Dạng 3: Xỏc định bỏn kớnh, cạnh của hỡnh và khoảng cỏch ngắn nhất giữa

2.2.2 .Cấu tạo bảngtuần hoàn cỏc nguyờn tố húa học

2.2.2.2 .Chu kỡ

3.5. Chuyờn đề 5: Tinh thể phõn tử

3.5.3. Dạng 3: Xỏc định bỏn kớnh, cạnh của hỡnh và khoảng cỏch ngắn nhất giữa

tõm của hai nguyờn tử trong mạng tinh thể

Phương phỏp giải

- Dựa vào cỏc cụng thức liờn hệ giữa khối lượng riờng, thể tớch, hằng số mạng, đường kớnh, bỏn kớnh và giả thiết đề bài ta sẽ giải được.

- Đối với hợp chất ion AB bất kỡ thỡ: a = 2(rA++rB-)

Bài tập vận dụng

Bài 1: (Đề thi HSGQG lớp 12 năm học 2008)

Silic cú cấu trỳc tinh thể giống kim cương.

1. Tớnh bỏn kớnh nguyờn tử silic. Cho khối lượng riờng của silic tinh thể bằng 2,33g.cm-3;

khối lượng mol nguyờn tử của Si bằng 28,1g.mol-1.

2. So sỏnh bỏn kớnh nguyờn tử của silic với cacbon (rC= 0,077 nm) và giải thớch. Bài giải:

1. Từ cụng thức tớnh khối lượng riờng

D = V1 ụ= ( 8.28,1)/(2,33.6,02.1023) = 16,027 cm3.

a= 5,43.10-8cm; d = = 5,43.10-8.1,71 = 9.39.10-8cm; Bỏn kớnh của nguyờn tử silic là: r = d/8 = 1,17 .10-8cm;

2. Cú rSi (0,117 nm) > rC( 0,077 nm). Điều này phự hợp với quy luật biến đổi bỏn kớnh nguyờn tử trong một phõn nhúm chớnh

Bài 2: Đồng kết tinh theo kiểu lập phương tõm diện.Tớnh cạnh của hỡnh lập phương của

mạng tinh thể và khoảng cỏch ngắn nhất giữa hai tõm của hai nguyờn tử đồng trong mạng, biết nguyờn tử đồng cú bỏn kớnh bằng 1,28A0.

Bài giải: Bỏn kớnh nguyờn tử Cu là: r = 1,28.10-8cm. Từ cụng thức: 4.r = a  a= 4.r / = (4.1,28.10-8)/1,41 = 3,63.10-8cm. V N A M n . . 3 . a 2 2

Khoảng cỏch ngắn nhất giữa 2 tõm của hai nguyờn tử đồng trong mạng. 2.r = 2,56.10-8cm.

Bài 3: Tinh thể NaCl cú cấu trỳc lập phương tõm mặt của cỏc ion Na+, cũn cỏc ion Cl-

chiếm cỏc lỗ trống tỏm mặt trong ụ mạng cơ sở của cỏc ion Na+, nghĩa là cú 1 ion Cl-chiếm tõm của hỡnh lập phương. Biết cạnh a của ụ mạng cơ sở là 5,58 . Khối lượng mol của Na và Cl lần lượt là 22,99 g/mol; 35,45 g/mol. Cho bỏn kớnh của Cl-là 1,81 . Tớnh bỏn kớnh của ion Na+.

Bài giải:

Cỏc ion Cl -xếp theo kiểu lập phương tõm mặt, cỏc cation Na+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bỏt diện. Tinh thể NaCl gồm hai mạng lập phương tõm mặt lồng vào nhau. Số phối trớ của Na+ và Cl- đều bằng 6.

Số ion Cl- trong một ụ cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 Số ion Na+ trong một ụ cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4 Số phõn tử NaCl trong một ụ cơ sở là 4

Cú: 2.(rNa+ + rCl-) = a = 5,58.10-8cmrNa+ = 0,98.10-8cm;

Bài 4:Tớnhbỏn kớnh nguyờn tử gần đỳngcủa Fe ở 200C, biết tại nhiệt độ đú khối lượng riờng

của Fe bằng 7,87 g/cm3. Giả thiết trong tinh thể cỏc nguyờn tử Fe cú hỡnh cầu, cú độ đặc khớt là 68%.

Cho nguyờn tử khối của 55,85 = 40

Bài giải: Thể tớch của 1 mol Fe = 55,85

7,87 = 7,097 cm3. một mol Fe chứa NA= 6,021023nguyờn tử Fe Theo độ đặc khớt, thể tớch của 1 nguyờn tử Fe = 7,097 0,6823

6,02 10   = 0,81023cm3 0 A 0 A N a C l

Từ V = 4 3 r 3  Bỏn kớnh nguyờn tử Fe = r = 3 3V 4 = 33 0,8 10 23 4 3,14     = 1,24108cm

Bài 5:Phõn tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tõm diện. Hóy biểu diễn mạng cơ sở của

CuCl.

a) Tớnh số ion Cu+và Cl-rồi suy ra số phõn tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở. b) Xỏc định bỏn kớnh ion Cu+. Cho: D(CuCl) = 4,136 g/cm3; rCl-= 1,84 ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Bài giải: a) Vỡ lập phương mặt tõm nờn Cl-ở 8 đỉnh: 1 8 1 8  ion Cl- 6 mặt: 3 2 1 6  ion Cl- Cu+ở giữa 12 cạnh : 3 4 1 12  ion Cu+ ở tõm : 1x1=1 ion Cu+

Vậy số phõn tử trong mạng cơ sở là 4Cu++ 4Cl-= 4CuCl b) V N M N d A CuCl . .

 với V=a3( N: số phõn tử, a là cạnh hỡnh lập phương)

, . , . , . , ) , , ( , . . o 3 24 23 A CuCl 3 A 4171 5 a cm 10 965 158 10 023 6 136 4 5 35 5 63 4 N d M N a         Mặt khỏc theo hỡnh vẽ ta cú a= 2r++ 2r- o A r a r 0,86855 2 84 ,1 . 2 4171 , 5 2 2         3.5.4. Dạng 4: Xỏc định trị số Avogadro. Tớnh thành phần phần trăm thể tớch khụng gian trống trong mạng tinh thể

Phương phỏp giải

- Hằng số Avogadro: NA= (n.M)/ ( D.Vụ)

- Phần trăm thể tớch khụng gian trống: (V1ụ- Vnguyờntử).100% / Vnguyờn tử

0 A

4 ion Cl-

Bài tập vận dụng

Bài 1: (Đề thi HSGQG lớp 12 năm học 2007)

Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng ( Au) cú khối lượng riờng là 19,4 g/cm3 và cú mạng lưới lập phương tõm diện. Độ dài cạnh của ụ mạng đơn vị là 4,070.10-10m. Khối lượng mol nguyờn tử của vàng là: 196,97 g/cm3.

1. Tớnh phần trăm thể tớch khụng gian trống trong mạng lưới tinh thể của vàng. 2. Xỏc định trị số của số Avogadro.

Bài giải:

- Số nguyờn tử trong 1 ụ cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4.

- Bỏn kớnh nguyờn tử Au:

4.r = a  r= a /4= 1,435.10-8cm

Thể tớch bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử:

Vnguyờntử= 4/3..r3= 4.4/3.3,14.(1,435.10-8)3= 5.10-23cm3. Thể tớch 1 ụ đơn vị: V1ụ= a3= (4,070.10-8)3 = 6,742.10-23 cm3. Phần trăm thể tớch khụng gian trống: (V1ụ- Vnguyờntử).100 / Vnguyờn tử= 26%. Trị số của số Avogadro: NA= (n.M)/ ( D.Vụ) = 6,02.1023.

Bài 2: (Đề thi HSGQG lớp 12 năm học 2009)

Mỏu trong cơ thể người cú màu đỏ vỡ chứa hemoglobin ( chất vận chuyển oxi chứa sắt). Mỏu của một số động vật nhuyễn thể khụng cú màu đỏ mà cỏ màu khỏc vỡ chứa kim loại khỏc ( X). Tế bào đơn vị ( ụ mạng cơ sở) lập phương tõm diện của tinh thể X cú cạnh bằng 6,62.10-8cm. Khối lượng riờng của nguyờn tố này là 8920 kg/m3.

a. Tớnh thể tớch của cỏc nguyờn tử trong một tế bào và phần trăm thể tớch của tế bào bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử.

b. Xỏc định nguyờn tố X.

Bài giải: Số nguyờn tử trong một tế bào: 8.1/8 + 6.1/2 = 4.

a

a a 2 = 4.r

Tớnh bỏn kớnh nguyờn tử: r = 1,276.10-8cm.

Thể tớch bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử V nguyờn tử = 4.4/3..r3= 3,48.10-23cm3. Thể tớch 1 ụ mạng cơ sở V 1ụ = a3= 4,7.10-23 cm3.

Phần trăm thể tớch tế bào bị chiếm bởi cỏc nguyờn tử: 74%. Khối lượng mol phõn tử: M = 63,1 g/mol. Vậy X là đồng.

***Bài tập tự giải

Bài 1: Tớnh khối lượng riờng của tinh thể Ni, biết Ni kết tinh theo mạng tinh thể lập phương

tõm mặt và bỏn kớnh của Ni là 1,24 .

Bài 2:Đồng kết tinh theo kiểu lập phương tõm diện.

Tớnh khối lượng riờng của đồng theo g/ cm3. Cho Cu = 64.

Bài 3: Từ nhiệt độ phũng đến 1185K sắt tồn tại ở dạng Fe với cấu trỳc lập phương tõm

khối, từ 1185K đến 1667K ở dạng Fevới cấu trỳc lập phương tõm diện. ở 293K sắt cú khối lượng riờng d = 7,874g/cm3.

a) Tớnh khối lượng riờng của sắt ở 1250K (bỏ qua ảnh hưởng khụng đỏng kể do sự dón nở nhiệt).

b) Thộp là hợp kim của sắt và cacbon, trong đú một số khoảng trống giữa cỏc nguyờn tử sắt bị chiếm bởi nguyờn tử cacbon. Trong lũ luyện thộp (lũ thổi) sắt dễ núng chảy khi chứa 4,3% cacbon về khối lượng. Nếu được làm lạnh nhanh thỡ cỏc nguyờn tử cacbon vẫn được phõn tỏn trong mạng lưới lập phương nội tõm, hợp kim được gọi là martensite cứng và dũn. Kớch thước của tế bào sơ đẳng của Fekhụng đổi.

c) Hóy tớnh số nguyờn tử trung bỡnh của C trong mỗi tế bào sơ đẳng của Fe với hàm lượng của C là 4,3%.

d) Hóy tớnh khối lượng riờng của martensite. (cho Fe = 55,847; C = 12,011; số N = 6,022. 1023 )

Bài 4: Cho rằng hạt nhõn nguyờn tử và chớnh nguyờn tử H cú dạng hỡnh cầu. Hạt nhõn nguyờn tử hiđro cú bỏn kớnh gần đỳng bằng 1015 m, bỏn kớnh nguyờn tử hiđro bằng 0,53

1010m.

Hóy xỏc định khối lượng riờng của hạt nhõn và nguyờn tử hiđro. (cho khối lượng proton = khối lượng nơtron1,6721027kg

khối lượng electron = 9,109 1031kg)

0

Bài 5:Xỏc định khối lượng riờng của Na, Mg, K.

Bài 6: Bằng phương phỏp nhiễu xạ tia X khảo sỏt cấu trỳc tinh thể NH4Cl người ta đó ghi

nhận được kết quả sau:

Ở 200C phõn tử NH4Cl kết tinh dưới dạng lập phương với hằng số mạng a = 3,88 A0và khối lượng riờng

d = 1,5 g/cm3.

Ở 2500C phõn tử NH4Cl kết tinh dưới dạng lập phương với hằng số mạng a = 6,53 A0 và khối lượng riờng d = 1,3 g/cm3.

Từ cỏc dữ kiện trờn hóy cho biết:

a) Kiểu tinh thể lập phương hỡnh thành ở 200C và 2500C.

b) Khoảng cỏch N – Cl theo A0cho từng kiểu tinh thể đó xỏc định ở cõu (a). ( Cho N = 14; H = 1; Cl = 35,5).

Bài 7: Từ nhiệt độ phũng đến 1185K sắt tồn tại ở dạng Fe với cấu trỳc lập phương tõm

khối, từ 1185K đến 1667K ở dạng Fevới cấu trỳc lập phương tõm diện. ở 293K sắt cú khối lượng riờng d = 7,874g/cm3. Hóy tớnh bỏn kớnh của nguyờn tử Fe.

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 1. KẾT LUẬN

Sau thời gian nghiờn cứu và thực hiện đề tài, chỳng tụi đó thu được một số kết quả sau đõy:

1. Nghiờn cứu cơ sở lớ luận và thực tiễn của đề tài bao gồm: cơ sở lớ luận, thực tiễn bồi dưỡng học sinh giỏi Húa học ở bậc THPT; đặc trưng cơ bản của dạy học Húa học hiện nay ở cỏc bậc học núi chung và bậc phổ thụng núi riờng; vai trũ, mục đớch, cỏch phõn loại và tỏc dụng của bài tập Húa học đối với việc dạy học núi chung và bồi dưỡng học sinh giỏi Húa học núi riờng.

2. Đó xõy dựng khỏ đầy đủ một hệ thống lý thuyết cơ bản chuyờn sõu phần cấu tạo nguyờn tử và liờn kết húa học, đỏp ứng yờu cầu bồi dưỡng học sinh giỏi và giảng dạy cỏc lớp chuyờn Húa hiện nay. Chỳng tụi đó xõy dựng được 4 chuyờn đề lý thuyết gồm:Cấu tạo nguyờn tử; Bảng hệ thống tuần hoàn cỏc nguyờn tố húa học – Định luật tuần hoàn; Húa học phúng xạ và Liờn kết húa học

3. Dựa trờn cỏc chuyờn đề lý thuyết, chỳng tụi đó xõy dựng được hệ thống bài tập theochuyờn đề, mỗi chuyờn đề phõn thành cỏc dạng khỏc nhau đề cập đến cỏc vấn đề trọng tõm của lý thuyết, cú tham khảo nhiều đề thi Học sinh giỏi thành phố, Học sinh giỏi quốc gia nhằm nõng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi Húa học cũng như dựng là bài tập cho cỏc lớp chuyờn Húa học. Riờng chuyờn đề 4: Liờn kết húa học do nội dung kiến thức khỏ lớn nờn em phõn thành 2 chuyờn đề bài tập 4 và 5 là: Phõn tử và liờn kết&Tinh thể phõn tử.

Cụ thể:

- Chuyờn đề 1: cú5 dạng bài tập: tổng số 29 bài tập gồm 23bài tập cú lời giải và 6bài tập tự giải.

- Chuyờn đề 2: cú5 dạng bài tập: tổng số 39 bài tập gồm 25 bài tập cú lời giải và 14 bài tập tự giải.

- Chuyờn đề 3: cú 5 dạng bài tập: tổng số 30 bài tập gồm 22 bài tập cú lời giải và 8 bài tập tự giải.

- Chuyờn đề 4: cú 5 dạng bài tập: tổng số 38 bài tập gồm 25 bài tập cú lời giải và 13 bài tập tự giải.

- Chuyờn đề 5: cú4 dạng bài tập: tổng số 24 bài tập gồm 17 bài tập cú lời giải và 7 bài tập tự giải.

Ngoài ra, sau mỗi chuyờn đề chỳng tụi đó xõy dựng bài kiểm tra để ụn tập cho học sinh.

Với kết quả của đề tài, chỳng tụi hi vọng đõy sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho giỏo viờn phổ thụng và học sinh giỏi, học sinh chuyờn Húa.

2. KIẾN NGHỊ

- Cỏc giỏo viờn THPT khi dạy chương trỡnh bồi dưỡng học sinh giỏi cũng nờn xõy dựng một hệ thống lý thuyết hoàn chỉnh cũng như phõn dạng bài tập cụ thể tựy theo từng chuyờn đề, mỗi dạng nờn đưa ra một phương phỏp giải cụ thể để học sinh cú thể dễ dàng tiếp thu cũng như hoàn thành cỏc bài tập được giao.

- Qua quỏ trỡnh nghiờn cứu đề tài cho phộp chỳng tụi nờu ra một số phương hướng nghiờn cứu trong thời gian tới: Tiếp tục mở rộng phạm vi nghiờn cứu cỏc vấn đề trọng tõm khỏc của Húa học thường hay đề cập đến trong cỏc kỳ thi Olympic quốc gia và quốc tế.

Cuối cựng em nhận thấy rằng đõy chỉ là những kết quả nghiờn cứu ban đầu. Vỡ trỡnh độ năng lực bản thõn và điều kiện thời gian cũn hạn chế em rất mong được sự gúp ý xõy dựng của cỏc thầy cụ giỏo làm cụng tỏc bồi dưỡng học sinh giỏi, giảng dạy ở cỏc lớp chuyờn húa cũng như cỏc thầy cụ cú quan tõm đến vấn đề này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Thanh Huế, Trần Quang sơn, Nguyễn Văn Tũng,Một số vấn đề chọn lọc của Húa học, Nhà xuất bản giỏo dục, năm 2005.

[2] Ngụ Thị Mỹ Bỡnh,Bài Giảng: Cơ sở lý thuyết húa vụ cơ,Đà Nẵng năm 2007. [3] Phạm Đức Bỡnh,ễn lý thuyết Húa vụ cơ, Nhà xuất bản Đồng Nai, năm 2000.

[4] Nguyễn Văn Đỏng, Bài giảng húa đại cương 1,2; Đà Nẵng năm 2009.

[5] Cao Cự Giỏc, Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Húa học, Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia TP. Hồ Chớ Minh, năm 2012.

[6] Cao Cự Giỏc, Hướng dẫn giải nhanh bài tập Húa học, Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia Hà Nội, năm 2001.

[7] Phạm Thị Hà, Bài giảng Phõn tớch định lượng, Đà Nẵng năm 2009.

[8] Mai Hữu Khiờm, Nguyễn Ngọc Hạnh, Trần Mai Phương, Hoàng Khoa Anh Tuấn,Bài tập Húa lớ, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chớ Minh, năm 2007.

[9] Phan Trọng Ngọ,Dạy học và phương phỏp dạy học trong nhà trường, Nhà xuất bản

Đại học Sư phạm, năm 2005.

[10] Đào Đỡnh Thức,Húa lớ I – Nguyờn tử và liờn kết húa học, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, năm 2002.

[11] Đào Đỡnh Thức, Cấu tạo nguyờn tử và liờn kết húa học, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, năm 2006.

[12] Ban tổ chức kỡ thi Olympic 30 thỏng 4, lần XII,Tuyển tập đề thi Olympic 30 thỏng 4, lần XII – 2006, Nhà xuất bản Giỏo dục, năm 2006.

[13] Bộ Giỏo dục và đào tạo,Húa học 10 – nõng cao, Nhà xuất bản giỏo dục, năm 2006.

[14] Bộ giỏo dục và đào tạo,Húa học 11 – nõng cao, Nhà xuất bản giỏo dục, năm 2007.

[15] Bộ giỏo dục và đào tạo,Húa học 12 – nõng cao, Nhà xuất bản giỏo dục, năm 2008.

[16] Bộ giỏo dục và đào tạo, Quỏ trỡnh xõy dựng, phỏt triển hệ thống cỏc trường Trung học phổ thụng chuyờn và mục tiờu, giải phỏp trong thời gian tới.

[17] Hội húa học Việt Nam, Tài liệu nõng cao và mở rộng kiến thức húa học phổ thụng, Nhà xuất bản Giỏo dục.

[18] Nguyễn Cương, Nguyễn Mạnh Dung, Nguyễn Thị Sửu – Phương phỏp dạy học Húa học tập I, II, III (sỏch cao đẳng) - NXB Giỏo dục, 2002.

[19] Trần Thành Huế - Bàn về dạy tốt, học tốt mụn Húa học, bỏo cỏo khoa học hội nghị toàn quốc, lần thứ III - Hội Húa học ViệtNam, 1998.

PHẦN I: ĐỀ KIỂM TRA KHẢO SÁT CÁC CHUYấN ĐỀ Chuyờn đề 1: Cấu tạo nguyờn tử

Bài 1:a) Tớnh khối lượng nguyờn tử trung bỡnh của oxi biết rằng trong tự nhiờn, oxi

tồn tại ở ba dạng đồng vị: 16 8O 17 8O 18 8O 99,762% 0,038% 0,200%

b) Trờn thực tế, khối lượng hạt nhõn cú hơi nhỏ hơn tổng số khối lượng của proton và nơtron tạo nờn hạt nhõn. Vỡ vậy khi xỏc định bằng thực nghiệm, khối lượng cỏc đồng vị của oxi như sau:

16

8O 17

8O 18

8O

15,99491 đvC 16,9991 đvC 17,9991 đvC - Tớnh khối lượng nguyờn tử trung bỡnh của oxi dựa vào cỏc dữ kiện trờn.

- Vỡ sao khối lượng hạt nhõn lại hơi nhỏ hơn tổng số khối lượng của proton và nơtron tạo ra hạt nhõn đú ?

Bài 2:Phõn tử AB2cú tổng số hạt proton, nơtron, electron là 66, trong đú số hạt mang điện

nhiều hơn số hạt khụng mang điện là 22, số hạt mang điện của B nhiều hơn của A là 20.