Hóa học đại cương lớp 10

Kiến thức Hóa 10 chiếm khoảng 2–4 câu trong đề tốt nghiệp: câu nhiều lựa chọn về cấu hình electron, xu hướng trong bảng tuần hoàn, loại liên kết, số oxi hóa; câu trả lời ngắn tính biến thiên enthalpy hoặc tốc độ phản ứng; đôi khi có câu thực tiễn về phòng chống cháy nổ. Đây là phần "nền": hiểu chắc thì học các chủ đề lớp 11, 12 nhẹ hơn nhiều.

Kiến thức trọng tâm

Cấu tạo nguyên tử

• Nguyên tử gồm hạt nhân (proton mang điện +1, neutron không mang điện) và lớp vỏ electron (điện tích −1). Nguyên tử trung hòa: số proton = số electron = Z.
• Số khối $A = Z + N$; kí hiệu nguyên tử $^{A}_{Z}\mathrm{X}$. Đồng vị: cùng Z, khác N.
• Nguyên tử khối trung bình: $\overline{A} = \dfrac{A_1 x_1 + A_2 x_2 + \dots}{100}$ ($x_i$: phần trăm số nguyên tử).
• Lớp $n$ có $n^2$ orbital, chứa tối đa $2n^2$ electron. Phân lớp s, p, d, f có 1, 3, 5, 7 orbital, chứa tối đa 2, 6, 10, 14 electron.
• Thứ tự mức năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s… Điền electron theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli (mỗi orbital tối đa 2 electron ngược chiều) và quy tắc Hund (electron phân bố để số electron độc thân là tối đa).
• Lớp ngoài cùng có 1–3 electron: thường là kim loại; 5–7 electron: thường là phi kim; 8 electron (He: 2): khí hiếm.

Bảng tuần hoàn và xu hướng biến đổi

Các nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân; cùng số lớp electron → cùng chu kì; cùng số electron hóa trị → cùng nhóm. Với nguyên tố nhóm A: số thứ tự nhóm = số electron lớp ngoài cùng.

Chu kì 3: $\ce{Na2O}$, MgO là oxide base; $\ce{Al2O3}$ lưỡng tính; $\ce{SiO2}$, $\ce{P2O5}$, $\ce{SO3}$, $\ce{Cl2O7}$ là oxide acid. Hóa trị cao nhất với oxygen tăng từ 1 (Na) đến 7 (Cl).

Liên kết hóa học

Quy tắc octet: nguyên tử có xu hướng đạt 8 electron lớp ngoài cùng (giống khí hiếm) bằng cách nhường, nhận hoặc góp chung electron.

• Liên kết đơn: 1 σ; liên kết đôi: 1 σ + 1 π; liên kết ba: 1 σ + 2 π. Liên kết σ bền hơn liên kết π.
• Liên kết cho – nhận: cặp electron dùng chung do một nguyên tử đóng góp (ví dụ trong $\ce{NH4+}$).
• Năng lượng liên kết ($E_b$): năng lượng cần để phá vỡ 1 mol liên kết ở thể khí; $E_b$ càng lớn, liên kết càng bền.
• Liên kết hydrogen: giữa nguyên tử H (đã liên kết với F, O, N) và một nguyên tử F, O, N khác có cặp electron riêng. Làm nước, alcohol, acid sôi cao bất thường; nước đá nhẹ hơn nước lỏng.
• Tương tác van der Waals: lực hút yếu giữa các phân tử; tăng khi phân tử khối, kích thước phân tử tăng (nhiệt độ sôi $\ce{F2} < \ce{Cl2} < \ce{Br2} < \ce{I2}$).

Hình dạng phân tử quyết định phân tử có phân cực hay không: $\ce{CO2}$ thẳng nên hai liên kết C=O phân cực triệt tiêu nhau; $\ce{H2O}$ dạng góc nên phân cực.

Phản ứng oxi hóa – khử

Quy tắc xác định số oxi hóa: đơn chất bằng 0; trong hợp chất, H thường là +1, O thường là −2 (trừ peroxide −1); tổng số oxi hóa trong phân tử bằng 0, trong ion bằng điện tích ion.

Mẹo nhớ: "khử cho – O nhận". Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron: (1) xác định số oxi hóa thay đổi; (2) viết quá trình oxi hóa, quá trình khử; (3) tìm hệ số sao cho tổng electron nhường = tổng electron nhận; (4) đặt hệ số, cân bằng nguyên tố còn lại (thường H, O sau cùng).

Năng lượng hóa học: enthalpy

• Điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar, nồng độ 1 M (chất tan), nhiệt độ thường chọn 25 °C (298 K).
• $\Delta_r H^\circ_{298} < 0$: phản ứng tỏa nhiệt; $> 0$: thu nhiệt.
• Enthalpy tạo thành chuẩn của đơn chất bền bằng 0.

(sp: sản phẩm, cd: chất đầu; công thức theo năng lượng liên kết chỉ áp dụng khi các chất đều ở thể khí; nhớ nhân hệ số phương trình.)

Tốc độ phản ứng

Với phản ứng $a\mathrm{A} + b\mathrm{B} \to c\mathrm{C} + d\mathrm{D}$, tốc độ trung bình:

• Định luật tác dụng khối lượng (phản ứng đơn giản): $v = k\,C_{\mathrm{A}}^{a}C_{\mathrm{B}}^{b}$.
• Quy tắc Van't Hoff: khi nhiệt độ tăng 10 °C, tốc độ tăng $\gamma$ lần ($\gamma \approx 2$–4): $\dfrac{v_2}{v_1} = \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$.

Phòng chống cháy nổ

• Sự cháy cần đủ ba yếu tố (tam giác cháy): chất cháy, chất oxi hóa (thường là oxygen trong không khí), nguồn nhiệt. Loại bỏ một yếu tố là dập tắt được đám cháy.
• Nhiệt độ tự bốc cháy: nhiệt độ thấp nhất để chất tự cháy mà không cần nguồn lửa. Điểm chớp cháy: nhiệt độ thấp nhất tại đó hơi của chất lỏng cháy được khi tiếp xúc nguồn lửa — chất có điểm chớp cháy thấp (xăng) rất dễ gây cháy.
• Bụi than, bột mì, bột kim loại lơ lửng trong không gian kín có thể nổ bụi vì diện tích tiếp xúc với oxygen rất lớn.
• Xử lí: cháy xăng dầu → dùng cát, bình bột, bình $\ce{CO2}$, không dùng nước; cháy do điện → ngắt cầu dao trước; cháy kim loại mạnh (Na, Mg) → dùng cát khô; rò rỉ khí gas → khóa van, mở cửa thông gió, không bật tắt thiết bị điện.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Cấu hình electron và vị trí

Xem lời giải

1. Electron ở phân lớp p: $2p^6$ (6) + $3p^5$ (5) = 11 → cấu hình $1s^22s^22p^63s^23p^5$, Z = 17 (chlorine).
2. 3 lớp electron → chu kì 3; 7 electron lớp ngoài cùng, electron cuối điền vào phân lớp p → nhóm VIIA.
3. 7 electron lớp ngoài cùng → phi kim.

Dạng 2: Đồng vị và nguyên tử khối trung bình

Xem lời giải

Gọi phần trăm $^{63}\mathrm{Cu}$ là $x$: $\dfrac{63x + 65(100 - x)}{100} = 63{,}54$ → $6500 - 2x = 6354$ → $x = 73$. Vậy $^{63}\mathrm{Cu}$ chiếm 73% số nguyên tử.

Dạng 3: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử

Xem lời giải

1. Số oxi hóa thay đổi: Al từ 0 lên +3; N từ +5 (trong $\ce{HNO3}$) xuống +1 (trong $\ce{N2O}$).
2. Quá trình oxi hóa: $\ce{Al -> Al^{3+} + 3e-}$ (× 8). Quá trình khử: 2 nguyên tử N nhận $2 \cdot 4 = 8$ electron tạo 1 phân tử $\ce{N2O}$ (× 3).
3. Đặt hệ số: 8 Al, 3 $\ce{N2O}$; nitrogen cần $8 \cdot 3 + 3 \cdot 2 = 30$ → 30 $\ce{HNO3}$; hydrogen → 15 $\ce{H2O}$:

$$\begin{aligned}&\ce{8Al + 30HNO3} \\ &\ce{-> 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O}\end{aligned}$$

Chất khử: Al. Chất oxi hóa: $\ce{HNO3}$ (chỉ 6 trong 30 phân tử $\ce{HNO3}$ đóng vai trò chất oxi hóa, phần còn lại tạo muối).

Dạng 4: Tính biến thiên enthalpy

Xem lời giải

a) $\Delta_r H^\circ_{298} = (-635{,}1) + (-393{,}5) - (-1206{,}9) = +178{,}3$ kJ → phản ứng thu nhiệt (phải đốt nhiên liệu cấp nhiệt cho lò vôi). 1,0 kg $\ce{CaCO3}$ = 10 mol → cần $10 \cdot 178{,}3 = 1783$ kJ.

b) $\Delta_r H^\circ_{298} = (436 + 243) - 2 \cdot 432 = -185$ kJ → phản ứng tỏa nhiệt.

Dạng 5: Tốc độ phản ứng

Xem lời giải

a) $\overline{v} = -\dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{0{,}0168 - 0{,}0200}{100} = 1{,}6 \cdot 10^{-5}$ M/s (nhớ chia cho hệ số 2 của $\ce{N2O5}$).

b) $\dfrac{v_2}{v_1} = 3^{\frac{50 - 30}{10}} = 9$ → thời gian giảm 9 lần: $\dfrac{72}{9} = 8$ phút.

Dạng 6: Đếm phát biểu đúng (thực tiễn)

Xem lời giải

(b), (d), (e) đúng. (a) sai: xăng nhẹ hơn nước, nổi lên và loang rộng đám cháy; phải dùng cát, bình bột hoặc bình $\ce{CO2}$. (c) sai: bán kính giảm dần. Đáp số 3.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

1. Nguyên tố có cấu hình electron lớp ngoài cùng $3s^2$ thuộc chu kì, nhóm nào? Là kim loại hay phi kim?

Xem đáp án

Chu kì 3, nhóm IIA (magnesium), kim loại.

2. Xác định số oxi hóa của S trong $\ce{H2SO4}$, của N trong $\ce{NH4+}$, của Cr trong $\ce{K2Cr2O7}$.

Xem đáp án

S: +6; N: −3; Cr: +6.

3. Hệ số Van't Hoff của một phản ứng là 2. Khi tăng nhiệt độ từ 20 °C lên 60 °C, tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần?

Xem đáp án

$2^{\frac{60 - 20}{10}} = 2^4 = 16$ lần.

4. Dựa vào độ âm điện (H 2,20; O 3,44; Na 0,93; Cl 3,16), cho biết loại liên kết trong $\ce{H2O}$ và NaCl.

Xem đáp án

O–H: $\Delta\chi = 1{,}24$ → cộng hóa trị phân cực. NaCl: $\Delta\chi = 2{,}23$ → liên kết ion.

5. Vì sao trong nhà máy xay bột mì phải hạn chế bụi và cấm lửa?

Xem đáp án

Bụi bột mì lơ lửng có diện tích tiếp xúc với oxygen rất lớn; gặp tia lửa sẽ cháy cực nhanh, gây nổ bụi.