CHUYÊN ĐỀ - PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - G.M.G

- Đồng vị: là những loại nguyên tử của cùng 1 nguyên tố , cĩ cùng số proton nhưng khác nhau về số notron nên số khối khác nhau... + Số el tối đa ở phân lớp là: s 2, p6, d10 , f14 - Cơ sở

LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA

- - 2014

TÀI LIỆU LUYỆN THI

TÀI LIỆU ÔN THI ĐẠI HỌC GS MAYRADA GROUPS

TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN HÓA

CHUYÊN ĐỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI TỐN: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

A LÝ THUYẾT CƠ BẢN

I THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ:

 Hạt nhân: Hạt nhân nguyên tử nằm ở tâm nguyên tử

- Hạt proton mang điện tich dương (p, điện tích +) và cĩ khối lượng:

số đơn vị điện tích hạt nhân = số protôn = số electron

- Số khối hạt nhân, kí hiệu là A Bằng tổng số proton (P ) cộng tổng số notron (N)

A : Số khối của hạt nhân nguyên tử

Z : Số hiệu nguyên tử ( = số proton = số electron )

- Đồng vị: là những loại nguyên tử của cùng 1 nguyên tố , cĩ cùng số proton nhưng khác nhau

về số notron nên số khối khác nhau

- Khối lượng nguyên tử trung bình:

A

i

A a % M

a %

 (Ai: Số khối của các đồng vị, ai%: phần trăm tương ứng của các đồng vị)

- Lớp electron: Gồm các e cĩ mức năng lượng gần bằng nhau

+ Số el 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

 Trong một phân lớp, nếu số e ≤ số AO thì các e đều phải là độc thân để có số e đoocj thân là tối đa

* 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 e ngoài cùng đều rất bền vững  khó tham gia phản ứng hóa học

+ Các kim loại, nguyên tử có ít (1, 2, 3) e 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) e 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 e ngoài cùng tạo ra các hợp chất trong đó cấu hình

e của các nguyên tử cũng giống các khí hiếm

nhân

AD CT 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: V mol (có khe rỗng) = A

PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

DẠNG 1 : CÁCH VIẾT CẤU HÌNH ELECTRON TRÊN CÁC PHÂN LỚP CỦA

Người ta quy ước viết cấu hình electron nguyên tử như sau :

- Số thứ tự lớp electron được ghi bằng chữ số ( 1,2,3 )

- Phân lớp được ghi bằng các chữ cái thường : s,p,d,f

- Số electron trong một phân lớp được ghi bằng số ở phía bên phải của phân lớp (s2, p6 ), các phân lớp không có electron không ghi

Các bước để viết cấu hình electron nguyên tử :

Bước 1 : Xác định số electron nguyên tử

Bước 2 : Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng trong nguyên tử (1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…) và tuân theo quy tắc sau:

- Phân lớp s chứa tối đa 2 electron

- Phân lớp p chứa tối đa 6 electron

- Phân lớp d chứa tối đa 10 electron

- Phân lớp f chứa tối đa 14 electron

Bước 3 : Viết cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau (1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…)

Ví dụ 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử N (Z=7):

 Từ nguyên tố thứ 21 trở đi cĩ sự chèn mức năng lượng nên cấu hình electron được viết theo thứ tự mức năng lượng rồi sắp xếp theo thứ tự phân lớp ( Z > 20 )

Bước 1 : Viết cấu hình electron theo mức năng lượng trước

1s 2s,2p 3s, 3p 4s, 3d 4p, 5s 4d, 5p, 6s 4f, 5d, 6p, 7s

Bước 2 : Sắp xếp lại theo thứ tự của từng lớp

- 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

 Khi gặp cấu hình electron cĩ dạng d4 và d9 thì phải chuyển thành d5 ( bán bão hịa ) và

d10 ( bão hịa )

Cấu hình electron của một số nguyên tố như Cu, Cr, Pd …cĩ ngoại lệ đối với sự sắp xếp electron

lớp ngồi cùng \( vì cĩ sự chuyển electron sang bán bão hịa và bão hịa để đạt cấu hình bền nhất

(n 1)d ns   (n-1)d ns ( như vậy sẽ thuận lợi hơn về mức năng lượng )

Thí dụ : Cấu hình electron của 24Cr

Hướng Dẫn Giải Bước 1 : Ta viết cấu hình electron theo mức năng lượng

- 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d2 2 6 2 6 2 4

Bước 2 : Chuyển d4 thành d5 và sắp xếp lại theo thứ tự của phân lớp

-

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

2 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

BÀI TẬP ỨNG DỤNG Bài Tập 1 : Viết cấu hình electron của nguyên tử N ( Z = 7 )

Bước 4 : Theo ô lượng tử     

Bài Tập 2: Viết cấu hình electron của Fe ( Z = 56 )

Hướng Dẫn Giải Bước 1 : Ta viết cấu hình electron theo mức năng lượng

Bước 1 : Ta viết cấu hình electron theo mức năng lượng

LOẠI 2 : VIẾT CẤU HÌNH ELECTRON CỦA ION

- Khi nguyên tử mất hoặc nhận thêm electron thì nó trở thành ion

DẠNG 2 : MỐI QUAN HỆ GIỮA THỂ TÍCH , BÁN KÍNH , KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA

HẠT NHÂN VÀ CỦA NGUYÊN TỬ

Thể tích của nguyên tử và hạt nhân nguyên tử :

4 V= r (đvtt)

3Trong đĩ :

-  = 3,14 và r là bán kính của nguyên tử hoặc hạt nhân nguyên tử.

Hướng Dẫn Giải

Ta cĩ :

27 27

Tính nguyên tử khối của Oxi

Bài Tập 3 : Nguyên tử Zn cĩ bán kính r = 1,35.10-10 m và cĩ nguyên tử khối là 65 đvC

a Tính khối lượng riêng của Zn ?

b Thực tế khối lượng của nguyên tử Zn hầu như tập trung vào hạt nhân với bán kính

15

r 2.10 m

Hướng Dẫn Giải

a Tính khối lượng riêng của Zn ?

Ta cĩ khối lượng riêng của nguyên tử Zn được tính theo cơng thức :

Khối lượng riêng của Zn là :

15 3 9 3 3

D  3,24.10 (gam/cm ) = 3,24.10 (taán /cm ) = (hôn 3 tæ taán/ cm ) Từ đó có thể thấy rằng khối lượng riêng của hạt nhân nguyên tử là vô cùng lớn so với khối lượng riêng của nguyên tử

Bài Tập 4 : Trong một tế bào đơn vị của tinh thể X ( mạng tinh thể lập phương tâm diện, với cạnh của hình lập phương là ( a 3,62 10 cm )8

lượng riêng của nguyên tố này là 8920 ( gam/m3 ) Biết trong tế bào lập phương tâm diện, bán kính nguyên tử a 2

r 4

- Nguyên tử của 1 tế bào thì bao giờ cũng có hình cầu nên công thức tính của nó là :

- Tế bào chứa 4 nguyên tử, do đó thể tích nguyên tử trong tế bào là :

3 tb

Bài Tập 5 : Nguyên tử Zn có bán kính r 1,35.10 (cm) 8 và có khối lượng nguyên tử là

65 đvC Tìm khối lượng riêng của D ( gam/cm3 ) của Zn

Hướng Dẫn Giải

Ta có :

a Tính khối lượng riêng của nguyên tử Al

b Trong thực tế thể tích thật chiếm bởi các nguyên tử chỉ bằng 74% của tinh thể , cịn lại là của khe trống Định khối lượng riêng đúng của Al Biết nguyên tử cĩ hình cầu ?

Bài 2 : Tính bán kính gần đúng của nguyên tử Cu , biết khối lượng riêng của nguyên tử Cu là 8,39 (gam/cm3) và khối lượng nguyên tử Cu là 64u Mặt khác thể tích thật chiếm bởi các nguyên

tử chỉ bằng 74% của tinh thể, cịn lại là các khe trống

Bài 3 : Nguyên tử nhơm (Al ) cĩ đường kính là 2,86A0 và cĩ khối lượng nguyên tử là 27 đvC Tính khối lượng riêng của nguyên tử Al ? Trong thực tế, thể tích thật chiếm bởi các nguyên tử chỉ bằng 74% của tinh thể , cịn lại là các khe trống Định khối lượng riêng đúng của Al ?

DẠNG 3 : CHO TỔNG SỐ HẠT VÀ SỐ HIỆU NGUYÊN TỬ MẠNG ĐIỆN :

a ) Dạng Tốn Cơ Bản Cho 1 Nguyên Tử

Gọi :

Số khối nguyên tử = z + N ( Z = số p = số e )

S : Tổng số hạt cơ bản của nguyên tố X ( S= p + n + e)

a : Hiệu giữa số hạt mang điện và số hạt không mang điện ( Z + E -N )

BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Tập 1 : Tổng số hạt cơ bản của 1 nguyên tử M là 82 Trong đó tổng số hạt mang điện tích nhiều hơn tổng số hạt không mang điện tích là 22 ?

Bài Tập 3 : Ytri (Y ) dùng làm vật liệu siêu dẫn có số khối là 88

Hãy xác định số proton , số notron , số electron trong nguyên tử của nguyên tố Y Biết Y có Z bằng 39 ?

Hướng Dẫn Giải

Bài Tập 4 : Có bao nhiêu proton, notron, electron trong nguyên tử 5426Fe ?

Hướng Dẫn Giải Bài Tập 5 : Một Nguyên tử có tổng số hạt là 62 và có số khối nhỏ hơn 43 Tìm số proton, số notron và khối lượng mol nguyên tử ?

Hướng Dẫn Giải Bài Tập 6 : Một nguyên tử R có tổng số hạt là 34 , trong đó số hạt mang điện nhiều gấp 1,8333 lần số hạt không mang điện Tìm điện tích hạt nhân, số hạt proton, số hạt electron, notron và số khối của nguyên tử R

Bài Tập 1 : Tổng số hạt cơ bản trong phân tử X có công thức M2O là 140 , trong phân tử X thì

có tổng số hạt mang điện nhiều hơn tổng số hạt không mang điện là 44 Vậy X là ?

Hướng Dẫn Giải Gọi :

S là tổng số hạt cơ bản trong phân tử X thì ta cĩ :

Bài Tập 2 : M và X là hai nguyên tử kim loại, tổng số hạt của cả nguyên tử M và X là 142, trong

đĩ tổng số hạt mang điện nhiều hơn tổng số hạt khơng mang điện là 42 Số hạt mang điện trong nguyên tử M nhiều hơn số hạt mang điện trong nguyên tử X là 12 Tìm M và X ?

lấy (1) nhân 2 cộng với (2) ta có :

n n

m

- Tổng số hạt ion dương : Từ X - ne X suy ra:

Số hạt của ion dương X = số hạt của X - n

- Tổng số hạt của ion âm : Từ X + me X suy ra : Số hạt c

- Khác biệt giữa cơng thức ion và cơng thức nguyên tử là cĩ thêm điện tích của ion

- Để ghi nhớ dạng này thì đối với ion dương thì ta + 2 lần giá trị của điện tích và ion âm thì ta trừ

2 lần giá trị của điện tích

- Ngồi ra ta cĩ thể kết hợp thêm một số cơng thức :

S 2Z + N = Z + (Z + N) = Z + A để chọn nhanh đáp án

 Các đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng số proton nhưng

khác nhau về số nơrtron do đó số khối A của chúng khác nhau

 Đồng vị thường phân ra làm 2 loại : đồng vị bền và đồng vị không bền

 Hầu hết các nguyên tố có mặt trong tự nhiên là hỗn hợp của các đồng vị bền

- Hầu hết các đồng vị có số nguyên tử lớn hơn 83 ( Z> 83) là không bền hay còn gọi là đồng vị

phóng xạ,những đồng vị phóng xạ thường ít tồn tại trong tự nhiên mà phần lớn do con người điều chế ra

Loại 1 : Tính Nguyên tử Khối trung bình A của nguyên tử nguyên tố X :

Phương Pháp 1 : Phương Pháp Sử Dụng Giá Trị Trung Bình

Gọi :

- A1 là Nguyên tử khối đồng vị X1 và a là số nguyên tử của đồng vị X1

- A2 là nguyên tử khối của đồng vị X2 và b là số nguyên tử của đồng vị X2

Trong đó X1,X2 là các đồng vị của nguyên tử nguyên tố X

 Khi đó ta có : Nguyên tử khối trung bình (Khối lượng nguyên tử Trung bình )

 Tương tự : Nếu có a% và b% là phần trăm số lượng nguyên tử của các đồng vị thì ta có :

 Nguyên tử khối trung bình (Khối lượng nguyên tử Trung bình :

- a1,a2,a3…an : là số nguyên tử của các đồng vị

- A1,A2,A3…An : là nguyên tử khối của các đồng vị

- a1%,a2%,a3%…an% : là % số nguyên tử của các đồng vị

- A1,A2,A3…An : là nguyên tử khối của các đồng vị

Phương Pháp 2 : Sử dụng sơ đồ đường chéo

- Gọi x1, x2 là tỉ lệ phần % số nguyên tử của đồng vị X1, X2

- A1, A2 lần lượt là nguyên tử khối của đồng vị X1 , X2

Khi đó ta có sơ đồ đường chéo sau :

_ 2 _

1

_ 2

1 _

x X X X

X X x

Trong tự nhiên đồng có 2 đồng vị 63Cu chiếm 73 % và 65Cu chiếm 27% Xác định khối lượng nguyên tử trung bình của đồng

Hướng dẫn giải

Ta có :

- a1% =73 % : là phần trăm số nguyên tử của đồng vị 63Cu

- A1 =63 : là Nguyên tử khối của đồng vị 63Cu

- a2% =27 % : là phần trăm số nguyên tử của đồng vị 63Cu

- A2 =65 : là Nguyên tử khối của đồng vị 65Cu

Khi đó ta có : Khối Lượng Nguyên tử Trung bình A là :

- a1% =73% : là phần trăm số nguyên tử của đồng vị 63Cu

- A1 =63 : là Nguyên tử khối của đồng vị 63Cu

- a2% =100%-7 3% =27% : là phần trăm số nguyên tử của đồng vị 63Cu

- A2 =A : là Nguyên tử khối của đồng vị 65Cu

Giải :

- Số Khối của đồng vị thứ hai lớn hơn đồng vị thứ nhất 2 đơn vị nên :

Trong tự nhiên đồng có 2 đồng vị 63 Cu và 65 Cu Xác định % của đồng vị thứ nhất biết khối

lượng nguyên tử trung bình của đồng bằng 63,54

Giải Khi một nguyên tố có 2 đồng vị,nếu không biết % số nguyên tử của đồng vị thứ nhất thì ta gọi

VD2: Khối lượng nguyên tử trung bình của Bo (B) là 10,812 Hỏi mỗi khi có 94 nguyên tử 10B thì có bao nhiêu nguyên tử 11B?

Hướng dẫn giải:

Áp dụng phương pháp đường chéo ta có:

Loại 3: Xác định số khối của các đồng vị

- Gọi số khối các đồng vị 1, 2 lần lượt là A 1 ; A 2

- Lập hệ 2 phương trình chứa ẩn A 1 ; A 2 giải hệ được A 1 ; A 2

Loại 4 : Xác Định số lượng phân tử dựa trên số lượng đồng vị của nguyên tố

- Thường những dạng này không quá khó nên thường gặp nhất vẫn là CO2

- Dạng toán này không có phương pháp cố định

Hướng Dẫn Giải Bước 1 : Tính số phân tử CO2 dựa trên số đồng vị đối xứng :

- Đối với nguyên tử C cĩ 2 cách chọn, đối với nguyên tử Oxi cĩ 3 cách chọn

Vậy tổng số cĩ : 2.3 = 6 cách chọn tương ứng với 6 phân tử CO2

Bước 2 : Tính số phân tử CO2 dựa trên số đồng vị khơng đối xứng:

- Số phân tử CO2 được tạo thành từ 1 đồng vị C với 2 nguyên tử của 2 đồng vị O khác nhau

+ Cĩ 2 đồng vị cacbon và 3 cặp đồng vị oxi khác nhau  số phân tử CO2 khơng đối xứng là: 2.3 = 6 (

DẠNG 6 : TÍNH SỐ MOL, SỐ NGUYÊN TỬ, SỐ PHÂN TỬ, SỐ ION

Phương Pháp :

1 Dựa vào định nghĩa :

1) Mol là một đơn vị lượng chất chứa 6,02.10 hạt vi mô23

2) 1 mol nguyên tử của bất kì nguyên tố nào, 1 mol phân tử của bất kì nguyên tố nào hay 1 mol ion của bất kì ion nào đều cũng chứa 6,02.1023 nguyên tử, phân tử hoặc ion đĩ

3) Khối lượng mol của một chất là khối lượng của N nguyên tử hoặc phân tử chất đĩ , tính bằng gam cĩ số trị bằng nguyên tử khối hoặc phân tử khối của chất đĩ

4) Thể tích Mol thể tích Mol của chất khí là thể tích chiếm bởi N phân tử chất đĩ Ở điều kiện tiêu chuẩn , thể tích Mol của các chất khí đều bằng 22,4l

2 Cách tính số mol :

số mol chất khí =

khối lượng mol phân tử

- Số mol khí A ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 1atm )

A

V n

và

24

26,56.10 (gam)

Tìm khối lượng mol phân tử của O , CO và CO 2 2 23

Ghi chú : Khi đề yêu cầu tính khối lượng mol phân tử, mà khơng nĩi rõ là tính khối lượng bao

nhiêu mol phân tử thì chính là tính khối lượng của 1 mol phân tử

Tương tự khối lượng mol của CO2 là :

- Khối lượng tuyệt đối của 1 phân tử CO2 là :

24 24 23 19,92.10 + 26,56.10 3 = 9,96.10 (gam)

Bài Tập 2 : Hãy cho biết 540gam Al có bao nhiêu nguyên tử Al

- Số mol của 540 gam nguyên tử Al là :

1 Tỉ khối hơi của chất khí A

- Tỉ khối hơi của một chất A đối với chất B ở thể khí hoặc thể hơi là tỉ số giữa khối lượng của chất A so với chất B khi A và B ở cùng thể tích đo cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất

A A/ B

B

md

B

Md

M



- Đối với không khí thì ta có khối lượng phân tử của không khí là 29 nên :