SKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPTSKKN Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPT
Trang 1TỔ HÓA HỌC - -
-SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
TUYỂN CHỌN, PHÂN LOẠI BÀI TẬP CHUYÊN SÂU PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC -
ÁP DỤNG GIẢNG DẠY, TUYỂN CHỌN
VÀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THPT
Giáo viên: Trần Thái Sơn
Tổ: Hóa học
Năm học 2012 – 2013
Trang 2MỤC LỤC
A MỞ ĐẦU 3
B NỘI DUNG 4
I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4
I.1 Nguyên tử 4
I.2 Bảng tuần hoàn 6
II PHÂN LOẠI BÀI TẬP 7
II.1 Bài tập xác định khối lượng nguyên tử, khối lượng riêng, độ rỗng của tinh thể, bán kính nguyên tử 7
II.2 Bài tập xác định thành phần nguyên tử 8
II.3 Bài tập xác định số khối, % khối lượng, % số lượng nguyên tử .8
II.4 Bài tập liên quan đến các số lượng tử 8
II.5 Bài tập xác định nguyên tố 9
III GIẢI PHÁP THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ 10
C PHỤ LỤC 11
MỘT SỐ BÀI TẬP TƯƠNG TỰ VÀ TỔNG HỢP 11
D KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 19
E TÀI LIỆU THAM KHẢO 19
Trang 3A MỞ ĐẦU
I Lý do chọn đề tài
Hiện nay các tài liệu dùng để bồi dưỡng học sinh giỏi THPT rất ít, các giáo viên bồi dưỡng đội tuyển phải tự soạn, đọc tài liệu, tuyển chọn và giảng dạy theo kinh nghiệm trong khi đó các nội dung thi học sinh giỏi thì thường sâu và rộng Vì vậy việc tập hợp nội dung để ôn luyện đội tuyển gặp nhiều khó khăn và tốn nhiều thời gian
Một thực tế nữa là thời gian để giáo viên nghiên cứu, sử dụng các vấn đề chuyên sâu này là không nhiều và các kiến thức sẽ mai một dần Mặt khác, trong quá trình giảng dạy, giáo viên có thể chọn đối tượng phù hợp để giao các vấn đề chuyên sâu cho học sinh nghiên cứu làm tiền đề cho việc nâng cao kiến thức và tuyển chọn đội tuyển học sinh giỏi Vì các lý do trên nên tôi chọn nghiên cứu đề tài:
“Tuyển chọn, phân loại bài tập chuyên sâu phần cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học – áp dụng giảng dạy, tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi THPT” nhằm soạn ra một tài liệu để phục vụ giáo viên và học sinh trong
quá trình nghiên cứu và học tập Đồng thời áp dụng vào giảng dạy nhằm phát hiện
ra những học sinh năng khiếu để tuyển chọn vào đội tuyển học sinh giỏi khối 11
II Mục đích nghiên cứu
- Tạo ra một tài liệu tham khảo cho giáo viên và học sinh
- Phát hiện học sinh năng khiếu từ lớp 10 để tuyển chọn vào đội tuyển học sinh giỏ khối 11
- Nâng cao hiệu quả bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi
III Đối tượng nghiên cứu
- Nội dung kiến thức cơ bản, nâng cao và chuyên sâu thuộc chương: Cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
- Khả năng tiếp thu, trình độ của học sinh các lớp 10A1, 10A2
IV Nội dung nghiên cứu
- Nội dung sách giáo khoa chương: Cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn
- Các bài tập nâng cao và chuyên sâu
- Cấu trúc một số đề thi học sinh giỏi THPT
- Phân loại các bài tập theo kiến thức
- Đánh giá học sinh
V Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp được sử dụng là: Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp tài liệu, điều tra, tổng hợp và đánh giá
Trang 4B NỘI DUNG
I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I.1 Nguyên tử
I.1.1 Các khái niệm
+ Nguyên tử:
- Hạt nhân: proton (p, điện tích 1+)
notron (n, không mang điện) ; mp = mn = 1,67.10-27kg = 1u
- Lớp vỏ: electron (e, điện tích 1-) me = 9,1.10-31kg
+ Điều kiện bền của nguyên tử: (Z ≤ 82) => 1 ≤ N Z ≤ 1,5 ( trừ H)
+ Đồng vị: Là những loại nguyên tử của cùng 1 nguyên tố, có cùng số proton nhưng khác nhau về số notron nên số khối khác nhau
+ Nguyên tử khối trung bình:
i i A
i
A a % M
a %
(Ai: Số khối của các đồng vị, ai%: phần trăm số nguyên tử
tương ứng của các đồng vị, % số nguyên tử các đồng vị cũng là % số mol của chúng)
I.1.2 Mối liên hệ giữa bán kính nguyên tử (r); thể tích nguyên tử (V nt ); thể tích tinh thể (V tt ); khối lượng riêng tinh thể (d tt ); khối lượng riêng nguyên tử (d nt )
+ Bán kính nguyên tử: Vnt = 34 π r3 => r = 3
4
3
nt
V
Thể tích 1 mol nguyên tử =
3
4
π r3.N; ( N = 6,02.1023 )
1 mol nặng A gam
=> Khối lượng riêng: d = r N
A V
A
3
3
4
(g/cm3) => R = 3
4
3
Nd
A
(cm) Công thức trên khi coi nguyên tử là những hình cấu chiếm 100% thể tích nguyên tử
Thực tế, nguyên tử rỗng, phần tinh thể chỉ chiếm a% Nên các bước tính như sau:
V mol nguyên tử có khe rỗng: Vtt =
d
A
= Vo.
V mol nguyên tử đặc khít: V mol (có đặc khít) = Vo. a% = d A a%
Trang 5V 1 nguyên tử: Vnt =
N d
a A N
V đăc khít
.
%
Bán kính nguyên tử: r = 3 3
4
% 3 4
3
dN
a A
V nt
I.1.3 Cấu tạo vỏ nguyên tử
+ Lớp electron: Gồm các e có mức năng lượng gần bằng nhau
Trật tự mức năng lượng tăng dần
- Số electron tối đa ở lớp thứ n là 2n2
- Lớp thứ n có n phân lớp
- Số electron tối đa ở phân lớp là: s (2), p(6), d(10) , f(14)
+ Cơ sở điền electron vào nguyên tử: Các electron được sắp xếp trong nguyên tử theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund
- Nguyên lí vững bền:Các electron phân bố vào các AO có mức năng lượng
từ thấp đến cao
- Nguyên lí Pauli: Trên 1 AO chỉ có thể có nhiều nhất 2 electron và 2
electron này phải có chiều tự quay khác nhau
- Quy tắc Hund: Các electron sẽ được phân bố trên các AO sao cho số
electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống nhau
* Các phân lớp có đủ số e tối đa (s2, p6, d10, f14): Phân lớp bão hòa
* Các phân lớp chưa đủ số e tối đa : Phân lớp chưa bão hòa
* Các phân lớp có số e độc thân = số AO (d5, f7): Phân lớp bán bão hòa
+ Cấu hình electrron nguyên tử: là sự phân bố các e theo lớp, phân lớp và AO Các
e thuộc lớp ngoài cùng quyết định tính chất của chất:
- Các khí hiếm, trừ Heli, nguyên tử có 8 electron ngoài cùng đều rất bền vững khó tham gia phản ứng hóa học
- Các kim loại, nguyên tử có ít (1, 2, 3) electron ngoài cùng dễ cho e để tạo thành ion dương có cấu hình e giống khí hiếm
- Các phi kim, nguyên tử có nhiều (5, 6, 7) electron ngoài cùng dễ nhận thêm e để tạo thành ion âm có cấu hình e giống khí hiếm
- Các nguyên tử còn có thể dùng chung electron ngoài cùng tạo ra các hợp chất trong đó cấu hình e của các nguyên tử cũng giống các khí hiếm
+ Các số lượng tử: Bộ 4 số lượng tử quy định trạng thái của electron
- Số lượng tử chính (n N*) Số lượng tử chính n của electron bằng số thứ
tự lớp electron
Trang 6- Số lượng tử phụ (m, m gồm các giá trị từ 0 đến n – 1) Ứng với một giá trị n
sẽ có n giá trị l Giá trị của l = 0, 1, 2, 3 ứng với electron ở các phân lớp s, p, d,
f
- Số lượng tử từ (ml, gồm các giá trị nguyên tử - l đến + l) Ứng với một giá trị l sẽ có 2l + 1 giá trị ml
Ví dụ: phân lớp p (l = 1) sẽ có 3 giá trị của ml là – 1, 0, +1 ứng với các AO sau: – 1, 0, +1
- Số lượng tử từ spin (ms) ms có 2 giá trị -1/2 và +1/2 ứng với chiều spin hướng xuống (spin down) và lên spin up)
I.2 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
I.2.1 Bảng tuần hoàn
+ Ô: STT ô = số p = số e = Z
+ Chu kì: STT chu kì = số lớp electron: - Chu kì nhỏ: 1, 2, 3
- Chu kì lớn: 4, 5, 6, 7 (chưa hoàn thiện) + Nhóm: STT nhóm = e hóa trị (trừ nhóm VIIIB có 8, 9, 10 e hóa trị)
Các nguyên tố thuộc cùng một nhóm có tính chất hóa học tương tự nhau
- Nhóm A: gồm các nguyên tố s, p; STT nhóm = e ở lớp ngoài cùng = e hóa trị
- Nhóm B: e hóa trị = e ngoài cùng + e phân lớp d sát lớp ngoài cùng
Cấu hình dạng (n – 1)d a ns 2 e hóa trị = 2 + a
e hóa trị < 8: STT nhóm = e hóa trị
8 e hóa trị 10: STT nhóm = VIII B
e hóa trị > 10: STT nhóm = e hóa trị - 10 Đối với các nguyên tố d hoặc f theo trật tự năng lượng thì cấu hình bền là cấu hình ứng với các phân lớp d hoặc f là bão hòa hoặc bán bão hòa Do vậy, đối với những nguyên tố này cấu hình của nguyên tử hoặc ion có xu hướng đạt cấu hình bão hòa hoặc bán bão hòa để đạt trạng thái bền
Có 2 trường hợp đặc biệt của d:
a + 2 = 6: (n-1)d4 ns2 (n-1)d5 ns1: Bán bão hòa VD: Cr (Z = 24)
a + 2 = 11: (n-1)d9 ns2 (n-1)d10 ns1 : Bão hòa VD: Cu (Z = 29)
I.2.2 Sự biến đổi tuần hoàn của các tính tính chất và đại lượng vật lý
Cơ sở biến đổi tuần hoàn các tính chất là sự biến đổi tuần hoàn số e ở lớp ngoài cùng
Trang 7+ Bán kính nguyên tử: Theo chiều tăng dần ĐTHN, trong 1 CK, bán kính nguyên
tử giảm dần; trong 1 nhóm A, bán kính nguyên tử tăng dần
+ Độ âm điện: Đại lượng đặc trưng cho khả năng hút e về phía nguyên tử nguyên tố
khi tham gia liên kết hoá học Theo chiều tăng dần ĐTHN, trong 1 CK, độ âm điện tăng dần; trong 1 nhóm A, độ âm điện giảm dần
+ Năng lượng ion hóa thứ nhất: Theo chiều tăng dần ĐTHN, trong 1 CK, I1 tăng dần; trong 1 nhóm A, I1 giảm dần
+ Tính kim loại, phi kim: Theo chiều tăng dần ĐTHN, trong 1 CK, TKL giảm dần,
TPK tăng dần; trong 1 nhóm A, TKL tăng dần, TPKgiảm dần
+ Tính axit – bazơ của oxit và hiđroxit: Theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân,
trong 1 chu kì: Axit tăng, bazơ giảm, trong một nhóm A: Axit giảm, bazơ tăng
+ Hóa trị cao nhất với oxi tăng từ 1 7 (a), hóa trị của phi kim với hiđro giảm từ
4 1 (b) Mối liên hệ là a + b = 8
II PHÂN LOẠI BÀI TẬP
II.1 Bài tập xác định khối lượng nguyên tử, xác định khối lượng riêng, độ rỗng của tinh thể, bán kính nguyên tử
Ví dụ:
1 Xác định bán kính gần đúng của Ca Cho d Ca 1,55g/cm3và M Ca 40,08g/mol Biết rằng trong tinh thể các nguyên tử trên chỉ chiếm 74% thể tích, còn lại là các khe rỗng Cho N = 6.1023
2 Bán kính nguyên tử và khối lượng mol nguyên tử của Fe lần lượt là 1,28A o và 56 g/mol Tính khối lượng riêng của sắt biết rằng trong tinh thể các nguyên tử sắt chiếm 74% thể tích còn lại là phần rỗng (cho N = 6,02.1023; 3,14)
HƯỚNG DẪN
1 Ta có
V
M
d thể tích 1 mol Ca: 25,86
55 , 1
08 ,
cm d
M
V
Vì trong tinh thể các nguyên tử Ca chỉ chiếm 74% thể tích, nên thể tích thực của chúng là:
3
14 , 19 100
74 86 ,
Thể tích của một nguyên tử Ca = 23
10 6
14 , 19
Nếu xem nguyên tử Ca là hình cầu thì: 3
3
4
r
V r 8cm
3
23 1,97.10 10
6 14 , 3 4
14 , 19
2 Khối lượng 1 nguyên tử Fe = 23 g
10 02 , 6 56
Trang 8Thể tích 1 nguyên tử Fe: (1,28.10 8)3 3
3
4
cm
V
m
d
Vì các nguyên tử sắt chỉ chiếm 74% thể tích trong tinh thể nên khối lượng riêng của tinh thể sắt là:
3
84 , 7 100
74 59 , 10
d
II.2 Bài tập xác định thành phần nguyên tử
Ví dụ: Ion 3
y
x O
P và 2
m
n O
S đều có tổng số e là 50 Xác định các ion trên biết x < y;
n < m
HƯỚNG DẪN
Nguyên tử P có 15e x nguyên tử P có 15x electron
Nguyên tử O có 8e y nguyên tử O có 8y electron
Theo giả thiết ta có: 15x + 8y + 3 = 50
8
15
y
Lập bảng giá trị của y theo x và chọn x, y nguyên dương ta được cặp nghiệm x = 1;
y = 4
Vậy công thức ion là PO43-
Tương tự, ion thứ 2 là SO42-
II.3 Bài tập xác định số khối, % số lượng, % khối lượng nguyên tử
Ví dụ: Nguyên tử khối trung bình của clo là 35,5 Clo trong tự nhiên có 2 đồng vị là
35Cl và 37Cl Phần trăm về khối lượng của 37Cl chứa trong HClO4 (với hiđro là đồng vị 1H , oxi là đồng vị 16O) là giá trị nào sau đây ?
HƯỚNG DẪN
Gọi x, y lần lượt là % số nguyên tử của 2 đồng vị 35Cl và 37Cl
Ta có: x + y = 100 (1)
Mặt khác dựa vào NTKTB của clo ta có: 35x + 37y = 35,5.100 (2)
Từ (1) và (2) ta giải được x = 75; y = 25
Trong 1mol HClO4 có 1 mol Cl => có 0,25 mol 37Cl
16 5 , 35 1
100 37 25 , 0
Cl
m
II.4 Bài tập liên quan đến các số lượng tử
Ví dụ:
1 Cho biết 4 số lượng tử của electron cuối cùng trong nguyên tử nguyên tố sau:
a Mg (Z = 12) b Cl (Z = 17)
2 Trong một nguyên tử có tối đa bao nhiêu electron ứng với:
Trang 9a n = 3; l = 1; m = 0 b n = 3; l = 2; m = 0; ms = -
2
1
HƯỚNG DẪN
1 Mg: 1s22s22p63s2 n = 3; l = 0; m = 0; ms = -
2
1
Cl: 1s22s22p63s23p5 n = 3; l = 1; m = 0; ms = -
2
1
2 a Có 2 electron b 1 electron
II.5 Bài tập xác định nguyên tố
Ví dụ: Có 2 oxit là AO2 và AO3 mà tỷ lệ khối lượng mol phân tử là 1611
2
2
BO
AO
M
M
Tỷ
lệ thành phần khối lượng của A và B trong oxit theo thứ tự là 6 : 11
a Xác định A, B và viết cấu hình electron nguyên tử tương ứng, biểu diễn sự phân
bố electron lên các obitan
b Có thể hình thành phân tử AO3; BO3 được hay không? Giải thích
HƯỚNG DẪN
a Đặt khối lượng mol nguyên tử của A và B lần lượt là A g/mol và B g/mol
16
11 32
32
A B B
A
(1)
Thành phần khối lượng của A trong AO2:
32
A A
Thành phần khối lượng của B trong BO2:
32
B B
Theo giả thiết:
32
A
A
:
32
B
B
=6:11
11
6 32
32
A
B B A
Mà
16
11 32
32
B
A
16
6
B
A
(2)
Từ (1) và (2) suy ra B = 32; A = 12 Vậy A là cacbon; B là lưu huỳnh
(tự viết CHe và biểu diễn sự phân bố electron lên các obitan)
b Xét phân tử CO2, nguyên tử C đã sử dụng hết 4e hóa trị nên không thể tồn tại phân tử CO3
Xét tương tự với lưu huỳnh Trong phân tử SO2, lưu huỳnh đã sử dụng 4e hóa trị, còn 2e hóa trị nữa nên có thể hình thành phân tử SO3 (tự viết CTe, CTCT các phân tử)
Trang 10III GIẢI PHÁP THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ
III.1 Giải pháp thực hiện
Trên cơ sở nghiên cứu, tổng hợp tài liệu và phân loại bài tập thành các dạng, chúng tôi đã hoàn chỉnh tài liệu và tiến hành chuyển giao cho đồng chí phụ trách đội tuyển học sinh giỏi khối 11 để làm tài liệu cho việc giảng dạy và nghiên cứu, đồng thời giao bài tập cho nhóm các học sinh có năng khiếu về bộ môn trong lớp 10A2 nghiên cứu, dùng nhóm học sinh có năng khiếu của lớp 10A1 để đối chứng Căn cứ quá trình giảng dạy của giáo viên, khả năng tiếp thu của học sinh để kiểm tra và đánh giá
III.2 Kết quả
Sau quá trình cho nhóm h c sinh có n ng khi u c a l p 10A2 (15 em) t ọc sinh có năng khiếu của lớp 10A2 (15 em) tự ăng khiếu của lớp 10A2 (15 em) tự ếu của lớp 10A2 (15 em) tự ủa lớp 10A2 (15 em) tự ớp 10A2 (15 em) tự ự nghiên c u các t i li u ã so n, nhóm h c sinh l p 10A1 (15 em) l m ứu các tài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ọc sinh có năng khiếu của lớp 10A2 (15 em) tự ớp 10A2 (15 em) tự ài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đốiối i
ch ng, chúng tôi ti n h nh l m b i ki m tra ánh giá kh n ng c a h c ứu các tài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ếu của lớp 10A2 (15 em) tự ài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ài liệu đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ểm tra đánh giá khả năng của học đã soạn, nhóm học sinh lớp 10A1 (15 em) làm đối ả năng của học ăng khiếu của lớp 10A2 (15 em) tự ủa lớp 10A2 (15 em) tự ọc sinh có năng khiếu của lớp 10A2 (15 em) tự sinh, k t qu nh sau: ếu của lớp 10A2 (15 em) tự ả năng của học ư sau:
Những học sinh có điểm cao nhất:
- Nguyễn Tiến Đức – Lớp 10A2
- Dương Văn Đức – Lớp 10A2
- Trần Thị Hoài Thanh – Lớp 10A2
III.3 Đánh giá
Kết quả cho thấy nhiều em học sinh lớp 10A2 rất quan tâm và hứng thú tới việc tự nghiên cứu các vấn đề chuyên sâu, thể hiện ở kết quả đánh giá (%HS có số điểm trên 5 của nhóm 10A2 cao hơn hẳn so với nhóm lớp 10A1)
Thời gian học trên lớp rất khó để giáo viên truyền đạt các kiến thức chuyên sâu liên quan đến việc thi học sinh giỏi Bởi vậy, việc chọn và giao những bài tập chuyên sâu cho những học sinh có năng khiếu để các em nghiên cứu ở nhà rồi sửa cho các
em đã phát huy được hiệu quả, gây sự hứng thú, đam mê cho những học sinh yêu thích môn hóa học
Tài liệu được chuyển cho giáo viên bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi khối 11 bước đầu phát huy được hiệu quả với vai trò là tài liệu nghiên cứu và giảng dạy Tuy nhiên để có được kết quả tốt hơn cần phải nghiên cứu và tổng hợp thêm nhiều tài liệu khác kết hợp với phương pháp truyền thụ phù hợp với trình độ học sinh