CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập

CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập CHUYÊN đề bồi DƯỠNG HSG hóa 10 (CHUYÊN hóa) lí THUYẾT cơ bản và NÂNG CAO, PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH các DẠNG bài tập

CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ I Thành phần cấu tạo nguyên tử Đặc tính hạt Vỏ nguyên tử electron (e) Điện tích (q) q e = −1, 602.10−19 C Khối lượng (m) Hạt nhân proton (p) q p = 1, 602.10 −19 C hay q e = − hay q p = + me = 9,1094.10−31 kg m p = 1, 6726.10−27 kg nơtron (n) qn = mn = 1, 6748.10−27 kg II Kích thước, khối lượng ngun tử Kích thước • Ngun tử xem khối cầu, đường kính độ 0,1mm = 1A = 10 −10 m Nguyên tử nhỏ H có bán kính khoảng 0,053 nm • Hạt nhân nguyên tử xem khối cầu, đường kính khoảng 10 −4 A • Đường kính hạt nhân ngun tử cịn nhỏ hơn, vào khoảng 10 −5 nm • Đường kính electron proton nhỏ nhiều (khoảng 10-8 nm) Electron chuyển động xung quanh hạt nhân không gian rỗng nguyên tử Khối lượng nguyên tử • Điện tích proton electron có trị số trị số tuyệt đối Nhưng khối lượng proton gấp 1836 lần khối lượng electron • Khối lượng nguyên tử tổng số khối lượng proton, nơtron electron: m NT = m p + m n + m e Nhưng khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton, nên ta xem khối lượng nguyên tử gần tổng số khối lượng proton nơtron III, Hạt nhân nguyên tử Điện tích hạt nhân Nếu hạt nhân có Z proton, điện tích hạt nhân Z+ số đơn vị điện tích hạt nhân Z Nguyên tử trung hoà điện nên số proton hạt nhân số electron nguyên tử Vậy: Số đơn vị điện tích hạt nhân = số proton = số electron Số khối A Bằng tổng số hạt proton (Z) số nơtron (N) A = Z+N N Chú ý: - Đối với nguyên tử có < Z ≤ 82 1≤ ≤1,5 (*) Z Biểu thức thường dùng để xác định Z, N A biết tổng số hạt nguyên tử (hoặc ion) + M → M n + ne - Đối với cation: Z M = Z Mn + ; N M = N M n +  A M = A M n+ ΣeM = Σe M n + + n - Đối với anion: X → X m − + me Z X = Z X m− ; N X = N X m −  AX = A Σe X = Σe X m − − m IV Nguyên tố hoá học Định nghĩa Trang Nguyên tố hố học tập hợp ngun tử có số điện tích hạt nhân Số hiệu nguyên tử Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố gọi số hiệu nguyên tử ngun tố Số hiệu ngun tử (kí hiệu Z) cho biết: - Số proton hạt nhân nguyên tử - Số electron nguyên tử Kí hiệu nguyên tử Nguyên tử nguyên tố X có số hiệu nguyên tử Z số khối A, kí hiệu ZA X V Đồng vị Định nghĩa Các đồng vị nguyên tố hoá học nguyên tử có số proton khác số nơtron, số khối A chúng khác Nguyên tử khối nguyên tử khối trung bình • Ngun tử khối ngun tử cho biết khối lượng nguyên tử nặng gấp lần đơn vị khối lượng nguyên tử • Hầu hết nguyên tố hoá học hỗn hợp nhiều đồng vị với tỉ lệ phần trăm số nguyên tử xác định, nên nguyên tử khối nguyên tố có nhiều đồng vị nguyên tử khối trung bình hỗn hợp đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị Giả sử nguyên tố A có hai đồng vị A1 A2 Gọi A nguyên tử khối trung bình, A1 nguyên tử khối đồng vị A1, x1 tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị A1; A2 nguyên tử khối đồng vị A2, x2 tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị A2 xA +x A Ta có: A = 1 2 100 n x i Ai x1A1 + x A +… + x n A n  i=1 Tổng quát: A = = 100 100 VI Vỏ nguyên tử Sự chuyển động electron nguyên tử Trong nguyên tử, electron chuyển động nhanh xung quanh hạt nhân không theo quỹ đạo xác định Vì chuyển động nhanh nên electron tạo thành quanh hạt nhân vùng không gian mang điện âm gọi electron hay obitan nguyên tử Obitan Obitan nguyên tử khu vực khơng gian xung quanh hạt nhân mà xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron khoảng 90% Obitan nguyên tử kí hiệu AO (Atomic Orbital) Hình dạng obitan nguyên tử Khi chuyển động nguyên tử, electron chiếm mức lượng khác đặc trưng cho trạng thái chuyển động Những electron chuyển động gần hạt nhân hơn, chiếm mức lượng thấp tức trạng thái bền hơn, electron chuyển động xa hạt nhân có lượng cao Dựa khác trạng thái electron nguyên tử, người ta phân loại thành obitan s, obitan p, obitan d obitan f Hinh dạng obitan s p biểu diễn hình sau: Trang Từ hình ảnh obitan nguyên tử, thấy: (Obitan s có dạng hình cầu, tâm hạt nhân nguyên tử Obitan p gồm obitan p, p p, có dạng hình số tám Mỗi obitan có định hướng khác khơng gian (Obitan d, f có hình dạng phức tạp Lớp phân lớp electron a) Lớp electron Trong nguyên tử, electron xếp thành lớp, lớp xếp từ gần hạt nhân Các electron lớp có lượng gần Những electron lớp liên kết với hạt nhân bền chặt electron lớp ngồi Do đó, lượng electron lớp thấp lượng electron lớp ngồi Vì vậy, lượng electron chủ yếu phụ thuộc vào số thứ tự lớp Thứ tự lớp electron ghi số nguyên n= 1, 2, 3, n Tên lớp K L M N O P Q Theo trình tự xếp trên, lớp K (n=1) lớp gần hạt nhân Năng lượng clectron lớp thấp Sự liên kết electron lớp với hạt nhân bền chặt nhất, electron lớp ứng với n lớn có lượng cao Số electron tối đa lớp xác địng công thức 2n2 với ≤ n ≤ (n số thứ tự lớp) Vậy: Lớp K (n = 1) có tối đa 2e Lớp L (n = 2) có tối đa 8e Lớp M (n = 3) có tối đa 16e Lớp N (n = 4) có tối đa 32e Các lớp O, P, Q tối đa 32e b) Phân lớp electron Mỗi lớp electron phân chia thành phân lớp kí hiệu chữ viết thường: s, p, d, f Các electron phân lớp có lượng Lớp thứ n có n phân lớp (1 ≤ n ≤ 4) Các lớp có n ≥ có phân lớp Electron phân lớp gọi tên theo phân lớp Số electron tối đa phân lớp sau: * Phân lớp s có tối đa 2e, kí hiệu s2 * Phân lớp p có tối đa 2e, kí hiệu p6 * Phân lớp d có tối đa 2e, kí hiệu d10 * Phân lớp f có tối đa 2e, kí hiệu f14 Các phân lớp: s2, p6, d10 f14 có đủ số electron tối đa gọi phân lớp bão hồ Cịn phân lớp chưa đủ số electron tối đa gọi phân lớp chưa bão hồ Thí dụ phân lớp s1, p3, d7, f12, VI Năng lượng electron nguyên tử cấu hình electron nguyên tử Năng lượng electron nguyên tử a) Mức lượng obitan nguyên tử Trong nguyên tử, electron obitan có lượng xác định Người ta gọi mức lượng mức lượng obitan nguyên tử (mức lượng AO) Các electron obitan khác phân lớp có lượng Thí dụ: Ứng với n = 2, ta có hai phân lớp 2s 2p Phân lớp 2s có obitan 2s, cịn phân lớp 2p có obitan: 2px, Trang 2py, 2pz, Các electron obitan p phân lớp có định hướng khơng gian khác nhau, chúng có mức lượng AO b) Trật tự mức lượng obitan nguyên tử Thực nghiệm lí thuyết cho thấy số hiệu nguyên tử Z tăng, mức lượng AO tăng dần theo trình tự sau: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 6f 7d 7f Từ trình tự mức lượng AO cho thấy điện tích hạt nhân tăng có chèn mức lượng, mức 4s trở nên thấp 3d, mức 5s thấp 4d, 6s thấp 4f, 5d, Các nguyên lí qui tắc phân bố electron nguyên tử a) Ngun Li Pau-li • Ơ lượng tử Để biểu diễn obitan nguyên tử cách đơn giản, người ta dùng ô vuông nhỏ, gọi ô lượng tử Một lượng tử ứng với AO • Ngun lí Pau-li Trên obitan có nhiều hai electron hai electron chuyển động tự quay khác chiều xung quanh trục riêng electron Thí dụ: Phù hợp nguyên lí Pau - li Khơng phù hợp ngun lí Pau - li Trong obitan có electron, electron gọi electron ghép đơi Khi obitan có electron electron gọi electron độc thân b) Nguyên lí vững bền Ở trạng thái bản, nguyên tử electron chiếm obitan có mức lượng từ thấp đến cao Thí dụ: Nguyên tử hiđro (Z = 1) có electron, electron chiếm obitan 1s (AO-1s) có mức lượng thấp Do biểu diễn phân bố electron nguyên tử hiđro là: H(Z= 1): 1s1 Nguyên tử heli (Z = 2) có electron Theo nguyên lí Pau-li, hai electron chiếm obitan 1s có mức lượng thấp Bởi phân bố electron obitan heli là: He (Z = 2): 1s Nguyên tử liti (Z = 3) có electron, electron trước chiếm obitan 1s bão hồ, electron cịn lại chiếm obitan 2s có mức lượng cao Do phân bố electron obitan liti là: Li (Z = 3): 1s c) Quy tắc Hun Trong phân lớp, electron phân bố obitan cho số electron độc thân tối đa electron phải có chiều tự quay giống Thí dụ: Trang Phù hợp quy tắc Hun Khơng phù hợp quy tắc Hun P4 Cấu hình electron nguyên tử a) Cấu hình electron nguyên tử Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn phân bố electron phân lớp thuộc lớp khác Quy trước cách viết cấu hình electron nguyên tử: - Số thứ tự lớp electron viết chữ số (1, 2, 3, ) - Phân lớp kí hiệu chữ thường (s, p, d, f) - Số clectron ghi số phía trên, bên phải phân lớp Cách viết cấu hình electron nguyên tử - Xác định số electron nguyên tử - Các electron phân bổ theo thứ tự tăng dân mức lượng AO, theo nguyên lí quy tắc phân bố electron nguyên tử (đối với ngun tử khơng có phân lớp d f thứ tự tăng dần mức trùng với cấu hình electron) - Viết cấu hình electron theo thứ tự phân lớp lớp theo thứ tự lớp electron Thí dụ: • Mg (Z = 12) Thứ tự tăng dần mức lượng cấu hình electron 1s 2s 2p6 3s • Mn (Z = 25): Do chèn mức lượng, electron phân bố sau: 1s 2s 2p6 3s 3p6 4s 3d Sau phải xếp phân lớp theo lớp  Cấu hình electron 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d 4s viết gọn [Ar] 3d 4s [Ar] cấu hình electron nguyên tử nguyên tố agon, khí gần đứng trước Mn Chú ý: Cần hiểu electron lớp ngồi theo cấu hình electron khơng phải theo thứ tự tăng dần mức lượng Đối với số nguyên tố nhóm phụ (nhóm B), phân lớp sát lớp ngồi có electron electron thường xảy tượng "bán bão hòa gấp" "bão hòa gấp" Tức electron phân lớp ns chuyển vào phân lớp (n - 1)d để làm bền phân lớp Bán bão hoà gấp Bão hồ gấp Thí dụ: Cr (Z = 24): 1s 2s 2 p 3s p 3d 4s Trang Thực tế: 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d 4s1 (do tượng "bán bão hòa gấp") Cu (Z = 29): 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d9 4s Thực tế: 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s1 (do tượng "bão hòa gấp") Cấu hình electron cịn mở rộng cho ion, để viết cấu hình electron ion, ta phải xuất từ cấu hình electron nguyên tử, cách bớt (cation) nhận vào (anion) số electron dùng điện tích ion Thí dụ: Cl (Z = 17) 1s 2s 2p6 3s 3p5  Cl− :1s 2s 2p6 3s 3p6 Fe (Z = 26) 1s 2s 2p6 3s 3p6 4s  Fe3+ : 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d5 b) Đặc điểm lớp electron Các electron lớp định tính chất hố học ngun tố - Đối với nguyên tử nguyên tố, số electron lớp tối đa Các ngun tử có electron lớp ngồi bền vững, chúng không tham gia vào phản ứng hố học Đó khí (trừ He có số electron lớp ngồi 2) - Các nguyên tử có 1, 2, electron lớp nguyên tử kim loại (trừ 11, He B) - Các nguyên tử có 5, 6, electron lớp thường nguyên tử phi kim VII Các số lượng tử Người ta dùng số lượng tử: n, 1, m, s để đặc trưng cho trạng thái electron nguyên tử Số lượng tử (n) - Có giá trị nguyên dương, quy định mức lượng electron kích thước obitan Nếu n có giá trị nhỏ electron liên kết với hạt nhân mạnh ngược lại - Năng lượng electron xác định theo phương pháp gần Slater: • Nguyên tử ion có electron: Z2 (eV) n2 Với Z điện tích hạt nhân hay số hiệu nguyên tử Chú ý leV = 1,6022.10-19 J n số lượng tử Thí dụ: Tính lượng clectron nguyên tử H theo phương pháp Slater E = -13,6 12 = -13,6 eV 12 • Nguyên tử ion có nhiều electron: - Trong nguyên tử ion có nhiều electron electron lớp vỏ chịu tương tác hạt nhân electron khác Electron cần xét bị hạt nhân hút electron lại đây, dẫn đến liên kết electron với hạt nhân giảm - Năng lượng electron xác định công thức gần Slater: H (Z = 1): 1s' → Els = -13.6 Z*2 (eV) n*2 Trong đó: Z* điện tích hạt nhân hiệu dụng Z* = Z - A Với A số chắn: A = Σb j E := −13.6 n* số lượng tử hiệu dụng n n* 3 3,7 6…… 4,2… Hằng số chắn A xác định bảng sau: Trang Các ej gây ảnh Các ej gây ảnh Các ej lớp n xét Các ej gây ảnh hưởng lớp hưởng lớp hưởng lớp (n-2), (n-3), (n-1) (n+1), (n+2),… s,p d f … 1,0 0,85 0,35 0 Giá 1,0 1,0 1,0 0,35 0 trị 1,0 1,0 1,0 1,0 0,35 Riêng AO1s b = 0,3 Thí dụ: Áp dụng phương pháp gần Slater, tính lượng electron trường hợp sau: a) He (Z = 2) b) N (Z = 7) c) Fe (Z = 26) Giải a) He (Z = 2): 1s => b = 1.0,3 = 0,3 ; Z* = - 0,3 = 1,7 Z*2 1, = − 13.6 ⋅ = −39,304(eV) n*2 12 b) N (Z = 7): 1s 2s 2p3  E1s = −13,6 ⋅ Ta có: - Đối với electron 1s: b = 0,3 => Z* = - 0,3 = 6,7 Z *2 6, = − 13, ⋅ = −610,504(eV) n*2 12 - Đối với electron 2s 2p: b = 2.0,85 + 4.0,35 = 3,15  Z* = - 3,1 = 3,9 => E1s = -13.6 Z*2 3.92 = −13, ⋅ = −51.714(eV) *2 n 2 6 c) Fe (Z = 26): 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s  E 2s = E 2p = −13.6 Ta có: - Đối với electron 1s: b = 0,3 => Z* = 26 - 0,3 = 25,7 Z*2 25.7 = − 13.6 = −8982, 664(cV) n*2 12 - Đối với electron 2s 2p: b = 2.0,85 + 7.0,35 = 4,15 => Z* = 26 - 4,15 = 21,85  E1s = −13.6 ⋅ Z*2 21,852 = − 13,6 = −1623, 2365(eV) n *2 22 - Đối với electron 3s 3p: b = 2.1,0 + 8.0,85 + 7.0,35 = 11,25  Z* = 26 -11,25 = 14,75  E s = E 2p = −13, Z*2 14, 752 = − 13, = −328,761(eV) n*2 32 - Đối với electron 3d: b = 18.1,0 + 5.0,35 = 19,75 47* = 26 - 19,75 = 6,25  E3 s = E p = −13, Z*2 6, 252 = − 13.6 = −59, 02(eV) n*2 32 - Đối với electron 4s: b = 10.1,0 + 14.0,85 + 1.0,35 = 22,25  Z* = 26 - 22,25 = 3,75  E 3d = −13.6 Z*2 3, 752 = − 13,6 = −11,95(eV) n*2 42 Số lượng tử phạt - Trong lớp, l có giá trị từ đến (n - 1) Như vậy, ứng với giá trị n có n giá trị l l  E 4s = −13,6 Trang Kí hiệu s p d f g h - Giá trị l cho biết: + Hình dạng AO (sự định hướng AO khơng gian) Thí dụ: l = => Khơng có định hướng khơng gia (ứng với AOs) l = => Có định hướng không gian (ứng với AOp) l=2 => Có định hướng khơng gian (ứng với AOd) + Giá trị lượng electron phân lớp + Nguyên tố thuộc khối nguyên tố Nếu electron cuối (điền theo mức lượng AO) có l = (khối ngyên tố s); l = (khối nguyên tố p); l = (khối nguyên tố d); l= (khối nguyên tố f) Số lượng tử từ m (hoặc ml) - Trong phân lớp m nhận giá trị từ -l đến +l Như vậy, ứng với giá trị l có 2l + giá trị m - Mỗi giá trị m ứng với obitan: + l = => m =  Có AOs + l = => m có giá trị -1 ; ; +1 => Có AOp +l = => m có giá trị -2 ; -1 ; ; +1; +2 => Có AOd +1 = = m có giá trị -3; -2 ; -1 ; ; +1, +2, +3 => AOf Số lượng tử spin S (hoặc ms ) Cho biết chiều tự quay electron (có thể xem spin tự quay electron xung quanh trục tưởng tượng) + Nếu electron chuyển động theo chiều dương (theo chiều kim đồng hồ) S = +1/2 + Nếu electron chuyển động theo chiều âm (ngược chiều kim đồng hồ) S = -1/2 Như số lượng tử spin có hai giá trị: -1/2 +1/2 VIII Phản ứng hạt nhân Năng lượng liên kết a) Lực hạt nhân Lực tương tác nuclôn (p, n) hạt nhân lực hút gọi lực hạt nhân, có tác dụng liên kết nuclơn với b) Độ hụt khối lượng liên kết *) Độ hụt khối: - Các phép đo xác chứng tỏ khối lượng m hạt nhân ZA X nhỏ khối lượng ∆m so với nuclơn tạo thành hạt nhân ∆m =  Z m p + ( A − Z ).mn  − m ∆m gọi độ hụt khối hạt nhân ZA X *) Năng lượng liên kết - Theo "Thuyết tương đối" Anhxtanh, nuclôn ban đầu có lượng: Trang E =  Z.m p + (A − Z).m n  c c: vận tốc ánh sáng chân không (c= 3.108 m/s) Còn hạt nhân tạo thành từ chúng có lượng E = m.c2 Vì lượng tồn phần bảo tồn nên có lượng: ∆E = E0 - E = ∆m.c2 toả nuclôn kết hợp thành hạt nhân ZA X Ngược lại, muốn tách hạt nhân ZA X thành nuclôn riêng rẽ phải tiêu tốn lượng ∆E để thắng lực tương tác với chúng ∆E lớn lực liên kết nuclơn mạnh Vì vậy, đại lượng ∆E = ∆m.c2 gọi lượng liên kết nuclôn hạt nhân ZA X , gọn lượng liên kết Các tia phóng xạ a) Các loại tia phóng xạ Có loại tia phóng xạ phổ biến: - Phóng xạ α (hay phân rã α) - Phóng xạ β (hay phân rã β) - Phóng xạ γ b) Bản chất tia phóng xạ *) Tia α : Chính chùm hạt 24 HE phóng từ hạt nhân với vận tốc 2.107 m/s *) Tia β: Có hai loại: tia β- (phổ biến) chùm hạt electron (kí hiệu hơn) pozitron, hay electron dương (kí hiệu +1 −1 e hay e-) tia β+ (hiếm e hay e+) có khối lượng electron mang điện dương *) Tia γ: Là sóng điện từ, có bước sóng ngắn, nhỏ 10-11 m hạt phốtơn có lượng cao Định luật phóng xạ độ phóng xạ a) Định luật phóng xạ Giả sử thời điểm xác định đó, chon t = 0, khối lượng chất phóng xạ m0 số hạt nhân Ng, q trình phóng xạ, số hạt nhân giảm theo thời gian, thực nghiệm chứng tỏ sau khoảng thời gian xác định T 1/2 số hạt nhân có bị phân rã thành hạt nhân khác T gọi chu kì bán rã  Sau T, 2T, 3T, , KT (K ∈ N*) số hạt nhân (số nguyên tử) N chưa bị phân rã t − N0 N0 N0 N0 N ; ; ; , …  Nt = t0 = N 0.2 T (1) 16 2T Trong đó: N: Số hạt nhân cịn lại sau thời gian t phân rã N0: Số hạt nhân ban đầu T: Chu kì bán rã t: Thời gian phân rã − t T − ln t T − 0,693t T =e =e = e − kt ln 0, 693 0, 693 Với k = = = số phóng xạ T T t1/2 Ta có: (1)  N t = N ⋅ e − kt (2) Các biểu thức (1) (2) biểu thị định luật phóng xạ b) Độ phóng xạ Để đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu chất, người ta dùng đại lượng gọi độ phóng xạ, xác định số phân rã giây, kí hiệu H Trang ∆N = λ N e − kt = λ N hay : H = H e − kt ∆t Ở H0 = kN0 gọi độ phóng xạ ban đầu (t = 0) Đơn vị: Becoren, kí hiệu Bq: 1Bq = phân rã/giây Thực tế, người ta dùng đơn vị Curi (Ci): 1Ci = 3,7.1010 Bq Phản ứng hạt nhân a) Khái niệm Là phản ứng làm thay đổi hạt nhân nguyên tố thành hạt nhân nguyên tố khác, đồng thời giải H=− phóng lượng lớn kèm theo số hạt khác như: 10 n,0−1 e,0+1 e,24 He,… Phản ứng hạt nhân thường chia làm hai loại: * Phản ứng tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt khác A B + C (hạt nhân mẹ) (hạt nhân con) (hạt a B) Thí dụ: 210 84 206 Po →82 Pb + α ( He ) * Phản ứng hạt nhân tương tác với dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác A+B C +D Trong đó: A, B hạt tương tác C, D hạt sản phẩm b) Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân * Định luật bảo toàn số khối A: Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn hạt tương tác tổng số nuclôn hạt sản phẩm * Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích hạt tương tác tổng đại số điện tích hạt sản phẩm Bảo tồn điện tích bảo toàn số Z * Định luật bảo toàn lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ): Tống lượng toàn phần hạt tương tác tổng lượng toàn phần hạt sản phẩm Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân khơng có định luật bảo tồn khối lượng c) Năng lượng phản ứng hạt nhân Trong phản ứng hạt nhân, lượng bị hấp thụ toả lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ) bảo toàn Xét phản ứng hạt nhân: A + B C + D Tổng số nuclơn phản ứng bảo tồn hạt nhân A, B, C, D có độ hụt khối khác nên tổng khối lượng nghỉ: m0 = mA + mB hạt nhân A B không tổng lượng nghỉ m0 = mC + mD hạt sinh C D Có thể xảy hai trường hợp sau: * m < m0: Phản ứng toả lượng ∆E = ( m0 − m ) c2 Năng lượng dạng động hạt C D lượng hạt γ * m > m0: Phản ứng thu lượng ∆E = ( m − m0 ) c d) Hai loại phản ứng hạt nhân toả lượng * Phản ứng nhiệt hạch: Hai hạt nhân nhẹ (A < 10) H, He, hợp lại thành hạt nhân Thí dụ: 1 H +1 H → He + n Toả lượng khoảng 18 MeV * Phản ứng phân hạch: Là phản ứng mà hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhę A A1 A1 Z → Z1 X1 + Z X +… Trang 10 41.225 O + 4H + + 4e 2H O K = 10 0.059 4H + + 4OH − 4H O 4OH − O + 2H O + 4e  E 0O − /OH  EO ,H + = (10−14 ) K ′ = K1Kw 56.0, 059   = 1, 225 −  = 0, 399V   O + 4H + + 4e c) (Kw ) 2H O 0, 059 lg PO2 − 0, 059pH 0, 059 = 1, 225 + lg PO2 − 0, 059pH O + 2H O + 4e 4OH − /H O = E 0O ,H + / H2O + 0, 059 lg PO2 + 0, 059(14 − pH) a) Các cặp oxi hoá khử Cr2 O72 − , H + / Cr 3+ , H O E = 1,33V  EO /OH − Cr 3+ / Cr + = E 0O /OH − + E = −0, 40V Cr + / Cr E = −0,91V Do dung dịch đồng thời có mặt Cr2 O72 − , Cr 3+ , Cr 2+ (trong mơi trường axit oxi hoá mạnh ion Cr2O3-, chất khử mạnh ion Cr*) Do phản ứng tự phát Cr2 O72 − + 6Cr 2+ + 14H + → 8Cr 3+ + 7H O Như điều kiện cho: ion Cr3+ ion bền - Nếu bình phản ứng có chứa đồng thời ion Cr + , Cr 3+ (tan dung dịch) với Cr (rắn) chất oxi hố mạnh Cr3+ Do có phản ứng xảy ra: Cr 3+ + Cr → 2Cr + Vậy điều kiện cho ion Cr2+ ion bền b) Ta xét cặp oxi hoá - khử sau giản đồ oxi hoá - khử Mn: E 0MnO− /MnO2− = +0, 56V ; EMnO = +2, 26V 2− ,H + / MnO ,H O 4 2 2− Ta thấy: MnO vừa chất oxi hoá mạnh nhất, vừa chất khử mạnh nên phản ứng tự phát xảy là: 3MnO 24− + 4H + → MnO + 2MnO −4 + 2H O Như ion MnO 24− trạng thái oxi hoá bền so với MnO MnO −4 Khi giữ lâu dung dịch nước mơi trường axit ion MnO 24 − tự chuyển thành dạng bền MnO MnO −4 Từ ví dụ ta thấy: Trong giản đồ oxi hoá khứ ngun tố, trạng thái oxi hố khử phía trước âm phía sau dạng bền, tự biến đổi thành hai trạng thái oxi hoá - khử Nếu trạng thái oxi hoá oxi hố phía trước (bên trái) dương oxi hố phía sau trạng thái oxi hố bền hai trạng thái oxi hố liên tiếp phía trước phía sau Theo nhận xét HIO dạng bền MnO −4 , Mn 3+ dạng bền Do môi trường axit nên Mn tồn (do E 02H + / II > E 0Mn 2+ / Mn ) Như ta viết lại giản đồ oxi hoá khử I Mn sau: +1,70V +1,20V +0,54V H IO −6  → IO3−  → I 3−  →I− Trang 30 +1,70V +1,23V MnO 4−  → MnO  → Mn + a) Do sau phản ứng I- dư nên tồn H IO 6− , IO3− (vì EH0 IO − / IO − E 0IO− / I − lớn E 0I − / I − nên − 6 3 3 - − H IO IO oxi hố dược I ) Khơng thể tồn MnO 24 − MnO2 chúng oxi hố I- thành I 3− Do MnO −4 , bị khử thành Mn2+ I- bị oxi hoá thành I 3− Phản ứng xảy là: 2MnO 4− + 15I − + 16H + → 5I3− + 2Mn 2+ + 8H O b) Phản ứng MnO −4 dư khơng thể tồn Mn2+ MnO −4 oxi hố Mn2+ thành MnO2 − Mặt khác MnO −4 dư I- I 3− tồn (do E 0MnO− / MnO > E 0I− /I− EIO − − nên MnO có /I - 3 − thể oxi hoá I I ) Vậy phản ứng xảy là: 2MnO −4 + I − + 2H + → 2MnO + IO3− + H O Tuy nhiên có lượng nhỏ H IO6− sinh E 0MnO− /MnO = E 0H IO− /IO− = +1, 70V − 4 − + 8MnO + 3I + 8H → 8MnO + 3H IO −6 a) Pin Loclangse: (anot) Zn NH +4 , Zn 2+ , H O MnO (catot) Khi pin hoạt động: NH +4 NH + H + Tại catốt: MnO + H + + e → MnO(OH) 2+ Tại anốt: Zn + 2NH → Zn ( NH )2 + 2e Phản ứng chung: 2+ 2MnO + Zn + 2NH 4+ → 2MnO(OH) + Zn ( NH )2 b) Ắc qui chì: (anot) Pb H 2SO 40% Pb, PbO (catot) H 2SO → H + + HSO 4− Tại anốt: Pb → Pb + + 2e Tại catốt: PbO + 2e + 4H + → Pb + + 2H O Cả hai cực: Pb 2+ + HSO −4 → PbSO + H + Phản ứng chung: PbO + Pb + 2H 2SO → 2PbSO + 2H O c) Pin kiềm khô: (anot) Zn | MnO2 (bột nhão), OH- | C (graphit) (catot) Hoạt động tương tự pin Loclangse d) Pin Vonta Zn H + Cu Khi pin hoạt động: Tại catôt: 2H + + 2e → H Tai anốt: Zn → Zn + + 2e Zn + 2H + → Zn 2+ + H 10 a) Ta có: Ephải = E Ag + / Ag = E 0Ag + /Ag + 0, 059 lg C Ag + = 0,8 + 0, 059 lg 0,1 = 0, 741V Etrái = E Cu 2+ / Cu = E Cu + 2+ /Cu 0, 059 0, 059 lg CCu 2+ = 0,34 + lg 0, 01 = 0, 281V 2 Trang 31 Epin = E p − Et = 0, 741 − 0, 281 = 0, 460V 11 a) Tế bào điện hố thường dùng: (Anơt) Ag, AgCl | KCl | AgNO3 Ag (Catôt) Tại anot: Ag + Cl − → AgCl + 1e Tại catốt: Ag + + e → Ag b) Ag + + Cl− → AgCl  K s = (1, 6.10−10 ) = 6, 25.109 −1 ∆G 0298 = −RTlnK S = −8, 314.298ln6, 25.109 = −55,89KJ Mặt khác: ∆G 0298 = −nFE 0298  E 0298 = 55890 = 0,58V 1.96500 12 a) Ta có sơ đồ pin dùng CaCO3 , Ca(Hg) Na CO3 Na 2SO CaSO , Ca(Hg) Khi pin hoạt động: Tại catôt: CaSO + Hg + 2e → Ca(Hg) + SO 42 − Tại anốt: Ca(Hg) + CO32 − → CaCO3 + Hg + 2e Phản ứng chung: CaSO (r) + CO32 − (aq) → CaCO3 (r) + SO 24− (aq) b) Ta có: K C = SO 24− 2−  CO  = K S( CaSO4 ) K S( CaCO3 ) = 7, 241.103  ∆G 0298 = −RTInK S = -nFE0phản ứng  E0phản ứng = 0,114V CO32− 0, 059 c) Epin = E pin + lg = 0,1935V SO 24−  ∣ 13 a) Do E 0O ,H + /H O = +1, 21V < EMnO = +1,51V < EH0 2O2 /H 2O = 1, 77V − / Mn 2+ - Phản ứng xảy dung dịch là: H 2SO → HSO 4− + H + 2MnO 4− + 5H O + 8H + → 2Mn + + 5O + 8H O K = 1011 >> C0 : 0, 015 0, 085 0,80 ∆C : −0, 034 −0, 085 −0, 012 0, 034 0,085 C: 0,116 0, 698 0, 034 0, 085 Vậy thành phần giới hạn: MnO 4− : 0,116M; H + : 0, 698M; O : 2.10 −3 M (Do phần bay khỏi dung dịch); Mn 2+ : 0, 034M; HSO −4 : 0,80M Xét cân bằng: HSO −4 H + + SO 24 − K = 10−2 [ ] : 0,8 − x 0, 698 + x  x (0,698 + x) x = 10−2  x = 0,011M   H +  = 0,709 M 0,8 − x  E MnO /Mn 2+ =E MnO / Mn 2+ + 0, 059 [ MnO ]  H  + lg  Mn +  Trang 32 0, 059 0,116 ⋅ (0, 698)8 lg = +1,502V 0, 034 So với điện cực calomen bão hoà: E = 1,502 - 0,244 = 1,258 V = 1,51 + 14 a) −4.0 ,23 N + 5H + + 4e N H5 + H + N H 5+ ; K1 = 10 0,059 −1 N H 62+ ; K = K a1 = 100.27 N + 6H + + 4e  E 0N 2+ / N2 H6 = −0, 23 + N H 62 + ; K = K1K 0, 059 0, 27 = −0, 226V −4.0 ,23 N + 5H + + 4e N H 5+ N H 5+ ; K1 = 10 0,059 N 2H + H+ N + 5H + + 4e  E 0N / N H = −0, 23 − ; K = K a = 10 −7,94 N H + H + ; K = K1K 0, 059 ⋅ (−7,94) = −0,113V b) •pH =   H +  = 1M [ N 2H ] = 2+  N H  K a1 K a +  H  = 10−8.21 > 0,01 → 0,01 Thành phần giới hạn dung dịch X gồm AgSCN, SCN- dư: 0,03 M, NO3−  Sơ đồ pin: Ag, AgI, PbI HNO3 0,1M KNO3 0,01M, KSCN0,03M AgSCN, Ag b) Tính suất điện động: Trang 34 • Với điện cực bên trái: AgI Ag + + I− ; K s1 = 10−16 PbI (1) Pb + + 2I − ; K s2 = 10−7.86 (2) Do K s2 >>K sl  I− chủ yếu cân (2) sinh 10−7,86 = 3, 022.10−3 M  Giả thiết I hoàn toàn PSI2 sinh chấp nhận   I −  = ⋅ Et = E Ag + 0, 0592 lg  Ag +  = 0, 001V + / Ag Tại dung dịch X: AgSCN Ag + + SCN − S  S(S + 0, 03) = 10 ; K s = 10−12 S+0,03 −12 Giả sử S (0,001 + x) 10−3 = 9, 483.10 −16 M K b(2) nên cân (1) định pH dung dịch: S2 − + H O Cân bằng: (0,01 -x) HS− + OH − ; K = 10−1.1 x x x = 10−1,1  x + 0, 0794 x − 10−3,1 = 0, 01 − x  x = 8, 98.10−3  OH −  = 8, 98.10−3  pH = 11,95 b) Pb 2+ + S2 → PbS ↓; K s−1 = 10 26 0,09 ← 0,01 0,08 Pb 2+ + SO 24− → PbSO ↓ ; K s−1 = 107.8 0,08 ← 0,05 0,03 Pb 2+ +2I → PbI K s−1 = 107.6 0, 03 0, 06 Thành phần hỗn hợp: Kết tủa A : PbS, PbSO4 , PbI2 Dung dịch B chứa: K + 0, 06M; Na + 0,12M Ngồi cịn có ion Pb, SO2so kết tủa tan Độ tan kết tủa: PbI : S = 10−7.6 = 10−2.7 M PbSO : S = 10−7.8 = 10−3.9 M; PbS : S = 10−26 = 10 −13 M Bởi độ tan PbI lớn nên cân chủ yếu dung dịch cân tan PbI PbI ↓ Pb + + 2I− ; Ks Do  Pb +  = 10−2.7 = 2.10−3 M  I −  = 4.10−3 M 10−7.8 SO 24  = = 5.10−5.8 = 7,9.10−6 M K1 nên cân định pH dung dịch b) α) Dung dịch B: Thêm KI: CAg + = 0, 025M;CPb2+ = 0, 050M;C I = 0,125M;C H = 0, 01M Ag + + I − → AgI ↓ 0,025 0,125 0,10 2+ Pb + 2I− → PbI2 ↓ Trong dung dịch có đồng thời hai kết tủa AgI PbI2 AgI ↓ Ag + + I − ; K s1 = 10−16 (3) PbI ↓ Pb 2+ + 2I− : K s2 = 10−7.86 (4) Trang 40 K s1 E 04 = 0,54V ( E40 nhỏ nhất) nên xảy phản ứng: 2x ∣MnO 4− + 8H + + 5e 5x | 2I − Mn + + 4H O I ( r ) + 2e 2MnO −4 + 10I− + 16H + → 2Mn 2+ + 5I (r) + 8H O K = 10163 C0: 0,24 0,4 ∆C: -0,04.2 -0,04.10 0,04.2 0,04.5 C: 0,16 0,08 0,2 − − MnO dư oxi hố tiếp I2 thành IO3 EMnO = 1,51V > E 02 = 1,19V / Mn 2+ = 1x ∣I (r) + 6H O − + 2IO + 12H + 10e x ∣MnO4 + H + + 5e Mn 2+ + H 2O Trang 42 I (r) + 2MnO + 4H + 2IO3− + 2Mn 2+ + 2H O K = 1054,23 C0: 0,2 0,16 ∆C: -0,08 0,16 0,16 0,16 C: 0,12 Thành phần hỗn hợp sau phản ứng: IO3− 0,16M; Mn 2+ 0, 24M; I2 ( H O ) 5.10−4 M; I (r)0,12M; pH = β) Trong hỗn hợp có cặp IO3− / I2 (r) nên: 12 0, 059 0, 059 lg(0,16)2 = 1,18V lg  IO3−   H +  = 1,19 + 10 10 E so với điện cực calomen bão hoà: 1,18 - 0,244 = 0,936 V 0 23 a) Tính EMnO EMnO / MnO 2− H O / MnO2 E = E 02 + 4 5.1,51 MnO 4− + 8H + + 5e Mn 2+ + 4H O ; K1 = 10 0,059 −2.1,23 Mn 2+ + 2I 2O MnO + 4H + + 2e ; K 2−1 = 10 0,059 H + + OH − 4x ∣H 2O K W = 10−14 E0 MnO4 / MnO42− − MnO + 2H 2O + 3e MnO + 4OH H + / Mn 2+ K = 10 0,059 5.1,51 − 2.1, 23 − 2.2, 26 = 0,57V > E 0MnO4 H O/ MnO2 > E 0MnO / MnO  K = K1K ′2 K ′4  E 0MnO b) Ta thấy: E 0MnO − = 2− / MnO4 4 −  Khả oxi hóa MnO mạnh môi trường axit yếu môi trường kiềm, vì: E MnO H + / Mn 2+ =E MnO H + / Mn 2+ − + 0, 059  MnO   H  + lg  Mn 2+  Do đó, pH tăng, [H+] giảm, tính oxi hóa MnO −4 giảm c) Các phản ứng minh họa khả oxi hóa MnO −4 phụ thuộc vào pH môi trường: 5Fe2 + + MnO −4 + 8H + → 5Fe3+ + Mn 2+ + 4H O t 2MnO −4 + 3Mn 2+ + 2H O  → 5MnO ↓ +4H + 2MnO 4− + SO32 − + 2OH − → 2MnO 24 − + SO 24 − + H O 24 a) ΘZn Zn ( NO3 ) 0,1M‖ AgNO3O,1M Ag ⊕ b) Tại cực âm (anit): Zn → Zn 2+ + 2e Tại cực dương (catôt): Ag + + e → Ag Phản ứng xảy pin: Zn + 2Ag + → Zn 2+ + 2Ag ↓ c) Áp dụng phương trình Nernst cho hai điện cực: 0, 059 0, 059 E Zn 2+ / Zn = E 0Zn 2+ / Zn + lg CZn2+ = −0, 76 + lg 0,1 = −0, 7895V 2 Trang 43 0, 059 0, 059 lg C Ag + = 0,80 + lg 0,1 = 0, 741V 1 = E Ag + /Ag − EZn2+ / Z n = 0, 741 − (−0, 7895) = 1,53V E Ag+ / Ag = E 0Ag+ / Ag +  E pin d) Khi pin hết điện tức là: E = ( 0  Ag +  EZn2+ / Zn − E Ag + / Ag  lg 0, 059  Zn 2+  ) = −52,88  [ A g +   Zn 2+  = 10 −52,88 Zn + 2Ag + → Zn 2+ + 2Ag ↓ C: []: 0,1 0,1 (0,1-2x) (0,1+x)  Ag +  (0,1 − 2x)  = = 10 −52.88  0,1 − 2x ≈  x = 0, 05M 0,1 + x  Zn 2+  Vậy  Zn 2+  = 0,1 + 0, 05 = 0,15M 10 −52.88 = 9,37.10−27 M 0,15  Ag +  = 25 Cu + Br2 Cu 2+ + 2Br −  E0phản ứng = E 0Br /2Br − − E Cu = 1, 09 − 0,34 = 0, 75V 2+ / Cu  lg K = nE 2.0, 75 = = 25  K = 1025 0, 059 0, 059 Trang 44 ... 3, 7 .101 0 Bq dt Trong N số nguyên tử Ra, k = ln 3, 7 .101 0 N= ⋅ t1/ t1/2 0, 693 t1/2 = 1590.365.24.60.60 = 5, 014 .101 0 giây 226N 226.3, 7 .101 0.5, 014 .101 0 = = gam 6,022 .102 3 0.693.6, 022 .102 3... CaO Ca ( OH ) mạnh Al2 O3 Al(OH)3 tương ứng B PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH CÁC DẠNG BÀI TẬP DẠNG 1: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ NGUN TỐ HĨA HỌC TRONG BẢNG TUẦN HỒN VÀ TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA CHÚNG KHI BIẾT ĐIỆN TÍCH... tồn thể người Trang 32 CHUYÊN ĐỀ BẢNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HỐ HỌC VÀ ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN I CẤU TẠO BẢNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC Ơ ngun tố Mỗi ngun tố hố học xếp vào bảng, gọi ô nguyên tố