CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2. Dạng 2: Bài tập về các số lƣợng tử
Xác định giá trị của các số lượng tử khi biết số hiệu nguyên tử:
Bài 1: Bộ số lƣợng tử (n, l, ml, ms) của electron cuối cùng a, Của nguyên tử oxi (Z = 8) là:
A, n = 2 l = 1 ml = 0 ms = -1/2 B, n = 2 l = 1 ml = -1 ms = -1/2 C, n = 2 l = 1 ml = 0 ms = +1/2 D, n = 2 l = 2 ml = -1 ms = -1/2 b, Của ion S2- (Z =16) là:
A, n = 3 l = 0 ml= 1 ms = -1/2 B, n = 3 l = 1 ml = 1 ms = -1/2 C, n = 3 l = 1 ml= 0 ms = 1/2 D, n = 3 l = 1 ml = 1 ms = +1/2 Bài giải:
a, Oxi (Z = 8) có cấu hình: 1s22s22p4
Electron cuối cùng điền vào phân lớp 2p nên n = 2, l = 1 Cấu hình của phân lớp ngoài cùng:
-1 0 +1
→ ml= -1, ms 1/ 2
→ Đáp án B
D-ơng Thị Hạnh 51 K34B – SP Hóa học b, S2- (Z = 16) có cấu hình: 1s22s22p63s23p6
Electron cuối cùng điền vào phân lớp 3p nên n = 3, l = 1 Cấu hình của phân lớp ngoài cùng:
-1 0 +1
→ ml= +1, ms 1/ 2
→ Đáp án B
Bài 2: Dãy số lượng tử nào dưới đây có thể có đối với một electron hoá trị trong nguyên tử phôtpho ở trạng thái cơ bản?
n l ml m A. 3 1 0 +1/2 B . 3 0 0 0 C. 3 1 +1 +1/2 D. 3 2 1 -1/2 P (Z = 15) có cấu hình: 1s22s22p63s23p3
Electron cuối cùng điền vào phân lớp 3p nên n = 3, l = 1 Cấu hình của phân lớp ngoài cùng:
-1 0 +1
→ ml= +1, ms 1/ 2
→ Đáp án C
D-ơng Thị Hạnh 52 K34B – SP Hóa học Bài 3: a, Viết các số lƣợng tử đối với electron thứ ba và thứ tám khi thêm vào nguyên tử flo.
b, Dựa vào bảng tuần hoàn, gọi tên nguyên tố có cấu hình electron là 1s22s22p4. Viết các số lƣợng tử đối với electron thứ tám của nguyên tử đó.
Bài giải:
a, Dựa vào sơ đồ mức năng lƣợng của các obitan, ta xét eletron thứ ba và thứ tám và ghi số thứ tự của lớp (mức năng lƣợng n), phân lớp (mức năng lƣợng l), obitan mlvà chiều của spin.
- Electron thứ ba thuộc obitan 2s, chiều của spin là +1/2 n = 2, l 0,ml 0, s = +1/2
- Electron thứ tám nằm ở obitan 2p, ml 1 và có spin là -1/2 n = 2, l1,ml 1, s = -1/2
b, Nguyên tố có 8 electron, vậy Z = 8: Đó là oxi Cấu hình electron điền vào phân lớp ngoài cùng là:
-1 0 +1
Electron thứ 8 ứng với các số lƣợng tử sau: n = 2, l1,ml 1, s = -1/2
Xác định nguyên tử khi đã biết 4 số lượng tử
Bài 4: Bộ 4 số lƣợng tử nào sau đây đƣợc chấp nhận cho một electron trong nguyên tử.
a, n = 3 l = 0 ml = 1 ms = -1/2 b, n = 2 l = 2 ml = 0 ms = +1/2
D-ơng Thị Hạnh 53 K34B – SP Hóa học c, n = 4 l = 3 ml = -4 ms = -1/2
d, n = 5 l = 2 ml = 2 ms = +1/2 e, n = 4 l = 2 ml = -2 ms = -3/2 Bài giải:
a, Không đƣợc vì khi l = 0 thì ml = 0.
b, Không đƣợc vì l không thỏa mãn (lmax = n-1 = 1) c, Không đƣợc vì ml không thỏa mãn (
lmin
m = -3).
d, Đƣợc.
e, Không đƣợc vì ms chỉ nhận 2 giá trị 1/2.
Bài 5: Trong tất cả bộ số lƣợng tử sau đây thì bộ số lƣợng tử nào phải loại bỏ vì thiếu chính xác?
n l ml ms A. 1 0 0 +1/2 B . 1 2 0 -1/2 C. 3 1 +1 -1/2 D. 3 2 -1 +1/2 Bài giải:
A. Đúng.
B. Sai vì n = 1 thì l = 0
C. Đúng vì n = 3 thì l = 0, 1, 2 D. Đúng vì n = 3 thì l = 2
D-ơng Thị Hạnh 54 K34B – SP Hóa học Bài 6: Tìm phân lớp nào sau đây không đúng? Số lƣợng tử nào sai?
n l ml tên A. 1 0 0 1p B . 4 3 +1 4d C. 3 1 -2 3p Bài giải:
A, Phân lớp với n = 1 chỉ có thể có l = 0, chứ không thể có giá trị l = 1. Cách gọi duy nhất là 1s.
B, Phân lớp với l = 3 là phân lớp f chứ không phải phân lớp d. Tên của phân lớp là 4f.
C, Phân lớp với l = 1 chỉ có thể có các giá trị -1, 0, +1 mà không có giá trị là -2.
Bài 7: Cho các phân lớp (phân mức năng lƣợng) ứng với các số lƣợng tử sau:
A, n = 3, l = 2 B, n = 5, l = 1 C, n = 2, l = 0 D, n = 4, l = 3
Hãy gọi tên, xác định số lƣợng tử từ và số obitan của mỗi phaan lớp trên.
Bài giải:
n l tên phân lớp các giá trị ml số obitan 3 2 3d -2,-1,0,+1,+2 5 5 1 5p -1,0,+1 3 2 0 2s 0 1 4 3 4f -3,-2,-1,0.+1,+2,+3 7
D-ơng Thị Hạnh 55 K34B – SP Hóa học Bài 8: Xác định nguyên tử mà electron cuối cùng có giá trị 4 số lƣợng tử sau:
a, n = 2 l = 1 ml = 0 ms = +1/2 b, n = 2 l = 1 ml = 0 ms = -1/2 c, n = 2 l= 1 ml = +1 ms = -1/2 d, n = 3 l = 1 ml = +1 ms = -1/2 Bài giải:
a, 2
1 n l
2p, ms = 1/2 độc thân.
-1 0 +1
Cấu hình: 1s22s22p2 nguyên tử C
b, 2
1 n l
2p, ms = -1/2 ghép đôi
-1 0 +1
Cấu hình: 1s22s22p5 nguyên tử F.
c, 2
1 n l
2p, ms = -1/2 ghép đôi.
-1 0 +1
Cấu hình: 1s22s22p6 nguyên tử Ne.
D-ơng Thị Hạnh 56 K34B – SP Hóa học
d, 2
1 n l
3p, ms = -1/2 ghép đôi.
-1 0 +1
Cấu hình: 1s22s22p63s23p6 nguyên tử Ar.
Bài 9: Nguyên tử của các nguyên tố A, R, X có đặc điểm sau:
- A có electron cuối cùng với 4 số lƣợng tử:
n = 3, l1 , ml 1, ms = -1/2
- R ở trạng thái cơ bản chỉ có một electron độc thân, electron này có các số lƣợng tử :
n = 2, l1 , ml 0, ms = -1/2 - X có electron cuối cùng với 4 số lƣợng tử:
n = 2, l0 , ml 1, ms = -1/2 Bài giải:
A: 3 3
1
n p
l
l 1
m electron cuối cùng điền vào ô ( -1 )
1
s 2
m electron ghép đôi
→ Cấu hình electron ngoài cùng của A là:
-1 0 +1
D-ơng Thị Hạnh 57 K34B – SP Hóa học Cấu hình electron là: 1s22s22p63s23p4 → Z = 16 → Z là lưu huỳnh
R: 2 2
1
n p
l
l 0
m electron cuối cùng điền vào ô (0)
1
s 2
m electron ghép đôi
→ Cấu hình electron ngoài cùng của Rlà:
-1 0 +1
Cấu hình electron là: 1s22s22p5 → Z = 9 → Z là Flo
X: 2 2
1
n p
l
l 1
m electron cuối cùng điền vào ô (-1)
1
s 2
m electron ghép đôi
→ Cấu hình electron ngoài cùng của X là:
-1 0 +1
Cấu hình electron là: 1s22s22p4 → Z = 8 → Z là oxi
Bài 10: Xét nguyên tử của nguyên tố có electron cuối cùng có 4 số lƣợng tử:
a, n = 3 l = 2 ml = 1 ms = +1/2 b, n = 3 l = 2 ml = 1 ms = -1/2 Có tồn tại cấu hình này không? Giải thích?
D-ơng Thị Hạnh 58 K34B – SP Hóa học Bài giải:
a, 3
2 n l
3d
-2 -1 0 +1 +2
Cấu hình: 1s22s22p63s23p33d44s2 (tồn tại).
b, 3
2 n l
3d
-2 -1 0 +1 +2
Cấu hình: 1s22s22p63s23p33d94s2
Cấu hình này không tồn tại vì 3d104s1 bền hơn.
Bài 11: Có 3 nguyên tố A, B, C với ZA < ZB < ZC (Z là điện tích hạt nhân). Biết:
- Tích ZA.ZB.ZC = 952 - Tỉ số A C 3
B
Z Z
Z
- Nguyên tử C có electron cuối cùng ứng với 4 số lƣợng tử n = 3, l = 1, m = 0, ms = -1/2
a, Viết cấu hình electron của nguyên tử C. Xác định vị trí của C trong bảng tuần hoàn từ đó suy ra nguyên tố C.
b, Tính ZA, ZB. Suy ra nguyên tố A, B.
c, Hợp chất X tạo bởi 3 nguyên tố A, B, C. Viết công thức cấu tạo X.
D-ơng Thị Hạnh 59 K34B – SP Hóa học Bài giải:
a, 3 3
1
n p
l
ms = -1/2 → ghép đôi Cấu hình electron ngoài cùng của C là:
-1 0 +1
Cấu hình electron của C: 1s22s23s23p5 → Z = 17
Vị trí trong bảng tuần hoàn. Chu kì 3: C là Cl, nhóm VII A.
b, ZC = 17 → . 56 7
17 3 8
A B A
A B B
Z Z Z
Z Z Z
ZA = 7 → A là nitơ (N).
ZB = 8 → B là oxi (O) c, Hợp chất X là: NOCl
Bài 12 : Nguyên tử của nguyên tố X đƣợc bắn phá bằng chùm tia , tạo nên nguyên tố Y có electron cuối cùng đƣợc đặc trƣng bởi 4 số lƣợng tử: n = 2; l 2 m = -1; ms = -1/2 và đồng thời tách ra một proton. Biết tỉ lệ giữa các hạt không mang điện và mang điện trong hạt nhân nguyên tử Y là 1,125. Hãy xác định nguyên tố X, Y và hoàn thành phương trình phản ứng hạt nhân.
Bài giải:
Nguyên tố X đƣợc đặc trƣng bởi 4 số lƣợng tử:
2 2
1
n p
l
l 1
m electron cuối cùng điền vào ô (-1)
D-ơng Thị Hạnh 60 K34B – SP Hóa học
1
s 2
m electron ghép đôi
→ Cấu hình electron ngoài cùng của Y là:
-1 0 +1
Cấu hình electron là: 1s22s22p4 → Z = 8 → Y là oxi Mặt khác ml 1 N 1,125 1,125. 1,125.8 9
N Z
Z
Vậy AY = Z + N = 17 →Y:178O
Ta có: abX + 24He → 178O + 11H Vậy b = 14 và a = 7 → X là Nitơ.
Vậy phương trình: 147N + 24He → 178O + 11H
Bài 13: Xác định nguyên tử mà electron cuối cùng điền vào đó có 4 số lƣợng tử thỏa mãn điều kiện: n + l = 3 và ml + ms = +1/2.
Bài giải:
n + l = 3. Ta có các trường hợp sau:
+ n = 1 và l = 2: phân lớp 2d (loại).
+ n = 2 và l = 1: phân lớp 2p.
+ n = 3 và l = 0: phân lớp 3s.
- Với phân lớp 2p: ml + ms = 1/2 ta có : + Nếu 1 / 2
0
s l
m m
2p2 có cấu hình: 1s22s22p2 Z = 6 C
D-ơng Thị Hạnh 61 K34B – SP Hóa học + Nếu 1 / 2
1
s l
m m
2p6 có cấu hình: 1s22s22p6 Z = 10 Ne
- Với phân lớp 3s: ml = 0 ms = +1/2 3s1 có cấu hình: 1s22s22p63s1 Na Bài 14: Phi kim R có electron cuối cùng ứng với 4 số lƣợng tử có tổng đại số là 2.5 . Hãy:
a, Xác định R, viết cấu hình electron.
b, Cho bết vị trí của R trong bảng tuần hoàn.
Bài giải:
a, R là phi kim khác H, He nên l = 1 ml = +1, 0, -1 và n2 có 3 trường hợp thỏa mãn:
n = 2, l = 1, ml = 0, ms = -1/2 2p5 flo.
n = 2, l = 1, ml = -1, ms = +1/2 2p1 bo.
n = 3, l = 1, ml = -1, ms = -1/2 3p4 lưu huỳnh.
b, F: 1s22s22p5 chu kì 2, nhóm VIIA.
B: 1s22s22p1 chu kì 2, nhóm IIIA.
S: 1s22s22p63s23p4 chu kì 3, nhóm VIA.
Bài 15: Có 3 nguyên tố R, X và Y trong bảng tuần hoàn có số thứ tự tăng dần.
Cả 3 nguyên tố đều thuộc nhóm A và không cùng chu kì trong bảng tuần hoàn.
Electron cuối cùng điền vào cấu hình electron của 3 nguyên tử R, X, Y có đặc điểm: tổng số lƣợng tử chính (n) bằng 6; tổng số lƣợng tử obitan (l) bằng 2;
tổng số lƣợng tử từ (ml) bằng -2; tổng số lƣợng tử spin ms bằng -1/2, trong đó số lƣợng tử spin của electron cuối cùng của R là +1/2. Cho biết tên của 3 nguyên tố trên.
D-ơng Thị Hạnh 62 K34B – SP Hóa học Bài giải:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
6 2
2 1/ 2
R X Y
R X Y
l R l X l Y
S R S X S Y
n n n
l l l
m m m
m m m
Ta có: nRnX nY 6. Vì R, X, Y đều thuộc nhóm A, không cùng chu kì và 3 nguyên tố R, X, Y trong bảng tuần hoàn có số thứ tự tăng dần nên nR = 1; nX = 2;
nY = 3.
Nguyên tố R thuộc chu kì 1 nên electron của nó có l0; ml 0. Mà ms 1/ 2. Vậy R là nguyên tố hidro.
Ta có: lR lX lY 2. Vì lR 0 nên lX lY 2. Vì X và Y thuộc chu kì nhỏ nên không thể có giá trị l2 nên lX lY 1. Vậy electron cuối cùng của X và Y thuộc phân lớp 2p và 3p.
Mà ml R( )ml X( )ml Y( ) 2. Vì ml R( ) 0 nên ml X( )ml Y( ) 2. Mà lX lY 1 nên ml
có các giá trị: -1, 0, +1 → ml X( )ml Y( ) 1
Ta có mS R( )mS X( )mS Y( ) 1/ 2 mà mS R( ) 1/ 2 nên mS X( )mS Y( ) 1
Mà ms chỉ nhận có giá trị là -1/2 và +1/2 nên mS X( ) mS Y( ) 1/ 2
Vậy electron cuối cùng điền vào cấu hình electron của nguyên tử có bộ số lƣợng tử sau:
R: n = 1; l0; ml 0; ms 1/ 2 1s1 (hiđro) X : n = 2; l1; ml 1; ms 1/ 2 1s22s22p4 (oxi)
Y : n = 3; l1; ml 1; ms 1/ 2 1s22s22p63s23p4 (lưu huỳnh)
D-ơng Thị Hạnh 63 K34B – SP Hóa học KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài tôi đã làm đƣợc những công việc sau : - Đọc sách tìm hiểu phương trình Srodinger tổng quát (gồm các khái niệm, phương trình Schrodinger tổng quát, phương trình Schrodinger ở trạng thái dừng), phương trình Srodi
ý nghĩa của các số lƣợng tử).
- Tìm hiểu chương trình hóa học phổ thông liên quan đến phương trình Srodinger trên cơ sở đó áp dụng các kết quả của phương trình Srodinger đối với hệ một electron vào chương trình phổ thông.
- Xây dựng các câu hỏi và bài tập áp dụng vào chương trình phổ thông. Đã xây dựng đƣợc 2 dạng bài:
+ Dạng 1: Xác định năng lƣợng nguyên tử: gồm 4 bài.
+ Dạng 2: Bài tập về các số lƣợng tử: 15 bài, gồm các bài về:
Xác định giá trị của các số lƣợng tử khi biết số hiệu nguyên tử: bài 1 đến bài 3 Xác định nguyên tử khi đã biết 4 số lƣợng tử: từ bài 4 đến bài 15
2. KIẾN NGHỊ.
- Áp dụng các bài tập nêu trên trong việc bồi dƣỡng học sinh giỏi, thi olympic cho học sinh.