CHUYÊN đề BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ BẢNG TUẦN HOÀN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG NGÃI TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ KHIẾT  CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ BẢNG TUẦN HOÀN GIÁO VIÊN: NGUYỄN MINH CƯỜNG TỔ: HÓA HỌC NĂM HỌC 2020 – 2021 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ I Thành phần cấu tạo nguyên tử Quan niệm vật chất có từ thời cổ Hy Lạp, cách khoảng 2500 năm Empedocles (490 – 430 trước công nguyên) kết hợp ý kiến triết gia trước đó, ơng cho vật chất tạo thành từ bốn ngun tố lửa, khơng khí, nước đất hai lực tương tác lực (lực hút) xung lực (lực đẩy) Aristoteles (384 – 322 trước công nguyên) dẫn đầu trường phái cho vật chất có tính liên tục Cịn Leucippus Democritos (460 – 370 trước cơng ngun) (Democritos học trị Leucippus) dẫn đầu trường phái cho vật chất có tính chất khơng liên tục, tạo hạt vô nhỏ, chia cắt được, gọi ngun tử (atomos, tiếng Hy Lạp có nghĩa khơng chia cắt được) Tuy nhiên chưa có thực nghiệm rõ ràng nên chưa có học thuyết chấp nhận hẳn Năm 1797, Joseph Louis Proust (1754 – 1826, nhà hóa học người Pháp) với Định luật Tỉ lệ Xác định (The Law of Definite Proportions) hay gọi Định luật Thành phần Không đổi (The Law of Constant Composition) Nội dung định luật hợp chất dù điều chế có tỉ lệ khối lượng nguyên tử nguyên tố chất khơng đổi Năm 1808, John Dalton (1766 – 1844, người Anh) đưa Thuyết Nguyên tử (Dalton’s Atomic Theory) với ý sau: – Vật chất tạo hạt, không chia cắt được, gọi nguyên tử (atom) – Mỗi nguyên tố hóa học (chemical element) gồm loại nguyên tử đặc trưng nguyên tố Như có loại nguyên tử có nhiêu ngun tố Những ngun tử ngun tố hồn tồn giống – Các nguyên tử không thay đổi – Khi nguyên tố kết hợp để tạo hợp chất hóa học (chemical compound) phần nhỏ hợp chất nhóm gồm nguyên tử nguyên tố với số nguyên tử không đổi (Mà sau này, phần nhỏ gọi phân tử, molecule) – Trong phản ứng hóa học, ngun tử khơng tạo hay bị phá hủy, chúng xếp lại mà Năm 1808, Thomas Thomson (1773 – 1852, người Scotland) William Hyde Wollaston (1766 – 1866, người Anh) đưa Định luật Tỉ lệ bội (The Law of Multiple Proportions) Định luật cho tỉ lệ số nguyên tử hai nguyên tố hợp chất khác tỉ lệ với số nguyên đơn giản Thí dụ hai nguyên tố N O có hợp chất N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5 có tỉ lệ số ngun tử hai nguyên tố N O : 1; : 1; : 3; : 2; : Amedeo Avogadro (1776 – 1856, người Ý), năm 1811, cho điều kiện nhiệt độ áp suất thể tích khí chứa số phân tử khí Các thực nghiệm dựa vào thuyết nguyên tử giải thích Như quan niệm vật chất rõ ràng: Vật chất có tính không liên tục cấu tạo kết hợp hạt vô nhỏ, gọi nguyên tử Cho đến kỷ XIX, người ta nghĩ nguyên tử phần nhỏ cấu tạo nên vật chất Tuy nhiên nhiều tượng khám phá điện ly (Faraday, 1833), hiệu ứng quang điện, phóng xạ (Becquerel, 1896),… chứng tỏ nguyên tử cấu tử nhỏ nhất, mà có cấu phức tạp, gồm hạt khác nhỏ tạo nên Khi phóng điện qua khí lỗng, Johann Wilhem Hittorf (nhà vật lý người Đức, 1824 – 1914) phát tia mang lượng phát từ cực âm William Crookes (1832 – 1919, nhà vật lý hóa học người Anh) Eugene Goldstein (1850 – 1930, nhà vật lý người Đức) xác định dịng hạt mang điện tích âm Goldstein đặt tên dòng hạt tia âm cực (Cathode rays, 1886) Năm 1891, George Johnstone Stoney (1826 – 1911, nhà vật lý người Ireland) đặt tên cho hạt mang điện tích âm electron Năm 1897, Joseph John Thomson (1856 – 1940, nhà vật lý người Anh) đo tỉ số khối lượng điện tích hạt tạo thành tia âm cực electron mà Stoney đặt tên trước Năm 1910, Robert Andrews Millikan (1868 – 1953, nhà vật lý người Mỹ) làm thí nghiệm giọt dầu xác định điện tích khối lượng electron Như coi đến năm 1910, người ta xác định nguyên tử có chứa electron biết khối lượng điện tích hạt Từ 1906 đến 1911, Ernest Rutherford (người Anh gốc New Zealand, 1871 – 1937) thực thí nghiệm phát hạt nhân nguyên tử Năm 1919, Rutherford, tách proton (hạt nhân nguyên tử đồng vị hiđro 11 H ) Đến năm 1932, Chadwick (người Anh) khám phá hạt nơtron Hiện nay, người ta biết ngun tử gồm có electron có khối lượng khơng đáng kể so với khối lượng nguyên tử Electron mang điện tích âm di chuyển quanh hạt nhân Hạt nhân nguyên tử có khối lượng khối lượng ngun tử Hạt nhân có kích thước nhỏ so với kích thước nguyên tử Đường kính nguyên tử khoảng 10–10 m (1 Å), cịn đường kính hạt nhân ngun tử khoảng 10–14 m (10–4 Å) Đường kính hạt nhân nguyên tử nhỏ đường kính nguyên tử khoảng 10.000 lần Trong hạt nhân có hai loại hạt proton nơtron Proton có khối lượng lớn electron khoảng 1836 lần, proton mang điện tích dương, có trị số tuyệt đối điện tích electron Nơtron có khối lượng xấp xỉ so với proton (hơi lớn so với proton) Nơtron có khối lượng nhiều gấp 1839 khối lượng electron Nơtron khơng mang điện tích Ngồi hạt nhân ngun tử cịn có nhiều hạt khác nơtrino, positron, pion, muon, gluon, lepton,… hạt khơng bền Sau khối lượng điện tích hạt cấu tạo nên nguyên tử: Khối lượng Điện tích Hạt gam u Culong đvtđ CGS –28 –4 –19 Electron (e) 9,109390.10 5,485799.10 –1,6021773.10 –4,8.10–10 Proton (p) 1,672623.10–24 1,007276 +1,6021773.10–19 +4,8.10–10 Nơtron (n) 1,674954.10–24 1,00866490 0 u (atomic mass unit): đơn vị khối lượng nguyên tử đvtđ CGS: đơn vị tĩnh điện CGS (chiều dài: cm; khối lượng: gam; thời gian: giây, second) 1u= khối lượng nguyên tử đồng vị 126 C = 1,6605.10–24 g 12 II Hạt nhân nguyên tử Nguyên tố hóa học Đồng vị Hạt nhân nguyên tử Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương, cấu tạo proton nơtron liên kết chặt chẽ với Người ta thường kí hiệu Z số hạt proton, N số hạt nơtron có hạt nhân nguyên tử A Nguời ta dùng ký hiệu sau để biểu thị nguyên tử: Z X X: Ký hiệu nguyên tử nguyên tố hóa học Z: Số hiệu nguyên tử = Số đơn vị điện tích hạt nhân Z = số hạt proton (p) = số hạt electron (e) A: Số khối (Số khối lượng, mass number); A = Z + N Đối với 82 nguyên tố đầu bảng tuần hoàn (hay nguyên tố có Z  82) ta ln N có:   1,5 (trừ nguyên tố H) Z Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học nguyên tử có điện tích hạt nhân Do người ta xếp nguyên tố hóa học theo thứ tự tăng dần Z, Z gọi số thứ tự nguyên tử Các nguyên tử ngun tố có số thứ tự nguyên tử Z, vào Z ta biết nguyên tử nguyên tố nào, nên Z gọi số hiệu nguyên tử Điện tích proton điện tích nhỏ biết nay, nên Z gọi số đơn vị điện tích hạt nhân Do khối luợng electron khơng đáng kể so với khối luợng proton, nơtron hạt nhân nguyên tử, nên khối lượng nguyên tử coi khối lượng hạt nhân nguyên tử Do ngun tử chứa nhiều proton, nơtron khối lượng nguyên tử lớn Vì tổng số số proton nơtron (A) gọi số khối nguyên tử Nguyên tử có số khối A lớn ngun tử nặng Thí dụ: 23 11 Na : cho thấy Na ô thứ 11 bảng tuần hồn, Na có 11 proton, 11 electron, N = A – Z = 23 – 11 = 12 nơtron Nguyên tử Na coi có khối lượng nguyên tử 23u 35 17 Cl : cho biết nguyên tố clo ô thứ 17 bảng tuần hồn, ngun tử clo có 17 proton hạt nhân, có 17 electron ngồi vỏ Ngun tử clo có 35 – 17 = 18 nơtron hạt nhân Nguyên tử coi có khối lượng nguyên tử 35u Chú ý: – Số electron số proton (Z) nguyên tử Còn với ion dương (cation) nguyên tử electron nên số electron ion dương số proton trừ bớt số electron để tạo ion dương Với ion âm (anion) nguyên tử nhận thêm electron nên số electron ion âm số proton cộng thêm số electron để tạo ion âm Một electron bị tạo ion dương mang điện tích dương, electron tạo ion dương mang điện tích dương,… Một electron nhận vào tạo ion âm mang điện tích âm, electron nhận vào tạo ion âm mang điện tích âm,… – Do khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton nơtron nên coi khối lượng ion khối lượng nguyên tử tạo nên ion (khối lượng electron nhận vào, để tạo ion, không đáng kể so với khối lượng nguyên tử, nên bỏ qua) Thí dụ: 23 11 Na : 11 proton; 11 electron; 23u 23  11 Na : 11 proton; 10 electron; 23u 35 17 Cl : 17 proton; 17 electron; 35u 35  17 Cl : 17 proton; 18 electron; 35u Đồng vị a) Định nghĩa Đồng vị tượng nguyên tử nguyên tố hóa học có khối lượng khác Nói cách khác đồng vị có số số hiệu nguyên tử Z khác số khối A Nói cách khác, nguyên tử đồng vị có số proton khác số nơtron nhân Đồng vị vị trí Do nguyên tử đồng vị có số thứ tự nguyên tử Z nên ô bảng tuần hồn Thí dụ: 3 2 1 H hay 1T H hay D 1H Hiđro Đơteri Triti Z = 1; A = Z = 1; A = Z = 1; A = proton, nơtron, 1u proton, nơtron, 2u proton, nơtron 3u Trên ba nguyên tử đồng vị nguyên tố hiđro 35 37 17 Cl 17 Cl Z = 17; A = 35 Z = 17; A = 17 proton, 18 nơtron, 35u 17 proton, 20 nơtron, 37u Trên hai nguyên tử đồng vị nguyên tố clo Hiện biết có 117 nguyên tố hóa học, có Z = đến Z = 118 (nguyên tố có Z = 117 chưa có thơng tin phát hiện) Các nguyên tố có Z  92 diện tự nhiên (trên trái đất) có khoảng 300 đồng vị tự nhiên Các nguyên tố có Z > 92 ngun tố nhân tạo, phóng xạ khơng bền, thường tạo phản ứng hạt nhân người thực Như trung bình nguyên tố hóa học có khoảng đồng vị Hiện người ta điều chế nhiều nguyên tử đồng vị nhân tạo (khoảng 1000 đồng vị) Có nguyên tử đồng vị bền, khơng bị phân hủy theo thời gian, đồng vị khơng phóng xạ, 1H, 2H, 16O, 18O, 12C, 13C,… Có nguyên tử đồng vị không bền, bị hủy biến theo thời gian (mất dần theo thời gian để nguyên tử đồng vị khác), nguyên tử đồng vị phóng xạ, 3H, 14C, 13N,… Chú ý: – Vì khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton, nơtron khối lượng proton  khối lượng nơtron  u, nên cách gần coi số khối A đồng vị nguyên tử khối đồng vị Thật số khối A tổng số số proton nơtron có hạt nhân, ln ln sơ ngun cịn nguyên tử khối thường số thập phân – Khối lượng nguyên tử nguyên tố hóa học, dùng để tính tốn hóa học khối lượng nguyên tử trung bình nguyên tử đồng vị nguyên tố diện tự nhiên với tỉ lệ xác định b) Thang khối lượng nguyên tử tương đối, khối lượng nguyên tử trung bình nguyên tố hóa học Thang khối lượng nguyên tử tương đối Trước đây, nhà hóa học khơng có phương tiện thực nghiệm để đo khối lượng loại nguyên tử nên thiết lập thang khối lượng nguyên tử tương đối (các nhà hóa học quen gọi nguyên tử lượng ngày chấp nhận) như: đơn vị hiđro, đơn vị oxi, đơn vị cacbon Năm 1962 tổ chức I.U.P.A.C (International Union of Pure and Applied Chemistry) định thay thang oxi thang cacbon quy định: Một đơn vị khối lượng nguyên tử 1/12 khối lượng nguyên tử cacbon–12 19,9265.1027 kg 1u = = 1,6605.10–27kg 12 – Theo thang mp = 1,007276u; mn = 1,008665u; me = 0,0005486u; mNa–23 = 22,989768u; mMg–24 = 23,985045u – Khối lượng nguyên tử tương đối số nguyên tố theo hệ đơn vị H, O, C Nguyên tử khối Nguyên tố Hệ đơn vị hiđro Hệ đơn vị oxi Hệ đơn vị cacbon Nếu làm tròn số Hiđro 1,008 1,00797 Oxi 15,872 16 15,9994 16 Cacbon 11,92 12,014 12,01115 12 Clo 35,176 35,457 35,453 35,5 Nguyên tử khối Nguyên tử khối nguyên tử cho biết khối lượng nguyên tử nặng gấp lần đơn vị khối lượng nguyên tử Nguyên tử khối trung bình Vì hầu hết ngun tố hóa học tự nhiên hỗn hợp nhiều đồng vị nên nguyên tử khối nguyên tố nguyên tử khối tử trung bình hỗn hợp đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm đồng vị  Ai A  xi Trong đó: A1, A2,…, Ai nguyên tử khối đồng vị thứ 1, 2,…, i x1, x2,…, xi % số lượng đồng vị thứ 1, 2,…i (hoặc số nguyên tử đồng vị thứ i) Ví dụ: Trong thiên nhiên clo có hai đồng vị 1735 Cl chiếm 75,77% 3717 Cl chiếm 24,23% số lượng Tính nguyên tử khối trung bình clo? 75,77 24,23 A Cl = 35   35,5  37  100 100 III Mơ hình ngun tử (Atomic model) Sau biết nguyên tử gồm có hạt proton, nơtron nằm hạt nhân electron di chuyển bên ngồi hạt nhân, người ta tìm cách đưa mơ hình ngun tử mơ tả cách đặt electron hạt nhân để phù hợp với đặc tính nhận thấy vật chất Thực nghiệm cho thấy đồng vị có tính chất hóa học giống Điều chứng tỏ tính chất hóa học nguyên tử liên hệ đến số electron hạt nhân, mà khơng liên hệ đến hạt nhân nguyên tử Số electron hạt nhân có tính chất hóa học giống nhau, khơng liên hệ đến hạt nhân nguyên tử nặng hay nhẹ Thực nghiệm cho thấy có nguyên tử ngun tố có số electron ngồi hạt nhân khác nhau, lại có tính chất hóa học giống Thí dụ, nguyên tử Li (3 electron), Na (có 11 electron), K (có 19 electron), Rb (có 37 electron), Cs (có 55 electron) có tính chất hóa học giống nhau, chúng tác dụng dễ dàng với nước hòa tan nước tạo khí H2, thu dung dịch có tính bazơ Các đơn chất tác dụng mãnh liệt với Cl2 để tạo muối clorua,… Hoặc F (có electron), Cl (có 17 electron), Br (có 35 electron), I (có 53 electron) có tính chất hóa học giống nhau, chúng có tính oxid hóa mạnh, tác dụng với kim loại để tạo muối, Điều chứng tỏ khơng phải tất electron ngồi hạt nhân tham gia phản ứng hóa học mà có số electron mà thơi Số electron có tính chất hóa học giống (như biết, electron hóa trị lớp electron ngồi cùng) Mơ hình nguyên tử phù hợp phải thể điều Mơ hình ngun tử theo Thomson (1903) Đây mơ hình ngun tử Sau Thomson xác nhận chùm tia âm cực gồm electron mang điện tích âm xác định tỉ lệ điện tích khối lượng electron (vào năm 1897) Thomson cho ngun tử trung hịa điện tích mà có electron mang điện tích âm nên phải có phần mang điện tích dương để trung hịa vừa đủ điện tích âm electron Thomson cho nguyên tử khối cầu electron mang điện tích âm rải rác khối cầu phần lại khối cầu phần mang điện tích dương, hai điện tích âm dương trung hịa vừa đủ Thomson hình tượng nguyên tử bánh pudding, electron hạt nho khô rải rác bánh, ruột bánh mang điện tích dương Do mơ hình ngun tử Thomson cịn gọi mẫu “bánh mì nho khơ” (the raisin bread model) hay “mẫu bánh pudding” (a plum pudding model) Hoặc hình tượng, coi mơ hình ngun tử Thomsom trái dưa hấu mà hạt dưa electron mang điện tích âm, cịn phần ruột dưa mang điện tích dương Như mơ hình ngun tử Thomsom khối cầu đặc ruột Mô hình nguyên tử đặc ruột Thomson bị bác bỏ thí nghiệm Rutherford vài năm sau Hình mơ hình ngun tử theo Thomson Mơ hình ngun tử theo Rutherford (1911) a) Thí nghiệm Rutherford mơ hình ngun tử theo Rutherford Ernest Rutherford (1871 – 1937) cho bắn chùm tia anpha (α) mang điện tích dương (đó hạt nhân He2+) vào kim loại vàng mỏng (có bề dày khoảng 6.10–7 m = 6.10–4 mm = 6000 Å) Vì nguyên tử vàng có đường kính d  Å = 3.10–10 m, vàng mỏng chứa đựng khoảng 2000 lớp nguyên tử vàng Vậy nguyên tử khối đặc liên tục hạt α dù với vận tốc lớn (khoảng 16.000 km/s) xuyên qua 2.000 lớp nguyên tử vàng Thí nghiệm Rutherford cho thấy hầu hết hạt α xuyên thẳng qua vàng chỗ trống khơng có số bị lệch hướng dội ngược trở lại (tỉ lệ khoảng 1/8.000) Thí nghiệm xác nhận hai điểm: – Trong nguyên tử có nhiều khoảng trống, khối lượng nguyên tử phải tập trung lại, tạo thành khối nặng kích thước nhỏ so với kích thước nguyên tử Nếu nguyên tử hình cầu đường kính 10 m hạt nhân ngun tử mũi kim Bán kính nguyên tử gấp 10.000 bán kính hạt nhân nguyên tử Nếu xếp hạt nhân nguyên tử lại với nhau, hạt sát hạt cm3 hạt nhân có khối lượng 114 triệu – Vì hạt α mang điện tích dương nên hạt bị lệch hướng bị dội ngược trở lại có nghĩa hạt tiến gần đến khối mang điện tích dương lớn, hạt α bị đẩy theo định luật Culong (cùng dấu đẩy nhau, khác dấu hút nhau) Dựa vào nhận xét ấy, Rutherford cho nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương nặng, có kích thước nhỏ (so với khối lượng kích thước nguyên tử) electron mang điện tích âm di chuyển quĩ đạo tròn quanh hạt nhân làm thành mặt ngồi ngun tử Điện tích dương nhân điện tích âm electron trung hịa Giữa hạt nhân electron khoảng trống lớn Hình mơ hình ngun tử theo Rutherford b) Năng lượng electron nguyên tử hiđro ion giống hiđro theo Rutherford Nguyên tử hiđro ion giống hiđro giống chỗ có electron ngồi hạt nhân Electron có khối lượng m, di chuyển với vận tốc v cách hạt nhân mang điện tích dương +Ze (Z = cho H; Z = cho He+; Z = cho Li2+; Z = cho Be3+;…) khoảng r (bán kính quĩ đạo trịn r) Năng lượng tồn phần (cơ năng) electron động Eđ cộng Et electron: E = Eđ + Et Mà động electron: Eđ = mv2 Khi electron chạy quĩ đạo trịn có bán kính r có cân lực ly tâm flt lực hướng tâm fht (thì electron khơng bị văng xa nhân, không bị hút vào nhân) v r  Ze e f ht f lt Lực ly tâm flt electron có khối lượng m chuyển động tròn vận tốc v v2 quĩ đạo trịn bán kính r, gia tốc a: flt = ma = m r Lực hướng tâm fht electron có điện tích –e bị hạt nhân mang điện tích +Ze hút khoảng cách r (r: bán kính quĩ đạo tròn) theo định luật Culong: Ze.e Ze q1.q fht = K = = (Hằng số K = hệ đơn vị CGS) r r d flt = fht Ze v2 m = r r Ze  mv2 = r 1 Ze Ze Động Eđ = mv2 =   Eđ =  2 r r Trong động Eđ tính erg, điện tích electron e = 4,8.10–10 đơn vị tĩnh điện CGS (e điện tích proton, khơng xét dấu), bán kính quĩ Biết h = 6,6625.10–34 J.s; c = 3.108 m.s–1; NA = 6,022.1023 mol–1 Hướng dẫn Ánh sáng nhìn thấy xạ điện từ có bước sóng nằm vùng quang phổ nhìn thấy mắt thường (tức từ khoảng 380 nm đến 740 nm) Mỗi photon ánh hc sáng có lượng E  Ở ta giả sử phân tử hấp thụ photon để  phân ly thành nguyên tử tự Năng lượng cần thiết để phân hủy phân tử Br2 là: 190.103 hc E  NA  Vậy bước sóng ánh sáng chiếu vào là: 190.103 hc hc 6,625.1034.3.108 E     6,3.107 m 23 NA  N A 190.10 6,022.10 190.10  nằm vùng tia sáng nhìn thấy (bước sóng ứng với ánh sáng màu cam) nên ánh sáng nhìn thấy phân hủy Br2 (khí) Br2 có màu Bài 43: Tầng ozon là chắn bảo vệ trái đất tránh xạ lượng cao mặt trời a) Hãy viết phương trình hóa học để xác nhận vai trị ozon b) Tính lượng theo kJ m3 ozon hấp thụ từ tia mặt trời có độ dài sóng 3400 Å Biết hiệu suất hấp thụ lượng 100% nhiệt độ 300oC; áp suất 0,5 atm Cho h = 6,626.10–34 J.s; c = 3.108 m/s Hướng dẫn h a) O3  O2 + O b)  = 3400 Å = 34.10–8 m Ta có: c 6,626.1034 (J.s).3.108 (m / s) E  h  h   5,85.1019 J  352,133 kJ.mol1 8  34.10 m Số mol O3: PV 0,5.1000   10,64 mol RT 0,082.573 Vậy lượng hấp thụ là: E.n O3   352,133.10,64  3746,7 kJ n  O3   Bài 44: Áp dụng nguyên lý bất định Heisenberg, tính độ bất định vận tốc vmin trường hợp sau h Cho số Planck rút gọn  = 1,05.10–34 J.s; me=9,1.10–31 kg; mp = 2 –27 1,67262.10 kg a) Một electron phân tử H2 (biết đường kính phân tử H2 0,74Å) b) Một phân tử H2 chuyển động ống nano có chiều dài 10–9 m c) Một phân tử O2 chuyển động phòng rộng m Biết phép đo tọa độ x có độ xác vào khoảng 10–3 tọa độ x Có nhận xét kết thu 48 Hướng dẫn Dựa vào giá trị x, vmin vừa tính ta kết luận phép đo có xác hay khơng Nếu hai phép đo xác khơng thể xác định quỹ đạo chuyển động hạt coi hạt vi mơ Ngun lý bất định Heisenberg có dạng: x.p x  x.v x  2m Ta rút rằng: vmin = 2mx a) Một e phân tử H2 (biết đường kính phân tử H2 0,74 Å) ta có: x  10 3.0,74.1010  0,74.1013 m vmin  1,05.1034  7,8.108 m / s 2.9,1.1031.0,74.1013 vx  7,8.108 m / s mà tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Vậy xác định vận tốc vx electron biết tọa độ khơng thể xác định quỹ đạo electron d) Một phân tử H2 chuyển động ống nano có chiều dài 10–9 m x  10 3.109  1012 m vmin 1,05.1034   15700 m / s 2.2.1,67262.1027.1.1012 Trong trường hợp tọa độ x đo xác (x nhỏ) vmin lớn nên vận tốc v đo xác e) Một phân tử O2 chuyển động phòng rộng m x  10 3.5  5.103 m v  1,05.1034  19,76.108 m / s 0,032 2  5.103 23 6,023.10 Tọa độ x đo xác (x nhỏ), vmin nhỏ nên vận tốc v coi xác định được, trường hợp xác định đồng thời tọa độ vận tốc hay xác định quỹ đạo chuyển động hạt Vậy trường hợp khơng coi hạt vi mơ Bài 45: Tính tốc độ hạt  có khối lượng 6,64.1027 kg cần phải chuyển động hạt tương ứng với bước sóng Đơ Brơi  = 1,42.103 nm (1 nm = 109 m) Hướng dẫn h Tốc độ chuyển động hạt  ( 42 He ) tính theo phương trình  = m.v h số Plăng 6,626.1034 J.s 6,626  1034 h v= = = 7,027.104 m/s 12 27 .m 1,42.10 6,64.10 Bài 46: Hãy tính bước sóng liên kết De Broglie cho trường hợp sau: a) Một vật có khối lượng 1,0 g chuyển động với tốc độ 1,0 cm/s b) Đối với vật thể có khối lượng thế, chuyển động với tốc độ 1000 km/s 49 c) Ở nhiệt độ phòng, nguyên tử He chuyển động với vận tốc 1000 m/s Cho He = 4,003 Hướng dẫn Áp dụng hệ thức De Broglie: h  ta thu giá trị  sau: mv 6,625.1034  6,6.1036 m a)   3 1,0.10 10 6,625.1034  6,6.1029 m b)   3 2 1,0.10 10 o 6,625.1034 10  0,997.10 m  1A c)   4,003.1,66.1027.103 Từ kết  ta thấy trường hợp a, b bước sóng nhỏ nên hệ thức De Broglie khơng có ý nghĩa, cịn trường hợp c giá trị  cỡ kích thước nguyên tử nên biểu thức có ý nghĩa Hay kích thước vĩ mơ sóng liên kết hồn tồn khơng có ý nghĩa 50 TỔNG HỢP ĐỀ THI DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Bài 1: Có thể viết cấu hình electron Fe2+ là: Cách 1: 1s22s22p63s23p63d6 Cách 2: 1s22s22p63s23p63d44s2 Cách 3: 1s22s22p63s23p63d54s1 Áp dụng phương pháp gần Slater tính lượng electron Fe2+ với cách viết (theo đơn vị eV) Cách viết phù hợp với thực tế? Tại sao? Hướng dẫn Năng lượng electron phân lớp l có số lượng tử hiệu dụng n* tính theo biểu thức Slater: (Z  ) Enl = –13,6× (eV) n *2 Hằng số chắn  số lượng tử n* tính theo quy tắc Slater Áp dụng cho 2+ Fe (Z = 26, có 24e) ta có: Với cách viết 1: [Ar]3d6 (26  1.18  0,35.5) E3d = –13,6× = –59,0 eV 32 E1 = E(3d6) = 6E3d = –354,0 eV Với cách viết 2: [Ar]3d44s2 (26  1.18  0,35.3) E3d = –13,6× = –73,0 eV 32 (26  1.10  0,85.12  0,35)2 E4s = –13,6× = –29,4 eV 3,72 Do E2 = E(3d44s2) = 4E3d + 2E4s = –350,8 eV Với cách viết 3: [Ar]3d54s1 (26  1.18  0,35.4) E3d = –13,6× = –65,8 eV 32 (26  1.10  0,85.13) E4s = –13,6× = –24,3 eV 3,72 Do E3 = E(3d54s1) = 5E3d + E4s = –353,3 eV E1 thấp (âm) E2 E3 cách viết ứng với trạng thái bền Kết thu phù hợp với thực tế trạng thái ion Fe2+ có cấu hình electron [Ar]3d6 Bài 2: Cấu hình electron ngun tố X có electron ngồi ứng với số lượng tử sau: n = 6; l = 0; ml = 0; ms = + Năng lượng ion hóa (I) nguyên tử X có giá trị sau (tính theo kJ/mol): I1 I2 I3 I4 I5 I6 890 1980 2900 4200 5600 7000 Viết cấu hình electron X Cho biết X có số oxi hóa nào? Hướng dẫn 51 Từ số lượng tử X suy cấu hình electron cuối X là: 6s1 X thuộc nhóm IA IB Vì lượng ion hóa X biến đổi đặn nên electron X có lượng chênh lệch khơng nhiều Từ kiện suy X thuộc nhóm IB Vậy cấu hình electron X [Xe]4f145d106s1 Số oxi hóa có X +1; +2; +3 Bài 3: Giả thiết vũ trụ khác, bảng tuần hoàn nguyên tố lại xếp theo trật tự khác Cụ thể sau: – n số nguyên dương (n > 0) – l nằm đoạn [0, n] – ml số lẻ nằm tập Z Với ml dương l  ml  2l, với ml âm 2l  ml  l – ms nhận hai giá trị  Vậy ứng với n = nguyên tố? Hướng dẫn Với n = thì:  Không tồn nguyên tố l = 0, ml = ms =   Có nguyên tố có l = 1, ml = ±1 ms =   Có nguyên tố có l = 2, ml = ±3 ms =   Có nguyên tố có l = 3, ml = ±3, ±5 ms =   Có nguyên tố có l = 4, ml = ±5, ±6 ms =  Vậy tổng cộng có tất 24 nguyên tố Bài 4: Viết cấu hình electron Na (Z = 11) Mg (Z = 12) trạng thái bản? Xác định lượng orbital electron hoá trị từ suy lượng ion hố thứ thứ hai hai nguyên tử So sánh giá trị thu giải thích khác Hướng dẫn * Ở trạng thái bản, cấu hình e 11Na là: 1s22s22p63s1 hay [Ne]3s1 12Mg là: 1s22s22p63s2 hay [Ne]3s2 * Năng lượng orbital electron hoá trị Na: 3s = + (80,85) = 8,8  Z*3s = 11  8,8 = 2,2  2,   E3s = 13,6   = 7,3 eV   Năng lượng ion hoá thứ nhất: Na  Na+ + 1e I1 = E(Na+)  E(Na) = 0E3s  1E3s =  (7,3) = 7,3 eV Năng lượng ion hoá thứ hai: Na+  Na2+ + 1e 52 Trong Na+: 1s22s22p6 2s = 2p = (20,85) + (70,35) = 4,15 *  Z2s = Z*2p = 11  4,15 = 6,85  6, 85   E2s = E2p = 13,6   = 159,5 eV   Trong Na2+: 1s22s22p5 2s = 2p = (20,85) + (60,35) = 3,8 *  Z2s = Z*2p = 11  3,8 = 7,2  7,   E2p = 13,6   = 176,2 eV   I2 = 7E(Na2+)  8E(Na+) = 7(176,2)  8(159,5) = 42,6 eV * Năng lượng orbital electron hoá trị Mg: 3s = + (80,85) + 0,35 = 9,15  2, 85  *  Z3s = 12  9,15 = 2,85  E3s(Mg) = 13,6   = 12,3 eV   + Năng lượng ion hoá thứ nhất: Mg  Mg + 1e Trong Mg+: 1s22s22p63s1 3s = + (80,85) = 8,8  Z*3s = 12  8,8 = 3,2  3,   E3s(Mg ) = 13,6   = 15,5 eV   I1 = 1E3s(Mg+)  2E3s(Mg) = (15,5)  2(12,3) = 9,1 eV Năng lượng ion hoá thứ hai: Mg+  Mg2+ + 1e Trong Mg2+: 1s22s22p6 I2 = E(Mg2+)  E(Mg+) = 0E3s  1E3s =  (15,5) = 15,5 eV * So sánh: Với Na (I2  6I1) với Mg (I2  1,5I1) * Giải thích: Cấu hình Na+ bão hồ, bền nên tách e  Na2+ cần tiêu tốn lượng lớn Cấu hình Mg2+ bão hồ, bền nên tách e để Mg+  Mg2+ thuận lợi Bài 5: Tính lượng lượng ion hố I1, I2, I3, I4 I5 nguyên tử 5X Hướng dẫn * Cách 1: Nhận xét: Trị số lượng ion hoá electron lại lớp trị số lượng electron tổng trị số lượng ion hoá lớp tổng trị số lượng electron cấu tử Theo từ (1) đến (5) ta có: 52 + Theo (5): I5 = –E(1s ) = – (–13,6× ) = 340 (eV) + Theo (4) (5): I4 + I5 = –E(1s ) (5  0,3)  I4 = – (–13,6× ×2) – 340 = 260,848 (eV) 12 + 53 (5  2.0,85)2 + Theo (3): I3 = E(2s ) = – (–13,6× ) = 37,026 (eV) 22 + Theo (2) (3): I2 + I3 = –E(2s2) (5  2.0,85  2.0,35)  I2 = – (–13,6× ×2) – 37,026 = 22,151 (eV) 22 + Theo (1), (2) (3): I1 + I2 + I3 = –E(2s22p1) (5  2.0,85  2.0,35)  I1 = – (–13,6× ×2) – 37,026 – 22,151 = 9,775 (eV) 22 * Cách 2: Tính theo tổng lượng electron theo cấu hình electron: 52 E1 = E(1s1) = –13,6× = –340 (eV) = –I5 (5  0,3) E2 = E(1s2) = –13,6× ×2 = –600,848 (eV) = –(I4 + I5) 12  I4 = E1 – E2 (5  2.0,85)2 2 E3 = E(1s 2p ) = [E(1s ) + E(2p )] = –600,848 + (–13,6× ) 22 = –637,874 (eV) = –(I5 + I4 + I3)  I3 = E2 – E3 (5  2.0,85  2.0,35) E4 = E(1s22p2) = [E(1s2) + E(2p2)] = –600,848 + (–13,6× ×2) 22 = –(I5 + I4 + I3 + I2) = –660,025 (eV)  I2 = –E4 + E3 E5 = E(1s22s22p1) = E(1s2) + E(2s22p1) (5  2.0,85  2.0,35) = –600,848 + (–13,6× ×3) = –669,8 (eV) 22  I5 + I4 + I3 + I2 + I1 = –E5  I1 = –E5 + E4 Theo kết dựa vào mối quan hệ I E: In = –E1; In + In–1 = –E2;…; I1 + I2 + … + In = –En Nên ta có: I1 = –E5 + E4 = – (–669,8) – 660,025 = 9,775 (eV) I2 = –E4 + E3 = – (–660,025) – 660,025 = 22,151 (eV) I3 = –E3 + E2 = – (637,874) – 600,848 = 37,026 (eV) I4 = –E2 + E1 = – (600,026) – 340 = 260,848 (eV) I5 = –E1 = 340 (eV) Bài 6: Biết electron có lượng cao nguyên tố X nhận giá trị lượng tử sau: n = 4; l = 2; ml = –2; s = – Xác định cấu hình electron, tên nguyên tố X vị trí X bảng tuần hoàn Hướng dẫn Từ giá trị n = 4, l =  electron có lượng cao thuộc phân lớp 4d Từ giá trị ml = –2 s = –  phân bố electron phân lớp 4d sau: 54      –2 –1 +1 +2 Vì cấu hình electron 4d  lớp ngồi phải 5s2  Cấu hình electron nguyên tố X: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d65s2  X thuộc chu kì 5, nhóm VIIIB Bài 7: Những nguyên tử hiđro trạng thái bị kích thích tia UV có  = 97,35 nm Số lượng tử trạng thái kích thích bao nhiêu? Khi nguyên tử hiđro bị khử trạng thái kích thích chúng phát xạ có bước sóng (tính nm) bao nhiêu? Cho h =6,63.10–34 J.s; c = 3.108 m.s–1; Hằng số Ritbe RH= 1,097.107 m–1 Hướng dẫn 1 Ta có lượng photon là: ΔE = h.c.RH.( – ) n n' 34 hc 6,63.10 3.10 E = = = 2,043.10–18 J 9 97,35.10  2,18.108 –18 E = 2,18.10 – = 2,043.10–18  n = n Khi bị khử kích thích:  1 n =  n = 1: E4 – E1 = –2,18.10–18    = 2,04375.10–18 J 4  34 6,63.10 3.10  41 = = 9,732.10–8 m = 97,32 nm 18 2,04375.10 1 1 n =  n = 2: E4 – E2 = –2,18.10–18    = 4,0875.10–19 J 4  34 6,63.10 3.10  42 = = 4,87.10–7 m = 487 nm 19 4,0875.10  1 n =  n = 3: E4 – E3 = –2,18.10–18    = 1,0597.10–19 J 4  6,63.1034.3.108  43 = = 18,77.10–7 m = 1877 nm 19 1,0597.10 Bài 8: So sánh giải thích bán kính nguyên tử ion sau: Cs+, As, F, Al, I–, N Hướng dẫn Bán kính nguyên tử ion: Cs+ < I– > As > Al > N > F Nguyên tử Al có bán kính lớn ngun tử F ngun tử Al nằm chu kì bên trái ngun tử F BTH As có bán kính lớn nguyên tử Al As thuộc chù kì Cs+ I– có cấu hình electron, anion có kích thước lớn anion nên kích thước I– > Cs+ I– > As I nằm chu kì so với As BTH 55 N > F N nằm bên trái F chu kì Kết luận: Kích thước ngun tử F nhỏ nhất, kích thước ion I– lớn nhất, ngoại trừ Cs+ Chúng ta xếp theo chiều giảm kích thước sau: Cs+ < I– > As > Al > N > F, Cs+ < I– Bài 9: Hợp chất A tạo hai nguyên tố XaYb, X chiếm 15,0485% khối lượng Trong hạt nhân nguyên tử X có Z + = N, cịn hạt nhân Y có Z’ +1 = N’ Biết tổng số proton phân tử A 100 a + b = Tìm cơng thức phân tử A? Hướng dẫn Theo ta có phương trình đại số: a(Z  N) = 0,150485 (1) a(Z  N)  b(Z' N') Z+1=N (2) Z’ + = N’ (3) aZ + b.Z’ = 100 (4) a+b=6 (5) 2aZ  a Thế (2) (3) vào (1)  = 0,150485 (6) 2aZ  a  2bZ' b Thế vào  2aZ + a = 31 (7) Lập bảng: A Z 15 7,25 4,67 3,375 2,8 B Z' 17 Kết luận Nhận Loại Loại Loại Loại Kết luận: X P; Y Cl; chất A PCl5 Bài 10: Các nhà khoa học đặt giả thiết tồn phân lớp g (có l = 4) a) Cho biết trị số số lượng tử ml, số obitan phân lớp g b) Dựa vào quy tắc Klechkopski, dự đốn ngun tử có electron phân mức g thuộc nguyên tố có số hiệu nguyên tử bao nhiêu? Hướng dẫn a) Phân lớp g có l =  ml nhận giá trị: –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, Vì ml có giá trị nên phân lớp g có obitan b) [Rn]7s25f146d107p68s25g1  Z = 121 Bài 11: Nguyên tử nguyên tố X có điện tích hạt nhân +38,448.10–19 C a) Viết cấu hình electron X X3+ Xác định bốn số lượng tử (n, l, ml ms) ứng với electron X b) Xác định vị trí X bảng tuần hồn từ xác định công thức oxit cao X Viết phương trình phản ứng oxit với nước, với dung dịch NaOH Biết oxit oxit axit Hướng dẫn 56 38,448.1019 a) ZX   24  X Cr 1,602.1019 Cấu hình electron X: 1s22s22p63s23p63d54s1 X3+: 1s22s22p63s23p63d3 Electron thuộc phân lớp 4s Các số lượng tử tương ứng là: n = 4; l = 0; ml = 0; ms = + b) X thuộc chu kì 4, nhóm VIB, STT: 24 Oxit cao nhất: CrO3 CrO3 + H2O  H2CrO4 (hoặc 2CrO3 + H2O  H2Cr2O7) CrO3 + 2NaOH  Na2CrO4 + H2O (hoặc 2CrO3 + 2NaOH  Na2Cr2O7 + H2O) Bài 12: Dựa vào phương pháp gần Slater, tính lượng ion hóa I1 cho He (Z = 2) Hướng dẫn (2  0,3) 2 He có cấu hình 1s , EHe = 2(–13,6× ) = –78,6 eV 12 22 + He có cấu hình 1s , E He = –13,6× = –54,4 eV + Q trình ion hóa: He  He + 1e  I1 = E He – EHe = –54,4 – (–78,6) = 24,2 eV Bài 13: Cho hai nguyên tố A, B đứng kế bảng tuần hồn có tổng số (n + l) nhau; số lượng tử A lớn số lượng tử B Tống đại số số lượng tử electron cuối B 5,5 Hãy xác định số lượng tử electron cuối A, B Hướng dẫn A, B đứng bảng tuần hồn có tổng (n + l) nA > nB cấu hình ngồi B: np6 A: (n + 1)s1 Electron cuối B: l = 1; ml = +1; s = – suy n = 10 Cấu hình electron B: [Ar]3d 4s 4p (B Kr) Suy bốn số lượng tử A: l = 0; ml = 0; ms = – ; n = Cấu hình A: [Kr]5s (A Rb) Bài 14: Có thể viết cấu hình electron Ni2+là: Cách 1: 1s22s22p63s23p63d8 Cách 2: 1s22s22p63s23p63d64s2 Áp dụng phương pháp gần Slater tính lượng electron Ni2+ với cách viết (theo đơn vị eV) Cách viết phù hợp với thực tế? Tại sao? Hướng dẫn Năng lượng electron phân lớp l có số lượng tử hiệu dụng n* tính theo biểu thức Slater: 57 (Z  ) Enl = –13,6× (eV) n *2 Hằng số chắn  số lượng tử n* tính theo quy tắc Slater Áp dụng cho 2+ Ni (Z = 28, có 26 electron) ta có: Với cách viết 1: [Ar]3d8 (28  0,3) E1s = –13,6× = –10435,1 eV 12 (28  0,85.2  0,35.7) E2s,2p = –13,6× = –1934,0 eV 22 (28  1.2  0,85.8  0,35.7)2 E3s,3p = –13,6× = –424,0 eV 32 (28  1.18  0,35.7) E3d = –13,6× = –86,1 eV 32 E1 = 2E1s + 8E2s,2p + 8E3s,3p + 8E3d = –40423,2 eV Với cách viết 2: [Ar]3d64s2 E1s, E2s,2p, E3s,3p có kết Ngồi ra: (28  1.18  0,35.5) E3d = –13,6× = –102,9 eV 32 (28  1.10  0,85.14  0,35)2 E4s = –13,6× = –32,8 eV 3,72 Do E2 = –40417,2 eV E1 thấp (âm) E2, cách viết ứng với trạng thái bền Kết thu phù hợp với thực tế trạng thái ion Ni2+ có cấu hình electron [Ar]3d8 Bài 15: Khí He cho vạch quang phổ có bước sóng 587,7 nm (vạch D3 hình 1, bên cạnh vạch D1 D2 natri biết từ lâu 587 588 589 D3 590 nm D2 He D1 Na Hình Các vạch quang phổ nằm gần 588 nm a) Tính lượng E (J) photon với bước sóng vạch D3 heli cho hình Hình cho giản đồ lượng AO (atomic orbitals) nguyên tử heli Các mũi tên chuyển mức “được phép” theo nguyên lí quang phổ 58 3p 3.6 3s E / 10–18 J 3.4 3.2 0.0 3.6 [D] [ E] [C] 2p 3.4 3.2 2s [ B] [ A] 3.0 3d 3.0 1s Hình Giản đồ lượng orbital nguyên tử heli b) Trong số trường hợp chuyển mức lượng [A], [B], [C], [D], [E], hình 2, xác định trường hợp chuyển tương ứng với tạo thành vạch quang phổ D3 heli Hướng dẫn 34 hc 6,626.10 2,998.10 a) E = = = 3,380.1–19 J 9 587,7.10  b) Mức lượng tính câu c phù hợp với chuyển e từ 2p đến 3d giản đồ cho (E) Tính cụ thể: A = 3,35.10–18 J; B = 3,7.10–18 J; C = 5.10–19 J; D = 3.10–19 J; E = 3,5.10–19 J Bài 16: Các cation 2+ (đi–cation) hai nguyên tử bền vững có cơng thức XHe2+ thường có lượng ion hóa thứ hai (I2) X nhỏ lượng ion hóa thứ He Khơng cần dựa vào bảng trị số mức lượng ion hóa, hãy: a) Xác định nguyên tố X có số hiệu nguyên tử từ đến 18 phù hợp với tiêu chuẩn trên? Tại sao? b) Xác định nguyên tố sát với nguyên tố X bảng hệ thống tuần hồn tìm (a) thích hợp nhất, khó thích hợp để tạo đi–cation với He Hướng dẫn a) Nguyên tố dễ tạo với He cation 2+ có cơng thức XHe2+ ngun tố có giá trị lượng ion hóa thứ hai nhỏ I2 có giá trị lớn hay bé phụ thuộc vào yếu tố như: Cấu trúc electron X+, bán kính X+ điện tích hạt nhân Nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ đến 18, có I2 nhỏ Mg Vì ngun tố nhóm IIA ( Be, Mg) có cấu trúc X+: 1s22s1 1s22s22p63s1 cấu trúc bền vững Bán kính ion Mg+ lớn bán kính ion Be+ nguyên tố Mg dế tạo b) Cũng lập luận tương tự nguyên tố sát với Mg thích hợp để tạo đi–cation với He nguyên tố Ca, nguyên tố khó thích hợp Na Bài 17: Kết tính Hố học lượng tử cho biết ion Li2+ có lượng electron mức En (n số lượng tử chính) sau: E1 = –122,400 eV; E2 = –30,600 eV; E3 = –13,600 eV; E4 = –7,650 eV a) Tính giá trị lượng theo kJ/mol (có trình bày chi tiết đơn vị tính) 59 b) Hãy giải thích tăng dần lượng từ E1 đến E4 ion Li2+ c) Tính lượng ion hố ion Li2+ (theo eV) giải thích Hướng dẫn –19 23 a) eV = 1,602.10 J×6,022.10 mol–1×10–3kJ/J = = 96,472 kJ/mol Vậy: E1 = –122,400eV×96,472kJ/(mol.eV) = –11808,173 kJ/mol E2 = –30,600eV×96,472kJ/(mol.eV) = –2952,043 kJ/mol E3 = –13,600eV×96,472kJ/(mol.eV) = –1312,019 kJ/mol E4 = –7,650eV×96,472kJ/(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+ + 1e Cấu hình electron Li2+ trạng thái 1s1 Vậy I3 = –(E1) = +122,400 eV Bài 18: Hợp chất A tạo từ ion đơn ngun tử có cấu hình electron 1s22s22p63s23p6 (giá trị tuyệt đối điện tích ion  3) Trong phân tử A có tổng số hạt 164 Biện luận xác định tên A vị trí nguyên tố tạo A bảng tuần hoàn Hướng dẫn Từ giả thiết  Tổng số electron ion 18 Gọi a số lượng ion A, N tổng số notron A  Tổng số electron A 18a = tổng số proton  164 = 2.18a + N  N = 164 – 36a N Áp dụng bất đẳng thức:   1,5 Z  18a  164 – 36a  1,5.18a  2,6  a  3,03  a =  A có dạng M2X MX2 Nếu A có dạng M2X  Các ion tạo A M+ X2– Do: M+ có cấu hình 1s22s22p63s23p6  M kali; chu kì 4; nhóm IA X2– có cấu hình 1s22s22p63s23p6  X lưu huỳnh; chu kì nhóm VIA  A K2S Nếu A có dạng MX2  Các ion tạo A M2+ X– Do: M2+ có cấu hình 1s22s22p63s23p6  M canxi; chu kì nhóm IIA X– có cấu hình 1s22s22p63s23p6  X clo; chu kì nhóm VIIA  A CaCl2 Bài 19: Áp dụng phương pháp Slater xác định lượng electron lớp toàn nguyên tử Li (Z = 3) theo: a) eV b) kJ.mol–1 Biết: eV = 96,49 kJ.mol–1 Hướng dẫn 60 Cấu hình electron Li: 1s22s1 (Z  ) Áp dụng công thức: Enl = –13,6× (eV) n *2 Với: Enl lượng tương ứng với electron chuyển động obitan nguyên tử Z điện tích hạt nhân nguyên tử  số chắn  = 0,3 với electron obitan nguyên tử 1s b = 0,85 với electron lớp 2s n* số lượng tử hiệu dụng Số lượng tử n Số lượng tử hiệu dụng n* * Xét obitan nguyên tử 1s: có 2e (3  0,3) E1s = –13,6× = – 99,144 eV 12  Cả 1s2 có 2E1s = –198,288 eV = –198,288.96,49 = –19132,809 kJ.mol–1 * Xét obitan nguyên tử 2s: có 1e Lớp 2s bên có 2e chắn thuộc lớp 1s2 nên  = 2.0,85 = 1,7 (3  1,7)  E2s = –13,6× = –5,746 eV = –5,746.96,49 = –554,43 kJ.mol–1 2 * Năng lượng toàn hệ e Li E = –198,288 + (–5,746) = –204,034 eV = –19132,809 + (–554,43) = 19687,239 kJ.mol–1 Bài 20: Năng lượng ion hóa thứ nguyên tử nguyên tố chu kì bảng tuần hoàn Mendeleep liệt kê bảng sau: Nguyên tố 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne I (eV) 5,4 9,3 8,2 11,2 14,5 13,6 17,4 21,5 Hãy giải thích biến đổi giá trị bảng Hướng dẫn Theo chu kì, lượng ion hóa tăng dần từ trái sang phải, tăng không đặn theo tăng điện tích hạt nhân Bất thường chu kì hai hai nguyên tố Be N lượng ion hóa thứ lớn nhiều so với nguyên tố đứng trước chúng lớn nguyên tố đứng kề sau chúng Điều giải thích dựa vào cấu hình electron Be 1s22s2 obitan 2s bão hịa (gọi Be có cấu hình giả bão hịa) nên khó tách electron lớp N 1s22s22p3 có cấu hình bán bão hịa nên cần có lượng lớn để tách electron dẫn đến I1 tăng Với gần Slater, tính lượng ion hóa thứ C (theo kJ/mol) Bài 21: Cấu hình electron nguyên tử C: 1s22s22p2 Hướng dẫn Đối với electron obitan 1s: b = 0,3; Z* = – 0,3 = 5,7 Đối với electron obitan 2s 2p: b = 3.0,35 + 2.0,85 = 2,75; Z* = 3,25 Năng lượng: 61 (5,7) E1s = –13,6× = – 441,86 eV (3,25) E2s = E2p = –13,6× = –35,91 eV 22 Tổng lượng electron nguyên tử C là: EC = 2E1s + 2E2s + 2E2p = –1027,36 eV Đối với electron obitan 2s 2p:  = 2.0,35 + 2.0,85 = 2,4; Z* = 3,6 Năng lượng: (5,7) E1s = –13,6× = –441,86 eV (3,6) E2s = E2p = –13,6× = –44,06 eV Tổng lượng electron ion C+ là: EC = 2E1s + 2E2s + E2p = –1015,9 eV Vì: C + I1  C+ + 1e Nên: I1 = E C – EC = –1015,9 – (–1027,36) = 11,45 eV 11,45.1,602.1019 = 1103.103 J/mol = 1103 kJ/mol 23 6,02.10 Bài 22: Sự phá vỡ liên kết Cl–Cl mol clo đòi hỏi lượng 243 kJ (năng lượng sử dụng dạng quang năng) Hãy tính bước sóng photon cần sử dụng để phá vỡ liên kết Cl–Cl phân tử Cl2 Hướng dẫn Cl2 + h  2Cl c 243.103 E  h  h   4,035.1019 (J/phân tử) 23  6,022.10 h.c 6,625.1034.3.108     4,925.107 m = 492,5 nm 19 E 4,035.10  I1 = 62 ... phổ Những vạch dãy Lyman quang phổ hiđro sinh electron nhảy từ quĩ đạo n  quĩ đạo n = Dãy Balmer electron nhảy từ quĩ đạo n  quĩ đạo n = Dãy Paschen sinh electron từ quĩ đạo n  quĩ đạo n =