Nội dung ôn tập môn thi: cơ sở lý thuyết hoá học (dành cho thi tuyển sinh cao học ngành: Hoá học)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NỘI DUNG ÔN TẬP MÔN THI: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOÁ HỌC (DÀNH CHO THI TUYỂN SINH CAO HỌC NGÀNH: HOÁ HỌC) PHẦN 1: CẤU TẠO VẬT CHẤT I.1. Một số vấn đề tiền cơ học lượng tử 1. Thuyết lượng tử Plang (Plank) 2. Các hệ thức tương đối của Anhxtanh (Einstein): Liên hệ năng lượng với khối lượng, vận tốc, khối lượng chuyển động với khối lượng nghỉ. 3. Hiệu ứng Compton; hiệu ứng quang điện; hộp đen tuyệt đối. I.2. Toán tử và hàm 1. Toán tử, toán tử tuyến tính (định nghĩa, đại số về toán tử) 2. Không gian véc tơ, tích vô hướng hai véc tơ, hệ hàm trực giao, chuẩn hoá, đầy đủ. 3. Hàm riêng, trị riêng; Toán tử tuyến tính Hecmit. Giao hoán tử của hai toán tử. I.3. Một số cơ sở Cơ học lượng tử 1. Sóng vật chất đơ Brơi (de Broglie), hệ thức bất định Haixenbec (Heisenberg) 2. Các tiên đề và nguyên lý của cơ học lượng tử - Tiên đề về hàm sóng và nguyên lý chồng chất trạng thái - Tiên đề về toán tử tuyến tính Hecmit, trị riêng, trị trung bình (Một số toán tử tuyến tính thường dùng trong Hoá học lượng tử) - Tiền đề về phương trình Srôdingơ, trạng thái dừng. Bài toán hạt chuyển động tự do trong hộp thế hình chữ nhật một chiều (hai chiều, ba chiều); (dao động tử điều hoà, quay tử cứng) - (Các định luật bảo toàn) II. Nguyên tử: II.1. Toạ độ cầu. Momen động lượng. Bài toán hàm riêng, trị riêng, trị trung bình của toán tử moment động lượng. Toạ độ cầu, toạ độ Đề các Momen động lượng Bài toán hàm riêng, trị riêng của toán tử moment động lượng II.2. Hệ 1e, 1 hạt nhân (nguyên tử Hiđrô H và các ion giống H như He+, Li2+, …) Lời giải của phương trình Srôdingơ cho hệ này Obitan nguyên tử (AO) Năng lượng, giải thích quang phổ vạch của hidro Spin electron, Hàm obitan-spin (hàm toàn phần) Bốn số lượng tử II.3. Nguyên tử nhiều electron 1. Các cơ sở: Mô hình hạt độc lập (Sự gần đúng Bocnơ- Openhaimơ (Born- Openheimer); nguyên lý phản đối xứng (nguyên lý Pauli); sơ lược về lời giải phương trình Schrodinger cho hệ nhiều electron , phương pháp Xlâytơ (Slater) Cấu hình electron Trạng thái nguyên tử: Số hạng nguyên tử, quang phổ nguyên tử. II.4. Các tính chất năng lượng của nguyên tử 1. Năng lượng ion hoá 2. Ái lực electron 3. Độ âm điện II.5. Liên hệ cấu tạo nguyên tử với vị trí nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn 1. Định lý tuần hoàn. Bảng HTTH 2. Các quy luật: Biến đổi tính chất đơn chất, thành phần và tính chất hợp chất Biến đổi bán kính nguyên tử, bán kính ion của các nguyên tố Biến đổi năng lượng ion hoá, độ âm điện và vị trí nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn III. Phân tử và liên kết hoá học III.1. Mở đầu. Phân tử và liên kết hoá học Một số tính chất phân tử, công thức Liuytxơ (Lewis) Hình học phân tử: Mô hình sự đẩy giữa các cặp electron vỏ hoá trị (mô hình VSEPR) III.2. Đối xứng phân tử và lý thuyết nhóm: 1. Đối xứng phân tử: Khái niệm; các yếu tố và phép đối xứng; nhóm điểm đối xứng 2. Sơ lược về Lí thuyết nhóm: Ma trận và biểu diễn; áp dụng III.3. Khái quát về khảo sát liên kết hoá học bằng cơ học lượng tử Phương trình Srôđingơ Sơ lược về phương pháp biến phân tuyến tính Ritzơ và lời giải phương trình Srôđingơ III.4. Thuyết liên kết hoá trị (Thuyết VB) Các luận điểm cơ bản *Bài toán phân tử H2 Sự giải thích liên kết hoá học theo thuyết VB Phân tử hai nguyên tử Phân tử nhiều nguyên tử. Thuyết lai hoá (và thuyết hoá trị định hướng, nguyên lý xen phủ cực đại) Thuyết spin về hoá trị III.5. Thuyết obitan phân tử (thuyết MO) Các luận điểm cơ bản *Bài toán phân tử Hidro H2+ Thuyết MO về phân tử hai nguyên tử (hệ A2) Thuyết MO về phân tử hợp chất Phương pháp MO-Hucken (Huckel). Sơ đồ phân tử pi; quy tắc Hucken về tính thơm Áp dụng mô hình hộp thế một chiều tính năng lượng hệ e-π trong hidrocacbon liên hợp mạch hở III.6. Liên kết hoá học trong phân tử phức chất Đại cương về phức chất Các thuyết: Trường tinh thể; trường phối tử; lai hoá; giải thích liên kết hoá học trong phức chất Một số phức cụ thể: phức cacbonyl, phức olefin và hợp chất “sandwich” (bánh kẹp) III.7. Các liên kết yếu: Tương tác Vanđơvan (Van der Waals) Liên kết hidro III.8. Đại cương về tinh thể Mạng lưới tinh thể Các dạng tinh thể điển hình Mạng lưới ion. Năng lượng liên kết ion. Chu trình Bocnơ-habơ (Born-Haber) Tinh thể lỏng. Chất rắn vô định hình Ghi chú: Các mục có dấu * có thể bỏ qua nếu ít thời gian PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC QÚA TRÌNH HOÁ HỌC I. Nhiệt động lực học hoá học: I.1. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học và nhiệt hoá học 1. Nội dung nguyên lý, biểu thức toán 2. Entanpi, nhiệt dung và công trong các quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp, đẳng tích 3.Nội năng của khí lý tưởng 4. Nhiệt đẳng áp và nhiệt đẳng tích của phản ứng hoá học. Định luật Hess. Mối quan hệ giữa Qp và Qv của phản ứng hoá học 5. Sự tính nhiệt của phản ứng hoá học dựa vào sự nhiệt hình thành và nhiệt đốt cháy 6. Định luật Kirchhoff về sự phụ thuộc nhiệt phản ứng vào nhiệt độ(trường hợp ΔC= const) I.2. Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học và entropi 1. Nội dung nguyên lý biểu thức toán 2. Tính biến thiên entropi cho một số quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp, đẳng tích, thuận nghịch và không thuận nghịch của quá trình hoá học 3. Entropi và chiều hướng diễn biến của quá trình hoá học I.3. Năng lượng tự do Gibbs và hoá thế 1. Năng lượng Gibbs và sự liên hệ với entanpi và entropi 2. Chiều hướng diễn biến của quá trình và năng lượng Gibbs 3. Hoá thế: Định nghĩa và ý nghĩa 4. Điều kiện tự diễn biến của quá trình và điều kiện cân bằng của hệ có thành phần thay đổi I.4. Cân bằng hoá học và cân bằng pha 1. Định luật tác dụng khối lượng và các hằng số cân bằng Kp, Kc, Kx đối với phản ứng đồng thể trong pha khí 2. Phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff liên hệ hằng số cân bằng hoá học với năng lượng tự do Gibbs 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất chung và nồng độ tới vị trí của cân bằng hoá học. Nguyên lý Le Chatelier I.5. Cân bằng pha của hệ một cấu tử: 1. Điều kiện cân bằng pha của hệ một cấu tử 2. Phương trình Clapeyron-Clausius I.6. Dung dịch không điện li 1. Thành phần dung dịch 2. Các thuộc tính tập hợp của dung dịch loãng (độ tăng điểm sôi, độ hạ băng điểm, áp suất thẩm thấu) 3. Định luật Raoult và định luật Henry đối với dung dịch loãng I.7. Dung dịch điện li 1. Thuyết Arrhenius về axit và bazơ 2. Thuyết Bronsted về axit và bazơ 3. Lực axit và lực bazơ 4. Thang pH 5. Dung dịch đệm 6. Cân bằng của chất ít tan: - Ảnh hưởng của ion chung đến độ tan - Ảnh hưởng của sự tạo phức đến độ tan II. Phản ứng oxi hoá khử và pin điện II.1. Sự oxi hoá khử Khái niệm oxi hoá, khử, oxi hoá khử Số oxi hoá Cân bằng phản ứng oxi hoá khử II.2. Thế điện cực Khái niệm thế điện cực Qui ước viết phản ứng điện cực Phương trình Nernst Điện cực loại một, loại hai II.3. Pin điện Qui ước viết sơ đồ pin điện Sức điện động của pin điện Phương trình Nernst về sức điện động Quan hệ giữa sức điện động và năng lượng tự do Gibbs của phản ứng trong pin. Chiều của phản ứng oxi hoá khử II.4. Sự điện phân Định luật điện phân Faraday Điện phân muối nóng chảy Điện phân dung dịch muối Sự phân cực; quá thế trong điện phân II.5. Ăn mòn điện hoá và các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn III. Động hoá học và xúc tác III.1. Những khái niệm cơ bản Tốc độ phản ứng hoá học Bậc phản ứng và phân tử số Định luật tác dụng khối lượng III.2. Các quy luật động học đơn giản Phản ứng bậc 1 Phản ứng bậc 2 Phản ứng bậc 3 Phản ứng bậc n III.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Ảnh hưởng của nồng độ Ảnh hưởng của nhiệt độ: Quy tắc Van’t Hoff. Phương trình Arrhenius. Năng lượng hoạt hoá III.4. Xúc tác Một số khái niệm cơ bản Đặc điểm của hiện tượng xúc tác. Phân loại. Động học của phản ứng xúc tác: Đồng thể, dị thể, xúc tác enzim TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy: Thuyết lượng tử về nguyên tử: hai tập; Nxb Giáo dục- 1986: tái bản 2002 Đào Đình Thức: Cấu tạo nguyên tử (tập I, 1975); Cấu tạo phân tử và liên kết Hoá học (tập II, 1980); NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Trần Thành Huế: Hoá học đại cương; Tập một : Cấu tạo chất; Nxb Giáo dục-2000, tái bản 2001. Nguyễn Đức Chuy: Hoá học đại cương; Nxb Đại học Quốc gia; Nxb Giáo dục -1998 Lâm Ngọc Thiềm (Chủ biên), Trần Hiệp Hải: Bài tập Hoá học đại cương. Nxb Giáo dục -1998 René Dier: Bài tập hoá học đại cương, tập 1,2 (người dịch: Vũ Đăng Độ),NXB Đại học Quốc gia Hà Nội-1996 Đặng Trần Phách: Hoá cơ sở; Nxb Giáo dục - 1990 Vũ Đăng Độ: Cơ sở lý thuyết các quá trình hoá học; Nxb Giáo dục-1991 Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải: Những nguyên lý cơ bản của Hoá học. Phần bài tập. NXB Khoa học kỹ thuật-2002 Lê Mậu Quyền: Cơ sở lý thuyết Hoá học, NXB Khoa học Kỹ thuật-1999 Những người biên soạn: PGS.TS. Trần Thành Huế, TS. Trần Hiệp Hải, TS. Nguyễn Thị Thu