reaction nghĩa là phản ứng). Biến thiên enthalpy ở điều kiện chuẩn ( 298 K, 1 bar) được kí hiệu là Δ Hr 298 . Phản ứng toả nhiệt làm giảm bớt năng lượng của hệ, hệ chất sản phẩm có năng lượng thấp hơn hệ chất đầu, dẫn tới Δ H 0 r  . Phản ứng thu nhiệt làm tăng thêm năng lượng của hệ, hệ chất sản phẩm có năng lượng cao hơn hệ chất đầu, dẫn tới Δ H 0 r  . b) Nhiệt tạo thành Nhiệt tạo thành (Δ Hf ) của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất, ở một điều kiện xác định. Nhiệt tạo thành của một chất ở điều kiện chuẩn gọi là nhiệt tạo thành chuẩn (Δ Hf 298 ). Ví dụ: ( ) ( ) ( ) ( ) o 2 2 2 r 298 f 298 2 1 H g O g H O g Δ H 241,8 kJ Δ H H O g 241,8 kJ / mol 2 + → = −  = −     ( ) ( ) ( ) ( ) o o Ca s Cl g CaCl s + → = −  = − 2 2 r 298 f 298 2 Δ H 795,0 kJ Δ H CaCl s 795,0 kJ / mo   l   c) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng ở điều kiện chuẩn  Theo nhiệt tạo thành: Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng = Tổng nhiệt tạo thành chuẩn của các chất sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành chuẩn của các chất đầu: CHỦ ĐỀ 2. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ • NĂNG LƯỢNG HOÁ HỌC TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG • NHÓM HALOGEN (Tổng ôn hóa học 10)
o r f H H   =  (chất đầu) o −fH (sản phẩm) Ví dụ: Xét phản ứng đốt cháy methane trong khí thiên nhiên để làm nhiên liệu: CH g 2O g CO g 2H O g 4 2 2 2 ( ) + → + ( ) ( ) ( ) Δ H ? r 298 = Δ H kJ/mol f 298 ( ) o −74,9 0,0 −393,5 −241,8 Δ H 393,5.1 241,8.2 74,9.1 802, 2 kJ r 298 = − − − − = − ( ) ( ).  Theo năng lượng liên kết (các chất đều ở thể khí): Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng = Tổng năng lượng liên kết của các chất đầu trừ tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm: Δ H ΣE r b = o (chất đầu) −ΣEb (sản phẩm) 3. Tốc độ phản ứng: a) Tốc độ trung bình của phản ứng hoá học Tốc độ trung bình của phản ứng là tốc độ phản ứng xét trong một khoảng thời gian. Ví dụ: Xét phản ứng xử lí các khí gây ô nhiễm: 2 2 2NO 2CO N 2CO + → + . NO CO N CO 2 2 tb 1 1 1 1 ΔC ΔC ΔC ΔC v . . . . 2 Δt 2 Δt 1 Δt 2 Δt = − = − = = b) Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng  Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng: Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích nồng độ các chất phản ứng với số mũ thích hợp. Ví dụ 1: Xét phản ứng chuyển hoá NO trong quá trình sản xuất nitric acid: 2 2 2NO O 2NO + → Biểu thức của định luật tác dụng khối lượng: 2 2 NO O v k.C .C = . Ví dụ 2: Xét phản ứng phân huỷ HI trong pha khí: 2HI g H g I g ( ) → + 2 2 ( ) ( ) Biểu thức của định luật tác dụng khối lượng: 2 HI v k.C = . Hằng số k đặc trưng cho mỗi phản ứng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.  Ảnh hưởng của áp suất chất phản ứng: Đối với chất khí, ảnh hưởng của áp suất tương tự như ảnh hưởng của nồng độ.  Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, các hạt chất đầu sẽ chuyển động nhanh hơn, số va chạm hiệu quả (va chạm gây ra phản ứng hoá học) tăng, dẫn tới tốc độ phản ứng tăng. Thực nghiệm cho thấy, khi tăng nhiệt độ thêm 10 C thì tốc độ phản ứng thường tăng từ 2 đến 4 lần. Biểu thức định luật Van’t Hoff: T 10 T v v  + = (với  là hệ số nhiệt độ).  Ảnh hưởng của diện tích bề mặt chất phản ứng: Khi tăng diện tích bề mặt tiếp xúc sẽ làm tăng số va chạm hiệu quả giữa các chất đầu, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.  Ảnh hưởng của chất xúc tác: Chất xúc tác dẫn dắt phản ứng đi theo một con đường mới có năng lượng hoạt hoá thấp hơn, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.
Năng lượng hoạt hoá là năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho các hạt chất đầu (nguyên tử, phân tử hoặc ion) để va chạm giữa chúng gây ra phản ứng hoá học. 4. Nhóm halogen: a) Đặc điểm cấu tạo nguyên tử, phân tử Các nguyên tử halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng 2 5 ns np , thể hiện khuynh hướng nhận 1 electron để tạo liền kết ion hoặc góp chung 1 electron để tạo liên kết cộng hoá trị. Trong phân tử halogen, hai nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị không phân cực: Năng lượng liên kết trong phân tử halogen: Liên kết F F − Cl Cl − Br Br − I I − E , kJ/mol b 159 243 193 151 b) Đơn chất halogen Trong dãy đơn chất halogen từ F2 đến 2 I , nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng dần do tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng và khối lượng phân tử tăng. Ở điều kiện thường, Cl ,Br ,I 2 2 2 ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ như alcohol, benzene. Halogen là các phi kim điển hình, có tính oxi hoá mạnh và giảm dần từ F2 đến 2 I . Trong phản ứng: H g X g 2HX g 2 2 ( ) + → ( ) ( ) , mức độ phản ứng giảm từ F2 đến 2 I , phù hợp với xu hướng giảm dần tính oxi hoá và giảm dần năng lượng liên kết H X− . Chlorine phản ứng với dung dịch kiềm tạo thành nước Javel hoặc potassium chlorate: Cl 2NaOH NaCl NaOCl H O 2 2 + ⎯⎯→ + + 2 3 2 3Cl 6KOH 5KCl KClO 3H O + ⎯⎯→ + + o t Chlorine và bromine đẩy được các halogen đứng sau trong nhóm ra khỏi dung dịch muối: Cl 2NaBr 2NaCl Br 2 2 + ⎯⎯→ + Br 2KI 2KBr I 2 2 + ⎯⎯→ + c) Hydrogen halide Phân tử hydrogen halide được tạo thành bằng một liên kết cộng hoá trị phân cực: Trong dãy từ H F − đến H I − , độ dài liên kết tăng dần và năng lượng liên kết giảm dần. Nhiệt độ sôi của HF cao nhất trong dãy vì tạo được liên kết hydrogen giữa các phân tử. Hydrogen halide HF HCl HBr HI Nhiệt độ sôi ( C) 19,5 −84,9 −66,7 −35,8 d) Hydrohalic acid Trong dãy hydrohalic acid, tính acid tăng dần từ HF (yếu) đến HI (rất mạnh). e) Muối halide Tính khử trong ion halide tăng dần từ F − đến I − . Nhận biết được ion halide bằng thuốc thử là dung dịch AgNO3 , tạo thành các muối kết tủa có màu sắc khác nhau: AgCl màu trắng; AgBr màu vàng nhạt; AgI màu vàng đậm. Muối halide có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất, y học và đời sống: NaF Thuốc chống sâu răng KCl Phân kali
NaCl Muối ăn KCl Trộn vào muối ăn, cung cấp iodine B. VÍ DỤ MINH HỌA 1. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn: Ví dụ 1.1. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Số oxi hoá của nguyên tử trong bất kì một đơn chất hoá học nào đều bằng 0. B. Tổng số oxi hoá của tất cả các nguyên tử trong một phân tử và trong một ion đa nguyên tử bằng 0. C. Trong tất cả các hợp chất, hydrogen luôn có số oxi hoá là +1. D. Trong tất cả các hợp chất, oxygen luôn có số oxi hoá là –2. Hướng dẫn giải: Chọn A. B. Sai. Tổng số oxi hoá của tất cả các nguyên tử trong một ion đa nguyên tử bằng điện tích ion. C. Sai. Hydrogen còn có số oxi hóa -1 trong một số hợp chất như: NaH; CaH2 ... D. Sai. Oxygen còn có số oxi hóa -1 trong một số hợp chất như: H2O2; Na2O2 ... Ví dụ 1.2. Thuốc tím chứa ion permanganate (MnO4 - ) có tính oxi hóa mạnh, được dùng để sát trùng, diệt khuẩn trong y học, đời sống và nuôi trồng thủy sản. Số oxi hóa của Mn trong ion permanganate (MnO4 - ) là A. +2. B. +3. C. +7. D. +6. Hướng dẫn giải: Chọn C. Đặt số oxi hóa của manganse trong ion permanganate là x Số oxi hóa của O thường là -2. Ta có: x.1 + (-2).4 = -1 ⇒ x = +7 Ví dụ 1.3. Xét phản ứng tổng quát trong quá trình luyện gang từ quặng hematite đỏ: o t Fe O 3CO 2Fe 3CO 2 3 2 + ⎯⎯→ + Trong phản ứng trên, 1 mol Fe O2 3 đã nhận bao nhiêu mol electron từ CO? A. 6 mol. B. 1 mol. C. 2 mol. D. 3 mol. Hướng dẫn giải: Chọn A. 3 0 2Fe 6 2Fe + + →e Ví dụ 1.4. Nung nóng hai ống nghiệm chứa NaHCO3 và P, xảy ra các phản ứng sau: 2NaHCO3(s) ⎯⎯→ Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) (1) 4P(s) + 5O2(g) ⎯⎯→ 2P2O5(s) (2) Khi ngừng đun nóng, phản ứng (1) dừng lại còn phản ứng (2) tiếp tục xảy ra, chứng tỏ A. phản ứng (1) toả nhiệt, phản ứng (2) thu nhiệt. B. phản ứng (1) thu nhiệt, phản ứng (2) toả nhiệt. C. cả 2 phản ứng đều toả nhiệt. D. cả 2 phản ứng đều thu nhiệt. Hướng dẫn giải: Chọn B. Phản ứng toả nhiệt có Δ H 0 r  . Phản ứng thu nhiệt có Δ H 0 r  . Ví dụ 1.5. Phản ứng tổng hợp ammonia: N2(g) + 3H2(g) ⎯⎯→ 2NH3(g) o Δ Hr 298 = -92 kJ Biết năng lượng liên kết (kJ/mol) của N N và H – H lần lượt là 946 và 436. Năng lượng liên kết của N H− trong ammonia là A. 391 kJ/mol. B. 361 kJ/mol. C. 245 kJ/mol. D. 490 kJ/mol. Hướng dẫn giải: Chọn A. o Δ Hr 298 = Eb (N≡N) + 3.Eb (H–H) – 6.Eb (N–H) → Eb (N–H) = 391 kJ/mol. Ví dụ 1.6. Biểu đồ nào sau đây không biểu diễn sự phụ thuộc nồng độ chất tham gia với thời gian?