- Một số kiểu mạng tinh thể kim loại Mạng lập phơng đơn giản:
1. Hợp chất với hiđro cú dạng RH nờn Y cú thể thuộc nhúm IA hoặc VIIA Trường hợp 1 : Nếu Y thuộc nhúm IA thỡ B cú dạng YOH
Ta cú : Y 9,284 677 , 64 323 , 35 17 Y = ⇒ = (loại do khụng cú nghiệm thớch hợp)
Trường hợp 2 : Y thuộc nhúm VIIA thỡ B cú dạng HYO4
Ta cú : Y 35,5 677 , 64 323 , 35 65
Y = ⇒ = , vậy Y là nguyờn tố clo (Cl).
B (HClO4) là một axit, nờn A là một bazơ dạng XOH gam 4 , 8 gam 50 100 8 , 16 mA = ì =
XOH + HClO4→ XClO4 + H2O
⇒ nA =nHClO4 =0,15Lì1mol/L=0,15mol ⇒ MX +17gam/mol= 08,,154gammol
⇒ MX = 39 gam/mol, vậy X là nguyờn tố kali (K).
2. B là HClO4, B’ là ClO4-a. Dạng hỡnh học : a. Dạng hỡnh học : Axit pecloric (dạng tứ diện) Ion peclorat (dạng tứ diện đều)
Số nguyờn tử cú trong một ụ mạng cơ sở bằng : 1 2 8 1 8ì + = Vậy 68% a R 3 4 2 f 3 3 v = ì π =
Bài 8: So sỏnh độ lớn gúc liờn kết trong cỏc phõn tử PX3 (X: F, Cl, Br, I). Giải thớch?
Giải
Độ lớn gúc liờn kết XPX trong cỏc phõn tử PX3 biến đổi như sau: PF3 > PCl3 > PBr3 > PI3 .
Giải thớch: do bỏn kớnh nguyờn tử tăng dần từ F → I đồng thời độ õm điện giảm dần nờn tương tỏc đẩy giữa cỏc nguyờn tử halogen trong phõn tử PX3 giảm dần từ PF3 → PI3. Nờn PF3 cú gúc liờn kết lớn nhất, PI3 cú liờn kết bộ nhất.
Số đo gúc: PF3 PCl3 PBr3 PI3 1040 1020 1000 960 Bài 9:
1.Baống thuyeỏt lai hoaự giaỷi thớch sửù táo thaứnh iõn phửực Cu(NH3)42+ vaứ sửù táo thaứnh phửực chaỏt trung hoaứ Fe(CO)5.
2. Giaỷi thớch ngaộn gón caực yự sau: a. NF3 khõng coự tớnh bazụ nhử NH3.
b. SnCl2 laứ chaỏt raộn, SnCl4 laứ chaỏt loỷng sõi ụỷ 114,10C.
c. NO2 coự khaỷ naờng nhũ hụùp deĩ daứng trong khi ủoự ClO2 khõng coự khaỷ naờng ủoự.
d. Cho hoĩn hụùp KIO3 vaứ KI vaứo dung dũch AlCl3 thaỏy xuaỏt hieọn keỏt tuỷa keo traộng. Giải Cu (z = 29) [Ar] 3d10 4s1 Cu – 2e → Cu2+ [Ar] 3d9 4s0 4p0
Cu2+ duứng 1 obitan s vaứ 3 obitan p troỏng ủeồ toồ hụùp táo thaứnh 4 obitan lai hoựa sp3. Moĩi obitan lai hoựa sp3 seừ liẽn keỏt vụựi caởp ủieọn tửỷ tửù do trẽn NH3 ủeồ táo thaứnh phãn tửỷ Cu(NH3)42+
Fe (z = 26) [Ar] 3d6 4s2 4p0
Fe* [Ar] 3d8 4s0 4p0
Fe* duứng 1 obitan d, 1 obitan s vaứ 3 obitan p troỏng ủeồ táo thaứnh 5 obitan lai hoựa dsp3. Moĩi obitan lai hoựa dsp3 seừ liẽn keỏt vụựi moọt phãn tửỷ CO táo thaứnh Fe(CO)5. 2. a. Do F coự ủoọ ãm ủieọn lụựn hụn cuỷa H nẽn seừ laứm giaỷm maọt ủoọ e cuỷa nguyẽn tửỷ N trung tãm. Do ủoự NF3 khoự nhaọn thẽm proton H+ hụn so vụựi NH3 hay NF3 khõng coự tớnh bazụ nhử NH3.
b. SnCl2 laứ chaỏt raộn vỡ trong phãn tửỷ coự liẽn keỏt ion.
SnCl4 laứ chaỏt loỷng vỡ trong phãn tửỷ coự liẽn keỏt coọng hoựa trũ. c. NO2 nhũ hụùp ủửụùc laứ nhụứ coự caởp e ủoọc thãn naốm trẽn N. ClO2 thỡ e ủoọc thãn laứm giaỷi toỷa toaứn phãn tửỷ.
d. Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ (1) IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + 3H2O (2)
(2) laứm dũch chuyeồn (1) theo chiều thuaọn nẽn coự keỏt tuỷa keo traộng táo ra. Bài 10:
áp dụng thuyết lai hố giải thích kết quả của thực nghiệm xác định đợc BeH2, CO2 đều là phân tử thẳng.
Giải
Phân tử thẳng cĩ 3 nguyên tử đợc giải thích về hình dạng: Nguyên tử trung tâm cĩ lai hố sp (là lai hố thẳng).
BeH2 : Cấu hình e của nguyên tử : H 1s1 ; Be: 1s22s2. Vậy Be là nguyên tử trung tâm cĩ lai hố sp:
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ lai hố sp
2 obitan lai hố sp cùng trên trục Z, mỗi obitan đĩ xen phủ với 1 obitan 1s của H tạo ra liên kết σ (hình 1). Vậy BeH2 → H−Be−H
(2 obitan p nguyên chất của Be khơng tham gia liên kết) CO2: Cấu hình e: C 1s22s22p2 ; O 1s22s22p4 Vậy C là nguyên tử trung tâm cĩ lai hĩa sp:
↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ Lai hố p nguyên chất
sp
+ 2 obitan lai hố sp của C xen phủ với 2 obitan pz của 2 O tạo ra 2 liên kết σ
+ 2 obitan p nguyên chất của C xen phủ với obitan nguyên chất tơng ứng của oxi tạo ra 2 liên kết π (x↔x ; y ↔y) nên 2 liên kết π này ở trong 2 mặt phẳng vuơng gĩc với nhau và đều chứa 2 liên kết σ. Vậy CO2: O= C = O
Ghi chú: Yêu cầu phải trình bày rõ nh trên về các liên kết σ, π trong CO2
(chú ý: phải nĩi rõ cĩ sự tơng ứng obitan giữa C với O: x↔x; y ↔y)
Bài 11:
1. Viết cụng thức lewis và xỏc định dạng hỡnh học của cỏc phõn tử và ion sau: BCl3, CO2, NO2-, NO2, IF3.
2. Tại sao ion bo triclorua tồn tại dạng monome (BCl3) trong khi nhụm triclorua lại tồn tại dạng đime (Al2Cl6)?
Giải 1. Cụng thức lewis: BCl3: CO2: NO2+: NO2: IF3: b. Dạng hỡnh học:
- BCl3: Xung quanh nguyờn tử B cú 3 cặp electron tạo liờn kết đơn nờn B lai húa sp2, 3 nguyờn tử Cl liờn kết với B qua 3 obitan này, do đú phõn tử cú dạng tam giỏc đều.
- CO2: Xung quanh C cú 2 cặp electron tạo liờn kết đơn nờn C lai húa sp, 2 nguyờn tử O liờn kết với C qua 2 obitan này, do đú phõn tử cú dạng đường thẳng.
- NO2+: Ion này cũng giống CO2, cú 2 cặp electron tạo liờn kết đơn , do đú ion cú dạng đường thẳng.
- NO2: Xung quanh N cú 1 liờn kết đơn, 1 liờn kết đụi và 1 electron độc thõn nờn N cú lai húa sp2, hai nguyờn tử O liờn kết với 2 trong 3 obitan lai húa nờn phõn tử cú dạng chữ V (hay gấp khỳc). Gúc NON < 1200 vỡ cú sự đẩy của electron độc thõn.
- IF3: Xung quanh I cú 5 cặp electron nờn I lai húa sp3d, tạo thành 5 obitan lai húa hướng tới 5 đỉnh của một hỡnh lưỡng chúp ngũ giỏc, hai obitan nằm dọc trục thẳng đứng liờn kết với hai nguyờn tử F, nguyờn tử F thỳ ba liờn kết với 1 trong 3 obitan
trong mặt phẳng xớch đạo. như vậy phõn tử cú dạng hỡnh chữ T. Nếu kể cả sự đẩy của 2 cặp electron khụng liờn kết, phõn tử cú dạng chữ T cụp.
c.
- BCl3: B cú 3 electron húa trị, khi tạo liờn kết vối 3 nguyờn tử Cl, ở nguyờn tử B chỉ cú 6 electron độc thõn, phõn tử khụng bền. Để cú bỏt tử, nguyờn tử B sử dụng 1 obitan p khụng lai húa để tạo liờn kết pi với 1 trong 3 nguyờn tử Cl. Kết ủa là tạo thành phõn tử BCl3 cú dạng tam giỏc đều.
- AlCl3: Al cũng thiếu electron như B, nhưng nhụm khụng đủ khả năng tạo thành liờn kết pi kiểu p-p như B. Để đủ bỏt tử, 1 trong 4 obitan lai húa sp3 của nguyờn tử Al nhận 1 cặp electron khụng liờn kết từ 1 nguyờn tử Cl ở phõn tử AlCl3 bờn cạnh, và phõn tử cũn lại cũng như vậy nờn kết quả là tạo thành một đime.
Bài 12:
1. Giải thớch tại sao ỏi lực electron của F lại nhỏ hơn của Cl (328KJ/mol so với 349KJ/mol) mặc dự độ õm điện của F lớn hơn.
2. Dựa vào quan điểm lý thuyết của obitan phõn tử hĩy giải thớch tại sao chớnh oxi chứ khụng phải nito lại cần thiết cho sự sống.
3. Độ ion của liờn kết Li-F là 87%, độ dài của liờn kết Li-F bằng 0,152 nm. Hĩy tớnh momen lưỡng cực (tớnh ra Debye) của phõn tử LIF.
Giải.
1. Việc nhận thờm 1e để tạo ion X- sẽ buộc phải thắng lực đẩy tĩnh điện giữa cỏc electron với nhau.
- Việc này khú đối với F, do cỏc e vốn đĩ chịu lực hỳt mạnh của cỏc hạt nhõn nờn sẽ di chuyển trong một khoảng thơi gian tương đối nhỏ, khi nhận thờm 1 e s4 tao ra một lực đẩy mạnh làm giảm độ bền.
- Trong khi đú điều này lại khụng quỏ nghiờm trọng với Cl do vựng chuyển động của cỏc electron ở phõn lớp 3p tương đối rộng n6n lưc đẩy giữa cỏc electron thứ 8 với 7e cũn lại sẽ nhỏ hơn so với F.
Ái lực của electron F nhỏ hơn Cl mặc dự độ õm điện lớn hơn. 2.
O2 : σs2σs*2σz2πx2= πy2πx*1= πy*1 N2 : σs2σs*2πx2= πy2σz2
N2 cú độ bội liờn kết là 3 cựng với việc khụng tồn tại electron độc thõn làm cho nú khú cú khả năng liờn kết với cỏc phõn tử khỏc.
O2 cú 2e độc thõn nằm trờn MO π* cú mức năng lượng cao làm cho nú cú khả năng liờn kết với một số phõn tử sinh học như nhõn sắt trong hemoglobin. Bờn cạnh đú oxi tương đối bền ở điều kiện thường do độ bội liờn k61t là 2.
4. 0,87 = àtn / àgt.100.%ion = àtn / 1,602.10-19. 0,152. 10-19
àtn = 2,1.10-29 C.m à = 2,1.10-29/1.33. 10-30 = 6,3 D
Bài 13:Hĩy chứng minh rằng phần thể tớch bị chiếm bởi cỏc đơn vị cấu trỳc (cỏc nguyờn tử) trong mạng tinh thể kim loại thuộc cỏc hệ lập phương đơn giản, lập phương tõm khối, lập phương tõm diện tăng theo tỉ lệ 1 : 1,31 : 1,42.
Phần thể tớch bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử trong mạng tinh thể cũng chớnh là phần thể tớch mà cỏc nguyờn tử chiếm trong một tế bào đơn vị (ụ mạng cơ sở). - Đối với mạng đơn giản:
+ Số nguyờn tử trong 1 tế bào: n = 8 x 1/8 = 1
+ Gọi r là bỏn kớnh của nguyờn tử kim loại, thể tớch V1 của 1 nguyờn tử kim loại là: V1 = 4/3 xπr3 (1)
+ Gọi a là cạnh của tế bào, thể tớch của tế bào là: V2 = a3 (2)
Trong tế bào mạng đơn giản, tương quan giữa r và a được thể hiện trờn hỡnh sau:
hay a = 2r (3).
Thay (3) vào (2) ta cú: V2 = a3 = 8r3 (4)
Phần thể tớch bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử trong tế bào là: V1/V2 = 4/3 πr3 : 8r3 = π/6 = 0,5236
- Đối với mạng tõm khối:
+ Số nguyờn tử trong 1 tế bào: n = 8 x 1/8 + 1 = 2. Do đú V1 = 2x(4/3)πr3 .
+ Trong tế bào mạng tõm khối quan hệ giữa r và a được thể hiện trờn hỡnh sau:
Do đú: d = a 3 = 4r. Suy ra a = 4r/ 3 Thể tớch của tế bào:
V2 = a3 = 64r3/ 3 3
Do đú phần thể tớch bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử trong tế bào là: V1 : V2 = 8/3 πr3 : 64r3/3 3 = 0,68
- Đối với mạng tõm diện:
+ Số nguyờn tử trong 1 tế bào: n = 8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4. Do đú thể tớch của cỏc nguyờn tử trong tế bào là:
V1 = 4 x 4/3πr3
+ Trong tế bào mạng tõm diện quan hệ giữa bỏn kớnh nguyờn tử r và cạnh a của tế bào được biểu diễn trờn hỡnh sau:
r a
a d
Từ dú ta cú: d = a 2 = 4r, do đú a = 4r/ 2 Thể tớch của tế bào: V2 = a3 = 64r3/2 2
Phần thể tớch bị cỏc nguyờn tử chiếm trong tế bào là:
V1/V2 = 16/3 πr3: 64r3/ 2 2 = 0,74
Như vậy tỉ lệ phần thể tớch bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử trong 1 tế bào của cỏc mạng đơn giản, tõm khối và tõm diện tỉ lệ với nhau như 0,52 : 0,68 : 0,74 = 1 : 1,31 : 1,42.
Bài 14:
Sắt dạng α (Feα) kết tinh trong mạng lập phương tõm khối, nguyờn tử cú bỏn kớnh r = 1,24 Å. Hĩy tớnh:
a) Số nguyờn tử trong một tế bào sơ đẳng b) Cạnh a của tế bào sơ đẳng
c) Tỉ khối của Fe theo g/cm3.
d) Khoảng cỏch ngắn nhất giữa hai nguyờn tử Fe
Giải
a) Mạng tế bào cơ sở của Fe (hỡnh vẽ)
Theo hỡnh vẽ, số nguyờn tử Fe là − Ở tỏm đỉnh lập phương = 8 ì18 = 1 − Ở tõm lập phương = 1
Vậy tổng số nguyờn tử Cu chứa trong tế bào sơ đảng = 1 + 1 = 2 (nguyờn tử) b) Từ hỡnh vẽ, ta cú: AD2 = a2 + a2= 2a2 xột mặt ABCD: AC2 = a2 + AD2 = 3a2 mặt khỏc, ta thấy AC = 4r = a 3 nờn a = 4r 3 = 4 1,24 3 ì = 2,85 Å
c) Khoảng cỏch ngắn nhất giữa 2 nguyờn tử là đoạn AE: AE = AC a 3
2 = 2 = 2,85 32 2
ì = 2,468 Å
d) + 1 mol Fe = 56 gam
+ Thể tớch của 1 tế bào cơ sở = a3 chứa 2 nguyờn tử Fe
A B B C D a D C A B E E a
+ 1 mol Fe cú NA = 6,02 ì1023 nguyờn tử Khối lượng riờng d = m
V
= 2 ì 23 8 3 56
6,02 10ì ì(2,85 10 )ì − = 7,95 g/cm3
♣ Thể tớch của 1 mol Fe = 55,857,87 = 7,097 cm3.
một mol Fe chứa NA = 6,02 ì1023 nguyờn tử Fe Theo độ đặc khớt, thể tớch của 1 nguyờn tử Fe = 23
7,097 0,686,02 10 6,02 10 ì ì = 0,8 ì10−23 cm3 Từ V = 4 3 r 3ì π ⇒ Bỏn kớnh nguyờn tử Fe = r = 3 3V 4π r = 3 3 0,8 10 23 4 3,14 − ì ì ì = 1,24 ì10−8 cm Bài 15:
1.Tinh thể đồng kim loại cú cấu trỳc lập phương tõm diện.
a) Hĩy vẽ cấu trỳc mạng tế bào cơ sở và cho biết số nguyờn tử Cu chứa trong tế bào sơ đẳng này
b) Tớnh cạnh lập phương a(Å) của mạng tinh thể, biết nguyờn tử Cu cú bỏn kớnh bằng 1,28 Å
c) Xỏc định khoảng cỏch gần nhất giữa hai nguyờn tử Cu trong mạng d) Tớnh khối lượng riờng của Cu theo g/cm3
2.Tớnh bỏn kớnh nguyờn tử gần đỳng của Ca ở 200C, biết tại nhiệt độ đú khối lượng riờng của Ca bằng 1,55 g/cm3. Giả thiết trong tinh thể cỏc nguyờn tử Ca cú hỡnh cầu, cú độ đặc khớt là 74%.
Giải
1.
a) Mạng tế bào cơ sở của Cu (hỡnh vẽ)
Theo hỡnh vẽ, số nguyờn tử Cu là − Ở tỏm đỉnh lập phương = 8 ì18 = 1 A B C D a E D C A B E
− Ở 6 mặt lập phương = 6 ì12 = 3
Vậy tổng số nguyờn tử Cu chứa trong tế bào sơ đảng
= 1 + 3 = 4 (nguyờn tử) b) Xột mặt lập phương ABCD ta cú: AC = a 2 = 4 ì rCu a = 0 Cu 4 r 4 1,28A 2 2 ì = ì = 3,63 Å
c) Khoảng cỏch ngắn nhất giữa 2 nguyờn tử là đoạn AE: AE = AC a 2
2 = 2 = 2,55 Å
d) + 1 mol Cu = 64 gam
+ Thể tớch của 1 tế bào cơ sở = a3 chứa 4 nguyờn tử Cu + 1 mol Cu cú NA = 6,02 ì1023 nguyờn tử
Khối lượng riờng d = m
V= 4 ì 23 8 3
64
6,02 10ì ì(3,63 10 )ì −
= 8,88 g/cm3
2.♣ Thể tớch của 1 mol Ca = 40,081,55 = 25,858 cm3, một mol Ca chứa NA = 6,02 ì1023 nguyờn tử Ca
Theo độ đặc khớt, thể tớch của 1 nguyờn tử Fe = 23 25,858 0,74 6,02 10 ì ì = 3,18 ì10−23 cm3 Từ V = 4 3 r 3ì π ⇒ Bỏn kớnh nguyờn tử Ca = r = 3 3V 4π = 23 3 3 3,18 10 4 3,14 − ì ì ì = 1,965 ì10−8 cm Bài 1 6 : Phõn tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương mặt tõm.