CHUYÊN ĐỀ 1. CƠ SỞ HOÁ HỌC Bài 1. LIÊN KẾT HOÁ HỌC I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: Viết được công thức Lewis, sử dụng được mô hình VSEPR để dự đoán dạng hình học

2. Cấu tạo cộng hưởng và các liên kết giải toả
a) Cấu trúc cộng hưởng
Chúng ta có thể vẽ hai hoặc nhiều cấu trúc Lewis cho một số phân tử và ion đa nguyên tử, mà không thay đổi vị trí của các nguyên tử trong cấu trúc. Trong trường hợp này, chỉ có sự phân bố electron khác nhau từ cấu trúc này sang cấu trúc khác. Những cấu trúc này được gọi là cấu trúc cộng hưởng. Nhưng trong thực tế, các phân tử có cấu trúc trung gian của những cấu trúc Lewis có thể.
b) Xác định phân tử có cấu trúc cộng hưởng
Sự cộng hưởng chỉ tồn tại khi một cấu trúc Lewis có nhiều liên kết và một nguyên tử liền kề có ít nhất một cặp electron chưa liên kết. Mũi tên được sử dụng để chỉ sự dịch chuyển của các electron từ cấu trúc cộng hưởng này sang cấu trúc cộng hưởng khác.
Ví dụ: ba cấu tạo Lewis cộng hưởng (a), (b), (c) biểu diễn phân tử $SO_3$, có 3 liên kết S—O và nguyên tử O có từ 2 đến 3 cặp electron chưa liên kết (Hình 1.1).
Hình 1.1. Cấu tạo cộng hưởng của phân tử $SO_3$
c) Các liên kết giải toả
Thực nghiệm cho biết các liên kết S—O có độ dài như nhau (145 pm), theo các cấu trúc cộng hưởng nêu trên thì chưa phù hợp (vì độ dài của liên kết đơn phải lớn hơn so với liên kết đôi). Khi đó, có thể coi các liên kết kép được di chuyển và không định chỗ, nghĩa là các cặp electron liên kết được phân bố đều trên toàn hệ (như giải toả), ta có cấu trúc Lewis giải toả.
Ví dụ: các liên kết giải toả trong cấu trúc phân tử $SO_3$ và ion $CO_3^{2-}$ (Hình 1.2).
Hình 1.2. Các liên kết giải toả trong cấu trúc phân tử $SO_3$ (a) và ion $CO_3^{2-}$ (b)
3. Mô hình VSEPR (mô hình sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị)
VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) là thuyết về sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị và dạng hình học của phân tử. Thuyết này còn có tên khác là thuyết Gillespie-Nyholm

hay còn gọi là thuyết đẩy, dựa theo tên của hai nhà khoa học là tác giả của thuyết. Thuyết VSEPR giúp dự đoán khá chính xác góc hoá trị trong những phân tử có những cặp electron không phân chia hoặc có liên kết kép.
Ý tưởng về sự liên quan giữa dạng hình học của cấu tạo phân tử với sức đẩy của các electron (giữa các electron liên kết và chưa liên kết) được giới thiệu lần đầu tiên bởi hai nhà khoa học Nevil Sidgwick và Herbert Powell tại Đại học Oxford năm 1940, trong bài giảng mang tên Bakerian Lecture. Năm 1957, hai nhà khoa học Ronald Gillespie và Ronald Sydney Nyholm tại Đại học London đã đưa ra kết quả nghiên cứu công nhận quan điểm trên, đồng thời đã xây dựng một lí thuyết chi tiết về dạng hình học của phân tử.
Vỏ electron hoá trị của nguyên tử trong phân tử liên kết cộng hoá trị có cặp electron liên kết và cặp electron chưa liên kết. Liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử được tạo thành nhờ cặp electron liên kết và được phân bố trong khoảng không gian giữa hai hạt nhân nguyên tử tạo nên liên kết đó. Liên kết cộng hoá trị là liên kết có tính định hướng không gian làm cho phân tử có hình dạng nhất định. Cấu hình các liên kết của nguyên tử phụ thuộc vào tổng số cặp electron liên kết và chưa liên kết của nguyên tử.
Mô hình VSEPR giải thích sự phân bố về phương diện hình học của các cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm dựa trên sự đẩy của các cặp electron đó.
Công thức VSEPR: phân tử $AX_nE_m$.
Trong đó:
A: nguyên tử trung tâm có các cặp electron hoá trị tạo liên kết;
X: cặp electron liên kết $\sigma$ với A; n: số cặp electron tạo liên kết $\sigma$;
E: cặp electron chưa liên kết; m: số cặp electron chưa liên kết;
$m + n = q$: tổng số cặp electron bao quanh nguyên tử A.
Ví dụ: Kí hiệu phân tử nước: H$_2$OE$_2$, phân tử ammonia: NH$_3$E.
Nội dung của mô hình: “Các cặp electron (có khi là electron độc thân) trong vỏ hoá trị được phân bố xa nhau nhất tới mức có thể để lực đẩy giữa chúng ở mức thấp nhất”.
Quy tắc thuyết sức đẩy:
– Cấu hình các liên kết của nguyên tử hay ion trung tâm đa hoá trị chỉ phụ thuộc vào tổng số cặp electron hoá trị $m + n = q$ bao quanh nó.
– Kích thước các orbital của cặp electron hoá trị được phân bố sao cho sức đẩy giữa các cặp electron đó là tối thiểu.
– Sức đẩy của các cặp electron giảm theo thứ tự: E—E > E—X > X—X.
– Nguyên tử trung tâm A có độ âm điện lớn sẽ kéo mây electron của cặp electron liên kết về phía nó nhiều hơn làm cho góc liên kết tăng. Phối tử X có độ âm điện lớn sẽ kéo mây electron của cặp electron liên kết về phía nó nhiều hơn làm cho góc liên kết giảm.

Ví dụ: phân tử PCl$_3$ có công thức VSEPR là AX$_3$E với cấu tạo Lewis:
Trong đó, sức đẩy của cặp electron chưa liên kết (E) là lớn nhất, tiếp theo là sức đẩy giữa các cặp electron của P và Cl, cuối cùng là sức đẩy giữa các cặp electron của Cl.
4. Hình dạng một số phân tử
Trong nguyên tử, mỗi orbital chiếm một không gian nhất định.
Cặp electron liên kết và cặp electron chưa liên kết không tương đương nhau là do cặp electron liên kết chịu tác dụng hút của cả hai nguyên tử tham gia liên kết (nguyên tử trung tâm A và phối tử X), trong khi đó cặp electron chưa liên kết chỉ chịu lực hút của hạt nhân nguyên tử trung tâm A. Kết quả, obital của cặp electron chưa liên kết chiếm khoảng không gian lớn hơn so với obital của cặp electron liên kết (Hình 1.3).
(a)
(b)
Hình 1.3. Vỏ electron hoá trị của nguyên tử trung tâm A
Trong hình (a) cả 4 cặp electron đều là cặp electron liên kết được phân bố theo tứ diện đều, góc tạo bởi sự cắt nhau giữa hai trục của hai AO cạnh nhau đều bằng $109{,}5^{\circ}$.
Trong hình (b) chỉ có 3 cặp electron liên kết, còn 1 cặp electron chưa liên kết. Khi đó, khoảng không gian chiếm bởi AO của cặp electron chưa liên kết lớn hơn so với khoảng không gian chiếm bởi mỗi một trong số 3 AO liên kết. Kết quả là góc $109{,}5^{\circ}$ không được bảo toàn và hình dạng phân tử không còn là tứ diện đều nữa.
Trường hợp AX$_n$ (với n = 2, 3, ..., 6)
Số cặp electron trong vỏ hoá trị, hình dạng phân tử và sự sắp xếp các cặp electron đó trong không gian có mối liên hệ theo Bảng 1.1.
Bảng 1.1
Số cặp electron trong vỏ hoá trị, Hình dạng phân tử, Sự sắp xếp không gian
2, Thẳng

Số cặp electron trong vỏ hoá trị, Hình dạng phân tử, Sự sắp xếp không gian 3, Tam giác đều 4, Tứ diện đều 5, Lưỡng tháp tam giác 6, Bát diện đều 5. Sự lai hoá o

Phân tử BeH₂ có cấu trúc thẳng: H—Be—H. Hình 1.5. Giản đồ biểu diễn sự lai hoá AO của nguyên tử C tạo ra các AO lai hoá để tạo ra phân tử C₂H₄ Một AO lai hoá sp

Theo mô hình VSEPR, 5 AO lai hoá này được phân bố trên 5 đỉnh của một lưỡng tháp tam giác, phân tử có cấu trúc lưỡng tháp tam giác. Mặt đáy của hai tháp này là

Các kiểu lai hoá quyết định dạng hình học của phân tử: – Lai hoá sp: đường thẳng – Lai hoá $sp^2$: tam giác phẳng – Lai hoá $sp^3$: hình tứ diện (hoặc tháp tam

m + n, Công thức VSEPR, Lai hoá, Hình học phân tử, Ví dụ 5, $AX_5$, $sp^3d$, Lưỡng tháp tam giác, $PCl_5$, $AsF_5$, $Fe(CO)_5$,... 5, $AX_4E$, $sp^3d$, Tứ diện

6. Mô hình VSEPR (mô hình sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị)
Các trường hợp $AX_n$ (với n = 2, 3, ..., 6): Công thức VSEPR đúng phải viết là $AX_nE_o$ để phân biệt với công thức hoá học của một phân tử $AX_n$.
Tổng m + n quyết định dạng hình học của phân tử.
m + n = 2 ($AX_2E_0$), phân tử có dạng đoạn thẳng;
m + n = 3 ($AX_3E_0$ và $AX_2E_1$), phân tử có dạng tam giác phẳng;
m + n = 4 ($AX_4E_0$, $AX_3E_1$ và $AX_2E_2$), phân tử có dạng tứ diện;
m + n = 5 ($AX_5E_0$, $AX_4E_1$, $AX_3E_2$ và $AX_2E_3$), phân tử có dạng lưỡng tháp tam giác;
m + n = 6 ($AX_6E_0$, $AX_5E_1$ và $AX_4E_2$), phân tử có dạng lưỡng tháp tứ giác (bát diện).
7. Hệ quả của cấu trúc
a) Góc liên kết
Các cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm không phải là tuyệt đối tương đương nhau.
– Lực đẩy của các electron khác nhau tuỳ theo các cặp electron tham gia:
Hai cặp electron chưa liên kết > Hỗn hợp (cặp electron chưa liên kết – cặp electron liên kết) > Hai cặp electron liên kết.
Một cặp electron chưa liên kết sẽ làm tăng góc liên kết EAX và làm giảm góc liên kết XAX.
Ví dụ: Các phân tử $CH_4$, $NH_3$ và $H_2O$ có công thức VSEPR tương ứng là $AX_4E_0$, $AX_3E_1$ và $AX_2E_2$ đều có giá trị m + n = 4 và đều có cấu trúc tứ diện. Sự tăng lực đẩy của các cặp electron chưa liên kết làm giảm góc HAH.
Phân tử $CH_4$ không có cặp electron chưa liên kết, góc HCH bằng $109,5^{\circ}$ (góc tứ diện đều).
Phân tử $NH_3$ có một cặp electron chưa liên kết, lực đẩy của cặp electron chưa liên kết – cặp electron liên kết E—H lớn hơn lực đẩy của hai cặp electron liên kết N—H làm giảm góc HNH còn $107^{\circ}$.
Phân tử $H_2O$ có hai cặp electron chưa liên kết, lực đẩy của hai cặp electron chưa liên kết là lớn nhất làm góc HOH giảm xuống chỉ còn $104,5^{\circ}$.
– Lực đẩy của cặp electron chưa liên kết lớn hơn một electron chưa liên kết:
Ví dụ: Nitrogen dioxide ($NO_2$) và ion nitrite ($NO_2^-$) có cấu trúc Lewis như sau:
$$ \ddot{O}=\dot{N}-\ddot{O}: $$
$$ 134^{\circ} $$
$$ [\ddot{O}=\ddot{N}-\ddot{O}]^- $$
$$ 115^{\circ} $$

Cả phân tử NO₂ và ion NO₂⁻ đều có công thức VSEPR kiểu AX₂E₁.
Cặp electron chưa liên kết ở N trong ion NO₂⁻ đẩy mạnh hơn e duy nhất ở N trong phân tử NO₂. Kết quả là góc ONO trong NO₂⁻ (115⁰) khép lại và nhỏ hơn so với NO₂ (134⁰).
Sự chênh lệch độ âm điện, bán kính nguyên tử của các nguyên tố tham gia liên kết cũng làm thay đổi góc liên kết do tác động đến không gian của các electron hoá trị.
Nguyên tử trung tâm A có độ âm điện lớn sẽ kéo mây electron của cặp electron liên kết về phía nó nhiều hơn làm cho góc liên kết tăng. Phối tử X có độ âm điện lớn sẽ kéo mây electron của cặp electron liên kết về phía nó nhiều hơn làm cho góc liên kết giảm.
b) Sự phân cực phân tử
– Phân tử không phân cực
Một phân tử có momen lưỡng cực xấp xỉ bằng không được coi là không phân cực. Các phân tử đối xứng AXₙ như BeH₂, BH₃ và CO₂ là các ví dụ minh hoạ.
Trong BeH₂, phân tử có cấu trúc đoạn thẳng, nguyên tử H có độ âm điện (2,2) lớn hơn so với Be (1,57). Hai liên kết Be—H đều phân cực, nhưng momen lưỡng cực định hướng theo chiều Be→H của hai liên kết ngược chiều nhau và bằng nhau nên triệt tiêu nhau. Tổng momen lưỡng cực bằng không và phân tử không phân cực.
Trong CO₂, phân tử có cấu trúc đoạn thẳng, nguyên tử O có độ âm điện (3,44) lớn hơn so với C (2,55). Hai liên kết C=O đều phân cực, nhưng momen lưỡng cực định hướng theo chiều C→O của hai liên kết ngược chiều nhau và bằng nhau nên triệt tiêu nhau. Tổng momen lưỡng cực bằng không và phân tử không phân cực.
Trong BH₃, phân tử có cấu trúc tam giác phẳng, nguyên tử H có độ âm điện (2,2) lớn hơn so với B (2,04). Ba liên kết B—H đều phân cực, nhưng momen lưỡng cực định hướng theo chiều B→H của ba liên kết ngược chiều nhau trên cùng mặt phẳng và bằng nhau nên triệt tiêu nhau. Tổng momen lưỡng cực bằng không và phân tử không phân cực.
– Phân tử phân cực
Một phân tử có momen lưỡng cực lớn hơn không được coi là phân cực khi mà các trung tâm điện tích dương và âm không trùng nhau.
Ví dụ: phân tử nước, có công thức VSEPR kiểu AX₂E₂, do lực đẩy của các cặp electron chưa liên kết lớn hơn cặp electron liên kết nên phân tử có cấu trúc dạng góc, momen lưỡng cực lớn hơn không và phân tử phân cực.

IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. CÔNG THỨC LEWIS
GV treo bảng tuần hoàn lớn và bảng ghi các bước viết công thức Lewis (hoặc chiếu slide).
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Yêu cầu HS viết công thức electron của 1, 2 chất.
– Đưa ra công thức Lewis hoàn chỉnh của 1, 2 chất.
– Yêu cầu HS nhận xét về các thành phần của cấu tạo Lewis (kí hiệu nguyên tố, dấu chấm, dấu gạch,…), kết luận về cấu trúc của cấu tạo Lewis.
– Căn cứ vào các bước viết công thức Lewis (có sẵn trên bảng treo), giải thích từng bước khi viết công thức Lewis của chất thứ ba.
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để HS rèn luyện năng lực GTHT và năng lực GQVD khi vận dụng viết công thức Lewis của chất thứ tư.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Hoạt động 2. MÔ HÌNH VSEPR VÀ HÌNH DẠNG PHÂN TỬ
GV treo bảng ghi các thành phần của công thức VSEPR (hoặc chiếu slide).
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Giới thiệu nội dung của mô hình sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị.
Phân tích sơ đồ cấu trúc phân tử H₂O để minh hoạ (phân tử có ba nguyên tử, bình thường hay viết dạng đường thẳng, nhưng theo mô hình Sức đẩy giữa các cặp electron hoá trị, hai cặp e chưa liên kết đẩy mạnh hơn cặp e liên kết nên phân tử có cấu trúc dạng góc).
– Đưa lần lượt các chất cụ thể: BeH₂, SO₃, CH₄, để giới thiệu các trường hợp AXₙ (với n = 2, 3, 4) và SO₂, NH₃ để giới thiệu các trường hợp AXₙEₘ.
Có thể sử dụng các hình ảnh sinh động trên slide trình chiếu.
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực GTHT khi yêu cầu HS viết công thức VSEPR của phân tử 5 chất trên và nhận xét hình dạng của mỗi phân tử.
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để HS rèn luyện năng lực GQVD khi vận dụng viết công thức VSEPR của phân tử một số chất khác kèm theo nêu hình dạng mỗi phân tử.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Hoạt động 3. SỰ LAI HOÁ ORBITAL NGUYÊN TỬ
GV treo bảng vẽ hình dạng của các orbital lai hoá sp, sp², sp³ (hoặc chiếu slide).
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Giới thiệu khái niệm lai hoá AO dựa vào hoá trị của carbon trong phân tử CH₄ (lí thuyết và thực nghiệm).

– Đưa lần lượt các chất cụ thể: NF₃, BF₃ và BeF₂ để giới thiệu các trường hợp lai hoá AO sp³, sp², sp. Có thể sử dụng các hình ảnh sinh động trên slide trình chiếu.
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực GHTT khi yêu cầu HS xác định trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm trong một số phân tử và nhận xét hình dạng của mỗi phân tử dựa vào:
– Tổng số liên kết $\sigma$ của nguyên tử trung tâm A với các nguyên tử xung quanh X + số cặp electron hoá trị của A chưa liên kết.
(Chú ý cặp electron liên kết được biểu diễn bằng dấu gạch, electron chưa liên kết có thể là electron độc thân và liên kết kép được coi là 1 liên kết).
Nếu tổng số này là 2 thì trạng thái lai hoá sp, là 3 thì trạng thái lai hoá sp², là 4 thì trạng thái lai hoá sp³.
Ví dụ: Nguyên tử C trong CO₂ (O=C=O) chỉ có 2 liên kết nên ở trạng thái lai hoá sp.
Nguyên tử N trong NO₂ (O – N = O ) có 3 liên kết nên ở trạng thái lai hoá sp².
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để HS rèn luyện năng lực GQVĐ khi xác định trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm trong phân tử một số chất khác kèm theo nêu hình dạng mỗi phân tử.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Hoạt động 4. HƯỚNG DẪN TỰ HỌC Ở NHÀ VÀ ĐỌC BÀI TIẾP THEO
GV hướng dẫn HS sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để nêu lên kết luận cuối cùng của bài, qua đó rèn luyện năng lực GQVĐ bằng cách sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Kết luận:
Công thức Lewis dùng biểu diễn liên kết hoá học trong phân tử cộng hoá trị.
Mô hình VSEPR dùng biểu diễn dạng hình học của phân tử do sức đẩy khác nhau giữa các cặp electron liên kết và chưa liên kết.
Sự lai hoá AO dùng giải thích một số hiện tượng thực tế quan sát được hoặc đo lường được.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Đáp án B. Số electron lớp ngoài cùng của C và S đều tuân theo quy tắc octet.
2. Các bước viết công thức Lewis của phân tử NH₃:
Bước 1. Xác định tổng số electron hoá trị trong phân tử: $(1 \cdot 5) + (3 \cdot 1) = 8$
Bước 2. Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn:
$\text{H} - \text{N} - \text{H}$
$|$
$\text{H}$

$Bước 3. Hoàn thiện octet cho nguyên tử N: $\text{H}-\underset{\text{H}}{\overset{..}{\text{N}}}-\text{H}$ Bước 4. Tính số electron hoá trị còn lại = $8 - [(1 \c$

Bước 3. Hoàn thiện octet cho nguyên tử N: $\text{H}-\underset{\text{H}}{\overset{..}{\text{N}}}-\text{H}$
Bước 4. Tính số electron hoá trị còn lại = $8 - [(1 \cdot 5) + (3 \cdot 1)] = 0$
3. Công thức Lewis của các phân tử:
a) $\text{Cl}_2$: $:\ddot{\text{Cl}}-\ddot{\text{Cl}}:$ ; $\text{N}_2$: $:\text{N}\equiv\text{N}:$
b) $\text{SO}_2$: $\dot{:}\ddot{\text{O}}=\ddot{\text{S}}\rightarrow\ddot{\text{O}}\dot{:}$ ; $\text{SO}_3$: $\dot{:}\ddot{\text{O}}\leftarrow\underset{\parallel}{\overset{..}{\text{O}}}=\ddot{\text{S}}\rightarrow\ddot{\text{O}}\dot{:}$
c) $\text{H}_2\text{O}$: $\text{H}-\ddot{\text{O}}-\text{H}$ ; $\text{H}_2\text{S}$: $\text{H}-\ddot{\text{S}}-\text{H}$ ; $\text{HOCl}$: $\text{H}-\ddot{\text{O}}-\ddot{\text{Cl}}:$
4. Đáp án C. Số electron lớp ngoài cùng của O tuân theo quy tắc octet, nguyên tử trung tâm N có số lẻ electron, dẫn đến phân tử $\text{NO}_2$ dễ dimer hoá $\Rightarrow (\text{NO}_2)_2$ để hoàn thiện octet.
5. Đáp án C. Nguyên tử P có 5 e hoá trị, sau khi liên kết với H còn lại 1 cặp e chưa liên kết nên công thức VSEPR có dạng $\text{PH}_3\text{E}$ (E là cặp e chưa liên kết).
6. Công thức theo mô hình VSEPR:
Phân tử, $\text{CCl}_4$, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{CO}_2$, $\text{SO}_3$, $\text{PH}_3$
VSEPR, $\text{AX}_4$, $\text{AX}_2\text{E}_2$, $\text{AX}_2$, $\text{AX}_3$, $\text{AX}_3\text{E}$
Số cặp electron liên kết, 4, 2, 4, 4, 3
Số cặp electron chưa liên kết, 0, 2, 0, 0, 1
7. Công thức theo mô hình VSEPR của $\text{OF}_2$ là $\text{AX}_2\text{E}_2$ với dạng hình học là gấp khúc (chữ V). Phân tử $\text{OF}_2$ phân cực do liên kết O—F phân cực về phía có nguyên tử F do độ âm điện F (3,98) > O (3,44).
8. Chọn A. Dạng hình học của $\text{NH}_4^+$ là tứ diện với nguyên tử N lai hoá $\text{sp}^3$ (trong đó 4 liên kết N—H tương đương).
9. Dạng hình học:
Phân tử, $\text{CO}_2$, $\text{CS}_2$, $\text{BF}_3$, $\text{SCl}_2$
Dạng hình học, Đường thẳng, Đường thẳng, Tam giác phẳng, Góc (chữ V)
10. Trạng thái lai hoá của $\text{C}{(1)}$ là $\text{sp}^3$; $\text{C}{(2)}$ là $\text{sp}^2$; $\text{C}{(3)}$ là sp.
Nguyên tử $\text{C}{(1)}$ có tổng số liên kết = 4 $\Rightarrow$ lai hoá $\text{sp}^3$.
$\text{C}{(2)}$ có tổng số liên kết = 3 $\Rightarrow$ lai hoá $\text{sp}^2$.
$\text{C}{(3)}$ có tổng số liên kết = 2 $\Rightarrow$ lai hoá sp.

$11. a) Phân tử BeH₂: Cấu hình electron của Be: $1s^{2}2s^{2}$. AO-2s lai hoá với 1 AO-2p tạo hai AO lai hoá sp và còn hai AO p không lai hoá. Hai AO lai hoá sp$

11. a) Phân tử BeH₂: Cấu hình electron của Be: $1s^{2}2s^{2}$.
AO-2s lai hoá với 1 AO-2p tạo hai AO lai hoá sp và còn hai AO p không lai hoá.
Hai AO lai hoá sp của Be xen phủ với hai AO-s của hai nguyên tử H tạo hai liên kết $\sigma$. Nguyên tử trung tâm Be không còn electron chưa liên kết nên hai AO lai hoá đẩy nhau với lực lớn nhất tạo góc 180°. Trong phân tử BeH₂, nguyên tử Be còn hai AO-p không lai hoá và là AO trống.
b) Phân tử SO₂: Cấu hình electron hoá trị của S: $3s^{2}3p^{4}$.
Nguyên tử S ở trạng thái lai hoá sp²:
gồm 3 AO lai hoá + 1 AO không lai hoá.
Nguyên tử S dùng AO lai hoá sp² thứ nhất (chứa 1 e độc thân) xen phủ với AO p của một trong hai nguyên tử O tạo liên kết $\sigma$ và dùng AO không lai hoá chứa 1 e độc thân xen phủ với AO p của chính nguyên tử O đó tạo ra liên kết $\pi$. Nguyên tử S dùng AO lai hoá sp² thứ hai chứa cặp e tạo liên kết cho – nhận với AO trống của nguyên tử O còn lại và nguyên tử S còn AO lai hoá sp² thứ ba chứa cặp e không liên kết. Do cặp e không liên kết đẩy mạnh hơn hai cặp e liên kết nên phân tử SO₂ có dạng góc (chữ V).
c) Phân tử NH₃: Cấu hình electron hoá trị của N: $2s^{2}3p^{3}$.
Nguyên tử N ở trạng thái lai hoá sp³:
Nguyên tử N dùng ba AO lai hoá sp³ (chứa 1 e độc thân) xen phủ với AO s của ba nguyên tử H tạo liên kết $\sigma$ và còn một AO lai hoá sp³ thứ tư chứa cặp e không liên kết. Do cặp e không liên kết đẩy mạnh hơn ba cặp e liên kết nên phân tử NH₃ có dạng tứ diện (tháp tam giác) nguyên tử N ở đỉnh với cặp e chưa liên kết và 3 nguyên tử H ở 3 đỉnh của tam giác đáy.
12. a) Trong phân tử NCl₃, nguyên tử trung tâm ở trạng thái lai hoá sp³.
Phân tử SO₃, nguyên tử trung tâm ở trạng thái lai hoá sp².
Phân tử CO₂, nguyên tử trung tâm ở trạng thái lai hoá sp.
b) Phân tử NCl₃ có dạng tháp tam giác và phân cực về phía các nguyên tử Cl ở tam giác đáy.

$Phân tử SO$_3$ có dạng tam giác phẳng và không phân cực do góc liên kết $\widehat{OSO}$ bằng 120° và các liên kết phân cực về phía nguyên tử O có độ lớn như nha$

III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Hiện tượng phóng xạ
a) Lịch sử tìm ra sự phóng xạ tự nhiên
Năm 1896, nhà vật lí người Pháp A. H. Becquerel (1852 – 1908) khám phá ra tia phóng xạ từ hợp chất của uranium. Năm 1903, nhà vật lí và hoá học người Pháp gốc Ba Lan Marie Curie (1867 – 1934) cùng chồng là Pierre Curie được nhận giải thưởng Nobel Vật lí cùng Henri Becquerel do công lao đã phát hiện ra sự phóng xạ tự nhiên.
E. Rutherford nghiên cứu các tia này và phát hiện ra: “Do sự tự phân rã của hạt nhân nguyên tử mà nguyên tố này có thể biến thành nguyên tố khác. Đó là phóng xạ tự nhiên”.
Năm 1911, Marie Curie nhận giải thưởng Nobel Hoá học do công lao tìm ra nguyên tố polonium, nguyên tố radium và những hợp chất của radium.
b) Một số kiểu phóng xạ tự nhiên. Phương trình hạt nhân
– Phóng xạ kiểu alpha ($\alpha$): hạt $\alpha$ là hạt nhân helium $_{2}^{4}\text{He}$ (mang điện tích dương 2+).
Ví dụ: $_{92}^{238}\text{U} \longrightarrow _{90}^{234}\text{Th} + _{2}^{4}\text{He}$
Các đồng vị phóng xạ có Z > 83 thường phóng xạ kiểu $\alpha$ (như $^{226}\text{Ra}$, $^{238}\text{Pu}$, $^{218}\text{Po}$, $^{220}\text{Rn},...$).
– Phóng xạ kiểu beta ($\beta$): hạt beta ($\beta^{-}$) là electron $_{-1}^{0}\text{e}$ (mang điện tích âm 1–).
Ví dụ: $_{19}^{40}\text{K} \longrightarrow _{20}^{40}\text{Ca} + {-1}^{0}\text{e}$ hay ${6}^{14}\text{C} \longrightarrow _{7}^{14}\text{N} + _{-1}^{0}\text{e}$
Các đồng vị phóng xạ có Z < 83 và Z chẵn chủ yếu phóng xạ kiểu $\beta$ hoặc hạt nhân có khả năng thu nhận electron.
– Sự thâu đoạt electron ($e^{-}$): Hạt nhân nguyên tử của một số đồng vị có thể đoạt electron từ lớp electron gần nhất (lớp K); electron này lập tức kết hợp với một proton trong hạt nhân để tạo ra một neutron: $_{-1}^{0}\text{e} + _{1}^{1}\text{p} \longrightarrow {0}^{1}\text{n}$. Ví dụ: ${19}^{38}\text{K} + _{-1}^{0}\text{e} \longrightarrow _{18}^{38}\text{Ar}$.
– Hạt gamma ($\gamma$): là các photon, các lượng tử, cùng bản chất với ánh sáng (hạt trung hoà).
Năng lượng của các photon được xác định bởi phương trình: E = h.$\lambda$.
Tia $\gamma$ được phát ra đồng thời cùng với tia $\alpha$ hoặc $\beta$ (rất hiếm trường hợp chỉ phát ra $\gamma$). Đồng vị phóng xạ ở dạng hợp chất thường phát ra các tia $\alpha$, $\beta$, $\gamma$; còn ở dạng đơn chất thường phát ra tia $\alpha$ hoặc $\beta$ có thể kèm theo $\gamma$.
Các tia $\alpha$, $\beta$, $\gamma$ khác nhau về khả năng xuyên và gây ion hoá.
Tia $\gamma$ có năng suất xuyên cực đại, nhưng khả năng ion hoá lại là cực tiểu.
Ngược lại, tia $\alpha$ có khả năng ion hoá cực đại, nhưng năng suất xuyên lại là cực tiểu.
c) Định luật phân rã phóng xạ
– Phương trình động học: Thực nghiệm xác nhận về mặt động học tất cả các quá trình phân rã phóng xạ đều tuân theo quy luật phản ứng một chiều bậc nhất.

$Ta có: Chất A $\longrightarrow$ Sản phẩm Phương trình động học: $v = -\frac{d_x}{d_t} = k(a - x)$ Trong đó, k là hằng số tốc độ của phản ứng (tại nhiệt độ xác đ$

Ta có: Chất A $\longrightarrow$ Sản phẩm
Phương trình động học: $v = -\frac{d_x}{d_t} = k(a - x)$
Trong đó, k là hằng số tốc độ của phản ứng (tại nhiệt độ xác định); a là nồng độ chất A ở thời điểm đầu ($t = 0$); x là nồng độ chất A bị mất đi sau thời gian t; nên $(a - x)$ là nồng độ chất A còn lại tại thời điểm đang xét ($t \neq 0$).
Sau một số biến đổi toán học cho: $k = \frac{1}{t}\ln\frac{a}{(a - x)}$ hay viết dạng hàm mũ: $(a - x) = a.e^{-kt}$.
Áp dụng cho phân rã phóng xạ: k là hằng số phân rã phóng xạ (có thể viết $\lambda$).
$N_0$ tương ứng với a; $N_t$ tương ứng với $(a - x)$ ta có: $k = \frac{1}{t}\ln\frac{N_0}{N_t}$ và $N_t = N_0.e^{-kt}$.
– Chu kì bán huỷ ($t_{1/2}$): thời gian để lượng chất có ban đầu ($N_0$ hoặc a) mất đi một nửa ($\frac{N_0}{2}$ hay $\frac{a}{2}$) được gọi là thời gian bán huỷ hay chu kì bán huỷ.
Thay $N = \frac{N_0}{2}$ vào biểu thức trên ta được: $k = \frac{1}{t_{1/2}}\ln2$ hay $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k} = \frac{0,693}{k}$.
Chu kì bán huỷ càng lớn, quá trình phân huỷ càng chậm thì đồng vị càng bền.
Chu kì bán huỷ càng nhỏ, quá trình phân huỷ càng nhanh thì đồng vị càng kém bền.
Ví dụ: $^{238}\text{U}$ với $t_{1/2} = 4,5.10^9$ năm là đồng vị bền, còn $^{214}\text{Po}$ với $t_{1/2} = 1,5.10^{-4}$ giây là đồng vị kém bền.
Thực tế, sử dụng đồng vị phóng xạ trong chữa bệnh và diệt khuẩn, bảo quản lương thực, thực phẩm cần dùng những đồng vị có chu kì bán huỷ ngắn để không gây hại.
d) Độ phóng xạ (tốc độ phân rã)
Các sản phẩm của sự phân rã phóng xạ bay ra với tốc độ lớn, khi gặp vật chắn sẽ gây ra những biến đổi trong vật chắn đó. Tác động của bức xạ càng lớn nếu số phân rã xảy ra trong một đơn vị thời gian càng lớn, số phân rã đó được đo bằng độ phóng xạ $H = \lambda.N$.
$$H_t = \lambda.N_t = H_0.2^{-\frac{t}{t_{1/2}}}$$
Đơn vị của độ phóng xạ là Bq (Becquerel) hay Ci (Curie) với $1 \text{ Ci} = 3,7.10^{10} \text{ Bq}$ (phân rã/giây).
Ví dụ: Đồng vị phóng xạ $^{210}\text{Po}$ bắt đầu phân rã từ 1,0 gam với chu kì bán huỷ là 138 ngày.
Độ phóng xạ của $^{210}\text{Po}$:
$$H_0 = \lambda.N_0 = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}.\frac{m_0}{A}.N_A = \frac{0,693}{138 \cdot 24 \cdot 3600}.\frac{1,0}{210}.6,023 \cdot 10^{23} = 1,667 \cdot 10^{14} \text{ Bq}.$$

2. Phản ứng hạt nhân
a) Phản ứng hoá học và phản ứng hạt nhân
– Trong các phản ứng hoá học, chỉ có lớp vỏ electron trong nguyên tử bị thay đổi (hoặc thêm vào, hoặc bớt đi, hoặc góp chung với nguyên tử khác,...) còn hạt nhân nguyên tử không thay đổi.
– Trong các phản ứng hạt nhân, thành phần của hạt nhân nguyên tử bị thay đổi, nguyên tố này có thể biến thành nguyên tố khác.
– Sự khác biệt quan trọng giữa phản ứng hoá học và phản ứng hạt nhân là sự biến đổi năng lượng trong các phản ứng hạt nhân lớn hơn nhiều so với các phản ứng hoá học.
b) Sự phóng xạ nhân tạo
– Hiện tượng phóng xạ nhân tạo
Năm 1919, E.Rutherford dùng các hạt $\alpha$ bắn phá khí nitrogen gây ra phản ứng hạt nhân biến nitrogen thành oxygen và phát ra một hạt proton.
$$^{14}{7}\text{N} + ^{4}{2}\text{He} \longrightarrow ^{17}{8}\text{O} + ^{1}{1}\text{H}$$
Trong vòng mấy năm, E. Rutherford và các cộng sự đã thực hiện nhiều phản ứng biến đổi F → Ne; Na → Mg; Al → Si;...
Có một số lớn phản ứng, trong đó sản phẩm sinh ra là những hạt nhân không bền, tiếp tục bị phân huỷ phóng xạ (giống như sự phân huỷ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên). Hiện tượng này gọi là phóng xạ nhân tạo và những đồng vị sinh ra từ phản ứng trên được gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo.
Khi bắn phá hạt nhân nguyên tử bằng các hạt cơ bản (hoặc các hạt nhân khác) được gia tốc, có thể gây ra phản ứng hạt nhân làm biến đổi nguyên tố này thành nguyên tố khác kèm theo các tia phóng xạ. Đó là sự phóng xạ nhân tạo.
Hiện tượng phóng xạ nhân tạo được Irène Curie và chồng là Joliot Curie (con gái và con rể bà Marie Curie) tìm ra khi bắn phá boron, aluminium hoặc magnesium bằng tia $\alpha$ phát ra từ radium hoặc polonium. Ví dụ: $^{27}{13}\text{Al} + ^{4}{2}\text{He} \longrightarrow ^{30}{15}\text{P} + ^{1}{0}\text{n}$.
Bằng công trình này, Irène Curie và Joliot Curie được nhận giải Nobel về hoá học, lần đầu tiên họ đã tổng hợp được nguyên tố phóng xạ mới.
Đồng vị $^{30}\text{P}$ điều chế nhân tạo theo cách trên không bền, nó tự phân huỷ phóng xạ:
$$^{30}{15}\text{P} \longrightarrow ^{30}{14}\text{Si} + ^{,,,0}_{+1}\text{e}$$
Phản ứng phát ra hạt positron ($^{,,,0}_{+1}\text{e}$) có khối lượng bằng electron, điện tích bằng điện tích electron nhưng ngược dấu, còn gọi là phản hạt electron (kí hiệu là $\beta^{+}$).

$– Điều chế đồng vị phóng xạ nhân tạo Hiện nay, đã điều chế được rất nhiều đồng vị phóng xạ của hầu hết các nguyên tố (đạn hạt nhân gồm hạt $\alpha$, proton, neu$

– Điều chế đồng vị phóng xạ nhân tạo
Hiện nay, đã điều chế được rất nhiều đồng vị phóng xạ của hầu hết các nguyên tố (đạn hạt nhân gồm hạt $\alpha$, proton, neutron, deuteron,…).
Từ năm 1937 đến 1940 đã điều chế bằng con đường nhân tạo được những nguyên tố: technetium (${ }{43} \mathrm{Tc}$), promethium (${ }{61} \mathrm{Pm}$), astatine (${ }{85} \mathrm{At}$), francium (${ }{87} \mathrm{Fr}$) và lấp được những ô trống trong bảng tuần hoàn.
Ngoài ra có thể biến thuỷ ngân thành vàng (nhưng giá thành rất đắt):
$$
\begin{aligned}
& { }{80}^{196} \mathrm{Hg}+{ }{0}^{1} \mathrm{n} \longrightarrow{ }{80}^{197} \mathrm{Hg} \
& { }{80}^{197} \mathrm{Hg}+{ }{-1}^{0} \mathrm{e} \longrightarrow{ }{79}^{197} \mathrm{Au}
\end{aligned}
$$
Hoặc các nguyên tố phóng xạ tạo ra theo con đường nhân tạo thành một dãy liên tục:
$$
{ }{92}^{238} \mathrm{U} \xrightarrow{+\left({ }{0}^{1} \mathrm{n}\right)}{ }{92}^{239} \mathrm{U} \xrightarrow{-\left({ }{-1}^{0} \mathrm{e}\right)}{ }{93}^{239} \mathrm{Np} \xrightarrow{-\left({ }{-1}^{0} \mathrm{e}\right)}{ }_{94}^{239} \mathrm{Pu}, \ldots
$$
Tiếp tục như thế, có ${ }{88}^{226} \mathrm{Ra},{ }{86}^{222} \mathrm{Rn},{ }{84}^{208} \mathrm{Po}, \ldots$ và kết thúc ở đồng vị bền ${ }{82}^{206} \mathrm{Pb}$.
Trong đó, ${ }_{94}^{239} \mathrm{Pu}$ là đồng vị phóng xạ nhân tạo duy nhất dùng làm nhiên liệu hạt nhân.
c) Sự phân hạch hạt nhân và phản ứng nhiệt hạch
– Phản ứng phân hạch hạt nhân
Những phản ứng đã xét ở trên đều có đặc điểm là hạt nhân mất đi một hay hai hạt nhẹ (p, e, n,…) và biến đổi thành hạt nhân của nguyên tử có Z và A gần nó.
Có một dạng phản ứng khác: hạt nhân bị vỡ thành hai hay nhiều mảnh có khối lượng xấp xỉ nhau, đó là phản ứng phân hạch hạt nhân (nổ hạt nhân). Trong quá trình phân hạch hạt nhân, tính trung bình với mỗi hạt nhân khi bắn vào một neutron thì khi phân hạch có tới hai, ba neutron mới phát ra có năng lượng đủ lớn, sau đó chúng tiếp tục làm phân hạch hạt nhân khác. Ví dụ: ${ }{92}^{235} \mathrm{U}+{ }{0}^{1} \mathrm{n} \longrightarrow\left[{ }{92}^{236} \mathrm{U}\right] \longrightarrow{ }{56}^{141} \mathrm{Ba}+{ }{36}^{92} \mathrm{Kr}+3\left({ }{0}^{1} \mathrm{n}\right)+$ năng lượng
Phản ứng giải phóng một năng lượng khổng lồ $2 \cdot 10^{10} \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$. Nếu khối lượng ${ }^{235} \mathrm{U}$ đủ lớn (900 – 1 000 gam) sẽ xảy ra phản ứng dây chuyền, một vụ nổ hạt nhân sẽ đưa nhiệt độ lên hàng triệu độ và có sức công phá tương đương 20000 tấn thuốc nổ TNT. Trong tự nhiên, chỉ có các đồng vị U-235 và Pu-239 là có khả năng phân hạch hạt nhân, nhưng U-235 chỉ chiếm khoảng 0,7% lượng uranium tự nhiên, còn lại là U-238:
$$
{ }{94}^{239} \mathrm{Pu}+{ }{0}^{1} \mathrm{n} \longrightarrow{ }{55}^{146} \mathrm{Cs}+{ }{39}^{91} \mathrm{Y}+3\left({ }_{0}^{1} \mathrm{n}\right)+\text { năng lượng }
$$
Có hai trường hợp xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền:
Không điều khiển được (bom nổ).
Điều khiển được hay có thể dừng (trong lò phản ứng hạt nhân của tàu phá băng hoặc nhà máy điện nguyên tử).

– Phản ứng nhiệt hạch (tổng hợp hạt nhân)
Khi các hạt nhân tương đối nhẹ kết hợp với nhau thành hạt nhân nặng hơn (cơ sở của bom H) cũng giải phóng một năng lượng cao hơn nhiều so với phân hạch hạt nhân.
$$4(^1_1\text{H}) \longrightarrow ^4_2\text{He} + 2(^0_{+1}\text{e}) + 2,5 \cdot 10^9 \text{ kJ}$$
$$_1^2\text{H} + _1^2\text{H} \longrightarrow _1^3\text{H} + _0^1\text{n} + 2,9 \cdot 10^8 \text{ kJ}$$
Để phản ứng xảy ra cần từ $1-10$ triệu độ (nhiệt độ trên Mặt Trời) và phản ứng này cũng là nguồn năng lượng của Mặt Trời và là khởi đầu việc tổng hợp các nguyên tố trong vũ trụ.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
GV đưa ra ví dụ về phản ứng hạt nhân:
$$_1^2\text{D} + _1^3\text{T} \longrightarrow _2^4\text{He} + _0^1\text{n} \quad \Delta H = -17,6 \text{ MeV}$$
$$_1^1\text{H} + _1^3\text{T} \longrightarrow _2^4\text{He} \quad \Delta H = -19,8 \text{ MeV}$$
Từ sơ đồ nêu khái niệm về phản ứng hạt nhân và so sánh với phản ứng hoá học.
GV hướng dẫn HS nội dung của định luật bảo toàn số khối và bảo toàn khối lượng.
Sử dụng nội dung định luật, yêu cầu HS viết một số phương trình hạt nhân:
Ví dụ:
$$_3^6\text{Li} + _1^1\text{H} \longrightarrow _2^4\text{He} + ?$$
$$_1^2\text{D} + _1^2\text{D} \longrightarrow _1^3\text{T} + ?$$
Hoạt động 2. PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
GV giúp HS tìm hiểu khái niệm về phóng xạ tự nhiên.
GV giúp HS tìm hiểu các kiểu phóng xạ alpha, beta và gamma (chú ý các hạt được giải phóng), từ đó giới thiệu khả năng đâm xuyên và ion hoá của các tia phóng xạ.
GV giúp HS tìm hiểu sự liên quan giữa chu kì bán rã và độ bền của các đồng vị phóng xạ.
Hoạt động 3. PHÓNG XẠ NHÂN TẠO
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để HS rèn luyện năng lực GQVD khi vận dụng viết một số phương trình:
$$_3^6\text{Li} + _1^1\text{H} \longrightarrow _2^4\text{He} + ...$$
$$_3^6\text{Li} + _1^2\text{D} \longrightarrow ...$$

$${}{92}^{235}\text{U} + {}{0}^{1}\text{n} \longrightarrow {}{56}^{141}\text{Ba} + ... + 3{}{0}^{1}\text{n}$ + năng lượng ${}{94}^{239}\text{Pu} + {}{0}^{1}\text$

${}{92}^{235}\text{U} + {}{0}^{1}\text{n} \longrightarrow {}{56}^{141}\text{Ba} + ... + 3{}{0}^{1}\text{n}$ + năng lượng
${}{94}^{239}\text{Pu} + {}{0}^{1}\text{n} \longrightarrow ... + {}{55}^{146}\text{Cs} + 3{}{0}^{1}\text{n}$ + năng lượng
$4({}{1}^{1}\text{H}) \longrightarrow {}{2}^{4}\text{He} + 2(...) + 2,5.10^9$ kJ
${}{1}^{2}\text{H} + {}{1}^{2}\text{H} \longrightarrow ... + {}_{0}^{1}\text{n} + 2,9.10^8$ kJ
Phần 2. Sự phân chia hạt nhân và sự tổng hợp hạt nhân được giới thiệu bởi 4 ví dụ, kèm theo giới thiệu hạt position (${}_{+1}^{0}\text{e}$), đồng thời nêu các ứng dụng trong lĩnh vực nguyên tử và nhà máy điện nguyên tử.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi trong bài học để luyện tập.
Hoạt động 4. ỨNG DỤNG CỦA ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
GV sử dụng phương pháp trực quan sinh động hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH: bằng cách đưa ra tranh, ảnh hoặc chiếu video về ứng dụng của đồng vị phóng xạ trong các lĩnh vực sau:
– Trong y học.
– Trong nông nghiệp công nghệ cao.
– Trong công nghiệp, xây dựng và giao thông.
– Trong khảo cổ, địa chất.
– Trong sử dụng năng lượng sạch.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi trong bài học để luyện tập.
Hoạt động 5. TỔNG KẾT, GHI NHỚ
Kết luận:
Phản ứng hạt nhân và vận dụng các định luật bảo toàn để viết phương trình.
Sự phóng xạ tự nhiên.
Sự phóng xạ nhân tạo.
Ứng dụng của đồng vị phóng xạ và phản ứng hạt nhân trong các lĩnh vực y học, khảo cổ, địa chất, nông nghiệp,...
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
a) ${}{15}^{32}\text{P} \longrightarrow {}{16}^{32}\text{S} + {}{-1}^{0}\text{e}$
b) ${}{19}^{43}\text{K} \longrightarrow {}{20}^{43}\text{Ca} + {}{-1}^{0}\text{e}$
a) ${}{88}^{226}\text{Ra} \longrightarrow {}{86}^{222}\text{Rn} + {}{2}^{4}\text{He}$
b) ${}{93}^{237}\text{Np} \longrightarrow {}{91}^{233}\text{Pa} + {}{2}^{4}\text{He}$
c) ${}{16}^{32}\text{S} \longrightarrow {}{17}^{32}\text{Cl} + {}{-1}^{0}\text{e}$
d) ${}{1}^{3}\text{H} \longrightarrow {}{2}^{3}\text{He} + {}{-1}^{0}\text{e}$

$$^{223}{90}\text{Th} \longrightarrow ^{223}{92}\text{U} + 2(^{0}_{-1}\text{e})$ $^{14}{7}\text{N} + ^{1}{0}\text{n} \longrightarrow ^{14}{6}\text{C} + ^{1}{1}\t$

$^{223}{90}\text{Th} \longrightarrow ^{223}{92}\text{U} + 2(^{0}_{-1}\text{e})$
$^{14}{7}\text{N} + ^{1}{0}\text{n} \longrightarrow ^{14}{6}\text{C} + ^{1}{1}\text{H}.$
a) $^{26}{12}\text{Mg} + ^{1}{0}\text{n} \longrightarrow ^{23}{10}\text{Ne} + ^{4}{2}\text{He}$.
b) $^{19}{9}\text{F} + ^{1}{1}\text{H} \longrightarrow ^{16}{8}\text{O} + ^{4}{2}\text{He}$.
c) $^{242}{94}\text{Pu} + ^{22}{10}\text{Ne} \longrightarrow 4(^{1}{0}\text{n}) + ^{260}{104}\text{Rf}$
d) $^{2}{1}\text{H} + ^{7}{3}\text{Li} \longrightarrow 2(^{4}{2}\text{He}) + ^{1}{0}\text{n}.$
6. Đáp án B. Theo định luật bảo toàn điện tích và số khối:
Nguyên tử X có Z = 92 – 52 = 40 và A = 235 + 1 – 137 – 2 = 97 là $^{97}_{40}\text{Zr}.$
$$^{235}{92}\text{U} + ^{1}{0}\text{n} \longrightarrow ^{137}{52}\text{Te} + ^{97}{40}\text{Zr} + 2(^{1}_{0}\text{n})$$
7. Khi các tia gamma ($\gamma$) phát ra từ đồng vị phóng xạ $^{60}{27}\text{Co}$ có khả năng xuyên sâu, dùng điều trị các khối u ở sâu trong cơ thể ($^{60}{27}\text{Co}$ là nguồn phát xạ $\gamma$ thông dụng nhất).
– Sự chiếu xạ lương thực, thực phẩm bằng tia $\gamma$ phát ra từ đồng vị $^{60}_{27}\text{Co}$ có tác dụng diệt khuẩn, bảo quản lương thực, thực phẩm lâu dài hơn.
– Các bệnh ung thư bên ngoài như ung thư da có thể điều trị bằng các tia phóng xạ phát ra từ đồng vị $^{30}{15}\text{P}$ hay $^{90}{38}\text{Sr}$ bằng cách áp các túi nhựa đựng đồng vị phóng xạ vào vùng bị tổn thương.
– Phân bón có chứa đồng vị phóng xạ $^{32}_{15}\text{P}$ để theo dõi sự hấp thụ phosphate và sự chuyển hoá phosphorus của cây cối.
– Dùng đồng vị phóng xạ $^{131}_{53}\text{I}$ để chẩn đoán và chữa bệnh bướu cổ.
– Dùng $^{235}{92}\text{U}$ và $^{239}{94}\text{Pu}$ làm nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân để sản xuất điện (nhà máy điện nguyên tử) và chạy các con tàu phá băng,...
8. (1) Nhận 1 electron: $^{239}{94}\text{Pu} + ^{0}{-1}\text{e} \longrightarrow ^{239}_{93}\text{Np}$
(2) Bức xạ 1 positron: $^{239}{94}\text{Pu} \longrightarrow ^{239}{93}\text{Np} + ^{0}_{+1}\text{e}$
(3) Bức xạ 1 hạt alpha: $^{239}{94}\text{Pu} \longrightarrow ^{235}{92}\text{U} + ^{4}_{2}\text{He}$
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Đánh giá năng lực NTHH của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "trình bày được"; "nêu được" sơ lược về phóng xạ tự nhiên, phóng xạ nhân tạo và phản ứng hạt nhân.
– Đánh giá năng lực GQVĐ của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "vận dụng được" định luật bảo toàn số khối và điện tích, "lấy được ví dụ" phóng xạ tự nhiên, phóng xạ nhân tạo và phản ứng hạt nhân.
– Đánh giá năng lực VDKT của HS bằng các câu hỏi có nội dung ứng dụng của phóng xạ và phản ứng hạt nhân.

Bài 3. Năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá học
I MỤC TIÊU
Sau bài học, HS sẽ:
Trình bày được khái niệm năng lượng hoạt hoá (theo khía cạnh ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng).
Nêu được ảnh hưởng của năng lượng hoạt hoá và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng thông qua phương trình Arrhenius: $k = A \cdot e^{\frac{-E_a}{RT}}$.
Giải thích được vai trò của chất xúc tác.
II CHUẨN BỊ
Thí nghiệm về sự biến đổi của tốc độ phản ứng.
Thí nghiệm về vai trò của xúc tác.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Sơ lược về tốc độ phản ứng
a) Tốc độ phản ứng
Tốc độ của phản ứng hoá học ($X + Y \longrightarrow Z + T$) được đo bằng sự giảm nồng độ của chất phản ứng (X hay Y) hoặc bằng sự tăng nồng độ của sản phẩm (Z hay T) trong một đơn vị thời gian.
Tốc độ kí hiệu là v; nồng độ (C) biểu diễn theo mol/L và thời gian (t) theo giây, phút, giờ,...
$v = \frac{C_1 - C_2}{t_2 - t_1} = -\frac{\Delta C}{\Delta t}$ đối với chất phản ứng và $v = \frac{C_2 - C_1}{t_2 - t_1} = +\frac{\Delta C'}{\Delta t}$ đối với sản phẩm.
(dấu – biểu thị lượng chất mất đi và dấu + biểu thị lượng chất tạo thành)
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng là nồng độ, nhiệt độ và chất xúc tác.
b) Hằng số tốc độ phản ứng
Định luật tác dụng khối lượng đối với phản ứng đơn giản: “Tốc độ của phản ứng tỉ lệ với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng (tại thời điểm xét) với số mũ bằng hệ số của chất trong phản ứng”.
Xét phản ứng đơn giản: $aX + bY \longrightarrow cZ + dT$, ta có $v = k \cdot (C_X)^a \cdot (C_Y)^b$
(k là hằng số tốc độ phản ứng, cho biết mối quan hệ giữa nồng độ mol của chất phản ứng và tốc độ của một phản ứng hoá học).

$Ví dụ: $2NO(g) + O_2(g) \longrightarrow 2NO_2(g)$ thì $v = k \cdot (C_{NO})^2 \cdot (C_{O_2})$ (phương trình động học) hay $v = -\frac{1}{2} \cdot \frac{\Delta[$

Ví dụ: $2NO(g) + O_2(g) \longrightarrow 2NO_2(g)$ thì $v = k \cdot (C_{NO})^2 \cdot (C_{O_2})$ (phương trình động học)
hay $v = -\frac{1}{2} \cdot \frac{\Delta[NO]}{\Delta t} = -\frac{\Delta[O_2]}{\Delta t} = +\frac{1}{2} \cdot \frac{\Delta[NO_2]}{\Delta t}$
Đối với phản ứng dị thể như $C(s) + O_2(g) \longrightarrow CO_2(g)$ trong biểu thức tốc độ chỉ đưa vào nồng độ các chất tan trong dung dịch hay chất khí (nồng độ các chất rắn coi như không đổi và đưa vào hằng số tốc độ): $v = k' \cdot (C_{O_2})$.
Hằng số tốc độ phản ứng phụ thuộc vào bản chất phản ứng, nhiệt độ, xúc tác,... và không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.
c) Bậc phản ứng
– Bậc phản ứng
Bậc riêng phần của phản ứng: là trị số riêng rẽ của a, b,... trong phương trình động học.
Bậc toàn phần của phản ứng: là tổng các trị số $a + b + ...$ trong phương trình động học.
Trị số của bậc phản ứng có thể là số nguyên, thập phân hoặc bằng không, được xác định qua thực nghiệm.
– Một số phản ứng đơn giản
Phản ứng một chiều bậc nhất:
$$X \longrightarrow \text{sản phẩm } (v = k \cdot C_X)$$
Khi đó $C_X = (a - x)$ với a là nồng độ ban đầu và x là nồng độ mất đi của X.
$$v = -\frac{dC_X}{dt} = -\frac{d(a-x)}{dt} = k \cdot (a - x) \text{ (biểu thức dạng vi phân)}$$
Biến đổi thích hợp rồi lấy tích phân ta được: $k = \frac{1}{t} \cdot \ln\frac{a}{a-x}$.
Ví dụ: Sự phân huỷ $2N_2O_5(g) \longrightarrow 2N_2O_4(g) + O_2(g)$ xảy ra ở $45 \ ^\circ C$ với nồng độ đầu của $N_2O_5$ là $2,33 \ mol \cdot L^{-1}$; sau 10 phút nồng độ $N_2O_5$ giảm $0,75 \ mol \cdot L^{-1}$. Hằng số tốc độ k được tính theo biểu thức:
$$k = \frac{1}{t} \cdot \ln\frac{a}{a-x} = \frac{1}{10} \cdot \ln\frac{2,33}{2,33-0,75} = 0,437 \ (\min^{-1}).$$
Các ví dụ nêu trong bài "Phản ứng hạt nhân" là phổ biến cho loại phản ứng này.
Phản ứng một chiều bậc hai:
$$2X \longrightarrow \text{sản phẩm}$$
hoặc $X + Y \longrightarrow \text{sản phẩm}$

$Khi nồng độ X = Y, phương trình động học dạng tích phân là $k = \frac{1}{t} \cdot \ln\frac{x}{a(a - x)}$. Khi nồng độ X $\neq$ Y, phương trình động học dạng tíc$

Khi nồng độ X = Y, phương trình động học dạng tích phân là $k = \frac{1}{t} \cdot \ln\frac{x}{a(a - x)}$.
Khi nồng độ X $\neq$ Y, phương trình động học dạng tích phân là $k = \frac{t}{a - b} \cdot \ln\frac{b(a - x)}{a(b - x)}$.
Trong đó, a và b là nồng độ ban đầu của X và Y với a > b.
Ví dụ: CH$_3$COOC$_2$H$_5$ + NaOH ———> CH$_3$COONa + C$_2$H$_5$OH
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
a) Quy tắc Van't Hoff
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ chuyển động của các phân tử tăng, năng lượng của chúng tăng, số va chạm có hiệu quả tăng lên. Sự tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng.
Một quy luật định lượng được Van't Hoff tổng kết từ thực nghiệm là: "Ở khoảng nhiệt độ gần nhiệt độ phòng, khi tăng nhiệt độ thêm 10 °C, tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần".
Biểu thức: $\frac{v_{T+10}}{v_T} = \frac{k_{T+10}}{k_T} \Rightarrow v_{T_2} = v_{T_1} \cdot \gamma^{\frac{\Delta T}{10}}$
Trong đó, $v_{T_1}$ và $v_{T_2}$ là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ $T_1$ và $T_2$; $\gamma$ là hệ số nhiệt độ Van't Hoff ($\gamma = 2 \div 4$ lần); $\Delta T$ là hiệu $T_2 - T_1$.
Ví dụ: Nếu tăng nhiệt độ của phản ứng từ 140 °C lên 200 °C và biết hệ số nhiệt độ Van't Hoff trong khoảng nhiệt độ đó bằng 2 thì tốc độ phản ứng sẽ tăng:
$v_{200} = v_{140} \cdot 2^{\frac{200-140}{10}} = 64 \cdot v_{140} \Rightarrow$ Tốc độ phản ứng tăng 64 lần.
b) Phương trình Arrhenius
Quy luật định lượng tổng quát hơn về mối liên hệ giữa nhiệt độ với tốc độ phản ứng được biểu thị trong phương trình Arrhenius:
$k = A \cdot e^{-\frac{E_a^o}{RT}}$
Trong đó:
A là thừa số Arrhenius, đặc trưng cho mỗi phản ứng;
e là cơ số logarit Nepe (e = 2,7183);
R là hằng số khí (R = 1,987 cal$\cdot$mol$^{-1}\cdot$độ$^{-1}$ hay = 8,314 J$\cdot$mol$^{-1}\cdot$độ$^{-1}$);
T là nhiệt độ (theo thang Kelvin);
E$_a$ là năng lượng hoạt hoá.
Phương trình Arrhenius viết cho hai nhiệt độ T$_1$ và T$_2$ với hai hằng số tốc độ k$_1$ và k$_2$ tương ứng như sau:
$\ln\frac{k_{T_2}}{k_{T_1}} = \frac{E_a}{R} \cdot \left(\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2}\right)$

$Ví dụ: Một phản ứng có năng lượng hoạt hoá là $E_a = 120 \text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Khi tăng nhiệt độ từ $27^\circ\text{C}$ lên $127^\circ\text{C}$ thì tố$

$Hình 3.2. Giản đồ năng lượng của phản ứng (1) (E_a và E'_a là năng lượng hoạt hoá của phản ứng thuận và phản ứng nghịch) Hiệu $E_a - E'_a = \Delta H$ là hiệu ứn$

– Làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng.
– Làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không thay đổi chiều của phản ứng.
– Tính chọn lọc.
Lấy ví dụ cho mỗi đặc điểm, hoặc gợi mở nêu vấn đề cho HS đề xuất ví dụ.
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để HS rèn luyện năng lực GQVD khi nêu vấn đề về vai trò của xúc tác trong công nghiệp hoá học và công nghệ sinh học (có thể sử dụng ví dụ, hình ảnh, video để dẫn dắt HS).
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi trong bài học để luyện tập.
Hoạt động 3. TỔNG KẾT, GHI NHỚ
Kết luận:
Năng lượng hoạt hoá, ảnh hưởng của năng lượng hoạt hoá và nhiệt độ đến tốc độ của phản ứng hoá học.
Áp dụng phương trình Arrhenius để tính năng lượng hoạt hoá của phản ứng và xác định sự thay đổi về tốc độ phản ứng khi nhiệt độ thay đổi.
Vai trò và ứng dụng của chất xúc tác trong công nghiệp.
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. $\ln \frac{\text{k}_{\text{T}2}}{\text{k}{\text{T}1}} = \frac{\text{E}\text{a}}{\text{R}} . \left( \frac{1}{\text{T}1} - \frac{1}{\text{T}2} \right) \Rightarrow \ln \frac{\text{k}{400}}{8 . 10^{-6}} = \frac{10^5}{8,314} . \left( \frac{1}{350} - \frac{1}{400} \right)$
$\Rightarrow \text{k}{400} = 5,9 . 10^{-4} \text{ mol}^{-1}.\text{l.s}^{-1}.$
2. $\ln \frac{\text{k}_{\text{T}2}}{\text{k}{\text{T}1}} = \frac{\text{E}\text{a}}{\text{R}} . \left( \frac{1}{\text{T}1} - \frac{1}{\text{T}2} \right) \Rightarrow \ln 3 = \frac{\text{E}\text{a}}{8,314} . \left( \frac{1}{300} - \frac{1}{310} \right) \Rightarrow \text{E}\text{a} = 84,966 \text{ kJ.mol}^{-1}.$
3. $\ln \frac{\text{k}_{\text{T}2}}{\text{k}{\text{T}1}} = \frac{\text{E}\text{a}}{\text{R}} . \left( \frac{1}{\text{T}1} - \frac{1}{\text{T}2} \right) \Rightarrow \ln \frac{8,17 . 10^{-3}}{\text{k}{(273+65)}} = \frac{103 . 500}{8,314} . \left( \frac{1}{318} - \frac{1}{338} \right)$
$\Rightarrow \text{k}{338} = 8,06 . 10^{-4} \text{ mol}^{-1}.\text{l.s}^{-1}.$
4. Quan sát phương trình hoá học biểu diễn các giai đoạn phản ứng thấy Cl là chất không mất đi trong phản ứng nên nó là chất xúc tác của quá trình phá huỷ tầng ozon.
5. $\text{k}\text{o} = \text{A} . \text{e}^{-\frac{\text{E}\text{a}^\text{o}}{\text{RT}}}$ và $\text{k}\text{x} = \text{A}^{'} . \text{e}^{-\frac{\text{E}\text{a}^\text{x}}{\text{RT}}} \Rightarrow \frac{\text{k}\text{x}}{\text{k}\text{o}} = \text{e}^{\frac{\text{E}\text{a}^\text{o} - \text{E}\text{a}^\text{x}}{\text{RT}}} = \text{e}^{\frac{\Delta \text{E}}{\text{RT}}}$
$\frac{\text{k}\text{x}}{\text{k}\text{o}} = \text{e}^{\frac{55400 - 13500}{8,314 . 773}} = \text{e}^{6,52} \approx 678,58$
Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng lên 678,58 lần.

VI. GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Đánh giá năng lực NTHH của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ “trình bày được”; “nêu được” khái niệm năng lượng hoạt hoá và ảnh hưởng của năng lượng hoạt hoá, nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.
– Đánh giá năng lực GQVĐ của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ “giải thích được” vai trò của xúc tác với tốc độ phản ứng.
– Đánh giá năng lực VDKT của HS bằng các câu hỏi có nội dung xác định năng lượng hoạt hoá, nhiệt độ phản ứng và vai trò của xúc tác đến phản ứng hoá học.
Bài 4. ENTROPY VÀ BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS
I MỤC TIÊU
Sau bài học, HS sẽ:
– Nêu được khái niệm về entropy.
– Nêu được ý nghĩa của dấu và trị số của biến thiên năng lượng tự do Gibbs ($\Delta_rG^o$).
– Tính được $\Delta_rG^o$ từ bảng cho sẵn các giá trị $\Delta_fH^o$ và $S^o$ của các chất.
II CHUẨN BỊ
– Một số hình ảnh hoặc video về sự biến đổi entropy của một số chất.
– Bảng giá trị entropy chuẩn và enthalpy chuẩn của một số chất.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Nguyên lí thứ nhất của nhiệt động học
a) Phát biểu nguyên lí thứ nhất
– Có một số cách khác nhau để phát biểu nguyên lí. Nguyên lí có thể được phát biểu:
“Năng lượng không tự sinh ra và không tự biến mất mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác”. Đó cũng là cách phát biểu của định luật bảo toàn năng lượng.
– Cũng có thể phát biểu nguyên lí thứ nhất dưới dạng biểu thức định lượng:
$$\Delta U = Q - A \text{ hay } Q = \Delta U + A$$
Trong đó: U là hàm nội năng của hệ (tổng động năng và thế năng của các hạt trong hệ); $\Delta U$ là biến thiên nội năng của hệ; Q là nhiệt và A là công kèm theo quá trình biến đổi.

Trường hợp sự biến đổi xảy ra trong bình kín (dung tích không đổi, A = 0): Q = ΔU.
Trường hợp sự biến đổi xảy ra ở áp suất không đổi (như áp suất khí quyển), với A = P·ΔV ta có: $Q_p = \Delta U + P \cdot \Delta V$ hay $\delta Q = d(U + PV)$.
b) Hàm trạng thái (Enthalpy).
Biểu thức H = U + PV gọi là hàm Enthalpy và biến thiên $\Delta H = \Delta U + P \cdot \Delta V$.
Nguyên lí thứ nhất đưa ra hai hàm trạng thái là nội năng U, enthalpy H.
Ta thấy, $Q_p = \Delta H$ (khi áp suất không đổi thì nhiệt lượng Q bằng biến thiên enthalpy).
Sự biến thiên $\Delta H$ đối với các phản ứng toả nhiệt và thu nhiệt biểu diễn qua sơ đồ sau:
Phản ứng thu nhiệt
Phản ứng toả nhiệt
Bài 4.1. Sự biến thiên enthalpy đối với phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt
2. Nhiệt hoá học và các phép tính về nhiệt hoá học
a) Khái niệm mở đầu
Có một số biểu hiện để nhận biết phản ứng hoá học xảy ra, như: sự tạo thành chất kết tủa (trộn dung dịch barium chloride với dung dịch sulfuric acid), tạo thành chất khí (cho dung dịch hydrochloric acid vào CaCO$_3$), sự đổi màu (sục khí SO$_2$ vào dung dịch Br$_2$), sự toả nhiệt (cho CaO vào nước),… Nhưng cũng có nhiều phản ứng hoá học không có hiện tượng gì xảy ra (cho dung dịch hydrochloric acid vào dung dịch sodium hydroxide),…
Mỗi phản ứng hoá học xảy ra đều kèm theo sự biến đổi năng lượng do sự khác nhau về năng lượng (động năng và thế năng) của các nguyên tử, phân tử giữa các chất phản ứng và sản phẩm. Năng lượng đó thể hiện dưới nhiều dạng: quang năng (phát sáng), cơ năng (nổ), điện năng (pin, acquy), nhiệt năng (nóng, lạnh),…
Về mặt nhiệt năng, khi phản ứng xảy ra có kèm theo năng lượng toả ra hay hấp thụ phải có sự chênh lệch về nhiệt lượng giữa chất phản ứng và sản phẩm. Sự chênh lệch đó gọi là hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Những phản ứng giải phóng ra nhiệt gọi là phản ứng toả nhiệt, những phản ứng lấy nhiệt từ môi trường xung quanh gọi là phản ứng thu nhiệt. Lĩnh vực nghiên cứu nhiệt của phản ứng là đối tượng của ngành nhiệt hoá học.

$Để xác định nhiệt phản ứng thường dùng nhiệt lượng kế (Hình 4.2). Nhiệt kế (chính xác tới $0,2^{\circ}C$) Nắp plastic Hỗn hợp phản ứng Cốc polystyrene Các dây đ$

Để xác định nhiệt phản ứng thường dùng nhiệt lượng kế (Hình 4.2).
Nhiệt kế
(chính xác tới $0,2^{\circ}C$)
Nắp plastic
Hỗn hợp
phản ứng
Cốc polystyrene
Các dây điện
dùng cho đốt
cháy mẫu
Nhiệt kế
Mẫu thức ăn
Que khuấy
Đĩa platin
$L_2O$
Lớp cách nhiệt
Hình 4.2. Cấu tạo của nhiệt lượng kế
Ví dụ: Cho 1,56 gam một chất X có khối lượng mol 78 g/mol vào bom nhiệt lượng kế cùng lượng dư $O_2$ rất lớn (áp suất cao), lượng nước ở bình ngoài là 1 000 gam, nhiệt độ ban đầu là 25 $^{\circ}C$. Sau khi đốt cháy X, nhiệt độ của nước ở bình ngoài tăng đến 32,8 $^{\circ}C$ (giả sử lượng nhiệt bị hấp thụ bởi các bộ phận xung quanh là không đáng kể). Biết để đun nóng 1,0 gam nước lên 1 $^{\circ}C$ cần 4,19 J nhiệt. Khi đó:
Nhiệt lượng do nước hấp thụ: $1,000 \cdot 4,19 \cdot (32,8 - 25) = 32,682$ (kJ).
$n_X = 0,02$ mol $\Rightarrow$ Nhiệt lượng toả ra khi 1 mol X cháy: $\Delta H = \frac{32,682}{0,02} = 1634,1$ (kJ/mol).
Phản ứng toả nhiệt có $\Delta H < 0$ và phản ứng thu nhiệt có $\Delta H > 0$.
Nhiệt lượng toả ra hay hấp thụ còn phụ thuộc vào trạng thái vật lí nên trong phương trình hoá học biểu diễn phản ứng phải ghi kèm trạng thái vật lí của các chất. Phương trình viết như vậy là phương trình nhiệt hoá học.
Ví dụ: Phương trình nhiệt hoá học của phản ứng đốt cháy $H_2$ thành $H_2O$ là:
$$H_2(g) + 0,5O_2(g) \longrightarrow H_2O(l) \quad \Delta H = -285,8 \text{ kJ}$$
$$H_2(g) + 0,5O_2(g) \longrightarrow H_2O(g) \quad \Delta H = -241,8 \text{ kJ}$$
Nguyên nhân $\Delta H$ khác nhau là do còn nhiệt lượng chuyển pha $H_2O(g) \longrightarrow H_2O(l)$.
b) Năng lượng liên kết ($E_b$) và nhiệt phản ứng ($\Delta_r H$)
Phản ứng hoá học xảy ra gồm sự phá vỡ liên kết hoá học của chất phản ứng và sự tạo thành liên kết hoá học của sản phẩm phản ứng. Năng lượng cần cung cấp (hấp thụ) để phá vỡ liên kết hoá học gọi là năng lượng liên kết. Năng lượng giải phóng ra khi tạo thành liên kết có trị số bằng năng lượng phá vỡ liên kết đó nhưng ngược dấu. Như vậy, phản ứng hoá học toả nhiệt hay thu nhiệt phụ thuộc vào độ bền của các liên kết trong chất phản ứng và sản phẩm phản ứng. Chữ b là viết tắt của bond (liên kết) và r là viết tắt của reaction (phản ứng).
Cách tính: Năng lượng giải phóng (có dấu –) + Năng lượng cần cung cấp (có dấu +).
Ví dụ 1: Cho năng lượng liên kết $E_b$ của: C—H (414,2 kJ/mol); Cl—Cl (242,4 kJ/mol); C—Cl (326,3 kJ/mol) và H—Cl (431,0 kJ/mol).

$Nhiệt của phản ứng: $\text{CH}_4(g) + 4\text{Cl}_2(g) \longrightarrow \text{CCl}_4(g) + 4\text{HCl}(g)$ được tính như sau: Năng lượng cần cung cấp: $(4 \cdot 41$

Nhiệt của phản ứng: $\text{CH}_4(g) + 4\text{Cl}_2(g) \longrightarrow \text{CCl}_4(g) + 4\text{HCl}(g)$ được tính như sau:
Năng lượng cần cung cấp: $(4 \cdot 414,2) + (4 \cdot 242,4) = 2626,4$ (kJ/mol).
Năng lượng giải phóng ra: $(4 \cdot 326,3) + (4 \cdot 431,0) = 3029,2$ (kJ/mol).
Nhiệt giải phóng ra lớn hơn nhiệt cần cung cấp: $3029,2 - 2626,4 = 402,8$ (kJ/mol) nên phản ứng toả nhiệt và phương trình nhiệt hoá học viết như sau:
$$\text{CH}_4(g) + 4\text{Cl}_2(g) \longrightarrow \text{CCl}_4(g) + 4\text{HCl}(g) \quad \Delta_r\text{H} = -402,8 \text{ kJ/mol}$$
hoặc: $\Delta_r\text{H} = (4 \cdot 414,2) + (4 \cdot 242,4) - (4 \cdot 326,3) - (4 \cdot 431,0) = -402,8$ (kJ/mol)
Ví dụ 2: Cho năng lượng liên kết E$_b$ của:
Hg—O (355,7 kJ/mol); Hg (61,2 kJ/mol); và O—O (498,7 kJ/mol).
Nhiệt của phản ứng: $2\text{HgO}(s) \longrightarrow 2\text{Hg}(l) + \text{O}_2(g)$ được tính như sau:
Năng lượng cần cung cấp: $2 \cdot 355,7 = 711,4$ (kJ/mol).
Năng lượng giải phóng ra: $2 \cdot 61,2 + 498,7 = 621,1$ (kJ/mol).
Nhiệt giải phóng ra nhỏ hơn nhiệt cần cung cấp: $711,4 - 621,1 = 90,3$ (kJ/mol) nên phản ứng thu nhiệt và phương trình nhiệt hoá học viết như sau:
$$2\text{HgO}(s) \longrightarrow 2\text{Hg}(l) + \text{O}_2(g) \quad \Delta_r\text{H} = +90,3 \text{ kJ/mol}$$
hoặc: $\Delta_r\text{H} = -[(2 \cdot 61,2) + 498,7] + (2 \cdot 355,7) = +90,3$ kJ/mol
Trong hai ví dụ trên, phản ứng ở ví dụ 1 thuộc loại phản ứng toả nhiệt, còn phản ứng ở ví dụ 2 thuộc loại phản ứng thu nhiệt.
c) Nhiệt tạo thành (nhiệt sinh) và nhiệt phân huỷ
Nhiệt tạo thành ($\Delta_f\text{H}$) của một hợp chất hoá học là lượng nhiệt toả ra hay hấp thụ trong phản ứng tạo thành 1,0 mol hợp chất đó từ các đơn chất. (f là viết tắt của form ~ tạo thành).
Nhiệt phân huỷ ($\Delta_a\text{H}$) của một hợp chất hoá học là lượng nhiệt toả ra hay hấp thụ trong phản ứng phân huỷ 1,0 mol hợp chất đó thành các đơn chất. (a là viết tắt của analysis ~ phân tích).
Đối với một hợp chất, nhiệt sinh ($\Delta\text{H}_f$) và nhiệt phân huỷ ($\Delta\text{H}_a$) có cùng trị số nhưng trái dấu.
Ví dụ:
$2\text{HgO}(s) \longrightarrow 2\text{Hg}(l) + \text{O}_2(g) \quad \Delta_a\text{H} = +90,3 \text{ kJ/mol}$
$2\text{Hg}(l) + \text{O}_2(g) \longrightarrow 2\text{HgO}(s) \quad \Delta_f\text{H} = -90,3 \text{ kJ/mol}$
d) Định luật Hess và cách tính nhiệt phản ứng ($\Delta_r\text{H}$)
– Định luật Hess do nhà hoá học người Nga Germain Henri Hess (1802 – 1850) đề xuất:
“Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình, nghĩa là không phụ thuộc vào số lượng và đặc điểm của các chất giai đoạn trung gian”.

$Ví dụ: Phản ứng tạo ra $CO_2$ từ graphite (C) có thể thực hiện theo 2 cách: $\text{C}_{(\text{graphite})} + \text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\te$

Ví dụ: Phản ứng tạo ra $CO_2$ từ graphite (C) có thể thực hiện theo 2 cách:
$\text{C}_{(\text{graphite})} + \text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\text{g}) \quad \Delta_r\text{H}$
hoặc:
$\text{C}_{(\text{graphite})} + 0,5\text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}(\text{g}) \quad \Delta_r\text{H}_1$
$\text{CO}(\text{g}) + 0,5\text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\text{g}) \quad \Delta_r\text{H}_2$
Theo định luật Hess: $\Delta_r\text{H} = \Delta_r\text{H}_1 + \Delta_r\text{H}_2$
– Cách tính nhiệt phản ứng ($\Delta_r\text{H}$):
Ngoài cách tính nhiệt phản ứng theo năng lượng liên kết, có thể tính nhiệt phản ứng hay nhiệt tạo thành của các hợp chất theo định luật Hess:
“Nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất sản phẩm trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất phản ứng” (trong đó nhiệt sinh của đơn chất được coi bằng không).
$\Delta_r\text{H} = \Sigma\Delta_f\text{H}{(\text{sản phẩm})} - \Sigma\Delta_f\text{H}{(\text{chất đầu})}$
Ví dụ: Tính $\Delta_r\text{H}$ của phản ứng đốt cháy metan:
$\text{CH}_4(\text{g}) + 2\text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\text{g}) + 2\text{H}_2\text{O}(\text{g}).$
Biết nhiệt tạo thành:
$\text{CH}_4(\text{g}) = -74,86 \text{ kJ/mol}; \text{CO}_2(\text{g}) = -393,5 \text{ kJ/mol}$ và $\text{H}_2\text{O}(\text{g}) = -241,82 \text{ kJ/mol}$.
Theo định luật Hess: $\Delta_r\text{H} = \Delta_f\text{H}_{\text{CO}2(\text{g})} + 2 \cdot \Delta_f\text{H}{\text{H}2\text{O}(\text{g})} - \Delta_f\text{H}{\text{CH}_4(\text{g})}$
$= (-393,5) + 2 \cdot (-241,82) - (-74,86) = -802,28 \text{ (kJ/mol)}$
Nếu coi nhiệt tạo thành:
$\text{C(s)} + 2\text{H}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CH}_4(\text{g}) \quad \text{là } \Delta_f\text{H}_1$
$\text{C(s)} + \text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\text{g}) \quad \text{là } \Delta_f\text{H}_2$
$\text{H}_2(\text{g}) + 0,5\text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \quad \text{là } \Delta_f\text{H}_3$
Có thể tính $\Delta_r\text{H}$ bằng cách tổ hợp:
$\text{CH}_4(\text{g}) \longrightarrow \text{C(s)} + 2\text{H}_2(\text{g}) \quad -\Delta_f\text{H}_1$
$\text{C(s)} + \text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\text{g}) \quad \Delta_f\text{H}_2$
$2\text{H}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow 2\text{H}_2\text{O}(\text{g}) \quad 2\Delta_f\text{H}_3$
Tổ hợp lại:
$\text{CH}_4(\text{g}) + 2\text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{CO}_2(\text{g}) + 2\text{H}_2\text{O}(\text{g}) \quad \Delta_r\text{H}$
cho $\Delta_r\text{H} = -\Delta_f\text{H}_1 + \Delta_f\text{H}_2 + 2\Delta_f\text{H}_3 = -(-74,86) + (-393,5) + 2 \cdot (-241,82) = -802,28 \text{ (kJ/mol)}$
Hoặc tính $\Delta_r\text{H}$ qua chu trình Hess:
graph LR
A[CH4] -->|ΔrH| B[CO2 + 2H2O]
A -->|-ΔfH1| C[C + O2]
C -->|+O2| D[C + 2H2 + O2]
D -->|ΔfH2| E[CO2]
D -->|2ΔfH3| F[2H2O]
E --> B
F --> B

$Ta có: $\Delta_{\text{r}}\text{H} = -\Delta_{\text{f}}\text{H}1 + \Delta{\text{f}}\text{H}2 + 2\Delta{\text{f}}\text{H}_3$ $= -(-74,86) + (-393,5) + 2\cdot(-241$

Ta có: $\Delta_{\text{r}}\text{H} = -\Delta_{\text{f}}\text{H}1 + \Delta{\text{f}}\text{H}2 + 2\Delta{\text{f}}\text{H}_3$
$= -(-74,86) + (-393,5) + 2\cdot(-241,82) = -802,28 \text{ (kJ/mol)}.$
3. Nguyên lí thứ hai của nhiệt động học
a) Quá trình tự diễn biến và entropy
Trong tự nhiên có nhiều quá trình tự xảy ra và cũng có quá trình không tự xảy ra.
Ví dụ: Mở lọ nước hoa, mùi nước hoa bay từ lọ ra khắp phòng, chứ mùi nước hoa không tự chui từ phòng vào lọ. Hai vật có nhiệt độ khác nhau để cạnh nhau, nhiệt chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn mà không thể ngược lại.
Quá trình chuyển nước hoa từ lọ ra khắp phòng hay nói chung quá trình chuyển từ trạng thái lỏng thành khí làm cho hệ mất trật tự hơn (khi khoảng cách giữa các phân tử tăng lên, các phân tử sẽ chuyển động nhiều hơn dẫn đến hệ mất trật tự hơn). Tương tự, quá trình chuyển từ trạng thái lỏng về rắn làm cho hệ trật tự hơn.
Đánh giá sự tự diễn biến của một quá trình (kể cả phản ứng hoá học) thông qua một đại lượng kí hiệu là S (entropy), nó là tính chất nhiệt động của chất. Khi sự mất trật tự của các hạt càng lớn thì giá trị entropy càng cao. Sự biến thiên của entropy ($\Delta\text{S}$) được xác định bằng thực nghiệm dựa vào nhiệt của quá trình, nó là một hàm trạng thái: $\Delta\text{S} = \frac{\Delta\text{H}}{\text{T}}$.
Quá trình chuyển trạng thái từ rắn → lỏng → khí là thu nhiệt và entropy tăng ($\Delta\text{S} > 0$).
Quá trình chuyển trạng thái từ khí → lỏng → rắn là toả nhiệt và entropy giảm ($\Delta\text{S} < 0$).
Biến thiên $\Delta\text{S}$ là độ đo tính không thuận nghịch của quá trình trong hệ cô lập và đặc trưng cho chiều diễn biến của các quá trình tự nhiên. (Hệ được gọi là cô lập nếu gồm hệ khảo sát và môi trường xung quanh).
Ví dụ 1: Quá trình chuyển 419 J nhiệt của hệ ở 300K cho môi trường xung quanh ở 200K có tự xảy ra không?
$\Delta\text{H}_{\text{hệ}} = -\frac{100}{300} = -0,333 \text{ (J}\cdot\text{K}^{-1}\text{)}.$
$\Delta\text{H}_{\text{môi trường}} = \frac{100}{200} = +0,500 \text{ (J}\cdot\text{K}^{-1}\text{)}.$
$\Delta\text{H}_{\text{tổng}} = -0,333 + 0,500 = +0,167 \text{ (J}\cdot\text{K}^{-1}\text{)} > 0$ nên quá trình tự xảy ra.
Ví dụ 2: Một mol nước đá tại nhiệt độ 0 °C và áp suất 1 bar nếu hấp thụ 6 003,734 J nhiệt thì có tự chảy ra thành nước lỏng không?
$\Delta\text{S} = \frac{6,003,734}{273,15} = 21,98 \text{ (J}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}\text{)} > 0$ nên quá trình tự xảy ra.
b) Phát biểu nguyên lí thứ hai
Tiên đề Clausius: "Nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn".
Trong bất kì một quá trình tự diễn biến nào, entropy tổng của hệ và môi trường xung quanh phải tăng.

4. Năng lượng tự do Gibbs
a) Khái niệm năng lượng tự do Gibbs (G)
Để đánh giá các quá trình tự diễn biến, năm 1875 nhà khoa học người Mĩ là Josiah Willard Gibbs (1839 – 1903) đưa ra một đại lượng gọi là năng lượng tự do Gibbs (kí hiệu G). Nó là một hàm trạng thái (được gọi là thế nhiệt động) với hai biến số là áp suất P và nhiệt độ T:
$G = H - TS$
Đối với các quá trình biến đổi ở nhiệt độ và áp suất không đổi: $\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S$.
Quá trình tự diễn biến có $\Delta H < T \cdot \Delta S$ dẫn đến $\Delta H - T \cdot \Delta S < 0$ nên $\Delta G < 0$.
Khi $\Delta H = T \cdot \Delta S$ thì $\Delta G = 0$, quá trình đạt tới trạng thái cân bằng hoá học.
Đối với nhiều phản ứng hoá học: $\Delta H >> T \cdot \Delta S$ nên có thể coi $\Delta G \approx \Delta H$ và khi đó $\Delta H < 0$ là các phản ứng toả nhiệt.
b) Cách tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs ($\Delta G$)
– Tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs của phản ứng:
$\Delta_r G_T = \Delta_r H - T \cdot \Delta_r S$
Ví dụ: Cho phản ứng và các số liệu:
$C_2H_4(g)$ +, $H_2O(g)$, $\rightleftharpoons$, $C_2H_5OH(g)$
$\Delta_f H^\circ_{298} \text{ (kJ.mol}^{-1})$, 52,28, –241,82, –235,30
$S^\circ_{f298} \text{ (J.K}^{-1}\text{.mol}^{-1})$, 219,6, 188,72, 282,0
Ở điều kiện tiêu chuẩn: $\Delta_r H^\circ_{298}$ phản ứng = $-235,3 - 52,28 - (-241,82) = -45,76 \text{ (kJ.mol}^{-1})$
$\Delta H < 0$ nên phản ứng toả nhiệt.
$\Delta_r S^\circ_{298}$ phản ứng = $282,0 - (219,45 + 188,72) = -126,17 \text{ (J.K}^{-1})$
$\Delta_r G^\circ_{298}$ phản ứng = $-45,76 - (-0,12617 \cdot 298) = -8,16 \text{ (kJ.mol}^{-1})$
Ở $25 \ ^\circ C$: $\Delta G$ phản ứng < 0 nên phản ứng xảy ra theo chiều thuận.
– Biến thiên năng lượng tự do Gibbs với cân bằng hoá học:
Phản ứng: $xA + yB \longrightarrow zC + tD$ đạt tới trạng thái cân bằng hoá học có hằng số cân bằng $K = \frac{(C)^z \cdot (D)^t}{(A)^x \cdot (B)^y}$.
Nhiệt động học đã chứng minh được quan hệ giữa năng lượng tự do Gibbs và hằng số cân bằng: $\Delta G^\circ = -RT \ln K$.
Ví dụ: Phản ứng:
$2H_2(g)$ +, $O_2(g)$, $\longrightarrow$, $2H_2O(l)$, có các số liệu sau:
$\Delta_f H^\circ_{298} \text{ (kJ.mol}^{-1})$, 0, 0, –285,8
$S^\circ_{f298} \text{ (J.K}^{-1}\text{.mol}^{-1})$, 130,52, 205,04, 70,08

$$$\Delta _ { \mathrm { r } } \mathrm { H } _ { 2 9 8 } ^ { \circ } = 2 \Delta _ { \mathrm { f } } \mathrm { H } _ { \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } } ^ { \c$

2. Sự biến đổi giá trị entropy
Dùng phương pháp đàm thoại gợi mở để HS rèn luyện năng lực GHTT và năng lực GQVĐ khi lấy một số ví dụ để tổng kết một số trường hợp làm tăng, giảm entropy.
Chất khí → chất lỏng → chất rắn: quá trình toả nhiệt, giá trị entropy giảm dần $\Delta S < 0$ (khoảng cách giữa các phân tử giảm, độ trật tự của các phân tử tăng lên).
Quá trình ngược lại, thu nhiệt, giá trị entropy tăng dần $\Delta S > 0$ (khoảng cách giữa các phân tử tăng, độ mất trật tự của các phân tử tăng lên).
Phản ứng giữa các dung dịch tạo ra chất kết tủa, làm giảm giá trị entropy.
Phản ứng giữa các dung dịch hay chất rắn tạo ra chất khí, làm tăng giá trị entropy.
Phản ứng giữa các chất khí mà giảm số mol, sẽ làm giảm giá trị entropy và ngược lại số mol khí tăng làm tăng giá trị entropy.
Dùng phương pháp hoạt động nhóm, đàm thoại gợi mở để rèn luyện HS các năng lực GHTT và THTN khi lấy một số ví dụ để tổng kết một số trường hợp làm tăng, giảm entropy.
$\text{AgNO}_3(\text{aq}) + \text{NaCl}(\text{aq}) \longrightarrow \text{AgCl}(\text{s}) + \text{NaNO}_3(\text{aq})$
$\text{Na}_2\text{CO}_3(\text{aq}) + 2\text{HCl}(\text{aq}) \longrightarrow 2\text{NaCl}(\text{aq}) + \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(l)$
$\text{CaCO}_3(\text{s}) \longrightarrow \text{CaO}(\text{s}) + \text{CO}_2(\text{g})$
$2\text{H}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow 2\text{H}_2\text{O}(\text{g})$
$\text{CO}_2(\text{g}) + \text{C}(\text{s}) \longrightarrow 2\text{CO}(\text{g})$
Dùng phương pháp hoạt động nhóm để HS rèn luyện các năng lực GHTT và GQVĐ:
GV cung cấp giá trị entropy chuẩn (298K, 1bar) (J/mol.K) và hướng dẫn HS tính biến thiên entropy: $\Delta S = \sum S_{\text{sản phẩm}} - \sum S_{\text{chất phản ứng}}$
HS hoạt động nhóm tính $\Delta S$ của một số phản ứng nêu trên.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi trong bài học để luyện tập.
Hoạt động 2. NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo phương pháp tiên đề:
Giới thiệu biểu thức: $\Delta_rG_T^o = \Delta_rH_T^o - T.\Delta_rS_T^o$
Giới thiệu bảng giá trị enthalpy chuẩn (kJ/mol) của một số chất.
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH bằng một số ví dụ về tính $\Delta H$ và $\Delta G$.
Hướng dẫn HS hoạt động nhóm để tính $\Delta G$ và sử dụng dấu của $\Delta G$ để xét khả năng phản ứng xảy ra.
GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực vận dụng kiến thức bằng cách sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi trong bài học để luyện tập.

$Hoạt động 3. TỔNG KẾT, GHI NHỚ Kết luận: Entropy và biến thiên enthalpy trong phản ứng hoá học. Năng lượng tự do Gibbs và biến thiên $\Delta G^o$ trong phản ứng$

Hoạt động 3. TỔNG KẾT, GHI NHỚ
Kết luận:
Entropy và biến thiên enthalpy trong phản ứng hoá học.
Năng lượng tự do Gibbs và biến thiên $\Delta G^o$ trong phản ứng hoá học.
Ứng dụng của Năng lượng tự do Gibbs để xác định chiều phản ứng hoá học.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Đáp án A.
Khoảng cách giữa các phân tử càng lớn, tính hỗn loạn của hệ càng tăng. Khoảng cách giữa các phân tử tăng dần theo thứ tự : rắn < lỏng < khí nên giá trị entropy tăng dần theo thứ tự: $CO_2(s) < CO_2(l) < CO_2(g)$.
2. Đáp án C.
Phản ứng làm giảm số mol khí làm giảm entropy của hệ do sự hỗn loạn giảm xuống.
Chỉ có phản ứng C là phản ứng có $\Delta n < 0$ nên đó là phản ứng làm giảm entropy.
3. Đáp án D.
Phản ứng : $2H_2O_2(l) \longrightarrow 2H_2O(l) + O_2(g)$ làm tăng số mol khí, $\Delta n = 1$, nên $\Delta S^o > 0$.
Phản ứng $Ag^+(aq) + Br^-(aq) \longrightarrow AgBr(s)$ chuyển các ion $Ag^+(aq), Br^-(aq)$ từ trạng thái chuyển động tự do sang cố định trong tinh thể làm tăng tính trật tự của hệ $\Rightarrow \Delta S^o < 0$.
Các phản ứng: $2C_2H_6(g) + 3O_2(g) \longrightarrow 4CO_2(g) + 6H_2O(l)$
$N_2 (g) + 2H_2 (g) \longrightarrow N_2H_4 (g)$
đều làm giảm số mol khí nên biến thiên entropy âm.
4. Tính $\Delta_rS$ (tương tự cách tính $\Delta H$) = $\Sigma S^o_{298}$ (sản phẩm) – $\Sigma S^o_{298}$ (chất phản ứng)
a) $\Delta_rS^o_{298} = 2 S^o_{298}(Fe_2O_3) - 4 S^o_{298}(Fe) - 3 S^o_{298}(O_2)$
$= (2 \cdot 87,6) - (4 \cdot 27,3) - (3 \cdot 205) = 549 J \cdot K^{-1}$
b) $\Delta_rS^o_{298} = S^o_{298}(SO_3) - \frac{1}{2} S^o_{298}(O_2) - S^o_{298}(SO_2)$
$= (256,7) - (\frac{1}{2} \cdot 205,0) - (248,1) = - 93,90 J \cdot K^{-1}$
5. $KClO_3(s) \xrightarrow{t^o} KCl(s) + \frac{3}{2} O_2(g)$
$\Delta_rS^o_{298} = S^o_{298}(KCl) + \frac{3}{2} S^o_{298}(O_2) - S^o_{298}(KClO_3)$
$= 82,6 + (\frac{3}{2} \cdot 205,0) - 143,1 = 247,0 (J \cdot mol^{-1} \cdot K^{-1})$

$$\Delta_{\text{r}}H^{\circ}{298} = \Delta{\text{f}}H^{\circ}{298}(\text{KCl}) + \frac{3}{2} \Delta{\text{f}}H^{\circ}{298}(\text{O}2) - \Delta{\text{f}}H^{\circ$

CHUYÊN ĐỀ 2. HOÁ HỌC TRONG VIỆC PHÒNG CHỐNG CHÁY, NỔ Bài 5. Sơ lược về phản ứng cháy, nổ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Nêu được khái niệm, đặc điểm của phản

Về mặt nhiệt động học, các phản ứng cháy đều có khả năng tự diễn biến ở điều kiện thường. Tuy nhiên, để phản ứng cháy xảy ra cần thoả mãn yếu tố động học.
b) Điều kiện cần và đủ để xảy ra phản ứng cháy
– Chất cháy
Một trong các yếu tố trong tam giác cháy là chất cháy, chất cháy phổ biến và có nhiều ứng dụng đó là nhiên liệu.
Nhiên liệu là những chất cháy được, khi cháy toả nhiệt và phát sáng. Đặc điểm chung của nhiên liệu là phổ biến, dễ cháy và toả nhiệt mạnh.
Dựa vào trạng thái, nhiên liệu được phân làm 3 loại: rắn, lỏng và khí.
Phân loại, Ví dụ, Lĩnh vực sử dụng
Nhiên liệu rắn, than đá, than bùn, than cốc, gỗ…, nhiệt điện, luyện kim, đời sống
Nhiên liệu lỏng, xăng, dầu hoả, dầu diesel, cồn đốt,…, động cơ đốt trong, đời sống
Nhiên liệu khí, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, khí than…, nhiệt điện, luyện kim, đời sống
Dựa vào nguồn gốc, nhiên liệu được phân chia thành: nhiên liệu tái tạo (gỗ, mùn cưa, than gỗ), nhiên liệu hoá thạch (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên), nhiên liệu hạt nhân (uranium,…).
Năng suất toả nhiệt của nhiên liệu là đại lượng vật lí cho biết nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu.
Đối với các nhiên liệu khi cháy tạo ra nước thì năng suất toả nhiệt có hai giá trị: năng suất toả nhiệt trên (nước tạo thành ở thể lỏng) và năng suất toả nhiệt dưới (nước tạo thành ở thể hơi).
Bảng 5.1. Năng suất toả nhiệt (dưới) của một số nhiên liệu
Nhiên liệu, Năng suất toả nhiệt (kJ/kg), Nhiên liệu, Năng suất toả nhiệt (kJ/kg)
Than đá, 27 000, Xăng, 44 000
Than bùn, 14 000, Dầu hoả, 44 000
Than gỗ, 34 000, Dầu diesel, 42 000
Củi khô, 10 000, Gas, 46 000
Hydrogen, 120 000, Khí thiên nhiên, 42 000
– Chất oxi hoá
Chất oxi hoá trong các đám cháy thường là oxygen, đây là chất khí phổ biến thứ hai trong khí quyển và có mặt ở khắp mọi nơi trên bề mặt Trái Đất. Có thể nói, trong ba yếu tố của tam giác cháy luôn có sẵn yếu tố chất oxi hoá, chỉ cần hội tụ thêm hai yếu tố còn lại (chất cháy và nguồn nhiệt) là có thể hình thành đám cháy.

– Nguồn nhiệt
Khởi đầu một đám cháy, nguồn nhiệt đóng vai trò cung cấp một năng lượng cần thiết (năng lượng hoạt hoá $E_a$) cho chất cháy và chất oxi hoá để tạo thành trạng thái trung gian. Giá trị $E_a$ phụ thuộc bản chất mỗi phản ứng, tức phụ thuộc vào từng loại chất cháy và chất oxi hoá. Nếu giá trị $E_a$ càng cao, năng lượng cần cung cấp càng nhiều và cần thời gian tiếp xúc lâu hơn.
2. Phản ứng nổ
Nổ bụi (dust explosion) xuất phát từ bụi dễ cháy được sinh ra trong quá trình sản xuất các nguyên liệu thô dễ cháy như bụi kim loại, bụi ngũ cốc, bụi thuốc lá,... Quy trình công nghệ thường tạo bụi dễ cháy là nghiền, mài, phay, cắt, cưa, đánh bóng,...
Các vụ nổ bụi được hình thành khi nồng độ các hạt bụi đạt nồng độ cao trong không gian tương đối kín và bắt lửa khi tiếp xúc với tia lửa điện, than hồng, tàn thuốc, bật diêm,... Quá trình đốt cháy hạt bụi nhanh chóng lan rộng và tạo ra một áp suất không khí cao, gây ra nổ, tiềm ẩn nguy cơ gây sát thương và phá huỷ công trình nhà xưởng.
Khi đốt cháy vật liệu ở dạng khối rắn thì quá trình cháy xảy ra từ từ do diện tích tiếp xúc giữa mặt chất cháy với oxygen không khí bị giới hạn. Tuy nhiên, tốc độ đốt cháy sẽ rất nhanh và có thể gây nổ nếu khối vật liệu trên được nghiền thành bột mịn và phân tán trong không khí dưới dạng bụi.
Ví dụ, xét một khối cầu nặng 1000 gam được làm từ vật liệu có khối lượng riêng là $1\text{ g/cm}^3$.
Khối cầu trên có thể tích là $1000\text{ cm}^3$, đường kính là $12,4\text{ cm}$ ($V = \frac{4}{3}\pi R^3$) và diện tích bề mặt là $483\text{ cm}^2$ ($S = 4\pi R^2$).
Bây giờ, giả thiết khối cầu được nghiền thành các hạt bụi hình cầu có đường kính $0,005\text{ cm}$ (bằng hạt bột mì), sẽ được $\frac{1000}{\frac{4}{3}\pi \cdot 0,0025^3} = 15,28 \cdot 10^9$ hạt bụi và tổng diện tích bề mặt các hạt bụi là $15,28 \cdot 10^9 \cdot 4\pi \cdot 0,0025^2 = 1200000\text{ cm}^2$. Khi đó, diện tích bề mặt các hạt bụi tiếp xúc với oxygen là rất lớn, nếu xuất hiện mồi lửa, toàn bộ đám mây bụi sẽ bốc cháy rất nhanh, toả nhiệt lượng nhiệt lớn và gây ra nổ mạnh.
Tuy nhiên, một vụ nổ bụi xảy ra nếu mật độ bụi phải đạt đến một giới hạn nhất định. Ví dụ, nồng độ giới hạn gây nổ của bụi ngũ cốc (bột ngô, bột gạo, đậu nành) là $50 - 60\text{ g/m}^3$.
Nổ bụi là nguyên nhân gây ra nhiều thảm hoạ trong sản xuất công nghiệp. Ngày 07 tháng 02 năm 2008 đã xảy ra vụ nổ bụi ở nhà máy đường Imperial Sugar (Port Wentworth, Georgia, Mỹ) làm 14 người chết và 38 người bị thương. Ban đầu, vụ nổ xuất phát từ một băng tải chạy

phía dưới các tháp chứa đường, làm tăng mạnh lượng bụi đường, khơi mào cho một vụ nổ nghiêm trọng, áp lực gây ra làm hỏng trần nhà và sập tường. (Xem video What led to the Imperial Sugar explosion mô phỏng về vụ nổ bụi này trên kênh youtube.com).
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. PHẢN ỨNG CHÁY
1. Khái niệm
GV hướng dẫn HS tiến hành hoạt động nhóm để tìm hiểu về phản ứng cháy, chất cháy và ứng dụng.
GV nhấn mạnh phản ứng cháy an toàn và không an toàn:
– Phản ứng cháy an toàn: đúng mục đích, đúng mức độ, trong tầm kiểm soát, người sử dụng hoàn toàn chủ động.
– Phản ứng cháy không an toàn: vượt quá phạm vi, mức độ cần thiết, mất kiểm soát, người sử dụng bị động và bất ngờ.
Đặc điểm của phản ứng cháy: GV tổ chức cho HS vận dụng chương năng lượng hoá học để tìm hiểu tại sao phản ứng cháy luôn kèm toả nhiệt và phát sáng. Kể tên một số ví dụ sử dụng năng lượng phản ứng cháy để đốt nóng và chiếu sáng.
GV tổ chức cho HS sưu tầm về một số vụ hoả hoạn để tìm hiểu nguyên nhân và biện pháp phòng, chống.
2. Tam giác cháy
GV tổ chức cho HS tiến hành hoạt động nhóm để viết, vẽ, thiết kế mô hình về tam giác cháy, khắc sâu và minh hoạ sinh động về điều kiện cần thiết để xảy ra cháy.
Đánh giá vai trò của từng yếu tố trong tam giác cháy để hình thành một đám cháy hoặc để dập tắt một đám cháy.
GV hướng dẫn HS tìm hiểu về các sản phẩm cháy của một số nhiên liệu thông dụng. Từ đó, đề xuất giải pháp để sử dụng nhiên liệu hiệu quả, an toàn thông qua các việc:
– Sử dụng lượng chất cháy phù hợp, điều khiển phản ứng đốt cháy xảy ra hoàn toàn
– Giảm thải các khí độc hại, gây ô nhiễm và tái sử dụng các sản phẩm cháy
– Các biện pháp phòng ngừa ngộ độc khí thải.
Hoạt động 2. PHẢN ỨNG NỔ
GV tổ chức cho HS sưu tầm về 1 vụ nổ hoá học, 1 vụ nổ hạt nhân, 1 vụ nổ bụi rồi thuyết trình về phản ứng nổ: đặc điểm, phân loại, quy mô, tác hại, biện pháp phòng ngừa.
GV giúp HS phân biệt phản ứng cháy với phản ứng nổ thông qua đặc điểm của từng phản ứng.

$HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK GV hướng dẫn HS trình bày khái niệm và đặc điểm cơ bản của phản ứng cháy. Số mol carbon có trong 1 kg than đá: $n_C = \frac{$

HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
GV hướng dẫn HS trình bày khái niệm và đặc điểm cơ bản của phản ứng cháy.
Số mol carbon có trong 1 kg than đá: $n_C = \frac{1000 \cdot \frac{84}{100}}{12} = 70$ (mol).
Xét phản ứng đốt cháy: $C(s) + O_2(g) \xrightarrow{t^o} CO_2(g)$ $\Delta H^o = -394$ kJ/mol
Đốt cháy hoàn toàn 1 mol carbon giải phóng ra 394 kJ nhiệt nên đốt cháy 70 mol carbon toả ra nhiệt lượng là: $Q = 394 \cdot 70 = 27580$ (kJ).
Năng suất toả nhiệt của loại than đá trên là 27 580 kJ/kg.
a) Số mol C trong viên than là: $n_C = \frac{1200 \cdot \frac{40}{100}}{12} = 40$ (mol).
b) Phản ứng đốt cháy: $C(s) + O_2(g) \xrightarrow{t^o} CO_2(g)$
Thể tích khí $O_2$ tham gia phản ứng: $V_{O_2} = 24,79 \cdot 40 = 991,6$ (L).
Thể tích không khí cần dùng: $V_{kk} = 991,6 \cdot \frac{100}{21} = 4721,9$ (L).
c) Đun bếp than tổ ong trong phòng ngủ để sưởi ấm sẽ làm nồng độ $O_2$ trong phòng giảm đi nhanh, quá trình hô hấp không cung cấp đủ $O_2$ cho não, dẫn đến gây hậu quả hôn mê, bại não.
a) Phần trăm thể tích propane và butane trong khí gas là:
$%V_{C_3H_8} = \frac{2}{5} \cdot 100 = 40%$; $%V_{C_4H_{10}} = \frac{3}{5} \cdot 100 = 60%$.
b) Phân tử khối trung bình của khí gas: $\overline{M}_{gas} = 44 \cdot 40% + 58 \cdot 60% = 52,4$.
Tỉ khối của khí gas so với không khí: $d = \frac{52,4}{29} = 1,81$.
Khi gas nặng hơn không khí 1,81 lần nên hơi gas rò rỉ thường tích tụ ở những nơi thấp so với mặt đất.
a) Nổ quả bóng bay do bơm quá căng là nổ vật lí, trường hợp này không xảy ra phản ứng hoá học.
b) Nổ chùm bóng bay chứa khí hydrogen do bắt lửa là nổ hoá học do xảy ra phản ứng sau khi hỗn hợp bị kích thích bởi nhiệt độ:
$H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \xrightarrow{t^o} H_2O(g)$ $\Delta H^o = -242$ kJ/mol

Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế dây chuyền với tốc độ rất nhanh kèm toả nhiệt lớn, làm không khí xung quanh giãn nở đột ngột gây ra tiếng nổ. VI GỢI Ý KIỂM TRA

$III THÔNG TIN BỔ SUNG 1. Điểm chớp cháy – Flash point Dựa vào điểm chớp cháy quy ước là $100\ ^{\circ}\text{F}$ ($37,8\ ^{\circ}\text{C}$), Hiệp hội phòng cháy$

$Chất cháy, Điểm chớp cháy / $^{\circ}F$, Điểm chớp cháy / $^{\circ}C$, Điểm sôi / $^{\circ}F$, Điểm sôi / $^{\circ}C$, Phân loại NFPA Carbon disulfide, –22, –30$

Phản ứng cháy nổ cần phải có 3 yếu tố: chất cháy, khí oxygen và nguồn tạo lửa. Mỗi loại hơi/khí cháy nổ chỉ bốc cháy khi nồng độ của chúng nằm ở một khoảng nhất

Bảng 6.3. Giới hạn cháy nổ dưới (LEL) và giới hạn cháy nổ trên (UEL) của một số chất cháy Chất cháy, LEL, EUL Acetone, $2,6$, $13$ Acetylene, $2,5$, $100$ Acryl

2. Nhiệt độ ngọn lửa – Flame temperature Nhiệt độ ngọn lửa được xác định trong quá trình đoạn nhiệt (adiabatic process), đó là quá trình không có sự trao đổi nh

Nhiên liệu, Trạng thái, Công thức, Nhiệt cháy chuẩn ở 298,15 K (kJ/g), Chất oxi hoá, Áp suất (atm), Nhiệt độ ngọn lửa đoạn nhiệt, (K) Propane, Gas, $C_3H_8$, 50

Chất cháy, Phân tử khối, Nhiệt độ tự bốc cháy [°C], Áp suất hơi bão hoà ở 25 °C [mmHg] Isobutane, 58,12, 543, gas Pentane, 72,15, 260, 512,54 Isopentane, 72,15,

Chất cháy, Phân tử khối, Nhiệt độ tự bốc cháy [°C], Áp suất hơi bão hoà ở 25 °C [mmHg]
Ethyl acetate, $88,11$, $486$, $94,63$
Hydrogen, $2,02$, $580$, gas
Hydrogen sulfide, $34,08$, $260$, gas
Ammonia (anhydrous), $17,03$, $379$
Carbon disulfide, $76,14$, $100$
Carbon monoxide, $28,01$, $651$, gas
Dichloroethylene, $96,94$, $458$
Nguồn: Eric Stauffer, Reta Newman, Fire Debris Analysis, 2008
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. ĐIỂM CHỚP CHÁY
GV hướng dẫn HS tiến hành hoạt động nhóm để tìm hiểu về khái niệm điểm chớp cháy, sưu tầm số liệu về điểm chớp cháy của một số chất lỏng thông dụng.
GV nhấn mạnh ranh giới về nhiệt độ chớp cháy là $100\ ^{\circ}F$ ($37,8\ ^{\circ}C$) để phân chia chất lỏng dễ cháy và chất lỏng có thể gây cháy. Tổ chức cho HS hoạt động nhóm để phân chia hai loại chất lỏng này dựa trên điểm chớp cháy.
GV tổ chức cho HS so sánh về mức độ dễ cháy của một số nhiên liệu lỏng thông dụng: xăng, dầu hoả, cồn,... từ đó giúp HS đề xuất phương pháp phòng, chống cháy nổ.
GV có thể tiến hành thực nghiệm sử dụng máy đo hơi gas cầm tay để đo hàm lượng khí rò rỉ.
Hoạt động 2. NHIỆT ĐỘ NGỌN LỬA
GV hướng dẫn HS tiến hành hoạt động nhóm để tìm hiểu về khái niệm nhiệt độ ngọn lửa, sưu tầm số liệu về nhiệt độ ngọn lửa của một số chất cháy thông dụng.
GV tổ chức cho HS sưu tầm về hậu quả một vụ cháy liên quan đến nhiệt độ (cháy cồn, cháy xăng dầu, cháy bình gas mini, dầu mỡ khi nấu nướng,...) rồi thuyết trình về nguyên nhân, tác hại, biện pháp phòng ngừa.
Hoạt động 3. NHIỆT ĐỘ TỰ BỐC CHÁY
GV tiến hành hoạt động nhóm để tìm hiểu về khái niệm nhiệt độ tự bốc cháy, sưu tầm số liệu về nhiệt độ tự bốc cháy của một số chất cháy thông dụng.

Tổ chức cho HS sưu tầm về một vụ nổ hơi xăng, dầu liên quan đến hàn xì ngoài vỏ thùng chứa xăng của xe bồn hoặc một vụ nổ liên quan đến cưa, khoan cắt bình khí dẫn tới tăng nhiệt độ khí tới nhiệt độ tự bốc cháy.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. a) GV hướng dẫn HS phân loại: chất dễ cháy có điểm chớp cháy thấp hơn 100 °F (37,8 °C), còn chất dễ cháy có điểm chớp cháy cao hơn 100 °F (37,8 °C).
b) Các chất lỏng dễ bay hơi và có khả năng cháy được mới có điểm chớp cháy. Ví dụ, nước là chất lỏng không có điểm chớp cháy nhưng có điểm sôi là 100 °C dưới áp suất 1 atm.
2. Tại các trạm bán xăng dầu luôn có hàm lượng hơi xăng bay ra nhất định trong quá trình bơm xăng. Điểm chớp cháy của octane là 14 °C, nhỏ hơn nhiệt độ thường (25 °C) chứng tỏ octane có thể bắt lửa và bốc cháy ngay ở nhiệt độ thường.
Do vậy, việc tạo nguồn lửa tại các trạm bán xăng dầu bị nghiêm cấm vì bất kì nguồn lửa nào xuất hiện ở trạm xăng dầu đều có nguy cơ gây hoả hoạn.
3. a) Tất cả các đặc điểm trên đều tiềm ẩn nguy cơ gây bỏng cồn: cồn dễ bay hơi, hơi cồn dễ bắt lửa, phản ứng toả nhiệt mạnh, nhiệt độ ngọn lửa cao.
b) Không sử dụng nhiều cồn một lúc, không đổ cồn trực tiếp vào lửa, sử dụng ở nơi thoáng gió, xung quanh không có các vật dụng dễ cháy,...
4. a) Nhiên liệu là các chất có năng suất toả nhiệt lớn, tạo ra được nhiều nhiệt ở vùng cháy, dẫn tới nhiệt độ ngọn lửa cao.
Trong đời sống, sản xuất, nhiệt độ ngọn lửa cao sẽ làm tăng tốc độ và hiệu suất các quá trình theo mục đích của con người.
b) Khi đốt cháy trong oxygen tinh khiết, toàn bộ nhiệt lượng toả ra chỉ dùng đốt nóng sản phẩm cháy.
Khi đốt cháy trong không khí, nhiệt lượng toả ra vừa dùng đốt nóng sản phẩm cháy, vừa dùng đốt nóng nitrogen, lượng nitrogen này cao gấp gần 4 lần lượng oxygen ban đầu.
5. a) Mặc dù xe bồn đã tháo hết xăng và việc hàn xì ở ngoài vỏ bình, nắp bình đậy kín thì vẫn có nguy cơ gây nổ vì 3 yếu tố gây cháy nổ: (i) trong bồn vẫn còn nhiều hơi xăng, (ii) trong bồn có không khí, (iii) hàn xì tạo ra nguồn nhiệt.
b) Khi hàn xì, nhiệt từ ngoài vỏ bồn bằng kim loại được truyền vào trong, gây tăng nhiệt mạnh ở nơi hàn xì. Khi đạt tới nhiệt độ tự bốc cháy, hỗn hợp hơi xăng trong bình sẽ tự bốc cháy, phản ứng lan truyền rất nhanh, toả nhiệt lớn và gây nổ rất mạnh, phá vỡ vỏ bồn.
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Câu hỏi kiểm tra đánh giá bám sát yêu cầu cần đạt.
– GV sử dụng hiệu quả câu hỏi và các bảng số liệu trong SGK và SGV để xây dựng các câu hỏi.

– Đánh giá năng lực NTHH của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "xác định", "trình bày" khái niệm điểm chớp cháy, nhiệt độ ngọn lửa và nhiệt độ tự bốc cháy; "phâ

$theo công thức: $\Delta_{\text{r}}H = \sum E_b (\text{cd}) - \sum E_b (\text{sp}) = 712 + 494 - 799.2 = -392$ (kJ/mol). Lưu ý rằng, năng lượng liên kết trong ti$

theo công thức:
$\Delta_{\text{r}}H = \sum E_b (\text{cd}) - \sum E_b (\text{sp}) = 712 + 494 - 799.2 = -392$ (kJ/mol).
Lưu ý rằng, năng lượng liên kết trong tinh thể graphite bằng nhiệt thăng hoa của graphite.
Kết quả này có sự sai lệch nhỏ với giá trị $\Delta_{\text{r}}H$ tính theo nhiệt hình thành của các chất. Biến thiên enthalpy thu được cũng đồng thời là nhiệt cháy của C(graphite).
b) Đốt cháy khí thiên nhiên
Xét phản ứng đốt cháy methane: CH$_4$(g) + 2O$_2$(g) $\xrightarrow{\text{t}^o}$ CO$2$(g) + 2H$2$O(g)
Biến thiên enthalpy $\Delta{\text{r}}H$ của phản ứng được tính thông qua các giá trị $\Delta{\text{f}}H$:
Chất, CH$_4$(g), O$_2$(g), CO$_2$(g), H$_2$O(g)
$\Delta_{\text{f}}H$ (kJ/mol), $-75$, $0$, $-394$, $-242$
theo công thức:
$\Delta_{\text{r}}H = \sum \Delta_{\text{f}}H(\text{sp}) - \sum \Delta_{\text{f}}H(\text{cd}) = -394 - 242 \cdot 2 - (-75) = -803$ (kJ/mol).
Kết quả này có sự sai lệch nhỏ với giá trị $\Delta_{\text{r}}H$ tính theo năng lượng liên kết của các chất. Biến thiên enthalpy thu được cũng đồng thời là nhiệt cháy của methane.
c) Đốt cháy gas
Xét các phản ứng đốt cháy gas chứa propane và butane với tỉ lệ số mol tương ứng là 2 : 3.
Biến thiên enthalpy $\Delta_{\text{r}}H$ của phản ứng đốt cháy 1 mol khí gas được tính từ các giá trị $\Delta_{\text{f}}H$:
Chất, C$_3$H$_8$(g), C$4$H${10}$(g), O$_2$(g), CO$_2$(g), H$_2$O(g)
$\Delta_{\text{f}}H$ (kJ/mol), $-105$, $-126$, $0$, $-394$, $-242$
Xét các phản ứng đốt cháy:
C$_3$H$_8$(g) + 5O$_2$(g) $\xrightarrow{\text{t}^o}$ 3CO$_2$(g) + 4H$_2$O(g)
Mol: 0,4 $\rightarrow$ 1,2 1,6
C$4$H${10}$(g) + $\frac{13}{2}$O$_2$(g) $\xrightarrow{\text{t}^o}$ 4CO$_2$(g) + 5H$_2$O(g)
Mol: 0,6 $\rightarrow$ 2,4 3,0
$\Delta_{\text{r}}H = -394 \cdot 3,6 - 242 \cdot 4,6 - (-105 \cdot 0,4 - 126 \cdot 0,6) = -2\ 414$ (kJ/mol).
Kết quả này có sự sai lệch nhỏ với giá trị $\Delta_{\text{r}}H$ tính theo năng lượng liên kết của các chất.

$d) Đốt cháy xăng Xét phản ứng đốt cháy octane, một loại alkane có nhiều trong xăng: $$C_8H_{18}(l) + \frac{25}{2}O_2(g) \xrightarrow{t^o} 8CO_2(g) + 9H_2O(g)$$$

Hoạt động tăng cường phản ứng cháy, Hoạt động làm chậm/dập tắt phản ứng cháy – Dùng quạt thổi không khí vào lò bếp than (gia đình), than đá (nhà máy nhiệt điện)

Ở độ cao 2500 m, áp suất khí quyển bằng 570 mmHg, một số người xuất hiện biểu hiện chóng mặt, đau đầu, thở dồn, tăng nhịp tim do nồng độ O${2}$ trong không khí giảm dẫn tới thiếu O${2}$ lên não.
Sự thiếu O${2}$ tăng lên khi ở độ cao 5500 m, khi đó áp suất khí quyển chỉ còn 390 mmHg, tức lượng O${2}$ giảm khoảng một nửa so với bình thường.
Ở độ cao 7600 m được gọi là "vùng chết". Ở độ cao này không khí rất loãng, con người sẽ nhanh chóng hôn mê do thiếu O$_{2}$ nghiêm trọng.
Trên đỉnh núi Everest cao nhất thế giới (cao 8848 m), áp suất khí quyển chỉ còn 253 mmHg, vận động viên leo núi phải được hỗ trợ thở bằng bình oxygen, nếu không sẽ chết sau vài phút.
Trong đợt dịch bệnh Covid-19, nhiều bệnh nhân cần hỗ trợ thở bằng bình O${2}$ nhằm tăng nồng độ O${2}$, tăng tốc độ phản ứng hô hấp.
Tại nhiều bệnh viện, buồng oxygen cao áp được sử dụng để tăng lượng oxygen vào máu khi cấp cứu các bệnh nhân bị ngộ độc khí, hỗ trợ điều trị bệnh, bệnh giảm áp của thợ lặn,...
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA MỘT SỐ PHẢN ỨNG CHÁY NỔ
GV hướng dẫn HS tiến hành hoạt động nhóm, giao cho mỗi nhóm tìm hiểu về thành phần một loại nhiên liệu phổ biến, tra cứu thông tin để xác định biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy mỗi loại nhiên liệu đó theo 2 cách: tính theo nhiệt hình thành và tính theo năng lượng liên kết.
GV hướng dẫn HS đánh giá năng suất toả nhiệt của nhiên liệu đó. Từ đó đề xuất các phương pháp thực hiện phản ứng cháy an toàn, tiết kiệm. Ví dụ, GV có thể yêu cầu HS tính lượng nhiên liệu cần dùng để đun sôi 1 kg nước từ 25 °C, biết nhiệt dung riêng của nước lỏng là 4200 J/(kg·độ).
GV tổ chức cho HS sưu tầm về một số sự cố hoả hoạn có liên quan đến loại nhiên liệu của nhóm mình, từ đó tìm hiểu nguyên nhân, đề xuất biện pháp phòng, chống cháy nổ.
GV có thể tổ chức cho HS so sánh ưu, nhược điểm của từng nhiên liệu như: thể tồn tại, trữ lượng trên vỏ Trái Đất, cách thức vận chuyển, năng suất toả nhiệt, yêu cầu về an toàn cháy nổ,... của các nhiên liệu đã nghiên cứu.
Hoạt động 2. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
1. Tốc độ phản ứng cháy
GV tổ chức cho HS sưu tầm và thuyết trình về các biện pháp thông thường để thúc đẩy quá trình đốt cháy hoặc làm chậm/dập tắt đám cháy thông qua việc thay đổi nồng độ O$_{2}$ cung cấp cho quá trình đốt cháy.

$2. "Phản ứng hô hấp" GV tổ chức hoạt động nhóm giúp HS đánh giá vai trò của O$_{2}$ với hô hấp và sự sống. Mỗi nhóm tìm hiểu và trình bày về một chủ đề như: thở$

2. "Phản ứng hô hấp"
GV tổ chức hoạt động nhóm giúp HS đánh giá vai trò của O$_{2}$ với hô hấp và sự sống. Mỗi nhóm tìm hiểu và trình bày về một chủ đề như: thở ở độ cao, thở ở độ sâu, bệnh giảm áp, liệu pháp oxygen cao áp trong y học, đề xuất các giải pháp duy trì và cải thiện nồng độ oxygen cho hô hấp (nơi ở thông thoáng, trồng nhiều cây xanh, bảo vệ rừng), nhận biết các nguy cơ làm giảm oxygen khi hô hấp (đốt than tổ ong, chạy máy phát điện trong phòng ngủ, ở lâu trong phòng kín, nơi đông người, mắc kẹt trong xe ô tô,...).
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
Xét phản ứng: CH${4}$(g) + 2O${2}$(g) $\longrightarrow$ CO${2}$(g) + 2H${2}$O(g) $\Delta_{r}$H = $-802$ kJ
Sử dụng công thức:
$\Delta_{r}$H = $\sum \Delta_{f}$H(sp) – $\sum \Delta_{f}$H(cd) = $-394 - 242\cdot2 - \Delta_{f}$H$^{o}{CH{4}(g)} = -802$ (kJ/mol).
$\Rightarrow \Delta_{f}$H$^{o}{CH{4}(g)} = -76$ kJ/mol.
Số mol gốc glucose trong 1 kg củi khô:
$n_{C_6H_{10}O_5} = \frac{1000 \cdot \frac{54}{100}}{162} = \frac{10}{3}$ (mol)
Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg củi khô:
Q = $2880 \cdot \frac{10}{3} = 9600$ (kJ)
Năng suất toả nhiệt của loại củi khô trên là 9600 kJ/kg.
a) Phương trình hoá học:
2NH${4}$NO${3}$(s) $\xrightarrow{t^o}$ 2N${2}$(g) + O${2}$(g) + 4H${2}$O (g)
$\Delta{r}$H$^{o}{298} = -242\cdot4 - (-365,6\cdot2) = -236,8$ (kJ)
Vậy, nhiệt lượng toả ra khi có 160 gam NH${4}$NO${3}$ phân huỷ trong phản ứng nổ là 236,8 kJ.
b) Nhiệt lượng giải phóng ra từ vụ nổ nếu toàn bộ 2 700 tấn NH${4}$NO$_{3}$ bị phân huỷ:
$\frac{2700 \cdot 10^6}{160} = 16,88 \cdot 10^6$ (kJ)
Giả thiết tốc độ "phản ứng hô hấp" phụ thuộc bậc nhất vào nồng độ oxygen:
v = k[O${2}$]
Khi O${2}$ giảm xuống còn 16% thể tích, tương ứng với áp suất riêng phần của O$_{2}$ thì nồng độ oxygen là:

$$C_{O_2(0,16 \text{ atm})} = 8,58 \cdot 10^{-3} \cdot \frac{0,16}{0,21} = 6,54 \cdot 10^{-3} \text{ (M)}$ Tốc độ phản ứng hô hấp giảm: $\frac{k(8,58 \cdot 10^{-$

Bài 8. Phòng chống cháy, nổ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Phân tích được dấu hiệu để nhận biết về những nguy cơ và cách giảm nguy cơ gây cháy, nổ; cách xử lí

Chất chống cháy, Thành phần, cơ chế
– Ví dụ: Chất chống cháy halogen điển hình là chloroparaffin. Nhóm này được chia thành 3 loại, tuỳ thuộc vào số nguyên tử C trong mạch paraffin: ngắn (C${10}$–C${13}$), trung bình (C${14}$–C${17}$), và dài (> C${17}$). *Hình 8.1. Phân tử C${10}$ chloroparaffin* – Công dụng: sử dụng cho các vật liệu điện, điện tử. – Hạn chế: Các chất chống cháy halogen có hiệu quả ngay cả ở hàm lượng thấp, tuy nhiên nhóm này tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho sức khoẻ và môi trường.
Aluminium hydroxide, – Thành phần: Al(OH)$_3$ – Cơ chế: 2Al(OH)$_3$(s) $\xrightarrow{\text{t}^o}$ Al$_2$O$_3$(s) + 3H$_2$O(g) $\Delta$H° > 0 Phản ứng thu nhiệt giúp làm giảm nhiệt độ vật liệu, hơi nước pha loãng nồng độ oxygen, Al$_2$O$_3$ hấp thụ một số khí giúp giảm khói. – Công dụng: sử dụng phổ biến cho các chất dẻo. – Hạn chế: chỉ có hiệu quả chống cháy và ức chế khói khi dùng với hàm lượng cao.
Phosphorus và hợp chất, – Thành phần: phosphorus đỏ, P$_2$O$_3$, phosphate, cơ phosphorus,… – Cơ chế: P(s) $\xrightarrow[\text{t}^o]{+\text{O}_2}$ P$4$O${10}$(s) $\xrightarrow[\text{t}^o]{+\text{H}_2\text{O}}$ (HPO$_3$)$_n$ (s) Một lớp bảo vệ được phát triển bởi metaphosphoric acid do tính háo nước, lớp bảo vệ gồm mạng lưới của carbon và phosphorus oxide: (HPO$_3$)$_n$(s) + C$_x$(H$_2$O)$_y$(s) $\longrightarrow$ xC(s) + (HPO$_3$)$_n \cdot y$H$_2$O(s) – Công dụng: sử dụng phổ biến cho vật liệu polymer.
Antimony trioxide, – Thành phần: Sb$_2$O$_3$ + dẫn xuất halogen – Cơ chế: Antimony trioxide được sử dụng kết hợp với dẫn xuất halogen để tạo ra các đặc tính chống cháy: bẫy gốc tự do, ngăn cản oxygen, hình thành lớp than trong vật liệu để cách nhiệt. – Hạn chế: tăng lượng khói, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ.

2. Chữa cháy
a) Nguyên tắc phòng cháy, chữa cháy
Nguyên tắc phòng cháy, chữa cháy được quy định ở Điều 4 của Luật Phòng cháy và chữa cháy:
Huy động sức mạnh tổng hợp của toàn dân tham gia hoạt động phòng cháy và chữa cháy.
Trong hoạt động phòng cháy và chữa cháy lấy phòng ngừa là chính; phải tích cực và chủ động phòng ngừa, hạn chế đến mức thấp nhất các vụ cháy xảy ra và thiệt hại do cháy gây ra.
Phải chuẩn bị sẵn sàng lực lượng, phương tiện, phương án và các điều kiện khác để khi có cháy xảy ra thì chữa cháy kịp thời, có hiệu quả.
Mọi hoạt động phòng cháy và chữa cháy trước hết phải được thực hiện và giải quyết bằng lực lượng và phương tiện tại chỗ.
b) Biện pháp phòng cháy, chữa cháy
Điều 14 của Luật Phòng cháy và chữa cháy quy định hai biện pháp sau:
Quản lí chặt chẽ và sử dụng an toàn các chất cháy, chất nổ, nguồn lửa, nguồn nhiệt, thiết bị và dụng cụ sinh lửa, sinh nhiệt, chất sinh lửa, sinh nhiệt; bảo đảm các điều kiện an toàn về phòng cháy.
Thường xuyên, định kì kiểm tra phát hiện các sơ hở, thiếu sót về phòng cháy và có biện pháp khắc phục kịp thời.
c) Chất chữa cháy
– Đặc điểm
Điều kiện cần, – Không tham gia vào bất kì yếu tố nào trong tam giác cháy.
Điều kiện đủ, – Hình thành lớp bảo vệ bề mặt vật liệu (bọt chữa cháy). – Pha loãng nồng độ oxygen trong không khí (khí carbonic, hơi nước, bột chữa cháy phân huỷ ra khí và hơi). – Hạ thấp nhiệt độ đám cháy xuống dưới điểm cháy (phun nước).
– Bột chữa cháy (powder fire extinguisher): BC, ABC
Bột BC có thành phần hoá học chứa $NaHCO_3$, được nạp vào bình chứa không khí nén. Bột BC có tác dụng chữa các đám cháy loại B và C. Ban đầu, khi phun bột BC vào chất cháy (lỏng, rắn), bột BC ngăn sự tiếp xúc giữa chất cháy với chất oxi hoá. Tiếp đó, bột BC hấp thụ nhiệt từ đám cháy và bị phân huỷ nhanh chóng theo phản ứng:
$$2NaHCO_{3(s)} \xrightarrow{t^o} Na_2CO_{3(s)} + CO_{2(g)} + H_2O_{(g)} \quad \Delta H^o > 0$$
Các sản phẩm khí và hơi sinh ra pha loãng nồng độ oxygen trong đám cháy, giảm cháy lan.

Bột ABC có thành phần hoá học chứa 90% NH${4}$H${2}$PO${4}$ và 10% (NH${4}$)${2}$SO${4}$. Ban đầu, khi phun bột ABC vào chất cháy (lỏng, rắn), bột ABC ngăn sự tiếp xúc giữa chất cháy với chất oxi hoá. Tiếp đó, bột ABC hấp thụ nhiệt từ đám cháy và bị phân huỷ nhanh chóng theo phản ứng:
NH${4}$H${2}$PO${4}$(s) $\xrightarrow{t^o}$ NH${3}$(g) + HPO${3}$(s) + H${2}$O(g) ΔH° > 0
Các sản phẩm khí và hơi sinh ra pha loãng nồng độ oxygen trong đám cháy, giảm cháy lan.
– Bọt chữa cháy (foam fire extinguisher): bọt hoà không khí, bọt hoá học.
Bọt hoà không khí là loại bọt được tạo thành nhờ sự khuấy trộn nước, không khí và chất tạo bọt. Bọt hoà không khí nhẹ, bền trong khoảng 10 phút, rất nhẹ nên đặc biệt thích hợp cho các đám cháy xăng dầu.
Bọt hoá học là loại bọt được tạo ra từ phản ứng hoá học, thường chứa thành phần gồm Al${2}$(SO${4}$)${3}$, NaHCO${3}$, chất phụ gia. Cơ chế tạo bọt khi chữa cháy như sau:
Al${2}$(SO${4}$)${3}$(s) + 6H${2}$O (l) $\xrightarrow{t^o}$ 2Al(OH)${3}$(s) + 2H${2}$SO$_{4}$(aq)
H${2}$SO${4}$(aq) + 2NaHCO${3}$(s) $\xrightarrow{t^o}$ Na${2}$SO${4}$(aq) + CO${2}$(g) + H$_{2}$O(l)
Khí CO${2}$ tạo ra cùng với Al(OH)${3}$ dạng keo và chất phụ gia thúc đẩy quá trình tạo bọt. Bọt sinh ra nhẹ và nổi được trên bề mặt chất lỏng, ngăn cách chất cháy với không khí.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. PHÒNG CHÁY, NỔ
GV hướng dẫn HS tổ chức hoạt động nhóm, mỗi nhóm tìm hiểu về các nguồn phát sinh gây cháy nổ trên cơ sở ba yếu tố của tam giác cháy: nguồn phát sinh nhiệt, nguồn phát sinh chất cháy và nguồn phát sinh chất oxi hoá.
Hướng dẫn HS thảo luận, đề xuất các biện pháp ngăn ngừa các nguồn phát sinh đó trong phòng cháy.
GV cho HS sưu tầm video một vụ hoả hoạn có liên quan đến mỗi nguồn phát sinh đó để khắc sâu kiến thức, rèn luyện kĩ năng.
Hoạt động 2. CHỮA CHÁY
a) Dấu hiệu đám cháy
GV giao cho một nhóm HS sưu tầm và thuyết trình về các dấu hiệu cảnh báo đám cháy, đề xuất phương pháp sớm nhận biết các dấu hiệu đó.
b) Cách xử lí sự cố cháy, nổ
GV tổ chức hoạt động nhóm giúp HS bình tĩnh xử lí kịp thời, đúng quy trình khi xảy ra sự cố cháy nổ.

c) Chất chữa cháy
GV tổ chức hoạt động nhóm, mỗi nhóm tìm hiểu về thành phần, cơ chế, ưu và nhược điểm của mỗi loại chất chữa cháy: nước, carbon dioxide, bột chữa cháy, bọt chữa cháy. Tổ chức cho HS thực hành sử dụng 1 – 2 loại bình chữa cháy.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Các biện pháp đề phòng nguy cơ cháy nổ từ các thiết bị điện trong gia đình:
– Tắt bàn là, bếp điện, máy sấy sau khi sử dụng và để xa các vật liệu dễ cháy.
– Sử dụng thiết bị điện, đường dây điện, đúng công suất, cầu dao điện đảm bảo tiếp xúc điện tốt, có sự giám sát khi sử dụng các thiết bị có nhiệt độ cao như nồi chiên, bếp điện...
– Tập trung khi đun nấu bằng bếp điện để tránh nồi cạn nước hoặc cháy dầu mỡ bên trong.
2. Các biện pháp đề phòng nguy cơ cháy nổ khi sử dụng bếp gas:
– Sử dụng các bình gas đạt tiêu chuẩn an toàn, van chất lượng tốt, có địa chỉ tin cậy.
– Tập trung khi đun nấu bằng bếp gas, để các đồ vật dễ cháy cách xa nơi đun nấu.
– Khoá van tổng bình gas ngay sau khi sử dụng.
Khi phát hiện sự cố rò rỉ khí gas trong nhà cần: khoá ngay van bình gas, mở tất cả các cửa, bật quạt để làm phân tán nồng độ khí gas xuống dưới giới hạn cháy nổ dưới (LEL), cảnh báo mọi người không làm phát sinh nguồn lửa.
3. a) Các dấu hiệu nhận biết sớm đám cháy: khói bốc lên, mùi khét, ánh lửa và tiếng nổ.
Các dấu hiệu này được phát hiện bởi con người hoặc sử dụng các thiết bị báo cháy.
b) Khi phát hiện đám cháy, em cần làm ngay các công việc sau:
– Hô hoán, gõ kẻng, gọi loa, bấm chuông báo cháy để báo động cho mọi người.
– Cúp cầu dao điện ở khu vực cháy.
– Sử dụng ngay các vật dụng có sẵn như: bình chữa cháy, nước, đất, chăn, cát, vòi chữa cháy để dập lửa.
– Gọi điện cho lực lượng phòng cháy, chữa cháy theo số 114 để thông báo cụ thể, rõ ràng địa điểm, loại công trình đang cháy, sơ bộ về quy mô và số người mắc kẹt bên trong nếu có.
4. a) Với các đám cháy Mg, không dùng nước, bột chữa cháy để dập lửa vì Mg vẫn cháy được trong hơi nước:
$\text{Mg(s)} + \text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{\text{t}^0} \text{MgO(s)} + \text{H}_2\text{(g)}$
$2\text{H}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{t}^0} 2\text{H}_2\text{O (g)}$
Cũng không dùng carbon dioxide, bột chữa cháy vì Mg cháy được trong khí carbon dioxide:
$\text{Mg(s)} + \text{CO}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{t}^0} \text{MgO(s)} + \text{CO(g)}$
b) Có thể sử dụng cát, sỏi hoặc khí hiếm để phủ lên đám cháy.

VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ – Câu hỏi kiểm tra, đánh giá bám sát yêu cầu cần đạt. – GV sử dụng hiệu quả câu hỏi và các bảng số liệu trong SGK để xây dựng các câ

CHUYÊN ĐỀ 3. THỰC HÀNH HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Bài 9. THỰC HÀNH VỀ CẤU TRÚC PHÂN TỬ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Vẽ được công thức cấu tạo, công thức

Cơ học lượng tử: Dựa vào phương trình Schrödinger để mô tả một phân tử có cấu trúc electron được xét đến rõ ràng.
Phương pháp cơ lượng tử có thể được chia thành hai lớp: phương pháp ab initio (phương pháp tính toán khởi đầu) và phương pháp bán kinh nghiệm.
Bảng 1. Một số phương pháp hoá học tính toán và phần mềm tương ứng
Phương pháp tính toán, Một số ví dụ cụ thể về phương pháp tính toán, Một số phần mềm
Cơ học phân tử, MM2, Chem3D
Bán kinh nghiệm, Huckel AM1, MINDO/3, PM3, Chem3D, MOPAC, Gaussian
Tính toán khởi đầu, RHF, UHF, MP2,..., Gaussian, GAMESS
3. Sử dụng các phương pháp tính toán
Nói chung các phương pháp hoá học tính toán thực hiện các loại tính toán cơ bản sau:
Tính toán năng lượng điểm đơn: Năng lượng của một dạng hình học nhất định của các nguyên tử trong một phân tử.
Tối ưu hoá cấu trúc hình học: Một sửa đổi có hệ thống các toạ độ nguyên tử của một phân tử dẫn đến một cấu trúc hình học, trong đó các lực tác động lên mỗi nguyên tử trong phân tử bằng không. Thông thường việc tối ưu hoá cấu trúc hình học là để tìm ra cấu trúc phân tử có mức năng lượng tối thiểu.
Tính toán các tính chất của phân tử: Dự đoán các tính chất vật lí và hoá học nhất định, chẳng hạn như điện tích trên các nguyên tử, mômen lưỡng cực, nhiệt hình thành, tần số dao động vùng hồng ngoại (IR), phổ hấp thụ electron vùng từ ngoại – khả kiến.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1.
VẼ CÔNG THỨC CẤU TẠO VÀ CÔNG THỨC LEWIS CỦA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ
GV tổ chức hoạt động cho HS đọc, thực hành nội dung mục I. Vẽ công thức cấu tạo và công thức Lewis, mục I.1. Vẽ công thức cấu tạo và công thức Lewis của chất, trang 51 SGK. GV làm trước rồi hướng dẫn HS thực hành.
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc, vừa thực hành các hoạt động ở mục I.1. Cụ thể: vẽ cấu trúc phân tử ethane ($C_2H_6$), ethene ($C_2H_4$) và ethyne ($C_2H_2$) (trang 51 SGK).
GV hướng dẫn HS đọc các bước tiến hành (trang 51, 52, 53 SGK), rồi GV thực hiện vẽ cấu trúc các phân tử theo các bước đó (Hình 9.1, 9.2 trang 51, 52 SGK).
Sau đó GV tổ chức cho HS thực hiện hoạt động vẽ cấu trúc các phân tử đã cho theo các bước, bằng cách thực hiện yêu cầu của câu hỏi 1 (trang 53 SGK).

Hoạt động 2. VẼ CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA SULFURIC ACID
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc, vừa thực hành các hoạt động 2 mục I.1. Cụ thể: vẽ công thức cấu tạo của sulfuric acid (H${2}$SO${4}$), trang 53 SGK.
GV hướng dẫn HS đọc các bước tiến hành, trang 53, 54 SGK rồi GV thực hiện vẽ công thức cấu tạo của sulfuric acid theo các bước đó. GV chú ý nhấn mạnh cách chọn hoá trị VI cho nguyên tử lưu huỳnh, xem Hình 9.3 trang 53 SGK.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 2 trang 54 SGK và thực hiện yêu cầu của câu hỏi 3, trang 54 SGK.
Hoạt động 3. VẼ CÔNG THỨC LEWIS CỦA AMMONIA
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc, vừa thực hành các hoạt động 3, trang 54 SGV. Cụ thể: vẽ công thức Lewis của ammonia (NH$_{3}$).
GV hướng dẫn HS đọc các bước tiến hành, trang 54, 55 SGK rồi GV thực hiện vẽ công thức Lewis của ammonia theo các bước đó. GV chú ý nhấn mạnh thao tác đi đến Template Window, chọn Lewis Structure và chọn hai dấu chấm để biểu diễn cặp electron riêng cho nguyên tử N, xem Hình 9.4 trang 55 SGK.
GV hướng dẫn HS thực hiện yêu cầu của câu hỏi 4, trang 55 SGK.
Hoạt động 4. HIỂN THỊ CẤU TRÚC PHÂN TỬ BA CHIỀU CỦA MỘT SỐ CHẤT
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc, vừa thực hành mục I.2. Hiển thị cấu trúc phân tử ba chiều của một số chất và thực hiện Hoạt động 4, trang 56: Hiển thị cấu trúc phân tử của ethane (C${2}$H${6}$) và sulfuric acid (H${2}$SO${4}$) dưới dạng 3D.
Sau khi HS thực hiện được hoạt động, GV giải thích cho HS một số biểu tượng trên thanh công cụ của giao diện 3D Viewer, xem Hình 9.6 trang 57 SGK.
Sau đó GV tổ chức cho HS thực hiện yêu cầu của câu hỏi 5, trang 58 SGK.
Hoạt động 5. SAO CHÉP HÌNH ẢNH CẤU TRÚC PHÂN TỬ
GV hướng dẫn HS sao chép hình ảnh cấu trúc phân tử đã vẽ được ở giao diện của phần mềm ChemSketch sang file Word hoặc PowerPoint.
GV giảng cho HS mục II. Chèn hình ảnh vào file word, powerpoint, mục II.1. Sao chép dưới dạng có thể chỉnh sửa, trang 58 SGK.
GV tổ chức cho HS thực hiện hoạt động 5, trang 58 SGK. GV hướng dẫn HS đọc các bước tiến hành, kết hợp xem các Hình 9.7 trang 58 SGK rồi thực hiện.
Sau đó GV vừa giảng vừa thực hiện các bước chỉnh sửa cấu trúc phân tử mà HS đã dán sang file word hoặc powerpoint. GV yêu cầu HS làm theo.

GV giảng tiếp cho HS mục II.2. Sao chép dưới dạng hình ảnh tĩnh, trang 59 SGK. Sau đó GV tổ chức cho HS thực hiện hoạt động 6, trang 59 SGK. Hoạt động 6. GHI NH

– Hiển thị cấu trúc và tham số cấu trúc trong không gian ba chiều: Phân tử NH$_3$: – Hiển thị cấu trúc và tham số cấu trúc trong không gian ba chiều:

Phân tử H$_2$O: – Hiển thị cấu trúc và tham số cấu trúc trong không gian ba chiều: VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ Đề bài Sử dụng phần mềm ChemSketch a) Hãy vẽ công

Thực hành thí nghiệm hoá học ảo I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: Thực hiện được các thí nghiệm ảo theo nội dung được cho trước từ GV. Phân tích và lí giải được kế

Hoạt động 2. DÙNG THÍ NGHIỆM ĐƯỢC THIẾT KẾ SẴN TRONG THẺ OPEN-LOCAL
Hoạt động này có mục đích là để HS sử dụng được các mô phỏng thí nghiệm được thiết kế sẵn trong cửa sổ Open-local của phần mềm Yenka.
GV giảng mục II. Mô phỏng thí nghiệm hoá học, mục II.1. Dùng thí nghiệm được thiết kế sẵn, trang 61 SGK.
GV tổ chức cho HS vừa đọc các bước tiến hành, vừa thực hành Hoạt động 1, trang 61 SGK: Sử dụng thẻ Open-local để mô phỏng thí nghiệm đo tốc độ phản ứng:
$$2\text{HCl(aq)} + \text{CaCO}_3\text{(s)} \longrightarrow \text{CaCl}_2\text{(aq)} + \text{CO}_2\text{(g)} + \text{H}_2\text{O(l)}$$
GV yêu cầu HS xem Hình 10.2, trang 62 SGK, trong lúc tiến hành các bước của hoạt động.
GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi 1, trang 62 SGK.
Hoạt động 3. SỬ DỤNG THẺ OPEN-LOCAL ĐỂ MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHẤT LÊN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
Hoạt động này có mục đích là để HS mô phỏng được thí nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ chất lên tốc độ phản ứng.
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc cách tiến hành, vừa thực hành Hoạt động 2, trang 62 SGK: Sử dụng thẻ Open-local để mô phỏng thí nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ HCl lên tốc độ phản ứng:
$$2\text{HCl(aq)} + \text{CaCO}_3\text{(s)} \longrightarrow \text{CaCl}_2\text{(aq)} + \text{CO}_2\text{(g)} + \text{H}_2\text{O(l)}$$
GV yêu cầu HS xem Hình 10.3, trang 63 SGK, trong lúc tiến hành các bước của hoạt động.
GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi 2 và 3, trang 63 SGK.
Hoạt động 4. TỰ THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MỘT THÍ NGHIỆM
Hoạt động này có mục đích là để HS tự thiết kế được một mô phỏng thí nghiệm sử dụng phần mềm Yenka.
GV giảng cho HS mục II.2. Tự thiết kế mô phỏng một thí nghiệm, trang 64 SGK.
Sau đó GV tổ chức cho HS thực hiện Hoạt động 3, trang 65 SGK: Sử dụng thẻ New để mô phỏng thí nghiệm copper tác dụng với dung dịch nitric acid.
GV hướng dẫn HS đọc các bước tiến hành, kết hợp xem Hình 10.5 và Hình 10.6, trang 65, 66 SGK rồi HS thực hiện.
GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi 4, trang 66 SGK.
Hoạt động 5. GHI NHỚ, TỔNG KẾT
Ở hoạt động này, GV có thể cho HS tự tóm tắt ngắn gọn những nội dung/việc mà HS đã thực hành trong bài.
GV tổng kết ngắn gọn các nội dung kiến thức, kĩ năng mà HS đã lĩnh hội được ở bài thực hành.

$V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Hoạt động 1 Tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian từ 0 đến 20 giây: $$ \frac{V(CO_2 \text{ tại thời điểm }$

Các em sẽ quan sát thấy ở màn hình mô phỏng có: – Tiêu đề của mô phỏng: Temperature and rate. (Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hoá học). – Hoá chất v

Các em sẽ quan sát thấy ở màn hình mô phỏng có:
– Tiêu đề của mô phỏng: Catalysts and rate. (Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng hoá học).
– Hoá chất và dụng cụ thí nghiệm: hai ống nghiệm có nút cao su kín, có ống dẫn khí xuyên qua nút cao su nối với hai ống đong đo thể tích khí thoát ra. Hai hoá chất là manganese (IV) oxide (chất xúc tác) và hydrogen peroxide (chất phản ứng).
• Bước 3. Nhắp hoá chất hydrogen peroxide, kéo thả vào cả hai ống nghiệm; nhắp hoá chất manganese (IV) thả vào ống nghiệm bên trái (hoặc ngược lại, chỉ thả vào một ống nghiệm).
• Bước 4. Nhấp vào nút Pause (||) ở góc dưới bên phải của màn hình mô phỏng để thực hiện mô phỏng. Sau khoảng 5 giây nhấp chuột lại vào nút Pause để dừng mô phỏng.
Hoạt động 3
Nếu dung dịch HNO$_3$ loãng, phương trình hoá học của phản ứng như sau:
$$3\text{Cu(s)} + 8\text{HNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2\text{(aq)} + 4\text{H}_2\text{O(l)} + 2\text{NO(g)}$$
Hiện tượng: Cu tan, dung dịch chuyển sang màu xanh nước biển, có sủi bọt khí. Khí NO không màu hoá nâu trong không khí do xảy ra phản ứng:
$$2\text{NO(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{NO}_2\text{(g)}$$
Nếu dung dịch HNO$_3$ đặc, phương trình hoá học của phản ứng như sau:
$$\text{Cu(s)} + 4\text{HNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow \text{Cu(NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} + \text{NO}_2\text{(g)}$$
Hiện tượng: Cu tan, dung dịch chuyển sang màu xanh nước biển, có sủi bọt khí màu nâu.
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
Đề bài
Sử dụng phần mềm Yenka, hãy mô phỏng thí nghiệm ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng (Surface area and rate).
Sử dụng phần mềm Yenka, hãy mô phỏng thí nghiệm về phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt (Endothermic and Exothermic).
Đánh giá
Câu 1: Đánh giá NL VDKT ở mức 1.
Câu 2: Đánh giá NL VDKT ở mức 2.

Thực hành tính tham số cấu trúc và năng lượng
I MỤC TIÊU
Sau bài học, HS sẽ:
– Nêu được quy trình tính toán bằng phương pháp bán kinh nghiệm (nhập file đầu vào, chọn phương pháp tính, thực hiện tính toán, lưu kết quả).
– Sử dụng được kết quả tính toán để thấy hình học phân tử, xu hướng thay đổi độ dài, góc liên kết và năng lượng phân tử trong dãy các chất (cùng nhóm, chu kì, dãy đồng đẳng,...).
II CHUẨN BỊ
– Các máy tính điện tử có cài đặt phần mềm mô phỏng thí nghiệm hoá học Avogadro và phần mềm MOPAC.
– Các phiếu học tập.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Tổng quan về MOPAC
MOPAC là một chương trình (hay phần mềm) tính toán hoá học để thực hiện các phép tính bán thực nghiệm trên các hệ nguyên tử và phân tử. Chương trình được vận hành bằng cách tạo tệp đầu vào ASCII sử dụng bất kì chương trình soạn thảo văn bản thuận tiện nào, ví dụ như Notepad hay Wordpad, sau đó chạy chương trình. Kết quả của phép tính là một hoặc nhiều tệp đầu ra.
Một số phương pháp tính toán bán kinh nghiệm có trong phần mềm MOPAC: MNDO (phương pháp mặc định), AM1, PM3 và MINDO/3.
Các phương pháp tính bán kinh nghiệm trong MOPAC ban đầu được thiết kế cho các phép tính trên các phân tử hữu cơ, vì vậy nó không tính được cho tất cả các nguyên tố trong Bảng tuần hoàn. Tuy nhiên các phương pháp AM1 và PM3 có thể tính được cho các nguyên tử, phân tử của một số nguyên tố chuyển tiếp, các kim loại kiềm và một số á kim.
2. Một số ví dụ về nội dung file đầu vào của một chương trình MOPAC
a) File đầu vào cho phép tính trên một nguyên tử
Am1 triplet
Oxygen triplet atom
Nguyen tu oxygen
O

Dòng 1: "Am1 triplet vectors" là dòng lệnh để yêu cầu máy tính thực hiện các phép tính. "Am1" là từ khoá tương ứng với phương pháp bán kinh nghiệm AM1; "triplet" là từ khoá để xác định nguyên tử O có 2 electron độc thân. Dòng 2: "Oxygen triplet atom" và dòng 3 là các dòng kí tự do người dùng viết và không ảnh hưởng đến phép tính. Dòng 4 “O” đề định dạng nguyên tử O.
b) File đầu vào cho phép tính trên phân tử hai nguyên tử
PM3 singlet bonds dipole mullik force
Carbon Monoxide
PM3 bond length optimization
C
O 0.9550 1
1 0 0
Dòng 1: "PM3 singlet bonds dipole mullik force" là dòng lệnh để yêu cầu máy tính thực hiện phép tính. Từ khoá "PM3" tương ứng với phương pháp bán kinh nghiệm PM3; "singlet" cho biết tất cả các electron trong phân tử đã ghép đôi; từ khoá "dipole" yêu cầu máy tính thực hiện phép tính mô-men lưỡng cực của phân tử; từ khoá "mullik" yêu cầu máy tính phân tích mật độ electron/mật độ điện tích theo phương pháp Mulliken; từ khoá "force" yêu cầu máy tính thực hiện phép tính các tần số dao động chuẩn của phân tử. Dòng 2 và 3 là các kí tự do người dùng viết và không ảnh hưởng đến phép tính.
Dòng 4: "C" xác định nguyên tử carbon.
Dòng 5: "O 0.9550 1 1 0 0". Kí tự "O" xác định nguyên tử O; "0.9550" xác định độ dài liên kết CO. Số “1” thứ nhất đề yêu cầu máy tính tối ưu liên kết CO này (nếu thay bằng “0” máy tính sẽ không tối ưu). Đoạn kí tự "1 0 0" để xác định liên kết, góc liên kết và góc nhị diện, trong đó số “1” có nghĩa là độ dài liên kết ở dòng này (0.9550) tương ứng với liên kết giữa nguyên tử ở dòng này và nguyên tử thứ nhất (là nguyên tử C ở dòng 4), các kí tự tiếp sau là “0 0” vì phân tử hai nguyên tử này không có góc, hay góc nhị diện.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. CÁCH CHẠY PHẦN MỀM MOPAC TRÊN WINDOWS–10
Hoạt động này có mục đích là để HS biết cách sử dụng phần mềm MOPAC được cài đặt trên Windows–10.
GV giảng mục I. Mở đầu, trang 73 SGK.
Hoạt động 2. TẠO FILE DỮ LIỆU (FILE DATA SET) ĐỂ CHẠY MỘT CHƯƠNG TRÌNH MOPAC
Hoạt động này có mục đích là để HS biết cách tạo file dữ liệu dùng để chạy một chương trình MOPAC.
GV giảng mục II. Tối ưu hoá cấu trúc hình học và tính nhiệt tạo thành của một cấu trúc phân tử bằng phương pháp bán kinh nghiệm, mục II.1. Tạo file dữ liệu.

GV tổ chức cho HS vừa đọc hiểu nội dung của một file dữ liệu đầu vào, vừa đọc các bước tiến hành, vừa thực hành hoạt động 1 trang 68 SGK: Tạo file dữ liệu để tối ưu hoá cấu trúc của phân tử $H_2O$. Sau khi HS đọc hiểu nội dung và thực hiện xong hoạt động, GV nêu câu hỏi: Nội dung của một file dữ liệu đầu vào để chạy chương trình tính MOPAC thường chứa nội dung gì?
Trả lời: Tệp dữ liệu đầu vào MOPAC thường gồm:
– Một dòng từ khoá. Một số từ khoá: “AM1” để sử dụng phương pháp bán kinh nghiệm AM1, “OPT” dùng để tối ưu cấu trúc hình học, “ENPART” để tính năng lượng phân tử.
– Hai dòng văn bản do người dùng xác định.
– Ma trận Z mô tả phân tử. Sau ma trận Z phải có một dòng trống hoặc một dòng số 0.
Hoạt động 3. THỰC HIỆN MỘT CHƯƠNG TRÌNH TÍNH MOPAC
Hoạt động này có mục đích là để HS chạy được một chương trình MOPAC tính tối ưu hoá cấu trúc và tính nhiệt hình thành của phân tử H2O.
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc cách tiến hành, vừa thực hành hoạt động 2, trang 68 SGK: Tối ưu hoá cấu trúc của phân tử $H_2O$ bằng phương pháp bán kinh nghiệm.
GV bổ sung: giá trị nhiệt hình thành của phân tử H2O có trong file “H2O_AM1.out”.
Hoạt động 4. ĐỌC FILE KẾT QUẢ VÀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ CỦA CHƯƠNG TRÌNH MOPAC
Hoạt động này có mục đích là để HS đọc và sử dụng được kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc và tính nhiệt hình thành của phân tử H2O.
GV giảng mục III. Cách đọc file kết quả và sử dụng kết quả, mục III.1. Cách đọc file kết quả, trang 69 SGK.
GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc cách tiến hành, vừa thực hành hoạt động 3, trang 69 SGK: Đọc file kết quả và sử dụng kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc của phân tử, tính nhiệt tạo thành và năng lượng phân tử của $H_2O$. GV hướng dẫn HS mở file “H2O_AM1.out”, tìm đến các đoạn văn bản như được trích dẫn ở trang 69 và 70 SGK.
GV yêu cầu HS tìm trong file đầu ra của phép tính, file “H2O_AM1.out” giá trị nhiệt hình thành của phân tử H2O. GV bổ sung: nhiệt hình thành của phân tử H2O tính được trong pha khí bằng phương pháp bán kinh nghiệm AM1 gần với giá trị thực nghiệm.
Tiếp theo GV tổ chức hoạt động cho HS vừa đọc cách tiến hành, vừa thực hành hoạt động 4, trang 70 SGK: Xác định độ dài liên kết và góc liên kết trong file kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc của $H_2O$. GV hướng dẫn HS mở file “H2O_AM1.out”, tìm đến các đoạn văn bản như được trích dẫn ở trang 70 SGK.
GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi 1.
Hoạt động 5. SỬ DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TỐI ƯU HOÁ CẤU TRÚC ĐỂ THẤY ĐƯỢC CẤU TRÚC HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ H2O
Hoạt động này có mục đích là để HS sử dụng kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc bằng phần mềm MOPAC để biểu diễn được cấu trúc phân tử nước bằng phần mềm Avogadro.

GV giảng mục III.2. Sử dụng file kết quả để hiển thị hình học phân tử. GV tổ chức cho HS thực hiện hoạt động 5 trang 70 SGK: Sử dụng kết quả tính tối ưu hoá cấu trúc để thấy được cấu trúc hình học của phân tử $H_2O$. GV hướng dẫn HS đọc các bước tiến hành, GV thực hiện mẫu các bước rồi yêu cầu HS thực hiện. Trong lúc tiến hành các bước của hoạt động, HS xem hình 11.1 trang 71 SGK.
Hoạt động 6. HIỂN THỊ CÁC THAM SỐ CẤU TRÚC CỦA MỘT CẤU TRÚC PHÂN TỬ BẰNG AVOGADRO
Hoạt động này có mục đích là để HS sử dụng phần mềm Avogadro để hiển thị được các tham số cấu trúc của một phân tử (từ đó HS có thể so sánh được các tham số cấu trúc của các chất trong cùng một dãy đồng đẳng hoặc trong cùng một nhóm).
GV tổ chức cho HS vừa đọc cách tiến hành, vừa thực hành các bước hiển thị tham số cấu trúc, trang 72 SGK. Xem hình 11.2 trang 72 SGK.
GV yêu cầu HS thực hiện các yêu cầu của câu hỏi 2 và 3, trang 74 SGK.
Hoạt động 7. GHI NHỚ, TỔNG KẾT
Ở hoạt động này, GV có thể cho HS tự tóm tắt ngắn gọn những nội dung/việc mà HS đã thực hành trong bài.
GV tổng kết ngắn gọn các nội dung kiến thức, kĩ năng mà HS đã lĩnh hội được ở bài thực hành.
**HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK**
Độ dài liên kết O–H và góc liên kết $\widehat{HOH}$ trong phân tử nước, tính tối ưu được theo phương pháp AM1 lần lượt là 0,96 Å và 103,5°. Kết quả này gần với các giá trị thực nghiệm đã cho.
File dữ liệu để tối ưu hoá cấu trúc, tính nhiệt hình thành và năng lượng phân tử của $NH_3$:
AM1 OPT ENPART
NH3
Geometry Optimization
H 0.0 0 0.0 0 0.0 0
N 1.01 1 0.0 0 0.0 0 1 0 0
H 1.01 1 107.0 1 0.0 0 2 1 0
H 1.01 1 107.0 1 120.0 1 2 3 1
File dữ liệu để tối ưu hoá cấu trúc, tính nhiệt hình thành và năng lượng phân tử của $CH_4$:
AM1 OPT ENPART
CH4

Geometry Optimization H 0.0 0 0.0 0 0.0 C 1.10 1 0.0 0 0.0 1 0 0 H 1.10 1 105.0 1 0.0 2 1 0 H 1.10 1 105.0 1 120.0 1 2 3 1 H 1.10 1 105.0 1 -120.0 1 2 3 1 3. Cấ

Các tham số cấu trúc của phân tử NH₃ và CH₄ hiển thị bằng phần mềm Avogadro được thể hiện ở hình 11.2a), 11.2b) dưới đây. Type, Start Atom, Vertex, End Atom, An

VI. GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ Đề bài Tạo file dữ liệu và thực hiện phép tính tối ưu hoá cấu trúc của phân tử, tính nhiệt hình thành của phân tử SiH₄, PH, H₂S bằn

Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam xin trân trọng cảm ơn các tác giả có tác phẩm, tư liệu được sử dụng, trích dẫn trong cuốn sách này. Chịu trách nhiệm xuất bản: Ch

Báo lỗi

Giao bài

Đang tải dữ liệu câu hỏi