1 · Principles of chemistry

Mọi thứ trong khóa học này đều được viết bằng một ngôn ngữ: hạt, công thức và phương trình. Phần 1 dạy ngôn ngữ này — cách các hạt sắp xếp trong chất rắn, chất lỏng và chất khí; cấu trúc và sự sắp xếp của nguyên tố trong Bảng tuần hoàn; cách chuyển đổi câu mô tả phản ứng thành phương trình cân bằng và tính toán khối lượng; và ba loại liên kết tạo nên tính chất của mọi chất.

Edexcel International GCSE Hóa học 4CH1, Phần 1 (các phát biểu 1.1–1.60C) là phần lớn nhất và là nền tảng cho ba phần còn lại. Các phát biểu suffixed C là phần mở rộng khoa học riêng biệt (chỉ Hóa học).

Chất rắn: dao động quanh vị trí cố định theo mẫu hình đều đặn. Chất lỏng: chạm nhau nhưng di chuyển ngẫu nhiên qua nhau. Chất khí: cách xa nhau, nhanh, ngẫu nhiên. Chuyển đổi lẫn nhau: nóng chảy / đông đặc, sôi / ngưng tụ, besi hơi (chỉ bề mặt, dưới nhiệt độ sôi), thăng hoa (rắn → khí trực tiếp). Năng lượng được hấp thụ để tách hạt và giải phóng khi chúng liên kết lại.

Một dung môi hòa tan chất tan để tạo thành dung dịch; dung dịch bão hòa chứa tất cả chất tan có thể hòa tan ở nhiệt độ đó. (C) Độ tan là khối lượng đã hòa tan mỗi 100 g dung môi ở nhiệt độ xác định, đọc từ đường cong độ tan — các điểm trên đường là bão hòa; bên dưới nó là chưa bão hòa.

Sự pha loãng dung dịch có màu và sự khuếch tán khí (bromine lan tỏa trong không khí) đều cho thấy các hạt di chuyển từ nơi có mật độ cao sang nơi có mật độ thấp.

Một nguyên tố chứa một loại nguyên tử; một hợp chất gồm các nguyên tử khác nhau liên kết với nhau bằng liên kết hóa học; một hỗn hợp không có liên kết hóa học. Một chất thuần khiết có nhiệt độ nóng chảy/sôi xác định rõ ràng; hỗn hợp nóng chảy và sôi trong một khoảng nhiệt độ — đây là tiêu chuẩn để kiểm tra độ tinh khiết.

Các kỹ thuật tách được áp dụng phù hợp với từng mục đích: lọc (tách chất rắn không tan khỏi chất lỏng); kết tinh (bay hơi dung dịch để thu được tinh thể); cân bằng đơn giản (tách chất lỏng khỏi chất rắn hòa tan — bay hơi rồi ngưng tụ); cân bằng phân đoạn (tách các chất lỏng có điểm sôi gần nhau, sử dụng cột phân đoạn); sắc ký giấy (tách các chất tan dựa trên độ tan khác nhau trong dung môi).

Rf = khoảng cách di chuyển của chấm chất tan ÷ khoảng cách di chuyển của dung môi. Cùng một chất luôn có cùng giá trị Rf trong cùng một dung môi — so sánh với các giá trị đã biết sẽ giúp xác định các thành phần của hỗn hợp.

Số hiệu nguyên tử = số proton; số khối = số proton + số neutron. Đồng vị có cùng số proton nhưng khác số neutron. Khối lượng nguyên tử tương đối ($A_r$) là trung bình có trọng số dựa trên tỷ lệ các đồng vị.

Ví dụ minh họa. Clo: 75 % Cl-35, 25 % Cl-37 → $A_r = (75 \times 35 + 25 \times 37)/100 = 35.5$.

Bảng tuần hoàn sắp xếp các nguyên tố theo số nguyên tử thành các nhóm (cột, cùng electron lớp ngoài) và chu kỳ (hàng). 20 cấu hình điện tử đầu tiên tuân theo 2,8,8,2 lớp vỏ (ví dụ: natri 2.8.1). Kim loại nằm bên trái/trung tâm: oxit của chúng có tính bazơ và dẫn điện; oxit phi kim có tính axit. Các thành viên trong nhóm có hành vi tương tự vì có cùng số lượng electron lớp ngoài; Nhóm 0 khí hiếm có lớp vỏ ngoài đầy đủ và không dễ dàng phản ứng.

Cân bằng phương trình hóa học với ký hiệu trạng thái: (s), (l), (g), (aq). $M_r$ tổng $A_r$ giá trị. Mol là lượng chất: $n = m/M_r$ (khối lượng tính bằng gam).

Ví dụ minh họa (khối lượng phản ứng). Khối lượng magie oxide tạo thành từ 6.0 g magie là bao nhiêu? $2\mathrm{Mg} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{MgO}$: $n(\mathrm{Mg}) = 6.0/24 = 0.25$ mol → $n(\mathrm{MgO}) = 0.25$ mol → khối lượng $= 0.25 \times 40 = 10$ g.

Tỷ lệ thu được thực tế $=$ thực tế ÷ lý thuyết × 100 %. Công thức thực nghiệm là tỷ lệ số nguyên đơn giản nhất (chia mỗi khối lượng cho $A_r$ của nó, quy về số nguyên); công thức phân tử là tổng số nguyên tử thực tế ($M_r$ ÷ khối lượng công thức thực nghiệm cho hệ số nhân).

Ví dụ minh họa. Một hiđrocacbon chứa 85.7 % C, 14.3 % H: C 85.7/12 = 7.14, H 14.3/1 = 14.3 → tỷ lệ 1:2 → công thức đơn giản nhất CH₂. Với $M_r = 56$: 56/14 = 4 → công thức phân tử C₄H₈.

(C) Dung dịch: $n = c \times V$ với $c$ tính bằng mol/dm³ và $V$ tính bằng dm³ (cm³ ÷ 1000). Khí: thể tích mol 24 dm³ ở điều kiện thường, do đó $n = V/24$. (C-thực hành) Công thức oxit kim loại xác định từ quá trình đốt cháy (cân magie, đốt cháy, cân oxit) hoặc khử (cân đồng(II) oxide, khử bằng hiđro, cân đồng).

Liên kết ion: kim loại nhường electron cho phi kim; các ion mang điện hút nhau tĩnh điện trong mạng tinh thể khổng lồ — sơ đồ chấm và dấu X thể hiện sự chuyển giao (Nhóm 1–3 với 5–7). Nhiệt độ nóng chảy cao (lực hút mạnh); chỉ dẫn điện khi nóng chảy hoặc hòa tan (ion tự do di chuyển). Học các điện tích: Nhóm 1/2/3 → 1+/2+/3+; Nhóm 5/6/7 → 3−/2−/1−; Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Zn²⁺; OH⁻, NH₄⁺, CO₃²⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻. Công thức hóa học cân bằng các điện tích: canxi nitrat Ca(NO₃)₂, amoni sunfat (NH₄)₂SO₄.

Liên kết cộng hóa trị: cặp electron dùng chung (dấu chấm và dấu chéo cho H₂, O₂, N₂, halogen, HCl, H₂O, NH₃, CO₂ và các hợp chất hữu cơ nhỏ). Chất phân tử đơn giản có lực liên phân tử yếu — nhiệt độ nóng chảy thấp, tăng theo $M_r$; chúng không dẫn điện (không có ion, không có electron tự do). Cộng hóa trị lớn: kim cương (mỗi C liên kết với 4 — rất cứng, không dẫn điện), than chì (3 liên kết + một electron tự do mỗi C, các lớp có lực yếu — mềm, dẫn điện, trơn trượt), C₆₀ fullerene (lồng phân tử đơn giản).

(C) Kim loại: mạng tinh thể của các ion dương trong biển electron phân tán — lực hút tĩnh điện; các electron tự do dẫn điện và các lớp trượt lên nhau (dẻo dai).

Điện phân sử dụng điện để tách hợp chất ion dạng lỏng hoặc hòa tan: catốt (âm) hút cation; anốt (dương) hút anion. Mol PbBr₂ tạo Pb ở catốt (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb) và Br₂ ở anốt (2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻). Trong dung dịch nước, hydro tạo thành ở catốt nếu kim loại hoạt động mạnh hơn hydro; ở anốt, ion halogen tạo halogen, ngược lại là oxi (4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻). Mất electron là oxy hóa, nhận electron là khử.

1. Mô tả sự sắp xếp và chuyển động của hạt trong chất lỏng.
2. Định nghĩa dung dịch bão hòa và nêu đơn vị của độ tan.
3. Kỹ thuật nào tách hai chất lỏng lẫn vào nhau có điểm sôi gần nhau?
4. Một đồng vị có 17 proton và 20 neutron. Cho số khối và số lượng từng loại hạt.
5. Tính $A_r$ của một nguyên tố có 80 % khối lượng 20 và 20 % khối lượng 22.
6. Cân bằng phương trình với ký hiệu trạng thái: magnesi + oxi → magnesi oxit.
7. 8.4 g oxide canxi tạo thành từ 6.0 g canxi. Viết công thức thực đơn giản của oxide.
8. Viết công thức của amoni cacbonat.
9. Giải thích tại sao than chì dẫn điện nhưng kim cương thì không.
10. (C) Chất gì tạo thành ở mỗi điện cực trong quá trình điện phân mol kali clorua?

Đáp án: 1 các hạt tiếp xúc nhưng sắp xếp ngẫu nhiên, chuyển động tự do qua nhau; 2 dung dịch chứa khối lượng tối đa chất tan đã hòa tan ở nhiệt độ đó; gam trên 100 gam dung môi; 3 chưng cất phân đoạn; 4 số khối 37; 17 proton, 20 neutron, 17 electron; 5 $(80 \times 20 + 20 \times 22)/100 = 20.4$; 6 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s); 7 Ca 6.0/40 = 0.15 mol; khối lượng O 8.4 − 6.0 = 2.4 g → 2.4/16 = 0.15 mol; tỉ lệ 1:1 → công thức thực đơn giản CaO; 8 (NH₄)₂CO₃; 9 graphit sử dụng ba liên kết cho mỗi carbon, để lại một electron tự do di chuyển giữa các lớp — kim cương dùng cả bốn trong liên kết cố định; 10 (C) kali tại catot (K⁺ + e⁻ → K) và clo tại anot (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻).