skkn một số vấn đề về NĂNG LƯỢNG của ELECTRON TRONG bồi DƯỠNG học SINH GIỎI

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị: TRƯỜNG THPT CHUYÊN LƯƠNG THẾ VINH Mã số: SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Người thực hiện: Nguyễn Minh Tấn Lĩnh vực nghiên cứu: Quản lý giáo dục  Phương pháp dạy học môn: Hóa học Phương pháp giáo dục   Lĩnh vực khác:  Có đính kèm:  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2015 - 2016 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Nguyễn Minh Tấn Ngày tháng năm sinh: 08/10/1987 Nam, nữ: Nam Địa chỉ: 223/73/3, phường Quang Vinh, Biên Hòa, Đồng Nai Điện thoại: 0988325623 Email: minhtan0810@gmail.com Chức vụ: Giáo viên Nhiệm vụ giao: Giảng dạy môn hóa, chủ nhiệm lớp 11 Hóa Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Thạc Sĩ - Năm nhận bằng: 2013 - Chuyên ngành đào tạo: Lý luận phương pháp dạy học Hóa học III KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy hóa học Số năm có kinh nghiệm: năm - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây: + Năm học 2010 - 2011: PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC DỰ ÁN TRONG DẠY VÀ HỌC HÓA HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG + Năm học 2011 - 2012: MỘT SỐ SAI LẦM THƯỜNG GẶP Ở HỌC SINH KHI GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC VÔ CƠ THPT + Năm học 2012 – 2013: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH + Năm học 2013 – 2014: MỘT SỐ BIỆN PHÁP HẠN CHẾ VÀ SỬA CHỮA SAI LẦM CỦA HỌC SINH KHI GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vấn đề lượng electron vấn đề quan trọng mà học sinh chuyên cần nắm vững Tuy nhiên, vấn đề tương đối phức tạp để hiểu rõ vấn đề chuyện dễ Mặt khác, đề thi học sinh giỏi tỉnh, Olympic 30/4 Quốc gia, Quốc tế thường đề cập đến lượng electron Trong năm gần đây, vấn đề lượng electron nâng cấp lên đặt toán khó, giải hiểu đươc chất vấn đề vận dụng cách linh hoạt Thực tiễn dạy học hoá học nay, giáo viên giảng dạy lý thuyết hướng dẫn học sinh giải tập lượng electron, nhận thấy HS hạn chế kiến thức, chưa nắm vững lý thuyết, chưa biết vận dụng để giải tập, chí giải tập dạng hay mắc sai lầm suy luận tư Nếu không ý mức đến việc hiểu chất, phân tích đề, tìm phương pháp đơn giản để giải tập HS dễ bị sai lầm Điều làm cho HS không hứng thú học tập chất lượng dạy học hoá học giảm rõ rệt HS thường giải tập lượng electron theo kiểu “giải toán” tức vận dụng phép tính toán học để tìm đáp số mà không cần làm sáng tỏ chất vật lý, hoá học dẫn đến sai lầm trình suy luận, tư duy, không vận dụng kiến thức, quy luật biến đổi hoá học để giải vấn đề Theo chúng tôi, giáo viên có khả giảng dạy lý thuyết thật dễ hiểu, nhận xét định hướng, hướng dẫn học sinh tìm phương pháp giải đơn giản việc học chuyên phần lượng không khó khăn vất vả giáo viên học sinh Hiện thi học sinh giỏi cấp tỉnh, Olympic 30/4, máy tính cầm tay cấp khu vực, học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế tập lượng electron quan trọng học sinh thường giải nhiều thời gian, công sức Để đáp ứng cho nhu cầu học chuyên dạy chuyên, tạo hứng thú cho học sinh học tập chọn đề tài Với lí với thực tế dạy học hoá học trường THPT chuyên, chọn đề tài: “MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI” II CƠ SỞ LÝ LUẬN Sự vận dụng lí thuyết kiến tạo DH giúp HS nắm PP học tập, chủ động hoạt động học tập HS phải tự tìm hiểu, khám phá, tự xây dựng kiến thức đường riêng cá nhân Quá trình phân tích, tự đánh giá hoạt động học tập mà tự điều chỉnh trình học tập mình, sửa chữa nhược điểm nhận thức học tập tự làm biến đổi nhận thức GV người tổ chức, hướng dẫn, tạo điều kiện để HS tìm phương pháp giải cho phù hợp Vai trò GV định hướng, dạy HS cách phân tích, tư duy, động viên, khuyến khích, tạo điều kiện cho HS tự xây dựng kiến thức cho Để HS hiểu giải tập lượng electron cách nhanh chóng, khoa học, xác điều không dễ, đòi hỏi phải có công trình nghiên cứu để giúp GV HS phát hướng xác để giải tập, tìm sở khoa học để giải cách khoa học nhanh gọn Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu khoa học giáo dục nước ta thiếu vắng công trình nghiên cứu có hệ thống lĩnh vực Bên cạnh đó, sách tham khảo số trang web – diễn đàn giáo viên thấy ít, chí tài liệu đề cập đến vấn đề lượng electron cho học sinh Qua đó, ta thấy vấn đề quan trọng chưa ý quan tâm III TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Cơ sở lý thuyết 1.1 PHƯƠNG TRÌNH SROĐINGƠ (SCHRODINGER) Trong trình chuyển biến hoá học, liên kết hoá học định cấu trúc electron nguyên tử Vì nghiên cứu mô tả tượng hoá học bắt đầu nghiên cứu mô tả lớp vỏ electron nguyên tử Xuất phát từ khái niệm electron có tính chất sóng, năm 1925 Srodingơ giả thiết trạng thái electron chuyển động nguyên tử phải mô tả phương trình sóng điện từ ông thiết lập phương trình biểu diễn mối liên hệ lượng electron với toạ độ không gian hàm : (2/x2 + 2/y2 + 2/z2) + 82m/h2(E - U) = (phương trình cho hệ electron) E: Năng lượng hệ U: hạt m: khối lượng electron h: số Plăng x, y, z: toạ độ : hàm sóng Giải phương trình Srodingơ phải tìm giá trị E  ( thoả mãn  phải hữu hạn, liên tục, đơn trị không chỗ electron) -  nhận giá trị dương, âm tương tự biên độ sóng Bản thân tính chất vật lý 2 dương có tính chất quan trọng - 2 xác suất tìm thấy electron điểm không gian 2 lớn xác suất tìm thấy electron lớn Xác suất phát electron thể tích nhỏ v biểu diễn tích 2.v Vậy tích phân 2 toàn không gian Đây điều kiện chuẩn hoá hàm sóng 1.2 NGUYÊN TỬ MỘT ELECTRON a Hàm sóng Trạng thái chuyển động hạt vi mô mô tả hàm  (x, y, z, t ) gọi hàm sóng hay hàm trạng thái Tính chất hàm sóng: Hàm đặc trưng đầy đủ cho trạng thái electron, hàm xác định, đơn trị, hữu hạn, liên tục nói chung hàm phức (x, y, z, t ) Ý nghĩa hàm sóng: (x, y, z, t )2 dxdydz cho biết xác suất tìm thấy hạt thời điểm t nguyên tố thể tích d = dxdydz có tâm M(x, y, z) Đại lượng gọi bình phương môđun hàm trạng thái Trong học lượng tử không khái niệm quỹ đạo electron nên người ta tìm cách xác định xác suất tìm thấy hạt điểm khác không gian Nếu trạng thái hạt không phụ thuộc vào thời gian (gọi trạng thái dừng) hàm sóng không phụ thuộc thời gian t Khi  (q)2 biểu thị xác suất tìm thấy hạt thời điểm q phụ thuộc vào toạ độ q (x, y, z) Vì thế, hàm  (q)2 gọi hàm mật độ xác suất Nếu lấy tích phân:  * d = 2 d =1  Đây điều kiện chuẩn hoá hàm sóng b Phương trình Schodinger Phương trình vi phân hàm  có dạng sau với hạt chuyển động trường có điện trường V: E = ( - h2 8 m 2 = Trong 2 + V )  2 2 2 + + y x z (2 : Hàm toán tử Laplace) V: Thế hạt E: Năng lượng toàn phần cuả hạt Tổng quát viết dạng: H = E (Toán tử Hamintơn H=- h2 8 m 2 + V) Phương trình xem nguyên lý học lượng tử 1.3 PHƯƠNG TRÌNH SCHODINGER CHO BÀI TOÁN HIĐRO a Mô hình hệ Xét nguyên tử electron (nguyên tử H ion giống hiđro He+, Li2+…) - Hạt nhân điện tích + Z coi cố định tâm tạo trường tĩnh điện Culong - Electron điện tích (– e), khối lượng m b Phương trình Schodinger Electron chuyển động năng: V(r) = - Ze 4 r Phương trình Schodinger hệ electron viết sau: (- h2 8 m 2 - Ze )  = E 4 r r : Hàm sóng mô tả trạng thái electron trường tĩnh điện Culong E: Năng lượng toàn phần electron Để thuận lợi cho việc giải, tính đối xứng tâm trường thế, ta sử dụng toạ độ cầu Toạ độ Descartes Toạ độ cầu z x, y, z r, ,  r -   x, y, z  +  r  + x = r sincos 0   y = r sin sin    2 y z = r cos O d = dxdydz d = r2drsindd r2 = x2 + y2 + z2 Trong toán học chứng minh : 2 = 2 2 2 + + y x z x Hàm toán tử Laplace chuyển sang hệ toạ độ cầu là: 2 = 2     r ( ) + (sin ) + r  r r r sin   r sin   2 = r2 + Trong r2 = =  r2   (r ) r r r   2 (sin  ) sin    sin   Hàm sóng  hàm biến số ( r, ,  ) Phương trình Schodinger cho electron H, He+, Li2+… hệ toạ độ cầu  (r, , ) = R(r).Y(, ) R(r): Hàm bán kính Y(,): Hàm góc Để đơn giản thường viết thành:  = R.Y c Nghiệm kết toán nguyên tử H * Về lượng E > liên tục ứng với trạng thái electron bị bứt khỏi bề mặt hạt nhân E < gián đoạn (bị lượng tử hoá) ứng với trạng thái electron liên kết với hạt nhân Biểu thức lượng: mZ e En = - n 8 h = 1, 2, 3, … (n gọi số lượng tử chính) me Đối với nguyên tử H (Z = 1) Biểu thức lượng: En = - n 8 h Tính theo đơn vị eV ta có: En = - 13,6 eV n2 * Các số lượng tử ý nghĩa - Số lượng tử Vì n nguyên dương nên lượng electron nguyên tử nhận giá trị gián đoạn Ứng với giá trị n có mức lượng xác định n Mức En K L M N O P Q Xác định mức lượng electron nguyên tử Với giá trị n, ta có lượng xác định: E = - 22me4/n2h2 = -13,6/n2 (eV) (khi n tăng, lượng tăng) Xác định kích thước mây electron, mây electron lớn n lớn - Số lượng tử phụ Khi vật quay quỹ đạo tròn bán kính r với tốc độ v có động lượng: p = m v Việc giải toán chuyển động electron nguyên tử cho kết  M  = h 2 l (l  1) l = 0, 1, 2, 3,… (n – 1) → mômen động lượng bị lượng tử hoá; l số lượng tử phụ, xác định momen động lượng Ký hiệu trạng thái electron ứng với giá trị l l Trạng thái s p d f Xác định hình dạng đám mây electron s: hình cầu; p: hình tạ (số nổi); d: hình hoa cánh Với nguyên tử nhiều electron, lượng electron phụ thuộc vào số lượng tử l, nên mức lượng lại chia thành nhiều phân mức l Phân mức lượng s p d f Với giá trị n, thứ tự lượng ns < np < nd < nf - Số lượng tử từ obitan ( ml ) Hình chiếu vectơ M trục Oz: Mz  = h ml 2 Mz nhận giá trị gián đoạn ứng với trị số gián đoạn ml số nguyên ml = -l, …, -1, 0, 1,…, +l Momen động lượng electron đại lượng véctơ Số định hướng từ trường số giá trị ml - Spin ectron Ngoài trạng thái chuyển động khụng gian, electron có chuyển động riêng gọi momen động lượng spin M S MS đặc trưng số lượng tử spin (s) MS  h 2 M S  mS s( s  1) h 2 ms gọi số lượng tử spin Mô tả tự quay electron xung quanh trục riêng Nếu chiều electron xung quanh hạt nhân ms = +1/2; ngược chiều hạt nhân ms = - ½ Khi Srodingơ giải phương trình sóng không thấy xuất số lượng tử spin ông bỏ qua phần hiệu chỉnh khối lượng theo thuyết tương đối Anhxtanh Sau Dirac giải phương trình sóng có phần hiệu chỉnh khối lượng xuất số lượng tử spin Nhưng phương trình sóng Dirac phức tạp nên dùng phương trình sóng Srodingơ  nên gọi lượng tử phi tương đối Để đơn giản dùng phương trình sóng Srodingơ + kết phương trình sóng Dirac d Hàm obitan nguyên tử Hàm sóng toàn phần mô tả chuyển động electron nguyên tử H tích hai hàm: Hàm góc hàm bán kính n,l,m = Rn,l(r) Yl,m (,  ) Mỗi hàm n,l,m mô tả trạng thái chuyển động electron nguyên tử, chuyển động trường tĩnh điện culong xuyên tâm gọi obitan nguyên tử (ký hiệu AO) Trong obitan nguyên tử phần phụ thuộc gúc chiếm phần lớn, đó, việc xem xét định tính liên kết hoá học phần góc giữ vai trò quan trọng Bảng Các biểu thức số AO nguyờn tử electron n l AO Rn,l Yl,m(,) En (eV) 1s z  zr / a e a3/ -13,6.Z2  -3,4.Z2 2 2 1 1  z     2a  2s 3/  zr   zr / a 1  e  2a  3/ 2px z   a 3/ 2py z   a z   a 3/ 2pz  zr  zr / a e a  zr  zr / a e a  sin  cos  sin  sin  -3,4.Z2 zr  zr / a e a -3,4.Z2  cos  - 3,4.Z2 Về mặt toán học số lượng tử xác định định số nút hàm sóng Nút điểm hay mặt mà hàm sóng đổi dấu Như hàm sóng bị triệt tiêu mặt nút xác suất tìm thấy electron không Các cách biểu diễn đồ thị hàm obitan nguyên tử: Biểu diễn đồ thị nút Rn,l(r) mặt cầu, nút Yl,m(,) mặt kinh tuyến hay vĩ tuyến Hàm bán kính R(r): Biểu diễn đồ thị hàm bán kính thể bên R(r) R(r) 2s 1s r r R(r) R(r) 3s 4s r r Một đại lượng quan trọng hàm phân bố xuyên tâm 4r2 R(r) 2 Đó xác suất có mặt electron lớp cầu có bề dày đơn vị, cách khoảng r Khi đại lượng 4r2 R(r) 2 dr biểu diễn xác suất có mặt electron lớp cầu có bề dày dr nằm cách hạt nhân khoảng r Đồ thị hàm phân bố xuyên tâm AO khác nhau: 3s 2s 3p 1s 2p 3d * Hàm góc Về mặt toán học việc nghiên cứu hàm  Yl,m(,) 2 phức tạp giá trị l cao người ta quy ước dựng biểu diễn sau: Gọi AO (biểu diễn góc hàm sóng) bề mặt xác định tập hợp điểm M cho OM =  Yl,m(,)    biến thiên khoảng:        2 (Gốc O tâm nguyên tử) Khi ta có biểu diễn đồ thị phần góc hàm AO sau: AO - s Với l = (trạng thái s) Y00 =  AO - p = const Đồ thị Y00 hình cầu bán kớnh OM = Với l = (trạng thái p) Xét pz : Y10 =  Mật độ xác suất  Y102 =  cos cos  4 Khi đồ thị phần góc vòng tròn tiếp xúc Có Oz trục đối xứng Nghiên cứu orbital px py ta có kết tương tự Một hàm súng  xác định số lượng tử n, l, ml, kí hiệu n,l,ml mô tả electron cụ thể gọi obitan nguyên tử kí hiệu AO Câu 3: Người ta qui ước trị số lượng electron nguyên tử có dấu âm (-) Electron (e) He+ chuyển động lớp xác định, e có trị số lượng tương ứng, lượng mức Có trị số lượng (theo đơn vị eV) hệ He+ -13,6; -54,4; -6,04 a Chỉ trị lượng mức 1; 2; từ trị số Sự xếp dựa vào cấu tạo nguyên tử b Từ trị số trị ta xác định trị lượng ion hoá heli? Hãy trình bày Hướng dẫn a Trong He+ có electron nên chịu tác dụng lực hút hạt nhân Electron chuyển động lớp gần hạt nhân chịu tác dụng mạnh lực hút đó, lượng âm Khi chuyển động lớp thứ nhất, cấu hình 1s1, electron có lượng thấp hay âm nhất, -54,4 eV Đó mức thứ (số lượng tử n = 1) Khi bị kích thich lên lớp thứ hai, chẳng hạn ứng với cấu hình 2s1, electron có lượng cao hơn, -13,6 eV Đó mức thứ hai (số lượng tử n = 2) Khi bị kích thich lên lớp thứ ba, chẳng hạn ứng với cấu hình 3s1, electron có lượng cao nữa, -6,04 eV Đó mức thứ ba (số lượng tử n = 3) Khi electron có lượng mức thấp nhất, mức thứ (số lượng tử n = 1) với trị số -54,4 eV, hệ He+ trạng thái Với hai trị lượng lại, -13,6 eV - 6,04 eV, He+ trạng thái kích thích b Theo định nghĩa, lượng ion hoá I trị số tuyệt đối lượng cuả electron tương ứng trạng thái Với hệ He+: He+ (1s1) - e He2+ ; I2 = 54,4 eV Câu 4: Kết tính Hoá học lượng tử cho biết ion Li2+ có lượng electron mức En (n số lượng tử chính) sau: E1 = -122,400eV; E2 = -30,600eV; E3 = -13,600eV; E4 = -7,650eV a Tính giá trị lượng theo kJ/mol (có trình bày chi tiết đơn vị tính) b Hãy giải thích tăng dần lượng từ E1 đến E4 ion Li2+ c Tính lượng ion hoá ion Li2+ (theo eV) giải thích Hướng dẫn a 1eV = 1,602.10-19J x 6,022.1023 mol-1 x 10-3kJ/J = 96,472kJ/mol Vậy: E1 = -122,400eV x 96,472 kJ/mol.eV= 11808,173 kJ/mol E2 = -30,600 eVx 96,472 kJ/mol.eV = -2952,043 kJ/mol E3 = -13,600eV x 96,472 kJ/mol.eV = -1312,019 kJ/mol E4 = -7,650eV x 96,472 kJ/mol.eV = -738,011 kJ/mol b Quy luật liên hệ: Khi Z số, n tăng, lượng En tương ứng cao (càng lớn) Giải thích: n tăng, số lớp electron tăng, electron lớp xa hạt nhân, lực hút hạt nhân tác dụng lên electron yếu, lượng En tương ứng cao (càng lớn), electron bền c Sự ion hoá Li2+: Li2+ → Li3+ + e Cấu hình electron Li2+ trạng thái 1s1 Vậy I3 = - (E1) = +122,400 eV → I3 = 122,400 eV DẠNG 2: HIỆU ỨNG CHẮN Câu 5: Cho biết nguyên tử bari (Ba) có số hiệu nguyên tử Z = 56 a Viết cấu hình electron nguyên tử Ba trạng thái b Sử dụng quy tắc Slater hiệu ứng chắn, tính số chắn electron hóa trị điện tích hiệu dụng tương ứng c Xác định lượng obital electron hóa trị tính lượng ion hóa tạo ion Ba2+ Hướng dẫn a Ba (Z = 56): 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s2 b σ6s = 46.1 + 8.0,85 + 0,35 = 53,15 → Z6s* = 56 – 53,15 = 2,85  2,85  c ε 6s = -13,6  4,2  = -6,26 (eV) Ta thấy Ba Ba2+ khác số electron hóa trị: Ei  EBa - EBa = 0.ε6s - 2.ε6s = 12,52 (eV) 2+ Câu 6: Hãy tính lượng điện tử ion He+ a Áp dụng quy tắc Slater tính lượng điện tử nguyên tử He (ở trạng thái bản) b Từ kết thu tính lượng ion hóa thứ He Hướng dẫn a He có cấu hình 1s , E * He  13,   0,32   13, 6(Z* )   2    78, 6eV    n*2 12     b He+ có cấu hình 1s1, E*He    13,6Z2 13,6  22    54, 4eV n2 12 Quá trình ion hóa: He  He  1e  I1  E*He  E*He  (54, 4)  (78,6)  24, 2eV  Câu 7: Áp dụng biểu thức gần Slater, tính (eV) a Năng lượng electron phân lớp, lớp toàn nguyên tử oxi (Z = 8) b Các giá trị lượng ion hóa có oxi Hướng dẫn a Tính lượng e oxy (Z = 8)  1s22s22p4 * E(1s2) = -13,6.(8,0 – 0,3)2.2 = -1312,688 eV * E(2s2) = -140,777 eV E(2p4) = -281,554 eV Vậy lượng electron toàn nguyên tử là: E = -2035,619 eV b Tính lượng ion hóa Theo định nghĩa: I = - E (E lượng electron trạng thái bản)  EM   EM  EM Mà I = -E = - EM ( k  1)  eV k k ( k 1)  k: số e lại n hạt thứ tự e có Ik I1 I2 I3 I4 I5 I6 14,161 33,146 54,978 79,135 105,799 134,946 I7 742,288 I8 870,400 Câu 8: Có thể viết cấu hình electron Co2+ (Z = 27) là: Cách 1: 1s22s22p63s23p63d7 cách 2: 1s22s22p63s23p63d54s2 Áp dụng phương pháp gần Slater, tính lượng electron Co2+ với cách viết (theo eV) Cách viết phù hợp với thực tế? Vì sao? Hướng dẫn Cách 1: 1s22s22p63s23p63d7 (27  0,3)2 ɛ1s = 13, = – 9695,304 eV 12 (27  0,85.2  0,35.7)2 ɛ2s, 2p = 13, = – 1775,217 eV 22 (27  1.2  0,85.8  0,35.7)2 ɛ3s, 3p = 13, = – 374,850 eV 32 (27  1.18  0,35.6)2 ɛ3d = 13, = – 71,944 eV 32  E1 = 2ɛ1s + 8ɛ2s, 2p + 8ɛ3s, 3p + 7ɛ3d = – 37094,752 eV Cách 2: 1s22s22p63s23p63d54s2 ɛ1s = – 9695,304 eV ɛ2s, 2p = – 1775,217 eV ɛ3s, 3p = – 374,850 eV (27  1.18  0,35.4)2  13, ɛ3d = = – 87,282 eV 32 (27  1.10  0,85.13  0,35.1)2 ɛ4s = 13, = – 31,154 eV 3, 72  E1 = 2ɛ1s + 8ɛ2s, 2p + 8ɛ3s, 3p + 5ɛ3d + 2ɛ4s = – 37089,862 eV * E1 thấp E2, nên cách ứng với trạng thái bền Kết thu phù hợp với thực tế trạng thái ion Co2+ có cấu hình electron [Ar]3d7 DẠNG 3: HẠT TRONG HỘP THẾ Câu 9: Chuyển động electron π dọc theo mạch cacbon hệ liên hợp mạch hở coi chuyển động tự vi hạt hộp chiều Năng lượng vi hạt hộp chiều tính theo hệ thức En = h2 n2 , n= 1,2,3 ; h số Planck; m khối lượng 8ml electron, m= 9,1.10-31 kg; a chiều dài hộp Đối với hệ liên hợp, a chiều dài mạch cacbon tính theo công thức: a= (N+1).ℓC-C , N số nguyên tử C; ℓC-C độ dài trung bình liên kết C-C Ứng với mức lượng En nêu trên, người ta xác định obitan phân tử (viết tắt MO-π) tương ứng, Sự phân bố electron π vào MO-π tuân theo nguyên lý quy tắc phân bố electron vào obitan nguyên tử Sử dụng mô hình vi hạt chuyển động tự hộp chiều cho hệ electron π phân tử liên hợp mạch hở Octatetraen, hãy: a Tính giá trị lượng En (n= 1÷5) theo J Biểu diễn phân bố electron π MO-π giản đồ mức lượng tính tổng lượng electron π thuộc Octatetraen theo kJ/mol Cho biết phân tử Octatetraen có ℓC-C = 1,4Å b Xác định số sóng ν (cm-1) ánh sáng cần thiết để kích thích electron từ mức lượng cao có electron (HOMO) lên mức lượng thấp electron (LUMO) Hướng dẫn a Tính giá trị lượng En (n = 1÷5): E1 = 3,797.10-20 J E2 = 22 3,797.10-20 = 15,188.10-20 J E3 = 32.3,797.10-20 = 34,173.10-20 J E = 42 3,797.10-20 = 60,752.10-20 J E5 = 52 3,797.10-20 = 94,925.10-20 J Octatetraen có electron π phân bố 4MO-π đầu tiên, từ n =1÷ (hình vẽ) nên lượng E tổng = 2(E1 + E2+ E3 + E4 ) = 2.(3,797+ 15,188 + 34,173 + 60,752).10-20 = 227,820.10-20 J = 1371,932 kJ/mol b Mức lượng HOMO có n = 4, mức lượng LUMO có n = Để chuyển electron từ E4 lên E5 cần lượng tử lượng là: Câu 10: Mô hình hạt chuyển động hộp cho phép tính lượng electron  mạch liên hợp Xét hiđrocacbon mạch thẳng liên hợp trans-1,3,5-hexatrien: trans-1,3,5-hexatrien n2h2 Năng lượng electron  cho phương trình: En  8me L2 (1) Trong n số lượng tử có giá trị từ đến ∞, h số Planck (J∙s), me khối lượng electron (kg) L chiều dài hộp (m) Etylen có L = 289 pm hexatrien có L = 867 pm, h = 6,626 10-34 J.s; me = 9,11 10-31 kg a Hãy xác định: - Hai mức lượng electron  etylen; - Bốn mức lượng electron  1,3,5-hexatrien b Với chất điền electron  vào mức lượng trạng thái Xác định giá trị n HOMO chất c Hãy tính bước sóng ánh sáng kích thích electron  từ HOMO lên LUMO chất d Phân tử gây màu da cam củ cà rốt -caroten - Sử dụng mô hình hạt chuyển động hộp tính hiệu mức lượng HOMO LUMO Biết -caroten có L = 1850 pm - Sử dụng giá trị lượng tính tính bước sóng cực đại bị hấp thụ -caroten Hướng dẫn a Đối với etylen: En  n2h2 (6,626 1034 J s)2  n2  7,213 1019 n2 ( J )  31 12 8me L  9,1110 kg  (289  10 m) (Đổi đơn vị J = kg.m2.s-2) E1  7,213 1019 12  7,213 1019 ( J ) => E2  7,213  1025  22  2,885  1018 ( J ) Đối với 1,3,5-hexatrien: En  n2h2 (6,626  1034 J s)2  n2  8,014  10 20 n2 ( J ) 8me L2  9,111031kg  (867  1012 m)2 E1  8,014  1020  12  8,0  1020 ( J ) => E2  8,014  1020  22  3,2  1019 ( J ) E3  8,014 1020  32  7,2 1019 ( J ) E4  8,014 1020  42  1,3 1018 ( J ) b E E n=4 LUMO n=4 n=3 HOMO n=3 LUMO n=2 n=2 HOMO n=1 n=1 C6H8 C2H4 c h2 h2  E2  E1  (2  ) 3 * Đối với etylen: E   8me L2 8me L2 hc =>  2 hc 8me L2c  9,11  1031kg  (289  1012 m)2   108 m.s 1    91,9  109 m  91,9nm  34 h 3h  6,626  10 Js 8me L h2 h2  E4  E3  (4  ) 7 * Đối với 1,3,5-hexatrien: E   8me L2 8me L2 hc => 2 hc 8me L2c  9,11  1031kg  (867  1012 m)   108 m.s 1     354  10 m  354 nm  34 h 7h  6,626  10 Js 8me L d - Sử dụng mô hình hạt chuyển động hộp tính hiệu mức lượng HOMO LUMO Biết -caroten có L = 1850 pm -caroten có 22 electron , HOMO có n = 11, LUMO có n = 12 h2 h2 (6,626 1034 )2 2  23  23   4,048 1019 J Có: E  E12  E11  (12  11 ) 2  31 12 8me L 8me L  9,1110  (1850 10 m) - Sử dụng giá trị lượng tính tính bước sóng cực đại bị hấp thụ -caroten hc 6,626  1034   108    491  10 m  491nm 19 E 4,048  10 Câu 11: Benzen coronen phân tử có hệ liên hợp  vòng Đối với phân tử có hệ liên hợp  vòng, mức lượng electron  tính n2h2 theo phương trình: En  8 me R (2) Trong trường hợp này, số lượng tử n số nguyên có giá trị từ đến  R bán kính vòng tính theo mét Biết bán kính vòng benzen 139 pm coronen 368 pm a Xem xét mức lượng electron  benzen b Hãy vẽ giản đồ lượng tương tự coronen, tính lượng HOMO LUMO c Hãy tính hiệu mức lượng HOMO LUMO benzen coronen d Hãy cho biết benzen coronen chất có màu cách tính bước sóng hấp thụ cực đại ứng với bước chuyển electron từ HOMO lên LUMO Hướng dẫn a Hãy vẽ giản đồ lượng obitan bị chiếm LUMO Giản đồ lượng electron  benzen: E n= + LUMO n= + HOMO n=+1 n=0 C6H6 Hãy tính lượng HOMO LUMO n2h2 (6,626  1034 J s)2 En   n2  3,162  1019 n2 ( J ) 2  31 12 8 me R  3,14  9,11  10 kg  (139  10 m) => E0  3,162 1019  02  ( J ) E1  3,162  1019  12  3,162  1019 ( J ) E  3,162 1019  22  1,265 1018 ( J ) b Toàn phân tử coronen có 24 electron  Do giản đồ lượng electron  coronen sau: LUMO n= + HOMO n= + n= + n= + E n= + n= + n=+1 n=0 coronen n2h2 (6,626 1034 J s)2  n2  4,512  10 20 n2 ( J ) 2  31 12 8 me R  3,14  9,11 10 kg  (368 10 m) Có: En  => E0  4,512  1020  02  0( J ) E1  4,512 1020 12  4,512 1020 ( J ) E  4,512  1020  22  1,805  1019 ( J ) E3  4,512 1020  32  4,0611019 ( J ) E  4,512  1020  42  7,219  1019 ( J ) E  4,512  1020  52  1,128  1018 ( J ) E  4,512 1020  62  1,624 1018( J ) E  4,512 1020  72  2,2111018( J ) Đối với benzen: E  E  E1  1,265 1018  3,162 1019  9,488 1019 ( J ) Đối với coronen: E  E  E  2,211 1018  1,624  1018  5,87  1019 ( J ) Có: E  Benzen: max  hc max => max  hc E 6,626  1034   108  209,5  109 m  209,5nm 19 9,488  10 6,626  1034   108  338,6  109 m  338,6nm 5,87  1019 Vậy benzen coronen không màu Coronen: max  Câu 12: Chlorophyll (Chất diệp lục) có cấu tạo phức tạp minh họa hình Hình Cấu tạo khái quát Chlorophyll (Chất diệp lục) Phần trung tâm với lõi nguyên tử Mg coi gần hệ liên hợp phẳng, vòng có 18 e-π Năng lượng e-π hệ liên hợp phẳng, vòng tính gần theo biểu thức: n 2h En = 8mR π (1) Trong đó: n số lượng tử “quay”, nhận giá trị n = 0;  1;  2;  3;  4;  5; R = 3.10-8 cm (bán kính vòng); me = 9,11.10-31 kg; π = 3,14 a Nguyên tử Mg có góp e-π vào toàn hệ hay không? Tại sao? b Xác định số sóng ν (cm-1) ánh sáng cần thiết để kích thích electron từ mức lượng cao có electron (HOMO) lên mức lượng thấp electron (LUMO) c Hệ thuận từ hay nghịch từ? Tại sao? Hướng dẫn a Nguyên tử Mg không đóng góp e - π vào toàn hệ nguyên tử Mg electron p độc thân b - ν E5 E (n c2 - n 2t ).h (52 - 42 ) 6,625 10-34  = hc hc 8mR π hc 9,11.10-31 (3.1010 ) 3.108 3,142 = 3,073.106 m -1 = 3,073.10 cm -1 c Hệ nghịch từ electron độc thân IV HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI - Đã thực nghiệm dạy đội tuyển Olympic, đội tuyển Quốc Gia phần cấu tạo chất Kết học sinh tiếp thu tốt vận dụng tốt để giải dạng tập phần lượng electron cách khoa học hiệu - Đã trao đổi với đồng nghiệp số trường chuyên, nhận xét đánh giá tốt, có tính thực tiễn khả thi - Tiếp tục sử dụng phần dạy chuyên đề Cấu tạo chất để nâng cao chất lượng giáo dục học sinh lớp chuyên hóa V ĐỀ XUẤT, KIẾN NGHỊ, KHẢ NĂNG ÁP DỤNG - Chúng đưa kiến nghị sau: Đối với Bộ Giáo dục Đào tạo - Hiện Bộ Giáo dục Đào tạo tổ chức nhiều đợt tập huấn cho cán trường THPT chuyên, điều cần tiếp tục phát huy phổ biến rộng rãi tới 63 tỉnh thành nhằm giúp GV nước nắm bắt phương pháp giảng dạy, phương pháp giúp học sinh tự phát sửa chữa sai lầm Bên cạnh đó, Bộ Giáo dục Đào tạo cần tổ chức thêm buổi hội thảo để thống lại vấn đề chưa rõ chưa xác hóa học cấu tạo chất - Việc tập huấn cần mở rộng tới đối tượng tham gia, không GV mà cần phổ biến tới sinh viên học hệ Sư phạm trường ĐH, GV tương lai đất nước tham dự - Cung cấp đầy đủ trang thiết bị, phương tiện dạy học đại dụng cụ thí nghiệm tiên tiến, máy chiếu, học cụ… tạo điều kiện cho việc dạy việc học đạt hiệu cao Đối với trường Đại học Sư phạm - Nên tổ chức nhiều chuyên đề, buổi hội thảo cho sinh viên Sư phạm để nắm vững kiến thức có kĩ để hướng dẫn học sinh giải tập phần lượng electron Đối với nhà trường trung học phổ thông - Về phía nhà trường: + Nên tổ chức thêm học hóa tự chọn để giáo viên rèn luyện kĩ giải tập cho học sinh + Nên tổ chức nhiều buổi sinh hoạt ngoại khóa để học sinh có thêm kiến thức hóa học, đồng thời yêu thích môn học - Về phía giáo viên: + Tích cực học tập không ngừng để nâng cao trình độ chuyên môn, kĩ thí nghiệm + Rèn luyện kĩ phân tích đề, phương pháp giải cho học sinh; bổ sung, xác hóa kiến thức thông qua câu hỏi; tăng cường kiểm tra đánh giá học sinh; vận dụng phương pháp dạy học giải vấn đề - Về giáo dục HS: + Hiện phần lớn HS học điểm số, em muốn học theo cách nhanh đạt điểm số cao mà chưa quan tâm đến việc tự học, tự trau dồi kiến thức, kĩ giải tập… Vì GV cần có nhiều hình thức hỗ trợ em tự học, tạo hứng thú, niềm say mê học tập Thậm chí, giáo viên giúp học sinh tự tìm phương pháp giải tập phân tích nhanh hiệu Hy vọng đề xuất thực hiện, việc hướng dẫn cho học sinh giải tập phần lượng electron không vấn đề khó khăn với GV HS cảm thấy yêu thích môn học đạt kết học tập tốt VI TÀI LIỆU THAM KHẢO -  Ngô Ngọc An (2004), Các toán hóa học chọn lọc THPT, NXB Giáo dục Nguyễn Duy Ái (2011), Định luật tuần hoàn hệ thống tuần hoàn nguyên tố hóa học, NXB Giáo dục Trịnh Văn Biều, Trang Thị Lân, Phạm Ngọc Thủy (2008), Tư liệu dạy học bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM Đề thi học sinh giỏi quốc gia chọn đội tuyển Quốc tế môn hóa học từ năm 1995 đến năm 2015 Cao Cự Giác (2005), Bài tập lý thuyết thực nghiệm, tập - Hóa học vô cơ, NXB Giáo dục Hội hóa học Việt Nam (2000, 2002), Olympic hóa học Việt Nam quốc tế tập I, II, III, IV, NXB Giáo dục Trần Quốc Sơn, Nguyễn Duy Ái (2003), Tài liệu giáo khoa chuyên hóa học 12, NXB Giáo dục Sách Hóa học Đại Cương, NXB SPHN NGƯỜI THỰC HIỆN Nguyễn Minh Tấn BM01b-CĐCN SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI Đơn vị ––––––––––– CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc –––––––––––––––––––––––– , ngày tháng năm PHIẾU ĐÁNH GIÁ, CHẤM ĐIỂM, XẾP LOẠI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: Phiếu đánh giá giám khảo thứ ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: Họ tên tác giả: Chức vụ: Đơn vị: Họ tên giám khảo 1: Chức vụ: Đơn vị: Số điện thoại giám khảo: * Nhận xét, đánh giá, cho điểm xếp loại sáng kiến kinh nghiệm: Tính Điểm: …………./6,0 Hiệu Điểm: …………./8,0 Khả áp dụng Điểm: …………./6,0 Nhận xét khác (nếu có): Tổng số điểm: /20 Xếp loại: Phiếu giám khảo đơn vị đánh giá, chấm điểm, xếp loại theo quy định Sở Giáo dục Đào tạo; ghi đầy đủ, rõ ràng thông tin, có ký tên xác nhận giám khảo đóng kèm vào sáng kiến kinh nghiệm liền trước Phiếu đánh giá, chấm điểm, xếp loại sáng kiến kinh nghiệm giám khảo GIÁM KHẢO (Ký tên, ghi rõ họ tên) BM01b-CĐCN SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI Đơn vị ––––––––––– CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc –––––––––––––––––––––––– , ngày tháng năm PHIẾU ĐÁNH GIÁ, CHẤM ĐIỂM, XẾP LOẠI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: Phiếu đánh giá giám khảo thứ hai ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: Họ tên tác giả: Chức vụ: Đơn vị: Họ tên giám khảo 2: Chức vụ: Đơn vị: Số điện thoại giám khảo: * Nhận xét, đánh giá, cho điểm xếp loại sáng kiến kinh nghiệm: Tính Điểm: …………./6,0 Hiệu Điểm: …………./8,0 Khả áp dụng Điểm: …………./6,0 Nhận xét khác (nếu có): Tổng số điểm: /20 Xếp loại: Phiếu giám khảo đơn vị đánh giá, chấm điểm, xếp loại theo quy định Sở Giáo dục Đào tạo; ghi đầy đủ, rõ ràng thông tin, có ký tên xác nhận giám khảo đóng kèm vào sáng kiến kinh nghiệm liền trước Phiếu nhận xét, đánh giá sáng kiến kinh nghiệm đơn vị GIÁM KHẢO (Ký tên, ghi rõ họ tên) BM04-NXĐGSKKN SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI Đơn vị ––––––––––– CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc –––––––––––––––––––––––– , ngày tháng năm PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: Họ tên tác giả: Chức vụ: Đơn vị: Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào ô tương ứng, ghi rõ tên môn lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học môn:  - Phương pháp giáo dục  - Lĩnh vực khác:  Sáng kiến kinh nghiệm triển khai áp dụng: Tại đơn vị  Trong Ngành  Tính (Đánh dấu X vào ô đây) - Đề giải pháp thay hoàn toàn mới, bảo đảm tính khoa học, đắn  - Đề giải pháp thay phần giải pháp có, bảo đảm tính khoa học, đắn  - Giải pháp gần áp dụng đơn vị khác chưa áp dụng đơn vị mình, tác giả tổ chức thực có hiệu cho đơn vị  Hiệu (Đánh dấu X vào ô đây) - Giải pháp thay hoàn toàn mới, thực toàn ngành có hiệu cao  - Giải pháp thay phần giải pháp có, thực toàn ngành có hiệu cao  - Giải pháp thay hoàn toàn mới, thực đơn vị có hiệu cao  - Giải pháp thay phần giải pháp có, thực đơn vị có hiệu  - Giải pháp gần áp dụng đơn vị khác chưa áp dụng đơn vị mình, tác giả tổ chức thực có hiệu cho đơn vị  Khả áp dụng (Đánh dấu X vào ô dòng đây) - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Trong Tổ/Phòng/Ban  Trong quan, đơn vị, sở GD&ĐT  Trong ngành  - Đưa giải pháp khuyến nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống: Trong Tổ/Phòng/Ban  Trong quan, đơn vị, sở GD&ĐT  Trong ngành  - Đã áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng: Trong Tổ/Phòng/Ban  Trong quan, đơn vị, sở GD&ĐT  Trong ngành  Xếp loại chung: Xuất sắc  Khá  Đạt  Không xếp loại  Cá nhân viết sáng kiến kinh nghiệm cam kết không chép tài liệu người khác chép lại nội dung sáng kiến kinh nghiệm cũ Tổ trưởng Thủ trưởng đơn vị xác nhận sáng kiến kinh nghiệm tổ chức thực đơn vị, Hội đồng khoa học, sáng kiến đơn vị xem xét, đánh giá, cho điểm, xếp loại theo quy định Phiếu đánh dấu X đầy đủ ô tương ứng, có ký tên xác nhận tác giả người có thẩm quyền, đóng dấu đơn vị đóng kèm vào cuối sáng kiến kinh nghiệm NGƯỜI THỰC HIỆN SKKN (Ký tên ghi rõ họ tên) XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN (Ký tên ghi rõ họ tên) THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên, ghi rõ họ tên đóng dấu đơn vị) ... 2014: MỘT SỐ BIỆN PHÁP HẠN CHẾ VÀ SỬA CHỮA SAI LẦM CỦA HỌC SINH KHI GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vấn đề lượng electron. .. dạy học hoá học trường THPT chuyên, chọn đề tài: “MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI” II CƠ SỞ LÝ LUẬN Sự vận dụng lí thuyết kiến tạo DH giúp HS nắm PP học. .. vấn đề quan trọng mà học sinh chuyên cần nắm vững Tuy nhiên, vấn đề tương đối phức tạp để hiểu rõ vấn đề chuyện dễ Mặt khác, đề thi học sinh giỏi tỉnh, Olympic 30/4 Quốc gia, Quốc tế thường đề