Phương pháp giải bài tập cấu tạo phân tử

LÝ DO CHỌN SÁNG KIẾN, KINH NGHIỆM Chương “Cấu tạo nguyên tử” là chương lí thuyết chủ đạo, bản thân nó chứa đựng nhiều nội dung mới và khó với học sinh THPT, vì thế giúp học sinh biết,

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN SÁNG KIẾN, KINH NGHIỆM

Chương “Cấu tạo nguyên tử” là chương lí thuyết chủ đạo, bản thân nó chứa đựng nhiều nội dung mới và khó với học sinh THPT, vì thế giúp học sinh biết, hiểu

và vận dụng được nội dung của chương để giải quyết những vấn đề mà các em gặp phải trong quá trình học bộ môn Hoá Học là rất quan trọng Xuất phát từ thực tế đó

tôi xin đưa ra một vài ý kiến trong đề tài sáng kiến, kinh nghiệm: “Phương pháp giải bài tập chương cấu tạo nguyên tử” (lớp 10 nâng cao) để quí thầy cô và các

em học sinh tham khảo và góp ý kiến

II LỊCH SỬ CỦA SÁNG KIẾN, KINH NGHIỆM

Từ thực tế giảng dạy và tiếp thu ý kiến của của các thầy, cô trong tổ bộ môn Hoá Học và các em học sinh lớp 10 (Học chương trình nâng cao) trường THPT Số

1 Văn Bàn, tôi nhận thấy việc phân dạng bài tập lí thuyết và bài tập định lượng liên quan đến nội dung của chương có ý nghĩa vô cùng lớn Không những giúp các em học sinh có điều kiện mở rộng và tìm hiểu sâu thêm về thế giới vi mô mà còn phát triển được óc tư duy logic, sáng tạo từ đó trang bị cho học sinh kĩ năng học tập, nghiên cứu được tập làm một nhà khoa học Đối với giáo viên, quá trình lồng ghép nội dung, phương pháp giải bài tập sẽ tạo ra mối quan hệ hai chiều từ đó giúp giáo viên nắm được hiệu quả giáo dục về các mặt: Nhận thức, thái độ, quan điểm, xu hướng hành vi của học sinh Từ những lợi ích đó mà đề tài sáng kiến, kinh nghiệm

“Phương pháp giải bài tập chương cấu tạo nguyên tử” (lớp 10 nâng cao) đã

được xây dựng và hoàn thành

III MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU SÁNG KIẾN, KINH NGHIỆM

Giúp giáo viên và học sinh có điều kiện tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo nguyên

tử, tạo tiền đề cho quá trình tìm hiểu, nghiên cứu cấu tạo chất

IV NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Nhiệm vụ của đề tài

Kiểm tra, đánh giá quá trình nhận thức của học sinh, giáo viên có điều kiện nâng cao hiệu quả giáo dục

2 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Chủ yếu đi sâu phân dạng bài tập theo chủ đề; kết hợp lồng ghép: lí thuyết - bài tập, bài tập - lí thuyết để kiểm tra, đánh giá học sinh

VI GIỚI HẠN (PHẠM VI) NGHIÊN CỨU

Chương 1: “NGUYÊN TỬ” - SGK HOÁ HỌC 10; sách bài tập HOÁ HỌC

10 hai ban (cơ bản và nâng cao) và các tài liệu tham khảo của NXB Giáo dục

B NỘI DUNG

I TÓM TẮT NỘI DUNG LÍ THUYẾT CƠ BẢN CỦA CHƯƠNG

Nguyªn tö

CÊu tróc vá nguyªn tö

Nguyªn tè ho¸ häc

KÝch th−íc, khèi l−îng nguyªn tö

H¹t nh©n nguyªn tö

Vá nguyªn tö

Proton (p)

N¬tron (n)

§iÖn tÝch: 1+ Khèi l−îng: 1u

§iÖn tÝch: 0 Khèi l−îng: 1u Electron (e) §iÖn tÝch:

1-Khèi l−îng: 5,5.10-4u

Obitan nguyªn tö Obitan nguyªn tö

Gåm c¸c e cã n¨ng l−îng gÇn b»ng nhau.

KÝ hiÖu: n = 1 2 3 4 .

K L M N

Sè obitan: n2

Ph©n líp e

Gåm c¸c e cã n¨ng l−îng b»ng nhau.

KÝ hiÖu: s p d f

Sè obitan: 1 3 5 7

Sù ph©n bè e

Nguyªn lÝ Pau - li

Nguyªn lÝ v÷ng bÒn

TrËt tù møc n¨ng l−îng Quy t¾c Hun

CÊu h×nh e nguyªn tö

§Æc ®iÓm e líp ngoµi cïng

§iÖn tÝch h¹t nh©n (Z+): Z = sè p = sè e

Sè khèi (A): A = Z + N

Nguyªn tö khèi trung b×nh: A =

§ång vÞ

aA + bB 2

II TÓM TẮT CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN

1 Dạng 1:

- Xác định khối lượng nguyên tử

- Các bài toán về độ rỗng của nguyên tử, của vật chất và tỉ khối hạt nhân nguyên tử khi biết kích thước nguyên tử, hạt nhân và số khối

Kiến thức cần nắm vững:

+ Nguyên tử được cấu tạo bởi 3 hạt cơ bản : e, p, n

Khối lượng hạt e là : 9,1094.10-28 (g) hay 0,55.10-3 u Khối lượng hạt p là :1,6726.10-24 (g) hay 1 u

Khối lượng hạt n là :1,6748.10-24 (g) hay 1 u + Khối lượng nguyên tử : m NT =m e +m n +m n Do khối lượng của cac hạt e rất nhỏ, nên coi khối lượng nguyên tử m NT =m n +m n

+ Khối lượng riêng của một chất :

V

m

D=

+ Thể tích khối cầu : 3

3

4

r

V = π ; r là bán kính của khối cầu

+ Liên hệ giữa D và V ta có công thức :

3

14 , 3 3

4

r

m

D=

2 Dạng 2: Các dạng bài tập liên quan đến các hạt tạo thành một nguyên tử.

Kiến thức cần nắm vững:

- Tổng số hạt cơ bản (x) = tổng số hạt proton (p) + tổng số hạt nơtron (n) + tổng số hạt electron (e) Do p = e nên (x) = 2p + n

- Sử dụng bất đẳng thức của số nơtron (đối với đồng vị bền có 2≤ Z ≤ 82):

để lập 2 bất đẳng thức từ đó tìm giới hạn của p

p n

p≤ ≤ 1 , 5

3 Dạng 3: Dạng bài tập tìm số khối, phần trăm đồng vị và khối lượng nguyên tử

(nguyên tử khối) trung bình

Kiến thức cần nắm vững:

Hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị, nên khối lượng nguyên tử của các nguyên tố đó là khối lượng nguyên tử trung bình của hỗn hợp các đồng vị

∑

∑

=

i

i i

x

M x M

Với i: 1, 2, 3, …, n

xi : số nguyên tử (hay tỉ lệ % của nguyên tử)

Mi : nguyên tử khối (số khối)

Phương pháp:

- Gọi x, (hoặc a) và M1 lần lượt là thành phần % (hoặc số nguyên tử) và nguyên tử khối của đồng vị thứ nhất

- Gọi y, (hoặc b) và M2 lần lượt là thành phần % (hoặc số nguyên tử) và

nguyên tử khối của đồng vị thứ hai

Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố là M

Sau đó lập sơ đồ đường chéo:

M

M1

M2

M2 - M

M1 - M

I x (a)

II y (b)

Từ sơ đồ, có: 2

1

-=

y M

x

M (hoặc: 2

1

-a

=

b M

M )

Lấy giá trị tuyệt đối của biểu thức trên được giá trị cần xác định

4 Dạng 4: Dựa vào cấu hình electron xác định nguyên tố là phi kim hay kim loại

và cho biết tính chất hóa học của chúng

Kiến thức cần nắm vững:

a Trong nguyên tử các electron chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao

theo dãy: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s …

Để nhớ ta dùng quy tắc Klechkowsky 1s

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f…

6s 6p 6d 6f…

7s 7p 7d 7f…

Khi viết cấu hình electron trong nguyên tử của các nguyên tố

+ Đối với 20 nguyên tố đầu cấu hình electron phù hợp với thứ tự mức năng lượng

VD: 19K cấu hình electron : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 + Đối với nguyên tử thứ 21 trở đi cấu hình electron không trùng mức năng lượng, nên mức năng lượng 3d lớn hơn 4s Ví dụ : 26Fe

Mức năng lượng : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Cấu hình electron : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

+ Cấu hình electron của một số nguyên tố như Cu, Cr, Pd … có ngoại lệ đối với sự sắp xếp electron lớp ngoài cùng, vì để cấu hình electron bền nhất

VD: Cu có Z = 29 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 (đáng lẽ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2, nhưng electron ngoài cùng nhảy vào lớp trong để có mức bão hòa và mức bán bão hòa)

b Xác định nguyên tố là phi kim hay kim loại

+ Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng là kim loại (trừ nguyên tố hiđro, heli, bo)

+ Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng là phi kim

+ Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng là khí hiếm

+ Các nguyên tử có 4 electron lớp ngoài cùng nếu ở chu kỳ nhỏ là phi kim,

ở chu kỳ lớn là kim loại

5 Dạng 5: Bài tập liên quan đến các số lượng tử

Kiến thức cần nắm vững:

- Số lượng tử chính (n ∈ N*) Số lượng tử này xác định năng lượng của e trong nguyên tử (E = 2 22 2me4

n h

π

− , trong đó m: là khối lượng electron; e: là điện tích của electron; h: là hằng số Pơlăng có giá trị = 6,625 es.s)

- Số lượng tử phụ (l) qui định hình dạng AO (l = 0; AOs l = 1; AOp l = 2;

AOd l = 3; AOf ) và xác định mô men động lượng M của electron (M = m.v.r) theo công thức: M = ( 1)

2

h

l l

π + nó gồm các giá trị từ 0 đến n – 1 (như vậy ứng với một giá trị của n sẽ có n giá trị của l)

- Số lượng tử từ (ml) xác định hình chiếu mô men động lượng của electron trên trục z; Mz =

2

h m

π , nó qui định số AO trong cùng một phân lớp Số lượng tử từ gồm các giá trị từ - l đến + l Như vậy, ứng với một giá trị của l có 2l + 1 giá trị của

ml hay ứng với một giá trị của n có n2 giá trị của ml

- Số lượng tử spin (ms) mô tả hình chiếu mô men động lượng riêng của electron, ms có hai giá trị (-1/2 và +1/2)

III BÀI TẬP ÁP DỤNG

Dạng 1: Ở 200C DAu = 19,32 g/cm3 Giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Au là những hình cầu chiếm 75% thể tích tinh thể Biết khối lượng nguyên tử của Au là 196,97 Tính bán kính nguyên tử của Au?

Hướng dẫn:

Thể tích của 1 mol Au: 10 , 195 3

32 , 19

97 , 196

cm

Thề tích của 1 nguyên tử Au: 24 3

23 12 , 7 10 10

023 , 6

1 100

75 195 ,

Bán kính của Au: r 3 V 3 24 1 , 44 10 8cm

14 , 3 4

10 7 , 12 3

4

=

Dạng 2:

a Nguyên tử của một nguyên tố có cấu tạo bởi 115 hạt Hạt mang điện nhiều

hơn hạt không mang điện là 25 hạt Xác định A; N của nguyên tử trên

Hướng dẫn:

Theo đầu bài, có : p + e + n = 115

Mà: p = e nên ta có 2p + n = 115 (1)

Mặt khác : 2p – n = 25 (2)

Kết hợp (1) và (2) ta có : giải ra ta được

⎩

⎨

⎧

=

−

= + 25 2

115 2

n p

n p

⎩

⎨

⎧

=

= 45

35

n p

Vậy A = 35 + 45 = 80

b Xác định cấu tạo hạt (tìm số e, số p, số n), viết kí hiệu nguyên tử của

nguyên tố sau, biết (tổng số hạt cơ bản của nguyên tố đó là 13)

Hướng dẫn:

Theo đầu bài, có : p + e + n = 13

Mà : e = p nên có : 2p + n = 13 ⇒ n = 13 – 2p (*)

Đối với đồng vị bền có : p≤n≤ 1 , 5p(**) Thay (*) vào (**) ta được: p≤ 13 − 2p≤ 1 , 5p

5 4

3 , 4 7

, 3 7 , 3 5 , 3

13 13

5 , 3 5 , 1 2 13

3 , 4 3

13 13

3 2 13

=

⇒

=

⇒

≤

≤

⇒

⎪

⎪

⎭

⎪⎪

⎬

⎫

≈

≥

⇒

≥

⇔

≤

−

≈

≤

⇒

≤

⇔

−

≤

n p

p p

p p

p

p p

p p

Vậy e = p = 4 A = 4 + 5 = 9 Ký hiệu : 9X

4

Dạng 3: Đồng có 2 đồng vị và Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54 Tìm tỉ lệ khối lượng của trong CuCl

Cu

63

29

Cu

63

Hướng dẫn:

Đặt % của đồng vị 63Cu là x, ta có phương trình: 63x + 65(1 – x) = 63,54

29

⇒ x = 0,73 Vậy 63Cu% = 73%

Thành phần % của 2 đồng vị Cu trong CuCl2 : 0 , 47 47 %

54 , 134

54 ,

Thành phần % của 63Cu trong CuCl

Trong 100g CuCl2 có 47g là Cu (cả 2 đồng vị) trong hỗn hợp 2 đồng vị

và thì đồng vị chiếm 73% Vậy khối lượng trong 100g CuCl

Cu

63 29

Cu

65

% 31 , 34 100

73

Dạng 4 và 5: Phi kim X có electron sau cùng ứng với 4 số lượng tử có tổng đại số

là 2,5 Xác định X và cho biết vị trí của X trong bảng tuần hoàn Biết rằng electron trong X lần lượt chiếm các obitan bắt đầu từ m có trị số nhỏ trước

Hướng dẫn:

Từ dữ kiện của đề, có: n + l + ml + ms = 2,5

TH1: ms = -1/2 ⇒ n + l + m1 = 3, ta có:

- n = 1 có: l = 0; ml = 1 ⇒ l + ml = 1≠2 (loại)

- n = 2 có: l + ml = 1

+ l = 0 ; ml = 0 l + m⇒ l = 0≠1 (loại)

+ l = 1; ml = -1, 0, 1 ⇒ l + ml = 1 ⇔ ml = 0 X có cấu hình: 1s22s22p5 (Flo)

Vị trí: Ô (9), chu kì (2), nhóm (VIIA)

- n = 3 có l + ml = 0

+ l = 0; ml = 0 X có cấu hình: 1s22s22p63s2 (Mg) Vị trí: Ô (2), chu kì (3), nhóm (IIA)

+ l = 1; ml = -1 X có cấu hình: 1s22s22p63s23p4 (S) Vị trí: Ô (16), chu kì (3), nhóm (VIA)

+ l = 2; ml = -2 (loại)

TH2: ms = +1/2 n + l + m⇒ 1 = 2, ta có các trường hợp:

- n = 1 có: l = 0; ml = 1 ⇒ l + ml = 1 (loại)

- n = 2 có: l + ml = 0

+ l = 0 ; ml = 0 X có cấu hình: 1s22s2 (Be) Vị trí: Ô (4), chu kì (2), nhóm (IIA)

+ l = 1; ml = -1 X có cấu hình: 1s22s22p1 (Bo) Vị trí: Ô (5), chu kì (2), nhóm (IIIA)

Kết luận: X là phi kim vậy X lần lượt là: F, S

IV GIÁO ÁN THỂ NGHIỆM

Tiết: 8

LUYỆN TẬP VỀ:

THÀNH PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, KHỐI LƯỢNG CỦA NGUYÊN TỬ,OBITAN NGUYÊN TỬ

I/ MỤC TIÊU

1 Về kiến thức

Củng cố kiến thức:

- Đặc tính các loại hạt cấu tạo nên nguyên tử

- Những đại lượng đặc trưng cho nguyờn tử: Điện tớch, số khối, nguyờn tử khối

2 Về kỹ năng

Rốn kĩ năng:

- Vận dụng kiến thức về thành phần cấu tạo nguyờn tử, đặc điểm của cỏc hạt cấu tạo nờn nguyờn tử để giải cỏc bài tập liờn quan

- Dựa vào cỏc đại lượng đặc trưng cho nguyờn tử để giải cỏc bài tập về đồng

vị, nguyờn tử khối, nguyờn tử khối trung bỡnh

II/ CHUẨN BỊ

- GV: Phiếu học tập;

- HS: Nghiờn trước bài mới

III/ CÁC BƯỚC LấN LỚP

1 Ổn định lớp:

Sỹ số:

Vắng: …./ Cú phộp (….)

2 Kiểm tra bài cũ

Lồng vào tiết luyện tập

3 Bài mới

T/gian Hoạt động của

Thầy

Hoạt động của

6’

6’

10’

Hoạt động 1

Bμi tập 1

- Yêu cầu học sinh chọn đáp án, giải thích

- GV giải thích thêm, kết luận

Hoạt động 2

Bμi tập 2

- Yêu cầu học sinh chọn đáp án, giải thích

- GV giải thích thêm, kết luận

Hoạt động 3

Bμi tập 3

- Yêu cầu học sinh thảo luận nhóm để giải các câu a, b

- GV nhận xét, kết luận

- HS: chọn đỏp ỏn, giải thớch

- HS khỏc nhận xột, sửa chữa

- HS: chọn đỏp ỏn, giải thớch

- HS khỏc nhận xột, sửa chữa

- HS thảo luận nhúm để giải cỏc cõu a, b

- Hai nhúm cử đại diện lờn bảng để trả lời

- Cỏc nhúm cũn lại nhận

B/ BÀI TẬP

1 Chọn đỏp ỏn C

2 Chọn đỏp ỏn B

3 a

10’

10’

Hoạt động 4

Bμi tập 4

- Yêu cầu một học sinh lên bảng, các học sinh còn lại giải vào vở

- GV nhận xét, kết luận

Hoạt động 5

Bμi tập 5

- Yêu cầu học sinh thảo luận nhóm để giải các câu a, b

- GV nhận xét, kết luận

xột, sửa chữa

- Một học sinh lờn bảng

- Cỏc học sinh cũn lại giải vào vở

- Học sinh thảo luận nhúm

để giải cỏc cõu a, b

- Hai nhúm cử đại diện lờn bảng để trả lời

- Cỏc nhúm cũn lại nhận xột, sửa chữa

27 N

27 31 27 24

7 1, 6748.10

7 9,1095.10

23, 4382.10 (kg)

23, 4382.10 (g)

−

−

−

−

−

+ ì + ì

=

=

b

31 e

27 nt

-14

m 7 9,1095.10

m 23, 4382.10 = 2,73.10

−

−

ì

=

4 ỏp dụng cụng thức

tớnh nguyờn tử khối trung bỡnh, ta cú:

0,34 36 0, 06 38 99, 6 39,98

100

=

Giải phương trỡnh trờn

ta được A = 40

5 a

A

100 = 24,3

=

b

Cứ 10 nguyên tử 25Mg thì có 78,99 nguyên tử

nguyên tử 26Mg

Vậy nếu có 50 nguyên

tử 25Mg thì có 395 nguyên tử 24Mg và có

55 nguyên tử 26Mg

4 Củng cố, hướng dẫn học ở nhà

Dặn học sinh về nhà làm cỏc bài tập:

1 Hợp chất A được tạo thành từ cỏc ion đều cú cấu hỡnh electron

1s22s22p63s23p6 Trong một phõn tử A cú tổng số hạt (p, n, e) là 164 Xỏc định CTPT của A? Cho A tỏc dụng vừa đủ với một lượng Br2 thu được chất rắn D khụng tan trong nước D tỏc dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch H2SO4 đặc, núng, thu được 13,44 lớt khớ Y (đktc) Xỏc định nồng độ mol của dung dịch axit?

2 Nguyờn tử của nguyờn tố A cú bộ 4 số lượng tử của e lớp ngoài là: n = 4; l

= 0; m = 0; m = +1/2 Xỏc định tờn, vị trớ của A trong bảng tuần hoàn?

C KẾT LUẬN

Sau quá trình xây dựng, phát triển và hoàn thiện đề tài có áp dụng trong giảng dạy ở nhà phổ thông, bản thân tôi nhận thấy việc phân chia các dạng bài tập

đã giúp ích cho học sinh tương đối nhiều: học sinh chủ động hơn trong học tập, giáo viên có nhiều điều kiện để đánh giá phân xếp loại học sinh Tuy nhiên đây mới

là suy nghĩ chủ quan của bản thân tôi, kính mong các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để đề tài của bản thân tôi được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

Trang Nội dung

1 Mở đầu

2 Tóm tắt lí thuyết cơ bản của chương

3-5 Tóm tắt các dạng bài tập cơ bản

5-6-7 Bài tập áp dụng

8-9 Giáo án thể nghiệm

10 Kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa, sách bài tập Hoá Học 10 (hai ban) NXB Giáo Dục

2 Hoá Học nâng cao 10 NXB Giáo Dục

3 Sách tham khảo của các tác giả: Ngô Ngọc An, Nguyễn Trọng Thọ do NXB Giáo Dục phát hành