XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ TINH THỂ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI (2015)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LUẬN ÁN THẠC SỸ HÓA HỌC TÊN ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ TINH THỂ

Người thực hiện Người thực hiện: ...................................................

Người hướng dẫn khoa học: .................................

Hà Nội 8/2015

0 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

MỤC LỤC Trang 1

PHẦN I: MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài

1

II. Mục đích nghiên cứu

3

III. Nhiệm vụ

3

IV. Giả thuyết khoa học

3

V. Phương pháp nghiên cứu

4

VI. Điểm mới của đề tài

4

VII. Cấu trúc đề tài

4

PHẦN II: NỘI DUNG

5

Chương I: Tổng quan

5

I.1. Tầm quan trọng của hóa học tinh thể I.2. Tình hình thực tế nội dung kiến thức tinh thể trong các tài liệu hiện hành I.3. Vai trò của bài tập hóa học trong bồi dưỡng học sinh giỏi

5 5 6

Chương II: Tóm tắt kiến thức lý thuyết về tinh thể

8

II.1. Khái niệm mạng tinh thể

8

II.1.1. Mạng tinh thể lý tưởng

8

II.1.2. Mạng Bravais

8

II.1.3. Ô sơ cấp

8

II.1.4. Đường thẳng mạng

10

II.1.5. Mặt phẳng mạng

11

II.2. Đặc điểm tinh thể

12

II.3. Phân loại tinh thể theo liên kết

13

II. 3.1. Tinh thể với liên kết ion

13

0 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

II. 3.2. Tinh thể với liên kết cộng hóa trị, tinh thể nguyên tử

17

II. 3.3. Tinh thể phân tử

21

II. 3.4. Tinh thể kim loại

25

Chương III. Hệ thống bài tập về tinh thể

40

III.1. Các dạng bài toán thường gặp

40

III.2. Hệ thống bài tập chia theo các loại mạng tinh thể

46

PHẦN III: KẾT LUẬN

105

Tài liệu tham khảo

108

ĐỀ TÀI: “XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ TINH THỂ ” PHẦN I: MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài Đầu thế kỉ XXI, nền giáo dục của thế giới có những bước tiến lớn với nhiều thành tựu về mọi mặt. Hầu hết các quốc gia nhận thức sự cần thiết và cấp bách phải đầu tư cho giáo dục. Luật Giáo dục 2005 của nước ta đã khẳng định: “Phát triển giáo dục là quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”. Như vậy, vấn đề bồi dưỡng nhân tài nói chung, đào tạo học sinh giỏi, học sinh chuyên nói riêng đang được nhà nước ta đầu tư hướng đến.

Trong hội nghị toàn quốc các trường THPT chuyên, Phó Thủ tướng, nguyên Bộ trưởng Bộ GD&ĐT Nguyễn Thiện Nhân nhấn mạnh: “Hội nghị được tổ chức nhằm tổng kết kết quả đạt được, những hạn chế, bất cập, đồng thời đề ra mục tiêu, giải pháp nhằm xây dựng, phát triển các trường THPT chuyên thành hệ thống các trường THPT chuyên chất lượng cao làm nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng tài năng trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước trong thời kỳ đổi mới và hội nhập”. Hệ thống các trường THPT chuyên đã đóng góp quan trọng trong việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh năng khiếu, tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước, đào tạo đội ngũ học sinh có kiến thức, có năng lực tự học, tự nghiên cứu, đạt nhiều thành tích cao góp phần quan trọng nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông. Tuy nhiên một trong 1 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

những hạn chế, khó khăn của hệ thống các trường THPT chuyên trong toàn quốc đang gặp phải đó là chương trình, sách giáo khoa, tài liệu cho môn chuyên còn thiếu, chưa cập nhật và liên kết giữa các trường. Bộ Giáo Dục và Đào tạo chưa xây dựng được chương trình chính thức cho học sinh chuyên nên để dạy cho học sinh, giáo viên phải tự tìm tài liệu, chọn giáo trình phù hợp, phải tự xoay sở để biên soạn, cập nhật giáo trình.

Bộ môn Hóa học là một trong các bộ môn khoa học cơ bản, rất quan trọng. Mỗi mảng kiến thức đều vô cùng rộng lớn. Đặc biệt là những kiến thức giành cho học sinh chuyên hóa, học sinh giỏi cấp khu vực, cấp Quốc Gia, Quốc tế. Trong đó hoá học về tinh thể là một trong các nội dung rất quan trọng. Phần này thường có trong các đề thi học sinh giỏi lớp 10, 11 khu vực; Olympic 30/4; các đề thi học sinh giỏi Quốc Gia, Quốc Tế. Tuy nhiên, trong thực tế giảng dạy ở các trường phổ thông nói chung và ở các trường chuyên nói riêng, việc dạy và học phần tinh thể gặp một số khó khăn: - Đã có tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa, nhưng nội dung kiến thức lí thuyết chưa đủ để trang bị cho học sinh, chưa đáp ứng được yêu cầu của các kì thi học sinh giỏi các cấp.

- Tài liệu tham khảo về mặt lí thuyết thường được sử dụng là các tài liệu ở bậc đại học, cao đẳng đã được biên soạn, xuất bản từ lâu. Khi áp dụng những tài liệu này cho học sinh phổ thông trở thành rất rộng. Giáo viên và học sinh thường không đủ thời gian nghiên cứu do đó khó xác định được nội dung chính cần tập trung là vấn đề gì.

- Trong các tài liệu giáo khoa chuyên hóa lượng bài tập rất ít, nếu chỉ làm các bài trong đó thì HS không đủ “lực” để thi vì đề thi khu vực, HSGQG, Quốc Tế hằng năm thường cho rộng và sâu hơn nhiều. Nhiều đề thi vượt quá chương trình.

- Tài liệu tham khảo phần bài tập vận dụng các kiến thức về các tinh thể cũng rất ít, chưa có sách bài tập dành riêng cho học sinh chuyên hóa về các nội dung này. Để khắc phục điều này, tự thân mỗi GV dạy trường chuyên phải tự vận động, mất rất nhiều thời gian và công sức bằng cách cập nhật thông tin từ mạng internet, trao đổi 2 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

với đồng nghiệp, tự nghiên cứu tài liệu…Từ đó, GV tự biên soạn nội dung chương trình dạy và xây dựng hệ thống bài tập để phục vụ cho công việc giảng dạy của mình.

Xuất phát từ thực tiễn đó, là giáo viên trường chuyên, chúng tôi rất mong có được một nguồn tài liệu có giá trị và phù hợp để giáo viên giảng dạy - bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và cũng để cho học sinh có được tài liệu học tập, tham khảo. Trong năm học này chúng tôi tập trung biên soạn bài tập về tinh thể. Do vậy chúng tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập nâng cao về tinh thể”.

Trong thời gian tới nhờ sự quan tâm đầu tư của nhà nước, của Bộ Giáo Dục cùng với sự nỗ lực của từng giáo viên dạy chuyên, sự giao lưu học hỏi, chia sẻ kinh nghiệm của các trường chuyên trong khu vực và cả nước chúng tôi hi vọng sẽ có 1 bộ tài liệu phù hợp, đầy đủ giành cho giáo viên và học sinh chuyên.

II. Mục đích nghiên cứu Sưu tầm, lựa chọn, phân loại và xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và nâng cao về tinh thể để làm tài liệu phục vụ cho giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên về tinh thể. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung.

III. Nhiệm vụ 1- Nghiên cứu chương trình hóa học phổ thông nâng cao và chuyên hóa học, phân tích các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, khu vực, cấp quốc gia, quốc tế và đi sâu về tinh thể.

2- Sưu tầm, lựa chọn trong tài liệu giáo khoa, sách bài tập cho sinh viên, trong các tài liệu tham khảo có nội dung liên quan; phân loại, xây dựng các bài tập lí thuyết và tính toán về tinh thể.

3- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dùng cho việc giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp ở trường THPT chuyên.

IV. Giả thuyết khoa học

3 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nếu giáo viên xây dựng hệ thống bài tập chất lượng, đa dạng, phong phú đồng thời có phương pháp sử dụng chúng một cách thích hợp thì sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình dạy- học và bồi dưỡng học sinh giỏi, chuyên hóa học.

V. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực tiễn dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường THPT chuyên - Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp dạy học hóa học, các tài liệu về bồi dưỡng học sinh giỏi, các đề thi học sinh giỏi, . . .

- Thu thập tài liệu và truy cập thông tin trên internet có liên quan đến đề tài.

- Đọc, nghiên cứu và xử lý các tài liệu.

VI. Điểm mới của đề tài - Đề tài xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và nâng cao đầy đủ, có phân loại rõ ràng các dạng câu hỏi lí thuyết, các dạng bài tập về tinh thể để làm tài liệu phục vụ cho giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên kiến thức về tinh thể. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung.

- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng có hiệu quả hệ thống bài tập hóa học.

VII. Cấu trúc đề tài Phần I. Mở đầu Phần II. Nội dung Chương I: Tổng quan Chương II: Hệ thống hóa lý thuyết về tinh thể.

Chương III: Hệ thống câu hỏi lí thuyết về tinh thể Chương IV: Hệ thống bài tập tính toán về tinh thể.

Phần III. Kết luận và khuyến nghị Tài liệu tham khảo

4 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

PHẦN II. NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÓA HỌC TINH THỂ.

Phần hoá học tinh thể trong chương trong chương trình hoá học chuyên THPT có vai trò quan trọng trong. Cụ thể là: – Trong tự nhiên rất nhiều chất tồn tại ở dạng tinh thể, chúng có thể là đơn chất, hợp chất, các kiểu mạng cũng khác nhau nên nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể sẽ giúp học sinh nắm vững bản chất, giải thích nhiều tính chất của chất do cấu tạo mạng tinh thể gây ra.

– Nắm vững kiến thức mạng tinh thể giúp học sinh có khả năng phát triển khả năng suy luận, dự đoán những tính chất thậm chí chưa có trong các tài liệu, tạo cơ sở cho những phát hiện khoa học.

- Việc nghiên cứu các kiến thức về cấu tạo tinh thể giúp HS hình thành tư duy logic về hóa học, là căn cứ kết luận rằng cấu tạo của chất ảnh hưởng, quyết định tính chất của các chất.

- Giải quyết các dạng bài tập về tinh thể giúp học sinh nắm vững, vận dụng linh hoạt kiến thức từ đó có thể suy luận và giải quyết nhiều dạng bài tập nâng cao khác về tinh thể trong các đề thi học sinh giỏi cũng như hiểu được ý nghĩa thực tế của các bài toán.

I.2. TÌNH HÌNH THỰC TẾ VỀ NỘI DUNG KIẾN THỨC TINH THỂ TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH Trong các tài liệu hiện hành, lý thuyết về tinh thể đã tương đối đầy đủ. Trong các tài liệu tham khảo khác bài tập giành cho giảng dạy và học tập của lớp chuyên còn nằm rải rác, chưa phong phú và chưa được phân loại rõ ràng, chưa đủ để cho học sinh học tập, ôn luyện chuẩn bị cho các kì thi học sinh giỏi các cấp.

I.3. VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP HÓA HỌC TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI.

5 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Thực tế dạy học cho thấy, bài tập hoá học giữ vai trò rất quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo. Bài tập vừa là mục đích vừa là nội dung lại vừa là phương pháp dạy học hiệu nghiệm. Bài tập cung cấp cho học sinh cả kiến thức, con đường dành lấy kiến thức và cả niềm vui sướng của sự phát hiện - tìm ra đáp số - một trạng thái hưng phấn - hứng thú nhận thức - một yếu tố tâm lý góp phần rất quan trọng trong việc nâng cao tính hiệu quả của hoạt động thực tiễn của con người, điều này đặc biệt được chú ý trong nhà trường của các nước phát triển. Vậy bài tập hoá học là gì?

Theo các nhà lý luận dạy học Nga, bài tập bao gồm cả câu hỏi và bài toán, mà trong khi hoàn thành chúng, học sinh nắm được hay hoàn thiện một tri thức hoặc một kỹ năng nào đó, bằng cách trả lời vấn đáp, trả lời viết hoặc có kèm theo thực nghiệm.

Hiện nay ở nước ta, thuật ngữ “bài tập” được dùng theo quan niệm này.

Tác dụng của bài tập hóa học: - Bài tập hoá học là một trong những phương tiện hiệu nghiệm cơ bản nhất để dạy học sinh vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học, biến những kiến thức đã thu được qua bài giảng thành kiến thức của chính mình.

- Đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú. Chỉ có vận dụng kiến thức vào giải bài tập học sinh mới nắm vững kiến thức một cách sâu sắc.

- Là phương tiện để ôn tập, củng cố, hệ thống hoá kiến thức một cách tốt nhất.

- Rèn luyện kỹ năng hoá học cho học sinh như kỹ năng viết và cân bằng phương trình hóa học, kỹ năng tính toán theo công thức và phương trình hoá học, kỹ năng thực hành như cân, đo, đun nóng, nung sấy, lọc, nhận biết hoá chất...

- Phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh cho học sinh (học sinh cần phải hiểu sâu mới hiểu được trọn vẹn). Một số bài tập có tình huống đặc biệt, ngoài cách giải thông thường còn có cách giải độc đáo nếu học sinh có tầm nhìn sắc sảo. Thông thường nên yêu cầu học sinh giải bằng nhiều cách, có thể tìm cách giải ngắn nhất, hay nhất - đó là cách rèn luyện trí thông minh cho học sinh. Khi giải bài toán bằng nhiều cách dưới góc độ 6 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

khác nhau thì khả năng tư duy của học sinh tăng lên gấp nhiều lần so với một học sinh giải nhiều bài toán bằng một cách và không phân tích đến nơi đến chốn.

- Bài tập hoá học còn được sử dụng như một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới (hình thành khái niệm, định luật) khi trang bị kiến thức mới, giúp học sinh tích cực, tự lực, lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và bền vững. Điều này thể hiện rõ khi học sinh làm bài tập thực nghiệm định lượng.

- Bài tập hoá học phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh và hình thành phương pháp học tập hợp lý.

- Bài tập hoá học còn là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kỹ năng của học sinh một cách chính xác.

- Bài tập hoá học có tác dụng giáo dục đạo đức, tác phong, rèn tính kiên nhẫn, trung thực, chính xác khoa học và sáng tạo, phong cách làm việc khoa học (có tổ chức, kế hoạch...), nâng cao hứng thú học tập bộ môn. Điều này thể hiện rõ khi giải bài tập thực nghiệm.

Tác dụng cụ thể của bài tập hóa học góp phần không nhỏ trong việc nâng cao chất lượng và hiệu quả việc dạy học hóa học, và đặc biệt là phát triển năng lực nhận thức, rèn luyện kỹ năng cho học sinh mà không có phương pháp dạy học nào sánh kịp.

Như vậy, trong quá trình giảng dạy thì việc lựa chọn, xây dựng các bài tập là việc làm rất quan trọng và cần thiết đối với mỗi GV. Thông qua bài tập, GV sẽ đánh giá được khả năng nhận thức, khả năng vận dụng kiến thức của HS. Bài tập là phương tiện cơ bản nhất để dạy HS tập vận dụng kiến thức vào thực hành, thực tế sự vận dụng các kiến thức thông qua các bài tập có rất nhiều hình thức phong phú.

Chính nhờ việc giải các bài tập mà kiến thức được củng cố, khắc sâu, chính xác hóa, mở rộng và nâng cao. Cho nên, bài tập vừa là nội dung, vừa là phương pháp, vừa là phương tiện để dạy tốt và học tốt.

7 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

CHƯƠNG II : TÓM TẮT KIẾN THỨC LÝ THUYẾT VỀ TINH THỂ II.1. Khái niệm mạng tinh thể II.1.1. Mạng tinh thể lí tưởng - Mạng lưới không gian vô tận mà tại các nút của mạng là các hạt tạo nên tinh thể (vô hạn, tuần hoàn) - Nút mạng được gọi là gốc mạng (đồng nhất về thành phần, qui luật sắp xếp).  r

 R

 r'

n1, n2, n3: Các số nguyên.    a1 , a2 , a3 : Các vectơ cơ sở (Độ lớn của vectơ cơ sở được gọi là chu kì dịch chuyển hay

hằng số mạng) II.1.2. Mạng Bravais: Tập hợp các điểm được xác định bằng công     thức R  n1a1  n2 a2  n3 a3 tạo thành một mạng gọi là mạng Bravais.

- Mạng tinh thể thực và thể hiện tính chất đối xứng trong không gian (Đối xứng tịnh tiến).

- Mạng thực bằng các mạng Bravais lồng vào nhau.

2 1

 a1

0

4  a2 3

1

6

 a1

 a2

0

5

II.1.3. Ô sơ cấp  



Từ 3 vectơ cơ sở a1 , a2 , a3 dựng một hình hộp, hình hộp này gọi là ô sơ cấp  a1

 a3  a2

Thể tích ô sơ cấp: 8 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

           a1  a2 , a3   a2  a3 , a1   a3  a1 , a2 

- Tinh thể được mô tả bởi sự tịnh tiến dọc theo 3 trục toạ độ của phần tử nhỏ nhất của nó là ô cơ sở (tế bào cơ bản) - Tế bào cơ bản đặc trưng bởi các thông số: Hằng số mạng: a, b, c, , ,  Số đơn vị cấu trúc : n Số phối trí Độ đặc khít Khái niệm về ô cơ sở: Là mạng tinh thể nhỏ nhất mà bằng cách tịnh tiến nó theo hướng của ba trục tinh thể ta có thể thu được toàn bộ tinh thể.

Mạng một chiều

 a

Mạng đơn giản  a

Nút mạng là hai nguyên tử cùng loại  a

Nút mạng là hai nguyên tử khác loại

Thể tích   a Mạng hai chiều n gi n

 a1

I  a2

III II

9 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

     a1 , a2 

I, II: Chứa một nguyên tử.

III: Chứa hai nguyên tử  chứa hơn một nguyên tử. Ô nguyên tố: Chỉ chứa một nguyên tử trong một ô.

ph c t p

Mạng ba chiều  a1

 a3  a2

- Từ đó hình thành các kiểu mạng lập phương đơn giản, khối tâm, diện tâm.

II.1.4. Đường thẳng mạng Lấy hai nút liên tiếp thuộc đường thẳng mạng - Chọn góc toạ độ vào một nút

2

p 

  

n

- Gắn ba trục toạ độ vào // a1 , a2 , a3 (song song với a3 các vectơ cơ sở).

1

- Xác định toạ độ của nút kia trên ba trục: m, n, p

 a1

 a2

m

Chỉ số [m, n, p] xác định chỉ số phương hay còn gọi là đường thẳng mạng.

Ví dụ: Chỉ số phương của mạng lập phương 0 01

111 011

 a3

101  a2

01 0



10 0 a1

10

110 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Chú ý: - Các hướng song song với nhau có cùng một bộ chỉ số - Nếu có một chỉ số [0] là đường thẳng mạng thuộc mặt phẳng của hai trục - Nếu có hai chỉ [0] là đường thẳng mạng thuộc mặt phẳng của một trục.

II.1.5. Mặt phẳng mạng p

 a3

n  a2  a1 m

- Mặt phẳng mạng cắt cả ba trục toạ độ theo toạ độ m, n, p.

- Nghịch đảo

1 1 1 , , m n p

- Tìm mẫu số chung nhỏ nhất là D. - h

D D D ,k  ,l  m n p

- Chỉ số mạng tinh thể này là (h, k, l) gọi là chỉ số Miller.

- Trường hợp toạ độ âm thì dấu (-) được nằm trên đầu.

Ví dụ: a.

+ Mặt phẳng tinh thể cắt các trục toạ độ tại m = 5, n = 4, p = 10. + Lấy nghịch đảo: 1/5, 1/4, 1/10. + Tìm mẫu số chung D = 20. + h

20 20 20  2.  4, k   5, l  5 4 10

+ Mặt phẳng mạng (4, 5, 2). b.

+ Mặt phẳng tinh thể cắt các trục toạ độ tại m = -5, n = 4, p = -10. + Lấy nghịch đảo:

1 1 1 , , 5 4 10

+ Tìm mẫu số chung D = 20.

11 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

 a3 0 0 1  0 1 0  1 0 0 

+ h

20 20 20  4, k   5, l   2.

4 5  10

 a2

 1 1 1 a1

+ Mặt phẳng mạng 4, 5, 2  .

Chú ý: - Các mặt phẳng song song với nhau có cùng một bộ chỉ số Miller. 

- Mặt phẳng mạng song song với một trục: giả sử // a1 thì bộ chỉ số (0, k, l).  

- Mặt phẳng mạng song song với hai trục: giả sử // a1 a2 thì bộ chỉ số (0, 0, l).

Các tính chất * Các phương song song với nhau thì có cùng bộ chỉ số. * Các mặt phẳng song song với nhau có cùng chỉ số Miller. * Trong mạng lập phương thì hướng tinh thể thẳng góc với mặt phẳng tinh thể có cùng chỉ số.

 a 3 [hkl]

(hkl)

 a3

  mp( a1 , a 2

)

 a2

 a1 II.2. Đặc điểm tinh thể.

- Có hình dạng xác đinh - Có nhiệt nóng chảy xác định, không đổi trong suốt quá trình nóng chảy 12 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Có tính dị hướng tức là tính chất theo các phương khác nhau là khác nhau II.3. Phân loại tinh thể theo liên kết.

II.3. 1. Tinh thể với liên kết ion II.3. 1.1. Đặc điểm - Tinh thể hợp chất ion được tạo thành bởi những cation và anion hình cầu có bán kính xác định - Lực liên kết giữa các ion là lực hút tĩnh điện không định hướng - Các anion thường có bán kính lớn hơn cation nên trong tinh thể người ta coi anion như những quả cầu xếp khít nhau theo kiểu lptm, lpck, hoặc lập phương đơn giản. Các cation có kích thước nhỏ hơn nằm ở các hốc tứ diện hoặc bát diện.

- Đặc trưng là tinh thể các muối của kim loại kiềm thổ với các halogen VD: Tinh thể của muối NaCl có dạng lập phương tâm diện.

II.3. 1.2. Các kiểu phối trí và điều kiện bền.

Hợp chất dạng MX. 0.22 <

r < 0.41 kiÓu phèi trÝ tø diÖn (sè phèi trÝ cua M lµ 4) : m¹ng sphalerit vµ M r X

vuarit cña ZnS. 13 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

r M < 0.73 kiÓu phèi trÝ b¸t diÖn (sè phèi trÝ cua M lµ 6) : m¹ng NaCl, NiAs. r X r 0.73 < M < 1 kiÓu phèi trÝ lËp ph­¬ng (sè phèi trÝ cña M lµ 8): m¹ng CsCl. r X

0.41 <

Hợp chất dạng M 2X.

r M < 1,00 r X r 0.414 < M < 0.732 r X

0.732 <

kiÓu mạng Florit giống CaF2

kiÓu mạng Rutil giống TiO2

II.3.1.3.Một số mạng tinh thể ion tiêu biểu .

Tinh thể CsBr. - Tỉ lệ: rCs /rBr = 1,69/1,95=0,87 nên là mạng lập phương đơn giản: - Tinh thể CsCl gồm hai mạng lập phương đơn giản lồng vào nhau.

- Số phối trí của Cs: 8 - Số phối trí của Br: 8 - Trong 1 tế bào có 1 nguyên tử Cs và 8.1/8 =1 nguyên tử Br nên tồn tại 1 phân tử CsBr - Các tinh thể cùng loại: CsCl, CsI, TlCl, NH4Cl,

Tinh thể KBr. - rK/ rBr = 1,33/1,95=0,69 14 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Tinh thể là mạng lập phương tâm diện: Các ion Br- xếp theo kiểu lptm, các ion K+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh thể KBr gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau - Số phối trí của mỗi ion là: 6 - Trong 1 tế bào có: - Số ion Br- : 8.1/8 + 6.1/2 = 4 - Số ion K+ : 12.1/4 + 1.1 = 4 - Số phân tử KBr trong một ô cơ sở là 4

Tính chất

CsBr

KBr

MgO

Năng lượng mạng tinh thể (kJ/mol)

619

673

3924

Nhiệt độ nóng chảy (oC )

638

734

2825

1290

1407

4100

Nhiệt độ sôi (oC ) Tinh thể Vuazit.

15 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Các ion S2- sắp xếp theo kiểu lục phương, các ion Zn2+ chiếm một nửa số hốc tứ diện.

- Mạng vuarit bao gồm hai mạng lục phương chặt khít lồng vào nhau.

A

A' B B' A

S Zn Vuarit ZnS

Tinh thể Sphalerit.

- S2- sắp xếp theo kiểu lập phương tâm măt, các ion Zn2+ chiếm một nửa số hốc tứ diện.

- Số phối trí của S và Zn đều bằng 4.

S Zn Sphalerit ZnS 16 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tinh thể Florit của CaF2.

- Các ion Ca2+ sắp xếp theo kiểu lập phương tâm mặt - Các ion F- chiếm các hốc tứ diện. Cùng kiểu mạng này có tinh thể của Na2O

Ca F Florit (CaF 2)

II.3.2. Tinh thể với liên kết cộng hóa trị, tinh thể nguyên tử II.3.2.1. Đặc điểm.

- Trong tinh thể nguyên tử, các nút mạng bị chiếm bởi các nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị - Do liên kết cộng hoá trị có tính định hớng nên cấu trúc tinh thể và số phối trí đợc quyết định bởi đặc điểm liên kết cộng hoá trị, không phụ thuộc vào điều kiện sắp xếp không gian của nguyên tử.

17 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Các tinh thể nguyên tử có độ cứng đặc biệt lớn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, khôngtan trong các dung môi. Chúng là chất cách điện hay bán dẫn II.3.2.2. Một số kiểu mạng tinh thể nguyên tử tiêu biểu.

Tinh thể nguyên tử kim cương - Do cấu trúc không gian ba chiều đều đặn và liên kết cộng hoá trị bềnvững nên Kim cương có khối lượng riêng lớn (3,51), độ cứng lớn nhất,hệ số khúc xạ lớn, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy cao, giòn, không tan trong các dung môi, không dẫn điện.

a = 3,55 A Liªn kÕt C-C dµi 1,54 A

- Các nguyên tử C chiếm vị trí các đỉnh, các tâm mặt và một nửa số hốc tứ diện. Số phối trí của C bằng 4.

- Mỗi tế bào gồm 8.1/8 + 6.1/2 + 4 = 8 nguyên tử - Các phân tử có mạng tinh thể tương tự: Si, Ge và Sn(), SiC, GaAs, BN, ZnS, CdTe. - Các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp3 tạo ra 4 AO lai hoá hớng về 4 đỉnh hình tứ diện. Các nguyên tử C sử dụng các AO lai hoá này tổ hợp với nhau tạo ra các MO -.

- Có N nguyên tử  tạo ra 4N MO trong đó có 2N MO liên kết tạo thành vùng hoá trị và 2N MO phản liên kết tạo thành vùng dẫn. Vùng hoá trị đã được điền đầy, vùng dẫn hoàn toàn còn trống, hai vùng cách nhau một vùng cấm có DE = 6 eV. 18 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tinh thể than chì.

- Hệ liên kết  giải toả trong toàn bộ của lớp, do vậy so với kim cương, than chì có độ hấp thụ ánh sáng đặc biệt mạnh và có khả năng dẫn điện giống kim loại. tính chất vật lý của than chì phụ thuộc vào phơng tinh thể.

- Liên kết giữa các lớp là liên kết yếu Van der Waals, khoảng cách giữa các lớp là 3,35Å, các lớp dễ dàng trượt lên nhau, do vậy than chì rất mềm.

3,35 A

1,42 A

- Các nguyên tử C lai hoá sp2 liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị , độ dài liên kết C-C: 1,42 Å nằm trung gian giữa liên kết đơn (1,54 Å) và liên kết đôi (1,39 Å-benzen).

Tinh thể Bonitrua dạng mạng than chì.

- Cấu tạo của BN giống như than chì, các nguyên tử B và N cùng lai hoá sp2.

- Giống than chì BN mềm, chịu lửa (tnc 3000oC) - Do nguyên tử N có độ âm điện lớn nên các MO  định vị chủ yếu ở N, dẫn đến các e không được giải toả như ở than chì và BN không dẫn điện (DE = 4,6 - 3,6 eV).

19 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tinh thể bonitrua mạng kim cương (Borazon).

- Borazon cứng, cách điện như kim cương.

- Tuy nhiên borazon có tính bền về mặt cơ và nhiệt hơn kim cương ( khi nung nóng trong chân không đến 2700oC borazon hoàn toàn không đổi, chịu nóng ngoài không khí đến 2000oC và chỉ bị oxi hoá nhẹ bề mặt, trong lúc đó kim cương bị cháy ở 900oC).

- Các nguyên tử B chiểm các nút của mạng tinh thể lập phương tâm diên, N chiếm 1 nửa hốc tứ diện.

- Mối tế bào có 4B và 4 N. - Số phối trí của B là 4, N là 4.

20 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

II.3.3. Tinh thể phân tử.

II.3.3.1. Đặc điểm.

- Trong tinh thể phân tử, mạng lưới không gian đợc tạo thành bởi các phân tử hoặc nguyên tử khí trơ.

- Lực liên kết giữa các phân tử trong tinh thể là lực Van der Waals.

- Các phân tử trong mạng tinh thể dễ tách khỏi nhau, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, tan tốt trong các dung môi tạo ra dung dịch.

II.3.3.2. Một số mạng tinh thể phân tử tiêu biểu.

Tinh thể khí trơ.

Tinh thể Ar, Xe, Kr

Tinh thể He.

21 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tinh thể Iot. - Mạng lưới của tinh thể I2 có đối xứng dạng trực thoi với các thông số a = 7,25 Å, b = 9,77 Å, c = 4,78 Å. Tâm các phân tử I2 nằm ở đỉnh, tâm của ô mạng mặt thoi.

- Khoảng cách ngắn nhất I-I trong tinh thể là 2,70 Å xấp xỉ độ dài liên kết trong phân tử khí I2 2,68 Å. liên kết cộng hoá trị I-I thực tế không thay đổi khi thăng hoa.

- Lực liên kết giữa các phân tử là lực Van der Waals yếu nên I2 dễ thăng hoa khi nhiệt độ 60o.

I2 2 ,7 0 A

Tinh thể nước đá.

- Liên kết giữa các phân tử là liên kết hiđro yếu nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi nhỏ.

22 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Tuy nhiên, so với các phân tử không tạo ra liên kết hiđro hoặc tạo ra liên kết hiđro yếu như H2S; H2Se; H2Te thì nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn rất nhiều.

- Khoảng cách giữa các phân tử nước lớn nên tinh thể khá rỗng, do đó tinh thể nước đá có khối lượng riêng nhỏ. Khối lượng riêng của nước ở áp suất khí quyển lớn nhất ở 3,98oC.

H O

Liªn kÕt hi®ro dµi 1,76A Liªn kÕt céng ho¸ trÞ O-H dµi 0,99A

- Mỗi phân tử nước liên kết với 4 phân tử nước khác bằng các liên kết hiđro tạo lên những hình tứ diện đều.

Tinh thể XeF2 - Tinh thể XeF2 được tạo bởi các phân tử thẳng XeF2. Tâm của các nguyên tử Xe nằm ở đỉnh và tâm của khối hình chữ nhật.

- XeF2 là chất rắn , không màu tnc = 140oC, khối lượng riêng 4,32 g/cm3, phân tử có dạng đường thẳng, d(Xe-F) = 2,00 Å.

23 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

3 ,0 2 4 A 2 ,0 0 A

XeF 2

Tinh thể XeF4 - Phân tử XeF4 cấu tạo vuông phẳng, Xe lai hoá sp3d2 - XeF4 là chất rắn, dễ bay hơi, khá bền ở nhiệt độ thường.

- Khối lượng riêng D = 4,04 g/cm3; tnc = 114oC.

F Xe

24 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

II.3. 4. Tinh thể kim loại.

II.3. 4. 1. Đặc điểm.

- Trong tinh thể kim loại, các nguyên tử kim loại chiếm giữ các nút mạng - Lực liên kết là lực liên kết giứa các kim loại - Các loại cấu trúc: Lập phương tâm khối Lập phương tâm diên Sáu phương chặt khít II.3. 4. 2. Các kiểu mạng tinh thể kim loại.

Mạng lập phương đơn giản - Đỉnh là các nguyên tử kim loại hay ion dương kim loại.

- Số phối trí = 6.

- Số đơn vị cấu trúc: 1

25 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Mạng lập phương tâm khối - Đỉnh và tâm khối hộp lập phương là nguyên tử hay ion dương kim loại.

- Số phối trí = 8.

- Số đơn vị cấu trúc: 2

Mạng lập phương tâm diện - Đỉnh và tâm các mặt của khối hộp lập phương là các nguyên tử hoặc ion dương kim loại.

- Số phối trí = 12.

- Số đơn vị cấu trúc:4

Mạng sáu phương đặc khít (mạng lục phương) - Khối lăng trụ lục giác gồm 3 ô mạng cơ sở. Mỗi ô mạng cơ sở là một khối hộp hình thoi. Các đỉnh và tâm khối hộp hình thoi là nguyên tử hay ion kim loại.

- Số phối trí = 12.

- Số đơn vị cấu trúc: 2

26 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

II.3. 4. 3. Các loại hốc trong tinh thể - Sự sắp xếp các quả cầu đồng nhất: Coi các đơn vị cấu trúc là các quả cầu cứng và đồng nhất. Trên một lớp có 2 cách sắp xếp các quả cầu này.

- Sắp xếp thứ nhất là đặc khít nhất gọi là đặc khít sáu phương.

- Sự sắp xếp đặc khít 6 phương tại lớp thứ 2:

Hèc b¸t diÖn Hèc tø diÖn

27 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

H èc b¸t diÖn

H èc tø diÖn

Mạng lập phương tâm mặt Hèc b¸t diÖn

O T O LËp ph­¬ng t©m mÆt - Hốc tứ diện là 8 28 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Hốc bát diện là: 1 + 12.1/4 = 4 Mạng lục phương - Hốc tứ diện là 4 - Hốc bát diện là: 1 + 12.1/4 = 2

Hèc b¸t diÖn

Xác định hốc:

29 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

II.3. 4. 4. Độ đặc khít của mạng tinh thể

C

A

B

B

A

A Lôc ph­¬ng chÆt khÝt

LËp ph­¬ng t©m khèi LËp ph­¬ng t©m mÆt a) Mạng tinh thể lập phương tâm khối

a

a 2 a 3

= 4r

Số quả cầu trong một ô cơ sở : 1 + 8. 1/8 = 2

Tổng thể tích quả cầu =

Thể tích của một ô cơ sở

4 2.  .r 3 3

a3

4 3 3 ) 2.  .( a 3 4

=

= 68%

a3

b) Mạng tinh thể lập phương tâm diện

a a a 2 = 4.r 30 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Số quả cầu trong một ô cơ sở : 6. 1/2 + 8. 1/8 = 4 4 4.  .r 3 3

Tổng thể tích quả cầu =

Thể tích của một ô cơ sở

a

4 2 3 ) 4.  .( a 3 4

=

3

a

= 74%

3

c) Mạng tinh thể lục phương chặt khít Số quả cầu trong một ô cơ sở: 4. 1/6 + 4. 1/12 + 1 = 2 4 a 2.  .( )3 3 2

4 2.  .r 3 3

Tổng thể tích quả cầu =

=

Thể tích của một ô cơ sở

a.a

3 2a. 6 .

2 2

= 74%

a3 2

a

2a 6 b= 3

a

a 3 2

a

a a = 2.r

¤ c¬ së

a 6 3

a

a

Nhận xét: Bảng tổng quát các đặc điểm của các mạng tinh thể kim loại Cấu trúc

Hằng số

Số

Số

Số

mạng

hạt

phối

hốc

(n)

trí

T

Lập

===90o

phương

a=b=c

tâm

2

8

-

Số hốc O

Độ đặc khít (%)

-

68

khối

Kim

loại

kiềm,

Ba,

Fe, V, Cr,

(lptk:bcc)

…

Lập

===90o

phương

a=b=c

tâm

Kim loại

4

12

8

4

74

Au, Ag, Cu, Ni, Pb, Pd,

diện

Pt, …

31 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

(lptd: fcc) Lục

== 90o

phương

 =120o

đặc

2

12

4

2

74

Be, Mg, Zn, Tl, Ti, …

khít a≠b≠c

(hpc) II.3. 4. 5. Khối lượng riêng của kim loại Công thức tính khối lượng riêng của kim loại D=

3.M .P (*) hoặc D = (n.M) / (NA.V1 ô ) 4 r 3 .N A

M : Khối lượng kim loại (g) ; NA: Số Avogađro, n: số nguyên tử trong 1 ô cơ sở.

P : Độ đặc khít (mạng lập phương tâm khối P = 68%; mạng lập phương tâm diện, lục phương chặt khít P = 74%) r : Bán kính nguyên tử (cm), V1ô : thể tích của 1 ô mạng.

II.3. 4. 6. Giới thiệu mạng tinh thể một số kim loại Quy tắc Engel và Brewer Quy tắc Engel và Brewer cho biết cấu trúc tinh thể kim loại hoặc hợp kim phụ thuộc vào số electron s và p độc thân trung bình trên một nguyên tử kim loại ở trạng thái kích thích: a +a < 1,5

:

lập phương tâm khối.

+1,7 < a < 2,1

:

lục phương chặt khít

+2,5 < a < 3,2

:

lập phương tâm mặt

+a ~ 4

:

mạng tinh thể kim cương

Mạng tinh thể Ni. Bán kính Ni = 1,24 Å = 1,24 .10-8 cm Độ đặc khít: 74% (Lập phương tâm mặt)

32 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

A

C B

A

a= =

4r 2 4 . 1,24

2 = 3,507 (Å)

Tû khèi: 3 . 0,74 . 58,7 4 . 3,14 . (1,24.10-8)3 . 6,02.1023 = 9,04 (g/cm3) Mạng tinh thể Na Na : 1s22s22p63s1  a = 1  tinh thể mạng lập phương tâm khối.

- Số phối trí 8 - Tỉ khối lý thuyết: 0,919 - Tỉ khối thc ngiệm: 0,97

33 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Mạng tinh thể Mg Mg : 1s22s22p63s2  1s22s22p63s13p1  a = 2  tinh thể mạng lục phương chặt khít - Số phối trí của Mg là 12 - Tỉ khối lý thuyết: 1,742 - Tỉ khối thực nghiệm: 1,74

Mạng tinh thể Al. Al : 1s22s22p63s23p1  1s22s22p63s13p2  a = 3 tinh thể mạng lập phương tâm mặt.

Số phối trí: 12 + Tỉ khối lý thuyết: 2,708 + Tỉ khối thực nghiệm: 2,7

34 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

TỔNG KẾT Kim lo¹i

Na

Mg

Al

Sè thø tù

11

12

13

Nguyªn tö khèi

22,99

24,34

26,98

CÊu h×nh electron

1s22s22p63s1

1s22s22p63s2

1s22s22p63s23p1

KiÓu m¹ng tinh thÓ

Lptk

Lpck

Lptm

B¸n kÝnh nguyªn tö

1,89

1,6

1,43

B¸n kÝnh ion

0,98

0,74

0,57

§é ©m ®iÖn

0,9

1,2

1,5

Tû khèi

0,97

1,74

2,7

NhiÖt ®é nãng ch¶y

98

651

660

NhiÖt ®é s«i

883

1107

2520

§é dÉn ®iÖn

20,8

21,4

36,1

§é cøng

0,4

2,5

2,75

II.3. 4. 7.Thuyết khí electron giải thích liên kết trong tinh thể kim loại Tinh thể kim loại gồm: - Các cation kim loại nằm ở các nút mạng - N các electron hoá trị chuyển động tự do trong toàn tinh thể - Lực liên kết kim loại càng mạnh khi số electron hoá trị chuyển thành electron tự do càng lớn.

Sự trượt lên nhau của lớp trong tinh thể kim loại

35 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

.............. .............................. .............................. ................... ................... ................ ..... ..... .......... .......... ..................... ..................... + .... + .... + .... + .... + .... .................... ..... .................... ..... ..... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. .............. .............. .............. .............. ................ ................ ................ ................ ................ ..... ..... .......... .......... .......... .......... + .... + .... + .... + .... + .... .................... ..... .................... ..... ..... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............................. .............. .............................. ................... ................... ................ ..... .......... ..... .......... ..................... ..................... + .... + .... + .... + .... + .... ..... ..... ..... ..... ..... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. .............................. .............................. ................... ................... ................ ..... .......... ..... .......... ..................... ..................... + .... + .... + .... + .... + .... .................... ..... .................... ..... ..... ............... ............... ............... ........................................................................... .... .... .... .... .... ........ ....

.... .... .... .... .... .... ........

.... .... ....

.... .... .... .... .... ........ ....

.... .... .... .... .... .... ........

.... .... ....

.... .... .... .... .... ........ ....

.... .... .... .... .... ........ ....

.... .... ....

.... .... .... .... .... ........ ....

.... .... .... .... .... ........ ....

.... .... ....

.... .... .... .... ....

.... .... .... .... .... .... ........

.... .... .... .... ........ .... ....

.... .... .... .... ....

.... .... .... .... .... .... ........

.... .... .... .... ........ .... ....

.... .... .... .... ....

.... .... .... .... ........ .... ....

.... .... .... .... ........ .... ....

.... .... .... .... ....

.... .... .... .... ........ .... ....

.... .... .... .... ........ .... ....

II.3. 4. 8. Thuyết vùng - N AO có mức năng lượng gần nhau tổ hợp thành N MO có mức năng lượng khác nhau. N càng lớn thì các mức năng lượng càng gần nhau và tạo thành vùng năng lượng - Các AO hoá trị s, p, d của kim loại có năng lượng khác nhau sẽ tạo ranhững vùng năng lượng khác nhau. Các vùng này có thể xen phủ hoặc cách nhau một vùng không có MO gọi là vùng cấm.

- Các e chiếm các MO có năng lượng từ thấp đến cao, mỗi MO có tối đa hai e. Vùng gồm các MO đã bão hoà e gọi là vùng hoá trị. Vùng MO không bị chiếm hoàn toàn trong đó e có khả năng chuyển động tự do là vùng dẫn - Các e trong vùng hoá trị không có khả năng dẫn điện - Các e trong vùng dẫn có thể dẫn điện khi có năng lượng đủ lớn thắng đợc lực hút của các cation kim loại

36 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

N AO N MO (c¸c vïng # nhau

vÒ

E)

vïng ho¸ trÞ

vïng dÉn

vïng cÊm

c¸c MO ®· b·o hoµ e

MO kh«ng bÞ chiÕm hoµn toµn

vïng kh«ng cã MO

Tinh thÓ natri E

Vïng 2p

2p

Vïng 2s

2s

Li

Li2

Li3

Li4

37 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tinh thÓ magiª E

Vïng 2p 2p

Vïng xen phñ 2s

Vïng 2s

Mg

Mg2

Mg4

Mg3

Sù h×nh thµnh c¸c vïng n¨ng l­îng trong tinh thÓ kim lo¹i Li vµ Mg

Vïng dÉn

2s

3p

Vïng dÉn

3s

Vïng xen phñ Vïng ho¸ trÞ

Vïng cÊm

Vïng cÊm 2p

Vïng ho¸ 1s

trÞ 2s 1s

E

E Li

Li 2 Li 3 Li 8

Li

Mg

N

Mg

N

38 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

tÝnh dÉn ®iÖn cña c¸c chÊt Vïng dÉn. nhiÒu electron cã mÆt (kh«ng cã vïng cÊm)

Vïng dÉn Vïng cÊm réng

Vïng ho¸ trÞ

Vïng ho¸ trÞ

E

E Kim lo¹i cã vïng dÉn vµ vïng ho¸ trÞ xen phñ nhau

ChÊt c¸ch ®iÖn cã vïng cÊm réng ( E > 3 eV)

Vïng dÉn

Vïng dÉn ®iÒn ®Çy mét nöa

Vïng cÊm hÑp Vïng ho¸ trÞ

Vïng cÊm

E Vïng ho¸ trÞ E

ChÊt b¸n dÉn cã vïng cÊm hÑp ( E < 3 eV)

Kim lo¹i cã vïng dÉn ®iÒn ®Çy mét nöa

II.3. 4. 9. Ảnh hưởng của liên kết kim loại đến tính chất vật lý của kim loại - Do cấu trúc đặc biệt của mạng tinh thể kim loại mà các kim loại rắn có những tính chất vật lý chung: tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, tính dẻo, ánh kim. Các tính chất vật lý chung đó đều do electron tự do trong kim loại gây ra.

- Ngoài ra đặc điểm của liên kết kim loại: Mật độ nguyên tử (hay độ đặc khít), mật độ electron tự do, điện tích của cation kim loại cũng ảnh hưởng đến các tính chất vật lý khác của kim loại như: độ cứng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỷ khối.

39 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

CHƯƠNG III : HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ TINH THỂ III.1.Các dạng bài toán thường gặp Dạng 1. Bài toán tính độ đặc khít Bài tập ví dụ: (Kì thi chọn đội tuyển thi olympic hóa học quốc tế năm 2007) Hãy chứng minh rằng phần thể tích bị chiếm bởi các đơn vị cấu trúc (các nguyên tử) trong mạng tinh thể kim loại thuộc các hệ lập phương đơn giản, lập phương tâm khối, lập phương tâm diện tăng theo tỉ lệ 1 : 1,31 : 1,42.

Hướng dẫn giải.

- Đối với mạng đơn giản: + Số nguyên tử trong 1 tế bào: n = 8 x 1/8 = 1 + Gọi r là bán kính của nguyên tử kim loại, thể tích V1 của 1 nguyên tử kim loại là: V1 = 4/3 x  r3 (1) + Gọi a là cạnh của tế bào, thể tích của tế bào là: V2 = a3 (2) Trong tế bào mạng đơn giản, tương quan giữa r và a được thể hiện trên hình sau: r a

hay a = 2r (3).

Thay (3) vào (2) ta có: V2 = a3 = 8r3 (4) Phần thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử trong tế bào là: V1/V2 = 4/3  r3 : 8r3 =  /6 = 0,5236 - Đối với mạng tâm khối: + Số nguyên tử trong 1 tế bào: n = 8 x 1/8 + 1 = 2. Do đó V1 = 2x(4/3)  r3. + Trong tế bào mạng tâm khối quan hệ giữa r và a được thể hiện trên hình sau:

Do đó: d = a 3 = 4r. Suy ra a = 4r/ 3 Thể tích của tế bào: V2 = a3 = 64r3/ 3 3 40 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Do đó phần thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử trong tế bào là: V1 : V2 = 8/3  r3 : 64r3/3 3 = 0,68 - Đối với mạng tâm diện: + Số nguyên tử trong 1 tế bào: n = 8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4. Do đó thể tích của các nguyên tử trong tế bào là: V1 = 4 x 4/3  r3 + Trong tế bào mạng tâm diện quan hệ giữa bán kính nguyên tử r và cạnh a của tế bào được biểu diễn trên hình sau:

d

a

Từ dó ta có: d = a 2 = 4r, do đó a = 4r/ 2 V2 = a3 = 64r3/2 2 Thể tích của tế bào: Phần thể tích bị các nguyên tử chiếm trong tế bào là: = 0,74 V1/V2 = 16/3  r3: 64r3/ 2 2 Như vậy tỉ lệ phần thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử trong 1 tế bào của các mạng đơn giản, tâm khối và tâm diện tỉ lệ với nhau như 0,52 : 0,68 : 0,74 = 1 : 1,31 : 1,42.

Dạng 2. Bài toán xác định bán kính nguyên tử Bài tập ví dụ. (Kỳ thi chọn HSG Quốc Gia 2008) Silic có cấu trúc tinh thể giống kim cương. Tính bán kính của nguyên tử silic. Cho khối lượng riêng của silic tinh thể bằng 2,33g.cm-3; khối lượng mol nguyên tử của Si bằng 28,1g.mol-1.

Hướng dẫn giải.

Trong cấu trúc kiểu kim cương (Hình bên) độ dài của liên kết C-C bằng 1/8 độ dài đường chéo d của tế bào đơn vị (unit cell).

Mặt khác, d = a 3 , với a là độ dài của cạnh tế bào.

Gọi ρ là khối lượng riêng của Si. Từ những dữ kiện của đầu bài ta có: ρ=

8.28,1 nM = = 2,33 NV 6, 02.1023.a 3

suy ra: a = [8 . 28,1 / 6,02.1023 . 2,33]1/3 cm = 5,43.10-8 . d = a 3 = 9,40.10-8 cm; r Si = d : 8 = 1,17.10-8 cm = 0,117nm

41 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Dạng 3. Bài toán xác định khối lượng riêng.

Bài tập ví dụ. Niken có cấu trúc mạng lập phương tâm diện. a. Nếu mỗi nguyên tử Ni có bán kính 1,24 A0 thì chiều dài của mỗi cạnh của tế bào nguyên tố là bao nhiêu? b. Tính khối lượng riêng của Ni (g/cm3).

Cho nguyên tử khối của Ni: 58,710 đvC. Hướng dẫn giải. a. Chiều dài mỗi cạnh lập phương ( chiều dài cạnh của tế bào nguyên tố) 2 0 Vì BD = a 2 nên R = a 4 = 1,24 A 0

a = 3,507 A

a a a 2 = 4.r

1 12 x  0,166.10  23 gam  23 b. 1đvC = 12 6,023.10

Trong mỗi tế bào tinh thể của Ni có 4 nguyên tử nên khối lượng 1 tế bào tinh thể bằng: 23 23 m = (58,710 đvC x 4) x (0,166.10 )= 38,983. 10 gam 0

Vì cạnh hình lập phương là 3,507 A nên thể tích 1 tế bào là: 8 V= (3,507.10 )3 = 43,133.10-24 (cm3) Khối lượng riêng của kim loại Ni được tính bằng cách lấy khối lượng 1 tế bào chia cho thể tích của tế bào: 38,983.10 23  24 Khối lượng riêng của Ni = 43,133.10 = 9,038 gam /cm3.

Cũng có thể tính bằng cách sau: 4 x3,14 x(1,24.10 8 ) 3  7,982.10  24 cm 3 Thể tích 1 nguyên tử Ni = 3 100  10,786.10  24 cm 3 -24 Thể tích tinh thể có chứa 1 nguyên tử Ni = (7,982.10 )x 74

42 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Khối lượng 1 nguyên tử Ni = 58,710 x (0,166.10-23)= 9,746.10-23 (gam) Khối lượng riêng của Ni là: 

9,746.10 23  10,748.10  24 9,036 gam/cm3

Ghi chú: Khối lượng riêng của Ni: Phương Phương pháp pháp Rơnghen picnomet 3 8,897g/cm 8,963g/cm3

Phương pháp đã tính ở trên 9,036g/cm3

Dạng 4. Bài toán xác định cấu trúc mạng tinh thể.

Bài tập ví dụ 1. Al kế tinh theo mạng lập phương có cạnh 4,05 A0, khối lượng riêng của Al là 2,70 g/cm3. Hãy cho biết Al kết tinh theoloại mạng tinh thể nào? (Al = 26,982 đvC).

Hướng dẫn giải. Đặt a là số nguyên tử Al có trong 1 tế bào nguyên tố. Ta có: Khối lượng 1 nguyên tử Al = 26,982 đvC x 0,166.10-23 = 4,479.10-23 gam.

Thể tích 1 tế bào tinh thể Al = (4,05.10-8)3 = 66,430.10-24 cm3.

4,479.10 23 )  24 .

10 66 , 430 Khối lượng riêng của tinh thể Al = x a = 2,70  a  4. (

Vậy Al kết tinh theo mạng lập phương tâm diện.

Bài tập ví dụ 2. (bài tập tương tự) Pb có khối lượng riêng là 11,34 g/cm3 ở 200C. Khối lượng mol của Pb là 207,21 g/mol. Trong tinh thể nguyên tử Pb có số phối trí là 12. a. Tính rPb. b. Hỏi Pb kết tinh theo loại mạng tinh thể nào biết rằng thể tích mỗi tế bào tinh thể là 11,837.10-23 cm3?

Dạng 5. Bài toán xác định số Avogađro (NA).

Bài tập ví dụ 1. (Kì thi chọn đội tuyển thi olympic hóa học quốc tế năm 2008) Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng (Au) có khối lượng riêng là 19,4g/cm3 và có mạng lưới lập phương tâm diện. Độ dài cạnh của ô mạng đơn vị là 4,070.10-10m.

Khối lượng mol nguyên tử của Au là 196,97g/mol.

1. Tính phần trăm thể tích không gian trống trong mạng lưới tinh thể của Au. 2. Xác định trị số của số Avogadro.

Hướng dẫn giải a) Cạnh hình lập phương = a, khoảng cách hai đỉnh kề nhau: a = 4,070.10-10m Khoảng cách từ đỉnh đến tâm mặt lập phương là nửa đường chéo của mỗi mặt vuông: ½ (a¯2) = a/ ¯2 < a 43 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

đó là khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử bằng hai lần bán kính nguyên tử Au. 4,070 X10-10m : ¯2 = 2,878.10-10m = 2r r : bán kính nguyên tử Au = 1,439.10-10m Mỗi ô mạng đơn vị có thể tích = a3 = (4,070 . 10-10 m)3 = 67, 419143.10-30 m3 và có chứa 4 nguyên tử Au .

Thể tích 4 nguyên tử Au là 4 nguyên tử x 4/3 r3 4 = 4 3 (3,1416) (1,439. 10-10)3

= 49, 927.10-30m3 Độ đặc khít = (49,927.10-30m3)/ (67,419.10-30 m3) = 0,74054 = 74,054% Độ trống = 100% -74,054% = 25,946% b) Tính số Avogadro * 1 mol Au = NA nguyên tử Au có khối lượng 196,97 gam 196,97 g 1 nguyên tử Au có khối lượng = N A ng.tu khlg 4 ngtu Au 4.196,97  N A .a 3 Tỉ khối của Au rắn: d (Au) = 19,4 g/cm3 = Vo mang 196,97 g 1 30 3 6  3 3 19,4 g/cm3 = 4 nguyên tử x N A ng.tu x 67,4191x10 m .10 cm / m

 NA = 6,02386.1023 Bài tập ví dụ 2. (Olympic Hóa Học Quốc Tế 41 - IChO 41st – Tháng 7 – 2009) Ô mạng cơ sở là đơn vị cấu trúc nhỏ nhất được lặp lại trong cấu trúc tinh thể.

Phương pháp nhiễu xạ tia X cho biết rằng ô mạng cơ sở của tinh thể vàng có cấu trúc lập phương tâm diện (tức là tâm của mỗi nguyên tử nằm ở các đỉnh của hình lập phương và tâm điểm của mỗi mặt). Cạnh của ô mạng bằng 0,408 nm. a) Vẽ phác thảo một ô mạng cơ sở và tính xem mỗi ô mạng chứa bao nhiêu nguyên tử b) Khối lượng riêng của vàng là 1,93.104 kg.m-3. Hãy tính thể tích và khối lượng của ô mạng lập phương cơ sở. c) Tính khối lượng của một nguyên tử vàng và số Avogadro. Cho nguyên tử khối của vàng là 196,97.

Bài tập ví dụ 3. Bán kính của ion K+ và ion Cl- là 1,33 và 1,82 A0. Khối lượng riêng tinh thể KCl là 1,984 g/cm3. Hãy tính số Avôgađrô (A) (K = 39,102 đvC, Cl = 35,453 đvC) Dạng 6. Bài toán giải thích tính chất vật lý.

Bài tập ví dụ. Vì sao Li và Ag đều có 1 electron hóa trị (ns1) nhưng độ dẫn điện của Ag lại cao hơn độ dẫn điện của Li. Vì sao Cu có độ dẫn điện thấp hơn Ag (1,037 lần), nhưng lại cao hơn Au (1,437 lần)?

Hướng dẫn giải 44 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

a. Li và Ag đều có 1 electron hóa trị là 2s1 và 5s1, vùng hóa trị chưa được lắp đầy, nên electron hóa trị có khả năng biến vị vào các obitan còn trống, nên đều có khả năng dẫn điện hình. Tuy nhiên, Ag có khả năng dẫn điện cao hơn Li (gấp 5,27 lần) do 2 nguyên nhân chủ yếu sau đây: - Số nguyên tử kim loại trong 1 đơn vị thể tích tinh thể.

- Khả năng biến vị của electron hóa trị. * Kim loại Li kết tinh theo mạng lập phương tâm khối, thể tích các nguyên tử kim loại 0

chỉ chiếm 78% thể tích của tinh thể; bán kính nguyên tử của Li = 1,55 A , do đó thể tích nguyên tử Li là: 4 Vnguyên tử Li = 3 . 3,14. (1,55.10-8)3 = 15,59.10-24 cm3.

1cm 3 68  24 3 Số nguyên tử Li trong 1 cm tinh thể = 15,59.10 x 100 = 4,36. 1022 nguyên tử.

* Kim loại Ag lại kết tinh theo mạng lập phương tâm diện, thể tích nguyên tử kim loại 0

chiếm 74% thể tích tinh thể, bán kính nguyên tử Ag = 1,44 A , do đó thể tích nguyên tử Ag là: 4 Vnguyên tử Ag = 3 . 3,14.(1,44.10-8)3 = 12,5.10-24 cm3.

1cm 3 74  24 Số nguyên tử Ag trong 1 cm3 tinh thể = 12,5.10 x 100 = 5,9.1022 nguyên tử.

Vậy trong 1 đơn vị thể tích tinh thể, số nguyên tử trong tinh thể Ag cao hơn trong tinh thể Li. * Mặt khác, trong nguyên tử Ag còn có các obitan 5d0 và 5f0 còn trống, tạo điều kiện thuận lợi cho sự biến vị của các electron hóa trị, do đó Ag có khả năng dẫn điện cao hơn Li. b. Cả 3 kim loại đều có 1 electron hóa trị là ns1, đều kết tinh theo mạng lập phương tâm diện, có bán kính nguyên tử là: 0

0

0

rCu = 1,28 A rAg = 1,44 A rAu = 1,44 A do đó trong đơn vị thể tích số hạt mang điện tích của Cu là 8,428.1022, còn của Ag và Au là 5,9.1022. Vậy xét về số hạt mang điện tích, Cu có khả năng dẫn điện cao hơn Ag và Au

45 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tuy nhiên, với Ag, cấu hình 4d10 có tính bền vững tương đối, cấu hình đó đã được hình thành từ nguyên tố đứng trước Ag là Pd (4d10 .5s0). Vì vậy khả năng chuyển electron hóa trị 5s1 của Ag sang vùng dẫn sẽ thuận lợi hơn.

Với Cu và Au, mặc dù phân lớp (n-1) đã được điền đầy đủ số electron, nhưng cấu trúc đó chưa phải hoàn toàn bền vững, năng lượng ở các phân mức (n – 1)d và ns khác nhau không nhiều nên có thể 1 electron ở phân lớp (n-1)d chuyển sang vùng ns, làm cho vùng ns được lắp đầy, do đó Cu và Au có tính dẫn điện kém hơn Ag. Mặt khác, số hạt mang điện của Cu cao hơn số hạt mang điện của Au nên Cu có tính dẫn điện cao hơn Au. III.2.Hệ thống bài tập chia theo các loại mạng tinh thể.

III.2.1. Bài tập về tinh thể kim loại.

Bài 1. Xác định hệ thức liên hệ giữa bán kính nguyên tử và các cạnh của tế bào sơ đẳng trong các mạng tinh thể kim loại: lập phương tâm mặt, 6 phương khít nhất, lập phương tâm khối?

Hướng dẫn giải a)Lập phương tâm mặt: A

a

Các nguyên tử ở tâm mặt tiếp xúc với các nguyên tử ở đỉnh: Ta có: AB = a ( hằng số mạng ).

BD2= 2a2  BD = a 2 .

Mặt khác: BD = 4r

B

a c

0

a

r=a

2 .

4

b) Sáu phương khít nhất: a

Hai hạt A, B tiếp xúc nhau:

a

r=

a 2

Ta có: IABD là tứ diện đều nên IA = a =2r F c

3 .

2 2 3  EI = EF = a.

3 3 c 2 2 mà EA = = a  c = 4r .

3 3 2

Mặt khác EF = a.

I E

c/2

B

C

600 D A

Tế bào sơ đẳng 6 phương khít nhất.

46 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

c)Lập phương tâm khối: a

A

Hạt ở tâm khối lập phương tiếp xúc với tám hạt ở tám đỉnh.  AC = 4r (1)

a B

a

Mặt khác: 

D

c

AB = a 2 AC = a 3

Từ (1) và (2)  r

=a

(2)

3 .

4

Bài 2. Tính độ đặc khít của các cấu trúc tinh thể kim loại? ( Lập luận trên một tế bào cơ bản).

Hướng dẫn giải a) Lập phương tâm mặt ( xem hình vẽ ở bài tập 3.12a): Số đơn vị cấu trúc trên một tế bào cơ bản: n = 8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4 (hạt).

Ta có thể tích của một hạt nguyên tử : Vh = 4/3r3.

2 ( bài tập 2.12).

4

Mà:

r=a



4 Vh =  3

2 a 4

3

.

Ta có thể tích của một tế bào cơ bản: Vtb = a3.

Như vậy, độ đặc khít của tinh thể lập phương mặt tâm là: 3

4  2  4. . a 3  3  n.Vh 2 P   0,74.  Vtb a3 6

Giá trị này cho chúng ta biết độ đặ khít của mạng tinh thể lập phương tâm mặt là 74%, độ rỗng 26%. b) 6 phương khít nhất ( xem hình vẽ ở bài tập 3.12b): 

-Nguyên tử A là chung của 12 tế bào cơ bản, vì góc BAD = 600, vậy A đóng góp là 1/12; C cũng thế. 

- Nguyên tử D là chung của 6 tế bào cơ bản, vì góc ADC =1200, vậy D đóng góp là 1/6; B cũng thế.

47 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

-Nguyên tử ở giữa tế bào đóng góp là 1.

Như vậy, số đơn vị cấu trúc 1 tế bào cơ bản là: n = 1+ 2(2 x 1/12 + 2 x 1/6) = 2 (hạt).  V2h = 2 x 4/3r3 = 8/3 r3.

Mặt khác, ta tính được diện tích ABCD: S = a.EF = a2.

3 2

 Vtb = S.c = a3. 2 .

Như vậy, độ đặc khít của mạng tinh thể 6 phương khít nhất là: P=

r 3 V2 h = 8. .

Vtb 3.a 3 . 2

Mà r = a/2 (bài tập 2.12b). a3 8 . 8 3 a3 2 .

P=

 

2 6

 0,74.

Tức là độ rỗng của tế bào đạt 26%. c) Lập phương tâm khối ( xem hình vẽ ở bài tập 3.12c): Số hạt trong một tế bào cơ bản: n = 8.1/8 + 1 = 2 hạt.  thể tích 2 hạt trong tế bào cơ bản: 8 3

V2h = r 3 .

Mà : r = a 

P=

3 ( bài tập 2.12c).

4

V2 h a 3 3  3    0,68.

Vtb 8a 3 8

Nghĩa là hạt chiếm 68% thể tích tế bào cơ bản còn 32% là lỗ trống.

B i 3.

Nguyên tố sắt  kết tinh trong mạng lập phương nội tâm và có tỷ khối d = 7,95g/cm3. Hãy tính: a) Khối lượng một tế bào sơ đẳng? b) Cạnh của tế bào sơ đẳng. Cho Fe = 56g.mol-1.

Hướng dẫn giải a) Trong mạng lập phương nội tâm mỗi tế bào cơ bản chưa 2 nguyên tử sắt. Do đó khối lượng của mỗi tế bào cơ bản là: 48 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

m=

2.56  18,6.10  23 (g ).

23 6,023.10

b) Ta có : d =

m 18,6.1023  d 7,95

m  V V

 23,4.10  24 (cm3 ).

0

V = a3  a = 2,85 A .

Mà:

Bài 4. Sắt  kết tinh trong mạng lưới lập phương nội tâm, nguyên tử Fe có bán kính r 0

= 1,24 A . Hãy tính cạnh a của tế bào sơ đẳng và tỷ khối d của Fe-?

0

Đáp số: a = 2,85 A ; d = 7,95g.cm-3.

Bài 5. Cho hằng số mạng tinh thể của các tế bào lập phương của hai cấu trúc tinh thể Fe: a = 0,286nm, đối với Fe- ( hệ lập phương tâm khối). a = 0,356nm, đối với Fe- ( hệ lập phương tâm mặt). a) Tính bán kính nguyên tử sắt trong mỗi loại cấu trúc trên? b) Tính tỷ trọng của Fe- và Fe- ? Đáp số: r = 0,124nm, d = 7,95g.cm-3. r =0,126nm, d =8,24g.cm-3.

Bài 6. Bán kính nguyên tử Na bằng 0,186nm. Tính tỷ trọng của Na rắn? Cho Na -1 = 23,0g.mol và tinh thể là lập phương tâm khối. Đáp số: dNa = 0,96g.cm-3.

Bài 7. Tính cạnh a của tế bào sơ đẳng của tinh thể đồng ( hệ lập phương tâm mặt) mà tỷ trọng d = 8,96g.cm-3. Từ đó, suy ra bán kính nguyên tử đồng? Cho Cu = 63,5g.mol-1. Đáp số: a = 0,361nm; r = 0,128nm.

Bài 8. Magiê kết tinh trong mạng lưới lục phương đặc khít .

Cho a = b = 0,32nm. Tính chiều cao c của tế bào lục phương? Từ đó, tính khối lượng riêng của Mg? Cho Mg = 24,3g.mol-1. Đáp số: c = 0,523nm; d = 1,72g.cm-3.

Bài 9. Tính bán kính gần đúng của Fe và Au ở 200c? Biết ở nhiệt độ đó, khối lượng riêng của Fe là 7,87g.cm-3; của Au là 19,32g.cm-3 ( Với giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Fe và Cu có dạng hình cầu chiếm 74% thể tích tinh thể, phần còn lại là các khe rỗng giữa các quả cầu). Biết Fe = 55,85g.mol-1, Au = 196,97g.mol-1.

0

0

Đáp số: rFe =1,28 A . rAu = 1,44 A .

Vanađi ( V) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối với d bằng Bài 10.

-3 6,1g.cm . Tìm bán kính của V? Cho V = 50,94g.mol-1.

49 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

0

Đáp số: r = 1,31 A .

Coban (Co) kết tinh theo kiểu mạng tinh thể 6 phương đặc khít với cạnh Bài 11.

0

c = 4,08 A . Tính cạnh a của ô mạng cơ bản, bán kính nguyên tử Co và khối lượng riêng của no? Biết Co = 58,93g.mol-1.

0

0

Đáp số: a  2,50 A ; r  1,25 A ; d = 8,86g.cm-3.

0

Tinh thể Scanđi (Sc) có dạng 6 phương đặc khít với cạnh a = 3,31 A ,

Bài 12.

0

c = 5,27 A . Tính khối lượng riêng của kim loại? Biết: Sc = 44,95g.mol-1. Đáp số: 2,98g.cm-3.

Titan, Ziriconi và Hafini đều có cấu trúc 6 phương đặc khít với cạnh c Bài 13.

0

0

0

của ô mạng cơ bản lần lượt là: 4,68 A ; 5,15 A ; 5,05 A . Tính bán kính nguyên tử của các kim loai đó?

0

0

0

Đáp số: rTi = 1,43 A ; rZr = 1,58 A ; rHf = 1,55 A .

Bài 14.

Vanađi, niobi, tantabi đều kết tinh dưới dạng lập phương tâm khối với 0

0

0

cạnh a lần lượt là: 3,03 A ; 3,30 A ; 3,30 A . Tìm bán kính nguyên tử của các kim loại đó?

0

0

0

0

0

Đáp số: rV = 1,31 A ; rNb = 1,43 A ; rTa =1,43 A .

Bài 15.

Nếu thừa nhận rằng nguyên tử Ca, Cu đều có dạng hình cầu xếp đặc khít bên cạnh nhau thì thể tích chiếm bởi các nguyên tử kim loại chỉ bằng 74% so với toàn bộ khối tinh thể. Tính bán kính nguyên tử Ca, Cu? Biết khối lượng riêng (ở đktc) của chúng ở thể rắn tương ứng là 1,55; 8,96g.cm-3. Đáp số: rCa =1,97 A ; rCu = 1,28 A .

Bài 16.

Cho dCu = 8,96g.cm-3, cạnh a của tế bào lập phương Cu là 0,361nm.

Tính số đơn vị cấu trúc trong một ô cơ bản. Từ đó, suy ra kiểu cấu trúc của Cu? Đáp số: n = 4, mạng lập phương tâm diện.

Tính nhiệt hoà tan trong nước của kim loại Na. Biết : Bài 17.

Na(r)

+ H2O(l) = NaOH(r ) + NaOH(r ) +

aq

1 H2 2

= Na+.aq

,  H 0298  33,7 Kcal.mol1 . '

+ OH-.aq ,  H 0298  10,20Kcal.mol 1

Đáp số: Hht = -43,90Kcal.mol-1.

Bài 18.

Một đơn tinh thể vàng hình lập phương tâm diện cạnh h = 1,000cm. Khi chiếu tia X có bước sóng 154,05.10-12m ( 154,05 pm) vào tinh thể đó, thực nghiệm cho thấy góc nhiễu xạ bậc 2 bằng 22,200. Biết: 50 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Au = 196,97g.mol-1. a) Tính số nguyên tử Au trong hình lập phương đó? b) Tính khối lượng của tế bào cơ bản? c) Tính khối lượng riêng của Au? Hướng dẫn giải a) Theo phương trình Bragg: 2dsin = n. với n =2, d = a. d=a=

2 154,05.10 12   4,077.10 10 m .

2 sin  sin 22,2

 Thể tích của môt tế bào cơ bản: V = a3 = 6,777.10-29m3.

10 6  1,476.1022 .

6,777.10 29

Số tế bào trong một cm3: n =

Số nguyên tử vàng trong một cm3: NAu = 1,476.1022.4  6.1022. b) Khối lượng một nguyên tử vàng: m =

196,97  3,271.10 22 g.

23 6,023.10

 khối lượng một tế bào sơ đẳng: mtb = 4.3,271.10-22 = 1,308.10-21g. c) Khối lượng riêng của vàng: d = 1,308.10-21.1,476.1022 = 19,31g.cm-3.

Trong tinh thể sắt  các nguyên tử C có thể chiếm tâm các mặt của ô Bài 19. mạng tinh thể.

0

a) Bán kính kim loại Fe -  là 1,24 A . Tính độ dài cạnh a của ô cơ sở?

0

b) Bán kính cộng hoá trị cuả C là: 0,77 A . Hỏi độ dài cạnh a sẽ tăng lên bao nhiêu khi Fe -  có chứa C so với cạnh a khi Fe nguyên chất? c) Tính tương tự cho Fe- (lập phương tâm mặt), biết các nguyên tử C có thể chiếm 0

tâm của ô mạng cơ sở và bán kính nguyên tử Fe- = 1,26 A .

Có thể rút ra kết luận gì về khả năng xâm nhập của C vào hai loại tinh thể Fe trên? Đáp số: a) a =

0 4r  2,86 A .

3

0

b) Độ tăng của cạnh a: (1,24 + 0,77).2 - 2,86 = 1,16 A .

51 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

c) a =

0 4r  3,56 A .

2

0

Độ tăng cạnh a là: (1,26 + 0,77).2 - 3,56 =0,5 A .

Kết luận: Khả năng xâm nhập của C vào Fe- khó hơn vào Fe-. Do đó, độ hoà tan của C trong Fe- nhỏ hơn trong Fe-.

Bài 20. Đồng kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện. a. Tính cạnh của hình lập phương của mạng tinh thể và khoảng cách ngắn nhất giữa hai tâm của hai nguyên tử đồng trong mạng, biết nguyên tử đồng có bán kính bằng 1,28A0. b. Tính khối lượng riêng của đồng theo g/ cm3. Cho Cu = 64.

Hướng dẫn giải.

Bán kính nguyên tử Cu là: r = 1,28.10-8 cm.

Từ công thức: 4.r = a 2  a= 4.r / 2 = (4.1,28.10-8 )/1,41 = 3,63.10-8 cm.

Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 tâm của hai nguyên tử đồng trong mạng.

2.r = 2,56.10-8 cm.

Khối lượng riêng: D = (n.M) / (NA.V1 ô ) = 8,896 g/cm3.

Bài 21.

(Kỳ thi chọn HSG Quốc Gia 2009) Máu trong cơ thể người có màu đỏ vì chứa hemoglobin (chất vận chuyển oxi chứa sắt). Máu của một số động vật nhuyễn thể không có màu đỏ mà có màu khác vì chứa một kim loại khác (X). Tế bào đơn vị (ô mạng cơ sở) lập phương tâm diện của tinh thể X (hình bên), có cạnh bằng 3,62.10-8 cm. Khối lượng riêng của nguyên tố này là 8920 kg/m3. a. Tính thể tích của các nguyên tử trong một tế bào và phần trăm thể tích của tế bào bị chiếm bởi các nguyên tử. b. Xác định nguyên tố X. Hướng dẫn giải. a. Trong 1 tế bào đơn vị của tinh thể X (mạng lập phương tâm diện) có 4 đơn vị cấu trúc, do đó thể tích bị chiếm bởi 4 nguyên tử X là: Vnt = 4 ×

4 3 πr 3

(1)

Mặt khác, trong tế bào lập phương tâm diện, bán kính r của nguyên tử X liên quan với độ dài a của cạnh tế bào bằng hệ thức: 4r = a 2 hay r =

a 2 4

(2)

Thay (2) vào (1) và áp dụng số, tính được: Vnt = 3,48.10-23 cm3 52 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Thể tích của tế bào:

Vtb = a3 = (3,62.10-8)3 = 4,70.10-23 (cm3)

Như vậy, phần trăm thể tích của tế bào bị chiếm bởi các nguyên tử là: (Vnt:Vtb) × 100% = (3,48.10-23 : 4,70.10-23) × 100% = 74% b. Từ: ρ =

4, 7.10 23 nM NV M=ρ = 8,92 × 6,02.1023 × = 63,1 (g/mol) 4 NV n

Nguyên tố X là đồng (Cu).

Bài 22. ( HSG QG 2007) Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng ( Au) có khối lượng riêng là 19,4 g/cm3 và có mạng lưới lập phương tâm diện. Độ dài cạnh của ô mạng đơn vị là 4,070.10-10 m. Khối lượng mol nguyên tử của vàng là: 196,97 g/cm3.

1. Tính phần trăm thể tích không gian trống trong mạng lưới tinh thể của vàng.

2. Xác định trị số của số Avogadro.

Hướng dẫn giải

- Số nguyên tử trong 1 ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4. a

- Bán kính nguyên tử Au: a a 2 = 4.r

4.r = a

2

 r= a

-8

2 /4= 1,435.10

cm

Thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử: Vnguyên tử= 4/3..r3 = 4.4/3.3,14.(1,435.10-8 )3 = 5.10-23 cm3.

Thể tích 1 ô đơn vị: V1ô = a3 = (4,070.10-8 )3 = 6,742.10-23 cm3.

Phần trăm thể tích không gian trống: (V1ô - Vnguyên tử).100 / Vnguyên tử = 26%.

Trị số của số Avogadro: NA = (n.M)/ ( D.Vô) = 6,02.1023.

Xác định khối lượng riêng của Na, Mg, K. Hướng dẫn giải Xác định khối lượng riêng của các kim loại trên theo công thức:

Bài 23.

53 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

D=

3.M .P Sau đó điền vào bảng và so sánh khối lượng riêng của các kim loại đó, 4 r 3 .N A

giải thích kết quả tính được.

Kim loại

Na

Mg

Al

Nguyên tử khối (đv.C)

22,99

24,31

26,98

Bán kính nguyên tử ( A )

1,89

1,6

1,43

Mạng tinh thể

Lptk

Lpck

Lptm

Độ đặc khít

0,68

0,74

0,74

Khối lượng riêng lý thuyết (g/cm3)

0,919

1,742

2,708

0,97

1,74

2,7

0

Khối lượng riêng thực nghiệm (g/cm3)

Nhận xét: Khối lượng riêng tăng theo thứ tự: DNa < DMg < DAl. Là do sự biến đổi cấu trúc mạng tinh thể kim loại, độ đặc khít tăng dần và khối lượng mol nguyên tử tăng dần.

III.2.2. Bài tập về tinh thể ion.

Bài 24.

Bài 25.

So sánh tinh thể kim loại và tinh thể ion?

Cho biết một số tính chất vật lý của các tinh thể ion sau: Chất NaF MgO CaO SrO BaO Độ cứng(kim cương =10)

3,2

6,5

4,5

3,5

3,3

Nhiệt độ nóng chảy(0C) 990 2800 2580 2430 1920 Bài 26.

Giải thích sự biến đổi của các tính chất vật lý, biết khoảng cách ngắn nhất r0 giưã các ion: Chất NaF MgO CaO SrO BaO 0

r0 ( A ) 2,310 2,106 2,405 2,580 2,762 Bài 27.

Cho biết nhiệt độ nóng chảy ( 0C) của một số halogenua kim loại kiềm theo bán kính ion tương ứng: Ion

0

F-(1,33 A )

0

Cl-(1,81 A )

0

Br-(1,96 A )

0

I-(2,20 A ).

54 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

0

Na+(0,98 A )

800

750

662

430

488

588

1414

782

760

784

1049

564

568

388

775

717

688

640

995

0

Cu+(0,98 A ) 0

Ca2+(1,04 A ) 0

Cd2+(0,99 A ) 0

Rb+(1,49 A ) 0

501 370 412 Pb2+(1,26 A ) 822 Từ các dữ kiện đó, rút ra nhận xét mối liên hệ giữa nhiệt độ nóng chảy với khả năng cực hoá và khả năng bị cực hoá của ion.

Bài 28.

Muối CaF2 là một chất bền có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao ( khoảng 1400 và 25000C). Trái lại CuI2, AuI3 không bền, không tồn tại ngay ở nhiệt độ thường, giải thích?

Bài 29.

MgO và NaF có cùng kiểu cấu trúc tinh thể. MgO có độ cứng lớn hơn NaF nhiều, nhiệt độ nóng chảy của MgO (28300C) cũng cao hơn nhiệt độ nóng chảy của NaF (9920C ). Hãy giải thích nguyên nhân của sự khác nhau đó?

Bài 30. Độ hoà tan của các hợp chất ion trong nước phụ thuộc vào những yếu tố nào? Giải thích tại sao độ hoà tan của tinh thể M3[Co(NO2)6] của các kim loại kiềm giảm dần từ trên xuống trong nhóm?

Bài 31.

So sánh độ hoà tan của LiF ( tinh thể ) và NaF ( tinh thể ) trong nước ở 0 25 C dựa vào các số liệu năng lượng mạng lưới U, entanpi hiđrat hoá H 0h và sự biến thiên entropi S0 của sự hoà tan chúng như sau: U ( KJ.mol-1)

-1

H 0h (KJ.mol )

TS0 ( KJ.mol-1)

LiF(t.t) 1008 -1012 -7,97 NaF(t.t) 904 -904 -2,5 Bài 32.

Nhiệt sinh chuẩn của CaCl2(t.t), CaCl2.6H2O(t.t) và H2O(l) lần lượt là: -796,1; -2608,9; -285,8 KJ.mol-1. a) Tính entanpi chuẩn hiđrat hoá của phương trình phản ứng: CaCl2(t.t) + 6H2O(l)  CaCl2.6H2O(t.t) b) Tính entanpi chuẩn hoà tan CaCl2(t.t) và CaCl2.6H2O(t.t) trong nước, biết nhiệt sinh chuẩn của Ca2+.aq và Cl-.aq lần lượt là: -543; -167,1KJ.mol-1.

Bài 33.

Giải thích tại sao các muối của kim loại kiềm bền đối với nhiệt so với muối tương ứng của các kim loại khác? Giải thích độ bền nhiệt tăng dần theo dãy MgCO3, CaCO3, SrCO3, BaCO3.

55 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài 34. a) Tính nhiệt hình thành H(tt) của MgCl2 trong dung dịch nước? Biết nhiệt hình thành ion Mg2+.aq và Cl-.aq lần lượt bằng -461,20 KJ.mol-1 và -166,05 KJ.mol-1. b) Sử dụng các giá trị thu được ở câu (a) để xác định nhiệt tạo thành MgCl2(t.t)? Biết nhiệt hoà tan của nó trong dung dịch nước bằng -151,88 KJ.mol-1. Đáp số: a) -793,30KJ.mol-1. b) -641,40 KJ.mol-1.

Bài 35.

Nhiệt hoà tan của 1 mol tinh thể KCl trong 200 mol nước ở P=1atm là: t0C ............................... 21 ................................. 23 H: .............................. 18,154 .......................... 17,824 KJ.mol-1.

Xác định  H 0298 và so sánh với giá trị thực nghiệm thu được là:17,578KJ.mol-1 Đáp số: 17,194KJ.mol-1, sai số 0,18%.

Bài 36.

Giải thích vì sao AgF tan tốt trong nước còn AgCl, AgBr, AgI tan vô cùng ít trong nước ( có thể coi không tan )?

Bài 37.

Giải thích vì sao khi hoà tan tinh thể NH4NO3 vào nước thì nhiệt độ dung dịch thấp hơn nhiệt độ của nước ban đầu và khi hoà tan NaOH(t.t) thì xảy ra hiện tượng ngược lại?

Bài 38.

Tại sao một số chất có quá trình phá vỡ mạng lưới tinh thể đòi hỏi cung cấp một nhiệt lượng lớn, vậy mà nhiệt hoà tan lại rất bé? Lấy ví dụ minh hoạ?

Xác định kiểu mạng và một số đại lượng của nó Bài 39.

Tìm điều kiện bền của các kiểu mạng ion?

Bài 40.

0

0

Cho biết: rNa  = 0,95 A , rCl  = 1,81 A . Hãy dự đoán cấu trúc mạng tinh thể NaCl? Vẽ cấu trúc mạng này? Tính số phân tử NaCl trong một tế bào cơ bản?

Hướng dẫn giải: Ta có:

rNa  0,95   0,525. rCl  1,81

56 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tỷ lệ này cho phép dự đoán cấu trúc mạng lưới NaCl là lập phương tâm diện kép: lập phương tâm diện của Na+ lồng vào lập phương tâm diện của Cl-.

Cl-

Na+

Mô hình đặc của NaCl

Mô hình rỗng của NaCl Theo hình vẽ, ta có: 1 1  6.  4.

8 2 1 n Na+ = 12.  1.1  4.

4

n Cl- = 1.

 có 4 phân tử NaCl trong một tế bào cơ bản.

Bài 41.

0

0

Cho biết: rCs  = 1,69 A , rCl  = 1,81 A .

- Hãy dự đoán cấu trúc CsCl. - Vẽ cấu trúc mạng tinh thể CsCl. - Tính số phân tử CsCl trong một tế bào cơ bản.

Hướng dẫn giải: Ta có:

rCs  rCl 



1,69  0,934.

1,81

 CsCl có cấu trúc hai hình lập phương đơn giản lồng vào nhau  lập phương tâm khối.

-

-

Cl

Cs+ -

-

-

Mô hình đặc của tinh thể CsCl.

Mô hình rỗng của tinh thể CsCl. 57

Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Theo hình vẽ, ta có: n Cl- = 8.

1 8

= 1.

n Cs+ = 1.  Trong một tế bào cơ bản có một phân tử CsCl. Bài 42.

0

Cho rzn 2   0.74 A;

0

rS2   1,84 A .

a) Dự đoán cấu trúc ZnS? Dựa vào kết quả thực nghiệm, hãy vẽ cấu trúc của ZnS? b) Xác định số phân tử ZnS trong một tế bào cơ bản? chỉ số phối trí của Zn2+ và S2-?

Hướng dẫn giải : a)Ta có tỷ số :

rZn 2  rS2 



0,74  1,84

0,402 .

Theo điều kiện bền, ta có thể dự đoán cấu trúc mạng lưới của ZnS là 6 phương đặc khít, lập phương tâm diện, lập phương tâm khối với chỉ số phối trí của Zn2+ và S2là 4 - 4. Nhưng dựa vào thực nghiệm thì ZnS có hai loại cấu trúc: blenđơ ( hay sphalerit) và cấu trúc vuazit. * Cấu trúc blenđơ: a 2a Đây là mạng lưới lập phương tâm diện của anion S , còn 4 2+ ion Zn chiếm ở 4 hốc tứ diện ( tương tự cấu trúc kim cương). * Cấu trúc vuazit: Vuazit có kiểu mạng 6 phương đặc khít kép của anion S2và cation Zn2+. Hai cấu trúc này lồng vào nhau, có thể suy từ cấu trúc này ra cấu trúc kia bằng cách tịnh tiến theo chiều cao của 60 hình lăng trụ đáy thoi.

Cấu trúc vuazit b) Số đơn vị cấu trúc trong một tế bào cơ bản: -Cấu trúc blenđơ: 0

n S2- =

8.

1 1  6.  8 2

4.

n Zn2+= 4.  Có 4 phân tử ZnS trong một tế bào cơ bản. Mỗi ion này được bao quanh bởi 4 ion khác nên số phối trí của các ion là 4.

- Cấu trúc vuazit: n S2- = 1.1 + (2.

1 12

1  2. ).2 = 2.

6

58 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

n Zn2+ = 1.1 +4.

1 4

 2.

 Có 2 phân tử ZnS trong một tế bào cơ bản của tinh thể vuazit. Số phối trí của Zn2+ và S2- cũng là 4 - 4.

Bài 43.

Cho các bán kính ion sau đây: ion Na+ BrK+ IF0

r( A ) 0,95 1.38 2.16 0.196 0.133 Hãy dự đoán các kiểu cấu trúc của các tinh thể: NaI, KI, NaBr, KBr, NaF, KF, vẽ các cấu trúc này?

Bài 44.

Xét tinh thể MgO: a) Thực nghiệm cho biết khoảng cách giữa hai nguyên tử O và Mg trong tinh 0

thể MgO là 2,05 A . Mặt khác, ta lại biết tỷ số bán kính ion Mg2+ và O2- là 0,49. Hãy xác định bán kính của hai ion này? b) Cho biết tinh thể MgO thuộc mạng tinh thể nào? Vẽ mạng tế bào cơ sở và tính số ion Mg2+ và ion O2-, rồi suy ra số phân tử MgO? c) Tính khối lượng riêng theo g.cm-3 của tinh thể nói trên?

Cho Mg = 24,312; O = 15.999g.mol-1.

Hướng dẫn giải: 0

a) Theo đề bài, ta có : rMg 2   rO 2  2.05 A . ( 1 ) Mặt khác: 

rMg 2  rO 2 

 0.49.

rMg 2  

0.49.rO 2 

(2).

0

Thay (2) vaò (1) ta tính được: rO 2  =1.376 A .

0

rMg 2 

b) Ta có:

0.414

<

rMg 2  rO 2 

 0.49

0.674 A .

< 0.732.

 MgO có kiểu mạng giống với tinh thể NaCl, tức là 2 ô mạng lập phương tâm diện của O2- và Mg2+ lồng vào nhau  có 4 phân tử MgO trong một tế bào cơ sở. c) Thể tích của một tê bào cơ sở MgO là: 59 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

03

Vtb = 2,053 = 8,615 ( A ).

Khối lượng của một phân tử MgO: m =

24,312  15,999  6,693.10  23 (g).

6,023.1023

Như vậy, khối lượng riêng của tinh thể MgO là : d =

4.m -3  31,07 ( g.cm ).

Vtb

Bài 45.

Xét tinh thể NaF: 0

a) Tìm bán kính ion Na+ và F-. Biết dNa-F = 2, 31 A ( thực nghiệm). b) Cho biết NaF thuộc kiểu mạng tinh thể nào? Vẽ mạng tế bào cơ sở và tính số phân tử NaF trong tế bào đó? c) tính khối lượng riêng g.cm-3 của tinh thể nói trên?

Cho biết Z Na  = 11, ZF  = 9.

Hướng dẫn giải: a) -Cấu hình electron của Na+: 1S22S22P6.  hằng số chắn của các e- đối với 1 e- P và: b Na  =7.0,35 + 2.0,85 = 4,15.  Điện tích hiệu dụng của Na+ là: Z*Na  = 11 - 4,15 = 6,85.

-Cấu hình e- của F- là: 1S22S22P6.  hằng số chắn của các e- đối với 1e- P là: b F  = 7.0,35 + 2.0,85 = 4,15.  Điện tích hiệu dụng của F- là: Z*F  = 9 - 4,15 = 4,85.

Theo qui tắc Pauly: rNa  Z*F   rF Z*Na 



4,85 6,85

 0,71.

0

Mặt khác: rNa   rF  = 2,31 A . 

0

0

rNa  = 0,96 A ; rF  = 1,35 A .

60 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Các câu b), c)làm tương tự bài tập bài tập 2.53 Bài 46.

Dựa vào số liệu thực nghiệm, tính độ đặc khít của tinh thể CsCl? Hướng dẫn giải: Trong một tế bào cơ bản có 1 phân tử CsCl, nghĩa là có 1 ion Cs+ và 1 ion Cl0

03

Ta có, bán kính Cs+ = 1,69 A  VCs  = 20,21( A ).

0

03

Tương tự ta có, bán kính Cl- = 1,81 A  VCl  = 24,83( A ).

Mặt khác ta có: rCs   rCl  =

a 3 2

0

 4,04 A .

Như vậy, độ đặc khít của tinh thể CsCl là: P 

VCs   VCl  20,21  24,53   0,683.

Vtb 4,043

 Độ gói chặt của tinh thể CsCl: 68,3%.

Bài 47.

Dựa vào số liệu thực nghiệm, tính độ đặc khít của tinh thể NaCl? Bài 48.

Vẽ cấu trúc CaF2, tính số ion Ca2+, F- trong một tế bào cơ bản và cho biết số phôi trí của nó?

Bài 49.

Khoáng chất có thành phần MgAl2O4 được gọi là gì? Mô tả cấu trúc của nó? Những cation tạo thành oxit hỗn tạp của loại cấu trúc này có thể có điện tích nào khác, trừ 2+ và 3+?

Bài 50.

Tính khối lượng của một tế bào sơ đẳng và tỷ trọng của NaCl? Biết khoảng cách giữa các ion bằng 0,281nm. Cho Na= 23,0g.mol-1, Cl = 35,5g.mol-1. Đáp số: d =

m tb a3

-3

 2,19 (g.cm ).

Bài 51.

KBr kết tinh theo kiểu mạng giống với NaCl. a) Có bao nhiêu ion K+, Br- trong một tế bào cơ bản?

0

b) Tính khối lượng riêng của tinh thể KBr? Biết hằng số mạng a bằng 6,56 A . Đáp số: 2,79g.cm-3.

Bài 52.

61 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Sắt (II) oxit không hợp thức (vuazit) chứa 52% anion O2-. a) Tính tỷ lệ số mol Fe2+: Fe3+ trong oxit? b) Viết công thức của oxit?

0

c) Ô mạng cơ sở của oxit này có cấu trúc kiểu NaCl vơí cạnh a = 4,29 A . Tính khối lượng riêng của oxit? Đáp số: a) 5 ; b) Fe48O52 hay Fe0,92O ; c) d = 5,67g.mol.cm-3.

Xác định năng lượng mạng lưới tinh thể ion.

Bài 53.

Năng lượng mạng lưới tinh thể là gì? Năng lượng mạng lưới tinh thể ion được tính như thế nào?

Trả lời: Năng lượng mạng lưới tinh thể U là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol hợp chất tinh thể (ở đktc) thành các ion riêng rẽ ở thể khí. Trong trường hợp tinh thể ion, ta có năng lượng mạng lưới tinh thể ion. Để tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion, lần đầu tiên Born và Landé đưa ra công thức: U=

N.A.e 2 .Z .Z  1  .1  . r0  n

N = 6,023.1023( số Avogađro) Trong đó: A : hằng số Madelung, giá trị này phụ thuộc vào cấu trúc mạng lưới tinh thể ion E : điện tích electron Z+, Z-: điện tích ion (+), ion (-). r0 : khoảng cách ngắn nhất giữa 2 ion.

N : hệ số đẩy Born, giá trị này phụ thuộc vào cấu tạo vỏ electron (có giá trị khoảng 910).

Kapustinski đã biến đổi công thức trên thành một công thức gần đúng thuận tiện hơn để tính năng lượng mạng lưới của những tinh thể ion có 8 electron ở lớp ngoài cùng: U = 256,1 .

Z .Z . (Kcal.mol-1).   r r

Ngoài công thức này, năm 1943: Kapustinski còn đưa ra công thức chi tiết sau: U = 287,2.

Z .Z .  ,345  -1 1   Kcal.mol .     r r  r r 

Trong đó: 62 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

số ion trong công thức của chất nghiên cứu.

R , r : các bán kính ion.

Ngoài ra, để tính năng lượng mạng tinh thể ion người ta thường dùng chu trình Born-Haber.

Bài 54.

Thiết lập biểu thức tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion NaCl theo Born- Landé.

Từ đó, tính năng lượng mạng lưới tinh thể này? Cho hệ số Born của NaCl là 9.

Hướng dẫn giải: Thế năng tương tác giữa1 ion Na+ và 1 ion Cl- :  : +

U1  

-

e2 với r là khoảng cách 2 ion. r

Dựa vào mạng lưới tinh thể ion NaCl, ta thấy: mỗi ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl- với khoảng cách là r ( r = rNa   rCl  ); 12 ion Na+ với khoảng cách là r 2 ; 8 ion Cl- với khoảng cách là r 3 ; 6 ion Na+ với khoảng cách là 2r; 24 ion Cl- với khoảng câch là r 5 và những ion Na+ và Cl- khác ở xa hơn với những khoảng cách xác định. Do đo, năng lượng tương tác Coulomb của 1 ion với các ion khác trong mạng lưới NaCl được tính theo hệ thức: U1  

e2  12 8 6 24      ...... 6  r  2 3 2 5 

Biểu thức trong ngoặc là một chuỗi hội tụ và có giới hạn bằng 1,748 ( giá trị này gọi là hằng số Madelung).

Như vậy, thế năng tương tác trong tinh thể NaCl: U1  1,748.

e2 . r

Nếu tính cho 1 mol chất thì: U1  1,748.

N.e 2 r

( với N: số Avogađro).

Ngoài tương tác giữa các ion còn có tương tác đẩy U2 giữa các electron của các ion, theo Born - Landé thì:

U2 

N.B . rn

Với B = constan; n là hệ số Born, nó phụ thuộc vào mật độ e- của các ion.

Như vậy năng lượng tương tác tổng cộng trong một mol tinh thể là: U  U1  U 2  1,748.

N.e 2 r

NB  n . r

Ở trạng thái cân bằng (r = r0), lực hút và lực đẩy giữa các ion triệt tiêu nên U là cực tiểu: 63 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

dU   

 dr  r  r0

 0.

Sau khi tính toán ta được: U  1,748.

N.e 2  1  1   r0  n 

( Đây là biểu thức tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion NaCl theo Born Landé). * Tính Uml: Theo đề bài: n = 9.

Tra bảng ta được: rNa  = 0,97.10-8cm.

-8

rCl  = 1,81.10 cm.

Và ta có: e = 4,8.10-10đv CGSE. Ap dụng công thức và chấp nhận: r0  rNa   rCl   (0,97  1,81).108  2,78.108 cm .

Ta được: Uml 

6,02.10 23.1,748.( 4.8.10 10 )2  1  1   2,78.108.  9

= 7,75.1012erg.mol-1. = 7,75.1012.2,39.10-11 = 185Kcal.mol-1.

Bài 55.

Tính năng lượng mạng lưới tinh thể NH4Cl. Biết: - Cạnh tế bào a = 0,387nm.

- Hằng số Madelung A = 1,76 - Hệ số Born: n = 11.

Hướng dẫn giải: Năng lượng mạng lưới U của một cấu trúc được biểu diễn bằng công thức: U = A.

N.Z .Z .e 2  1  1   . r0  r

Do NH4Cl kết tinh theo kiểu mạng lập phương tâm khối nên:

64 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

r0  rNH   rCl   4

a 3 2

0,387. 3  0,335nm 2  3,35.10 -8 cm. 



U = 1,76 .

6,023.1023.(4,8.1010 )2  1 1    8 3,35.10  11 

= 662,45.10-10 erg.mol-1. = 662,45KJ.mol-1.

Bài 56.

Thiết lập chu trình Born - Haber để tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion NaCl. Biết: 1 Cl2(k) = NaCl(t.t) , HNaCl = -96,0 Kcal.

2

Na(t.t)

+

Na(t.t)

 Na(h) , Eth = 26,0 Kcal.mol-1.

-1 1 Cl 2( k )  Cl(k ) , INa = 118,5 Kcal.mol .

2

ClK + e  Clk

, EC l = -86,5 Kcal.mol-1.

Hướng dẫn giải:  và Năng lượng mạng lưới U của sự phá vỡ 1 mol NaCl tinh thể thành Na (k )  theo phản ứng sau: Cl(k )   NaCl(t.t)  Na (k ) + Cl(k ) .

Giá trị của có thể tính theo chu trình Born -Haber ( rút ra từ nguyên lý I của nhiệt động lực học).

Chu trình Born - Haber được vẽ theo sơ đồ sau: Na(tt)

Eth

Na(k)

INa

Na

 (k )

-U 1

1 Cl 2 (k) 2

2

NaCl(tt)

DCl

Cl(k)

ECl

 Cl (k )

HNaCl

65 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Dựa vào chu trình, ta thấy: 1 DCl + ECl - U 2 1 + DCl + ECl - H. 2

H = Eth + INa + U = Eth + INa

= 26 + 118,5 +29 - 86,5 + 96 = 183 Kcal.mol-1.

Bài 57.

Thiết lập chu trình Born - Haber để tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion của CaCl2. Biết rằng: - H 0298,3 của CaCl2 tinh thể là: -795KJ.mol-1.

- Nhiệt nguyên tử hoá H 0a của Canxi: Ca(r)  Ca(k) , H 0a =192KJ.mol-1.

- Năng lượng ion hoá: 2

Ca(k) - 2e-  Ca (k) I1 + I2 = 1745KJ.mol-1.

- Năng lượng liên kết Cl - Cl là 234 KJ.mol-1.

- Năng lượng kết hợp electron của Cl: 

Cl(k) + e-  Cl (k ) , E = -304 KJ.mol-1. Đáp số: 2247KJ/mol.

Bài 58.

Tính năng lượng mạng lưới tinh thể LiF dựa vào các số liệu sau:(KJ.mol-1): - Năng lượng kết hợp electron của F(k): -333 - Năng lượng ion hoá Li(k): 521 - Entanpi nguyên tử hoá Li(t.t): 155,2 - Năng lượng liên kết F - F: 151 - Nhiệt sinh của LiF(t.t): -612,3 Đáp số: 1031KJ.mol-1.

Bài 59.

Tính năng lượng mạng lưới của MgO, biết rằng nhiệt nguyên tử hoá của Mg( H 0a ), nhiệt sinh của O và của MgO ( H 0s ), năng lượng ion hoá của Mg(I) và năng lượng kết hợp electron A của O như sau: H 0a (Mg,t.t) = 147,7 .

66 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

H 0s (O,K)

= 249,2. (đơn vị KJ.mol-1)

H 0s (MgO,t.t) = -601,7

(I1 + I2 )M g = 2189 ( A1 + A2)o = 657. Đáp số: 3844,6Kcal.mol-1.

Bài 60.

Tính năng lượng mạng lưới tinh thể BaCl2 từ hai loại dữ kiện sau: a)- Sinh nhiệt của BaCl2 của tinh thể : 205,6Kcal.mol-1.

- Nhiệt phân huỷ Cl2: 57,0Kcal.mol-1.

- Nhiệt thăng hoa của Bari kim loại: 46,0Kcal.mol-1.

- Thế ion hoá thứ nhất của Bari: 119,8Kcal.mol-1.

- Thế ion hoá thứ hai của Bari: 230,0Kcal.mol-1.

- Ai lực electron của Clo: -86,5Kcal.mol-1. b)- Nhiệt hoà tan BaCl2 tinh thể: -2,43 Kcal.mol-1.

-Nhiệt hiđrat hoá Ba2+: -321,22Kcal.mol-1. Đáp số: U = 492,3Kcal.mol-1.

Bài 61.

Cho các dữ kiện sau đây: ( năng lượng tính bằng KJ.mol-1) Fe(r)



Fe(k)

+ 406.

Fe(k)



Fe (2k)

+ 2e-

O(k)

+ 247.

2e-

 O2 

1 O 2(k )  2

O(k)

+

Fe(r )

+

1 O 2(k )  2

+

2330.

+

703.

FeO(k) - 267.

Bằng chu trình Born - Haber, tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion FeO? Đáp số: U = 3950KJ.mol-1.

Bài 62.

Tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion MgCl2 theo chu trình Born - Haber và phương trình Kapustinsti? So sánh 2 giá trị thu được? ( tra bảng các giá trị cần thiết).

Bài 63.

Nêu ưu điểm của phương trình Kapustinski so với phương trình Born - Landé? Ap dụng phương trình Kapustinski để xác định năng lượng mạng lưới của: KCl; KBr; CaBr2. Biết rK   0,138nm , rBr   0,196nm , rCl   0,181nm , rCa 2   0,100nm.

67 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Dựa vào năng lượng mạng lưới để xác định bán kính ion và các đại lượng nhiệt động khác.

Bài 64.

Tìm hệ số Born của các tinh thể sau: a) CsCl. Biết U = 155,1 Kcal.mol-1, A = 1,763. b) NaCl. Biết U = 777 KJ.mol-1, A = 1, 7475.

Bài 65.

Oxit sắt (II) kết tinh trong cùng một hệ tinh thể với NaCl. Cạnh của tế bào lập phương là a = 0,429nm; Hằng số Madelung A = 1,7475. Tính hệ số đẩy Born. Biết Uml(FeO) = 3950KJ.mol-1. Đáp số: n = 8.

Bài 66.

Giả thiết có 1 tinh thể ion được tạo thành bởi sự xếp chồng trên 1 đường thẳng các ion Li+, F- xen kẽ nhau đều đặn. Đặt r = r+ + r- là khoảng cách giữa cation và anion (ion được xem là những quả cầu tiếp xúc nhau). Tính hằng số Madelung của cấu trúc ion thẳng hàng?

Hướng dẫn giải: -

’

+

x

-

-

+

+

x

Gọi x’x là trục tinh thể mà gốc O nằm ở 1 ion Li+. Ta tính thế năng tương tác lên O bởi tất cả các ion của 1 mol tinh thể: e2  2 2 2 2     ....    r 1 2 3 4  2 e  1 1 1    .21     ...  r  2 3 4 

U  



e2 .A r

Sau khi tính toán, ta được A = 1,386.

Bài 67.   Nhiệt sinh Na2SO4(t.t) , K2SO4(t.t) , Na (k ) và K (k ) lần lượt là:-1385; -1434; 611; 515KJ.mol-1. Sử dụng phương trình Kapustinski, tính bán kính của ion SO 24 và nhiệt 0

0

sinh của nó? Biết bán kính ion Na+ bằng 0,95 A và K+ bằng 1,33 A .

0

Đáp số: rSO 2  = 3,01 A ; H s,SO 2  = -971KJ.mol-1.

4

4

68 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài 68.

Tính tổng entanpi hiđrat hoá của các ion Mg2+ và Cl- theo phản ứng sau: Mg (2k)



2Cl(k )  aq  Mg 2 .aq  2Cl  .aq.

Biết rằng entanpi hoà tan và năng lượng mạng lưới tinh thể ion MgCl2(t.t) lần lượt là: -160 và 2480KJ.mol-1. Đáp số: -2640KJ.mol-1.

Bài 69.

Năng lượng mạng lưới tinh thể MgO là sự biến thiên nội năng chuẩn ở nhiệt độ 0 K của quá trình sau: MgO(tt)  Mg2+(k) +

O2_(k),

U 00K > 0.

So sánh các giá trị: H 0298 và U 00K của quá trình trên, coi rằng nhiệt dung mol đẳng áp là hằng số đối với nhiệt độ và coi: Mg2+(k), O2-(k) là các khí lý tưởng: C0P (MgO,t.t) = 37,2 J.K-1.mol-1.

C0P (Mg2+,k ) = C0P (O2-,k) = 5/2R(J.K-1.mol-1).

Hãy rút ra kết luận khi so sánh hai giá trị trên?

Hướng dẫn giải: T



H 0T = H 00  C0P dT .

0

Ở nhiệt độ 0 K, giá trị H 00 = U 00 . Nên: H 0298 

U 00 

5RT

 37,2T

 U 00

 5. 8,314 . 298  37,2 . 298.

 U 00

 1,3 (KJ.mol 1)

 H 0298 và U 00 khác nhau không nhiều nên thường được bỏ qua.

Bài 70.

Cho năng lượng mạng lưới tinh thể NaCl là -777KJ.mol-1 và rCl  = 0,181. Hãy tính bán kính Na+, hằng số mạng a và khối lượng riêng của tinh thể NaCl? Bài 71.

0

Như đã biết MgO có cấu trúc NaCl với canh của ô mạng cơ sở là 4,21 A . Nhờ chu trình Born - Haber, hãy tính entanpi kết hợp của O(k) đến O2-(k). Các số liệu cần thiết (KJ.mol-1): 0  H của MgO (t.t) = -801,7.

Nhiệt thăng hoa của Mg = 150,2.

Nhiệt phân ly của O2 = 497,4.

69 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

1) 2) H (ion  H (ion của Mg = 2188,1.

III.2.3. Bài tập về tinh thể nguyên tử.

Bài tập về tính chất vật lý của tinh thể nguyên tử.

Bài 72.

Nêu một số đặc điểm chung của tinh thể nguyên tử?

Bài 73.

Giải thích tính cách điện của kim cương?

Trả lời: Tinh thể kim cương được cấu tạo từ nguyên tử C ở trạng thái kích thích: C: 1S22S22P2: C*: 1S2 2S12P3:

  



    

Với cấu trúc electron của C*: 4N orbital lai hoá của nguyên tử C liên kết với 4N orbital SP3 khác của nguyên tử C bên cạnh tạo thành những tứ diện đều. Khi tổ hợp các orbital lai hoá dẫn đến sự hình thành 2N MO liên kết và 2N MO phản liên kết. Giữa chúng là một miền cấm khá rộng ( E = 6 ev) làm cho các e- không thể dịch chuyển từ miền hoá trị sang miền dẫn. Vì vậy, kim cương là chất cách điện.

Miền dẫn 2 N MO*

3N AO 2P  =6ev 1N AO 2S

Miền cấm Miền hoá trị 2 N MO

Mô hình giải thích tính cách điện của kim cương Bài 74.

Giải thích tính dẫn điện theo hướng của than chì?

Trả lời: Do than chì có cấu trúc lớp, trên mỗi lớp có các e- không định vị. Nếu đặt một hiệu điện thế vào hai đầu của lớp than chì thì các e- không định vị sẽ dịch chuyển theo chiều điện trường  than chì dẫn điện theo lớp.

70 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Nhưng nếu đặt một hiệu điện thế ở lớp trên và lớp dưới của than chì (đặt vuông góc với lớp than chì) thì các e- không định vị sẽ không chuyển động có hướng theo chiều điện trường vì nó ở các lớp khác nhau  than chì cách điện khi đặt hiệu điện thế vuông góc với các lớp.

Bài 75.

Si và Ge rắn đều có cấu trúc mạng lưới kiểu kim cương, nhưng trong khi kim cương là chất cách điện thì Si và Ge lại là chất bán dẫn. Giải thích điều đó như thế nào?

Nhiệt độ nóng chảy của kim cương hay Si và Ge cao hơn, tại sao?

Bài 76.

Tại sao khi tăng nhiệt độ thì tính dẫn điện của kim loại giảm, chất bán dẫn tăng?

Bài 77.

Trình bày biện pháp nâng cao tính dẫn điện của chất bán dẫn? Cho ví dụ và giải thích?

Trả lời: Chúng ta biết rằng khi nhiệt độ tăng thì tính dẫn điện của chất bán dẫn tăng  dùng phương pháp tăng nhiệt độ rõ ràng là bất tiện. Vì vậy, để nâng cao tính dẫn điện người ta thường cho thêm một lượng rất nhỏ nguyên tố lạ.

Ví dụ 1: Nếu thêm P và As vào Si ta có chất bán dẫn n: lớp ngoài cùng của Si có 4e hoá trị còn P hay As lại có 5e- hoá trị. Nguyên tố lạ (P,As) tạo 4 liên kết với Si, còn lại một e- tự do được gọi là “electron bổ sung” chiếm ở một mức năng lượng ở vùng cấm làm cho gần với giải dẫn (hình a). Chính “electron bổ sung” làm tăng tính dẫn điện của chất bán dẫn Si. Ví dụ 2: Thêm B hay Al vào Si, ta có chất bán dẫn P (lỗ trống dương): nguyên tố lạ (B hay Al) có 3 e- hoá trị liên kết với Si, còn thiếu e- ta gọi là các lỗ trống dương.

Lỗ trống dương này ứng với mức năng lượng ở bên trên giải hoá trị (hình b)  làm tăng tính dẫn điện của Si. Giải dẫn trống E Giải hoá trị đầy e(b)

(a)

Hình vẽ mô tả 2 cơ chế dẫn điện của chất bán dẫn n (hình (a)) và p (hình (b)).

Bài 78.

Trong số những chất đã biết kim cương có độ cứng lớn nhất, giải thích?

Vẽ cấu trúc và xác định một số đại lượng vật lý đặc trưng của tinh thể nguyên tử 71 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Bài 79.

Vẽ cấu trúc một tế bào cơ bản của kim cương? Xác định số phối trí và số nguyên tử C trong tế bào?

Bài 80.

Vẽ cấu trúc than chì?

Bài 81.

Trình bày cấu trúc Cacborunđum (SiC), nêu một số tính chất vật lí và ứng dụng của nó?

Bài 82.

0

Cạnh của tế bào cơ bản trong tinh thể kim cương là a=3.5 A . Tính khoảng cách giữa 1 nguyên tử C và một nguyên tử C láng giềng gần nhất? Mỗi nguyên tử C được bao quanh bởi bao nhiêu nguyên tử C ở khoảng cách đó?

Hướng dẫn giải: Ta có:

a2 B C 2 2 3a A D  BH2 = I 4 a/2 E a 3 F  BH = G 2 H 0 a 3  BI = =1,52 A 1/8 ô mạng kim cương 4

BG2 =

Mạng tinh thể kim cương

0

Như vậy, khoảng cách 2 C gần nhất là 1,52 A . Nhìn vào hình vẽ ta thấy, nguyên tử C nằm trong hốc tứ diện của 4 nguyên tử C khác  mỗi nguyên tử C được 0

bao quanh bởi 4 C với khoảng cách 1,52 A .

Bài 83.

Tính khối lượng riêng của kim cương? Biết bán kính nguyên tử C là 0,077 nm và C=12g.mol-1.

Hướng dẫn giải: Tế bào lập phương của kim cương chứa 8 nguyên tử C. khối lượng của 8 nguyên tử C là: m

8.12  15,94.10 20 g N

Bán kính nguyên tử C liên hệ với hằng số mạng a theo hệ thức: r

8r a 3 a   0,356nm 8 3

72 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Như vậy, khối lượng riêng của tinh thể kim cương: d

m  3,54g.cm 3 . a3

Bài 84.

Tính độ đặc khít của tinh thể kim cương?

Biết bán kính nguyên tử C là 0,077nm.

Hướng dẫn giải: Thể tích của một nguyên tử C: Vc 

03 4 .0,77 3  1,911(A) .

3 0

Theo bài tập 2.97, ta có cạnh tế bào cơ bản của tinh thể kim cương: a  3,5 A .

Như vậy, độ đặc khít của tinh thể kim cương là: P

8.Vc 8.1,911   0,35 .

Vtb 3,53

Nghĩa là, nguyên tử C chiếm 35% phần không gian của tinh thể kim cương còn 65% là lỗ trống.

Bài 85.

Cân bằng giữa C graphit và C kim cương đặc trưng bằng các số liệu sau: C(kc).

C(gr) H0298=1,9 KJ.mol-1; G0298=2,9 KJ.mol-1. a. Hỏi dạng thù hình nào bền hơn về phương diện nhiệt động và được lấy làm chuẩn ở 298 K? b. Khối lượng riêng của Cgraphit và C kim cương lần lượt là: 2,265 và 3,514 g.cm-3. Tính hiệu số H - U của quá trình chuyển hoá trên ở áp suất 5.1010 pa.

Hướng dẫn giải: a. C(gr)  C(kc), có G0298=2,9 KJ.mol-1>0 nên Cgraphit bền hơn C kim cương và Cgraphit được lấy làm chuẩn ở 298 K, nghĩa là H0298,s=0; G0298=0. b. Ta có: H = U + nRT = U + PV. = U + P(V(kc)-V(gr) ) 

12 12  6   .10   3,514 2,265  

 H - U = P(V(kc)-V(gr) )= 5.1010  = -94,155 KJ.mol-1.

Bài 86.

73 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Thế nào là nhiệt chuyển pha, nêu các quá trình chuyển pha của tinh thể? Xác định nhiệt chuyển pha của quá trình sau: C(kc).

C(gr) Biết: C(gr) + O2(k) = CO2(k), H1=-94,052 KCal.mol-1 C(kc) + O2(k) = CO2(k), H2=-94,505 KCal.mol-1 Hướng dẫn giải: Nhiệt chuyển pha là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào của quá trình chuyển pha.

Các quá trình chuyển pha trong tinh thể gồm: Sự nóng chảy; sự thăng hoa; sự chuyển dạng thù hình, đa hình.

Theo đề bài, ta có: C(gr) + O2(k = CO2(k),

H1=-94,052 KCal.mol-1

C(kc) + O2(k) = CO2(k), Lấy (1) trừ (2), ta được:

(1)

H2=-94,505 KCal.mol-1

(2)

C(kc), H

C(gr)

 H = H1 - H2 = 0,453 KCal.mol-1.

Bài 87.

Trình bày cấu trúc tinh thể Bonitrua dạng kim cương và so sánh tính chất của nó với kim cương?

Bài 88.

Trình bày cấu trúc Bonitrua dạng than chì và so sánh tính chất của nó với than chì?

III.2.4. Bài tập về tinh thể phân tử.

B i 89.

Hãy cho biết một số đặc điểm chung về tính chất vật lí của tinh thể phân tử ?

Bài 90.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của Flo, Clo, Brom, Iod có giá trị như sau: Flo Clo Brom Iod 0 0 t nc ( C) -102,4 -7,2 113,6 -219,6 0 0 t s( C) -187,9 -34 58,2 184,8 Giải thích điều đó như thế nào?

Bài 91.

Nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất với Hyđrô của các nguyên tố nhóm VIA có giá trị như sau: 74 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

H20 H2S H2Se H2Te Chất 0 0 -85,6 -65,7 -51,0 Nhiệt độ nóng chảy( c) Giải thích như thế nào về sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy của các chất trên?

Bài 92.

So sánh nhiệt độ nóng chảy của SO2 và SO3 , giải thích.

Bài 93.

Giải thích tính chất lý học bất thường của H2O : thể tích rắn lớn hơn thể tích lỏng, khối lượng riêng lớn nhất ở 40C? Bài 94.

Tính nhiệt độ nóng chảy của nước đá ở áp suất 1500atm? Biết khối lượng riêng của nước đá la 917Kg.m-3 và nhiệt nóng chảy của nó là 319,7 KJ.Kg-1.

Hướng dẫn giải: Từ phương trình Clapeyron:



P

 dP  P0

H V

dP H  dT TV

T

dT H T ln .  P  P0  V T0 T0 T



Thay P0 = 1atm = 1,013.105Pa; T0 = 273,15K. 319,7.18  5,75KJ .mol 1 .

1000 18 18 3 V    1,63.106 m .

6 3 10 917.10 H 

 ln

T (1500  1).1,013.105 (1,63.10 6 )   0,043.

5750 273,15

T = 261,65K hay -11,50C. Vẽ cấu trúc tinh thể phân tử và xác định các đại lượng đặc trưng của nó.

Bài 95.

Tại sao tinh thể khí hiếm được xếp vào tinh thể phân tử, mặc dù tại các nút mạng lưới là những nguyên tử khí hiếm?

Bài 96.

Neon, Argon, Kripton, Xenon kết tinh dưới dạng lập phương tâm mặt với độ dài a của 0

ô mạng cơ sở lần lượt là: 4,52; 5,43; 5,59; 6,18 A . a) Tính khối lượng riêng của từng khí hiếm ở trạng thái rắn? b) Tính bán kính nguyên tử của các khí hiếm xuất phát từ cấu trúc trên? Đáp số: a) 1,45g.cm-3(Ne); 1,66g.cm-3(Ar); 3,19g.cm-3(Kr); 3,96g.cm-3(Xe).

75 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

0

0

0

0

b) 1,60 A (Ne); 1,92 A (Ar); 2,01 A (Kr); 2,20 A (Xe); Bài 97.

Dựa vào kết quả tính toán ở bài tập 2.113, tính độ đặc khít của các tinh thể: Ne, Ar, Kr, Xe? Đáp số: Ne: 74,28%; Ar: 74,03%; Kr: 77,85%; Xe: 75,55%.

Bài 98.

Vẽ cấu trúc tinh thể nước đá?

Bài 99. vẽ cấu trúc tinh thể Iod, tính độ đặc khít của cấu trúc tinh thể này?

Hướng dẫn giải: I2 kết tinh theo kiểu mạng lưới trực thoi mặt tâm với các hằng số mạng a = 0

0

0

4,79 A ; b= 7,25 A ; c = 9,78 A . Khoảng cách 2 hạt nhân trong cùng một phân tử bằng 0

0

2,68 A ; bán kính Vanderwaals xác định được có giá trị là 2,15 A .

0

2,15 A 2,68 0 A

Mô hình Calốt của phân tử I2

Tế bào cơ bản của tinh thể I2

Tế bào cơ bản của cấu trúc CO2 tinh thể.

76 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Dựa vào mô hình Calôt của phân tử I2, tính được thể tích hiệu dụng một phân tử 03

I2 là 57,5 A .

1 8

1 2

Trong một tế bào cơ bản có : 8.  6.  4 phân tử I2.

03

Ta có, thể tích của tế bào cơ bản là: Vtb = a.b.c = 339,6 A .

Vậy độ đặc khít của tinh thể I2 là: P

4.57,5  0,67.

339,6

tức là: I2 chiếm 67% thể tích không gian tinh thể còn 33% là lỗ trống.

Bài 100.

Khi làm lạnh CO2 sẽ kết tinh ở mạng lưới tinh thể gì? Trong mạng lưới CO2 có những loại liên kết nào, những liên kết đó được thực hiện trong phạm vi nào? Tại sao CO2 có nhiệt độ thăng hoa rất thấp ( -77,50C)?

Hướng dẫn giải: CO2 ở nhiệt độ thấp kết tinh thành mạng lập phương tâm mặt. Các phân tử O = C = O với góc liên kết là 1800, có trọng tâm( nguyên tử C) nằm trùng với các nút của ô mạng lập phương tâm mặt. Trục của phân tử CO2 định hướng song song với 4 đường chéo khối của ô mạng lập phương (xem hình vẽ) Trong tinh thể CO2 có: liên kết cộng hoá trị giữa nguyên tử C và O trong cùng 1 phân tử CO2; còn lực liên kết các phân tử CO2 với nhau là lực Vanderwaals.

Vì lực liên kết các CO2 là lực Vanderwaals nên tinh thể CO2 rất dễ bị thăng hoa ( nhiệt độ thăng hoa là –78,50C).

Bài 101.

Lưu huỳnh trực thoi S() và lưu huỳnh một nghiêng S() đều cấu tạo từ những phân tử S8. Ở 95,30C tồn tại cân bằng sau: S()

(1)

S()

-1 0 0 a) ΔH 298 ,s (SO 2 , k ) từ S() là –296,8 và từ S() là –299,7 KJ.mol . Tính H 298 của quá trình (1)?

b) Giả thiết rằng H0 và S0 là hằng số đối với nhiệt độ. Tính S0 của quá trình (1) ở 95,30C. Hướng dẫn giải: a) H 0298 = -296,8 + 299,7 = 2,9 KJ.mol-1.

-296,8 b) Khi cân bằng G = 0  H = TS.

S()+O2,k H 0298

77

SO2,k

-299,7 S()+O2,k

Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

 S0 =

2900 -1 -1  7,87 J.K .mol .

368,3

Bài 102.

Người ta nghiên cứu sự chuyển hoá của hai dạng thù hình của lưu huỳnh S()  S(). Cân bằng được thực hiện ở 368,5K; P = 1atm. Đối với sự chuyển pha này người ta cho: H 0273 = -322J.mol-1.

Các nhiệt dung đẳng áp ( theo J.mol-1.K-1): CP = 17,2 + 0,02T. CP = 15,1 + 0,03T. a) Thiết lập các biểu thức H 0T và G 0T theo T đối với sự chuyển pha trên? b) Gọi r là tỷ lệ của độ tan của dạng tan tốt hơn với dạng tan kém hơn ở nhiệt độ T. Người ta nhận thấy rằng r không phụ thuộc vào dung môi. Dạng thù hình nào dễ tan hơn? Chúng minh rằng có thể tính G 0T theo r bằng các giả thiết đơn giản có thể được làm rõ? c) Giá trị của r bằng bao nhiêu ở 368,5K? ở 313K tìm được r = 1,20. Tính 0 G 313 và so sánh với giá trị tìm được ở câu a? Đáp số: a) H 0T = -523 + 2,1T - 0,005T2; G 0T  -523 + 12T -2,1TlnT + 0,005T2. b) G 0T = 

RT ln r.

8

c) Ở 368,5K: r =1; G 0313 = -59KJ.mol-1.

Nếu tính G 0313 theo biểu thức ở câu a thì bằng -54KJ.mol-1.  Sự phù hợp của hai giá trị này là khá tốt.

Bài 103.

Quá trình chuyển dạng thù hình từ lưu huỳnh mặt thoi sang lưu huỳnh đơn là thuận nghịch ở 95,40C. Nhiệt chuyển pha của lưu huỳnh ở nhiệt độ này là 0,72Kcal.mol-1.

Xác định biến thiên entropi của quá trình đó? Đáp số: S = 1,95cal.mol-1.K-1.

Bài 104.

Cho bảng số liệu sau: Tên chất Uđịnh hướng Ucảm ứng UKhuyếch tán (Kcal.mol-1) Ar 0 0 2,03 NH3 0,370 3,52.

3,18 HCl 0,79 0,24 4,02 Tính năng lượng mạng lưới của tinh thể: Ar, NH3, HCl? 78 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

III.2.5. Bài tập tổng hợp. Đề thi học sinh giỏi Casio Bài 105.

Vì sao tinh thể vừa có tính đồng nhất vừa có tính dị hướng?

Bài 106.

Cho sơ đồ chuyển trạng thái sau: Arắn  Alỏng  A’rắn.

- Điều kiện xảy ra sự chuyển trạng thái?

- Khi nào Arắn = A’rắn và Arắn  A’rắn.

Bài 107.

Trong bốn giới hạn về liên kết trong phân tử, hãy cho biết loại liên kết, đơn vị cấu trúc, ví dụ, đặc điểm về cấu trúc và tính chất của từng loại tinh thể ( ion, nguyên tử, kim loại, phân tử)?

Bài 108.

Theo nguyên lý sắp xếp khít nhất có thể có những trường hợp nào trong việc sắp xếp các đơn vị cấu trúc tạo mạng tinh thể?

Bài 109.

Hợp chất AgBr có khiếm khuyết nào là chủ yếu, tại sao?

Bài 110.

Vì sao khi nuôi tinh thể NaCl bằng phương pháp nuôi trong dung dịch nước thì tuỳ theo điều kiện sẽ thu được các tinh thể NaCl có hình dạng khác nhau?

Bài 111.

Chứng minh phương trình Bragg? Điều kiện Bragg?

Bài 112.

0

Chiếu một chùm tia X với bước sóng  = 1,54 A vào tinh thể 1 chất, góc nhiễu xạ cấp 1 đo được là 22,70. Tính khoảng cách d trong tinh thể chất đó?

0

Đáp số: d= 2,001 A .

Bài 113.

Từ nhiệt độ phòng đến 1185K, sắt tồn tại ở dạng Fe với cấu trúc lập phương tâm khối; từ 1185K đến 1667K ở dạng Fe với cấu trúc lập phương tâm mạng. Ở 293K, sắt có khối lượng riêng d = 7,874g.cm-3. a) Tính bán kính nguyên tử sắt?

79 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

b) Tính khối lượng riêng d’ của Fe ở 1250K ( bỏ qua ảnh hưởng không đáng kể do sự giãn nở nhiệt)?

Thép là hợp kim của Fe và C, trong đó một số khoảng trống giữa các nguyên tử Fe bị chiếm bởi nguyên tử C. Trong lò luyện thép ( lò thổi) sắt dễ nóng chảy khi chứa 4,3% C vè khối lượng. Nếu được làm lạnh nhanh thì các nguyên tử C vẫn được phân tán trong mạng lưới lập phương nội tâm, hợp kim gọi là martensite cứng và giòn.

Kích thước của tế bào sơ đẳng Fe không đổi. c) Hãy tính số nguyên tử trung bình của C trong mỗi tế bào cơ bản của Fe với hàm lượng của C là 4,3%? d) Hãy tính khối lượng riêng của martensite?

Hướng dẫn giải: a) Khối lượng mol nguyên tử Fe bằng 56g.

Khối lượng riêng của Fe: d = 7,874g.cm-3.

Vậy 1 mol Fe có thể tích là: V =

m 56 3   7,112 cm . d 7,874

Mỗi tế bào lập phương nội tâm có hai nguyên tử Fe  thể tích tế bào cơ bản: Vtb =

7,112.2  2,362.10 23 cm3 .

6,023.10 23

 cạnh của tế bào lập phương : a = 3 Vtb  2,869.108 cm.

Ta đã biết với cấu trúc lập phương nội tâm: r=

0 a 3  1,242.108 cm = 1,242 A .

2

b) Ở 1250K sắt tồn tại dạng Fe với cấu trúc lập phương mặt tâm, khi đó hằng số mạng a’ sẽ bằng: a ' 

0 4r  3,513 A .

2

03

 Thể tích của một tế bào cơ bản Fe : V’= 43,355 A .

Với cấu trúc lập phương mặt tâm nên mỗi tế bào có 4 nguyên tử Fe. Do đó, khối lượng riêng: d’ =

m 4.56   8,578g.cm 3 .

V' 6,023.1023.43,355.10 24

c) Trong 100g martensite có 4,3g C (tức là có 0,36mol C ) và có 95,7g Fe ( tức là có 1,71mol Fe). Điều đó có nghĩa là, ứng với 1 nguyên tử Fe có 0,36/1,72 = 0,21 nguyên tử C. Mỗi tế bào cơ bản Fe có hai nguyên tử Fe  có trung bình là 0,21.2 = 0,42 nguyên tử C. Vì nguyên tử không chia sẻ được nên một cách hợp lý hơn, ta nói cứ 12 tế bào cơ bản có : 0,42.12 = 5 nguyên tử C. 80 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

d) Khối lượng của mỗi tế bào cơ bản sẽ bằng tông khối lượng của hai nguyên tử Fe và 0,42 nguyên tử C, vậy: mtb =

56.2  0,42.12  1,938.10 22 g.

6,023.1023

 Khối lượng riêng của martensite: d=

m tb 1,938.1022   8,205g.cm 3 .

Vtb 2,362.10 23

Bài 114.

Mono oxit sắt có cùng cấu trúc tinh thể như NaCl, nhưng đó là một hợp chất không hợp thức, nghiã là nó không ứng với công thức FeO. Người ta đề nghị hai công thức Fe1-xO( cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion O2- nhưng tất cả các lỗ bát diện không bị chiếm hết Fe2+) hay FeO1+y ( cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion Fe2+ với một sự dư O2-) để giải thích sự thiếu Fe2+ so với O2-. Để lựa chọn giữa hai công thức này người ta nghiên cứu một oxit sắt chứa 76,57% sắt ( phần trăm về khối lượng) mà tỷ trọng d = 5,70g.cm-3 và cạnh của tế bào a= 0,431nm.

Tính các khối lượng mx, my cuả tế bào tinh thể cho hai công thức được đề nghị và từ đó rút ra các tỷ trọng dx, dy. Chứng minh rằng, công thức đúng là Fe1-xO và tính x?

Hãy cho biết Fe1-xO thuộc loại khiếm khuyết nào? Chỉ rõ sự trung hoà điện của tế bào tinh thể chứa ít ion Fe2+ hơn ion O2- được bảo đảm như thế nào?

Hướng dẫn giải: Monooxit sắt hợp thức được mô tả bàng cấu trúc lập phương tâm mặt của các 2ion O với tất cả các lỗ bát diện bị chiếm bởi các ion Fe2+, do đó có 4 FeO trong một tế bào cơ bản. Ta có hai giả thiết: - Fe1-xO: không phải tất cả các lỗ bát diện đều bị chiếm bởi các ion Fe2+, ta nói có sự khuyết cation.

Phần trăm oxi bằng: 100% - 76,57% = 23,43%.

Nếu gọi mx là khối lượng của tế bào này, ta có thể viết: 4.16  0,2343. Vì một tế bào có khối lượng mx chứa một khối lượng oxi bằng m x .N

4.16/N. Tính được: mx = 4,54.10-22g.

Khối lượng riêng tương ứng: dx =

mx = 5,67g.cm-3.

3 a

- FeO1+y: tế bào của cấu trúc này chứa 4 nguyên tử Fe:

81 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com



4.55,8 =0,7657.

Nm y

 my = 4,84.10-22g.

Khối lượng riêng tương ứng: dy =

my a3

= 6,05g.cm-3.

Ta có giá trị thực nghiệm d = 5,7g.cm-3 nên giả thiết thứ nhất đúng hơn  công thức đúng của oxit không hợp thức phải là Fe1-xO. Ta tính tỷ lệ phần trăm của Fe và O: 76,57 (1  x ).55,8   x = 0,06.

23,24 16

Cuối cùng ta có công thức: Fe0,94O. Sự không hợp thức là do sự khuyết cation gây ra, sự khuyết này được gọi là khiếm khuyết Schottky. Tính trung hoà điện được bảo đảm nếu chấp nhận rằng có một lượng nhất định Fe2+ chuyển sang Fe3+: 3Fe2+  2Fe3+ +

(Với

là lỗ khuyết).

Do đó, đối với oxit Fe1-xO ta có thể viết: [ Fe123x Fe32x

2x]O .

Bài 115. Ở nhiệt độ cao MgCO3( tt) phân huỷ theo phản ứng sau: MgCO3(tt)

MgO(tt) + CO2(k) .

Các số liệu nhiệt động của các chất ở 250C như sau: MgCO3(tt) MgO(tt) HS0 (KJ.mol 1) -1096,21 ?

-1

G S0 (KJ.mol ) -1029,26 C0P (J.K 1.mol1

75,52

CO2(k) -393,51

-569,57

-394,38

37,41

37,13.

a) Tính bậc tự do của hệ cân bằng, từ kết quả thu được rút ra kết luận gì? b) Tính nhiệt sinh chuẩn của MgO(tt) và KP của phản ứng ở 250C? Biết H 0298 của phản ứng là 101,46 KJ.mol-1. c) Thiết lập các phương trình H 0T = f(T) và G 0T = f(T) (thừa nhận rằng C0P là hằng số đối với nhiệt độ)?

Hướng dẫn giải: a) F = K -n + 2 = 2 - 3 + 2 =1. Suy ra: PCO 2 = f(T). b) H 0298,s (MgO,tt) = 101,46 + 393,51 - 1096,01 = -601,24(KJ.mol-1).

82 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

-1

G 0298,s (MgO,tt) = - 569,57 - 394,38 + 1029,26 = 65,31(KJ.mol ).

 KP = exp(

 65310 )  3,56.1012 .

8,314.298

c) C0P = 37,41 + 37,13 - 75,52 = -0,98(J.K-1.mol-1).



T

H 0T  H 0298  C 0P dT 298

= 101460 - 0,98(T - 298) = 101752,02 - 0,98T(J.mol-1).

Ta có: 

G 0T G 0298   T 298

T



298



H 0T dT .

T2 -1

G 0T = 101752,02 - 127,872 T + 0,98T.lnT (J.mol ).

Bài 116.

Tính bậc tự do của các hệ cân bằng: Rắn (tt) Tinh thể - 

Lỏng .

Tinh thể - 

3.135. Tính hiệu ứng nhiệt Qx của phản ứng hình thành tinh thể Al2(SO4)3 từ tinh thể Al2O3 và khí SO3, ở P= 1atm và T = 298 K? Biết rằng nhiệt tiêu chuẩn của Al2O3, SO3, Al2(SO4)3 theo thứ tự bằng: 1669,792; 395,179; 3434,980(KJ.mol-1). Đáp số: 579,651 KJ.mol-1.

Bài 117.

Các chất: kim cương, phôtpho trắng và đen, nước đá, KCl, Mg, thuộc loại mạng tinh thể nào?

Bài 118.

Hãy xếp từng chất vào từng nhóm tinh thể và giải thích điểm chảy của chúng? a) K ( 620C), KCl (7900C). b) SnCl2 ( 8730C), SO2 ( -730C). c) Kr (-1690C), Ar (-1900C). d) Fe ( 15350C), Ca ( 8100C). e) SiC (29730C), CS2 ( -1090C).

Bài 119.

83 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

C và Si đều thuộc nhóm IVA, cả hai đều tạo thành oxit có công thức tổng quát AB2 ( SiO2 và CO2 ). Tuy vậy, SiO2 và CO2 có tính chất vật lý rất khác nhau. Giải thích hiện tượng này như thế nào?

Bài 120.

Có nhận xét gì về số phối trí của các nguyên tử trong các tinh thể kim loại, ion, phân tử, nguyên tử?

Bài 121.

0

Tinh thể CsI có cấu trúc lập phương tâm khối với cạnh a là 4,45 A , Hãy tính rI  , độ đặc khít và khối lượng riêng của CsI (tt)?

0

rCs  = 1,69 A .

0

Đáp số: 2,16 A ; 77,4%; 4,9 g.cm-3.

Bài 122.   Cho phương trình phản ứng: Li(k) + H(k)  Li (k ) + H (k ) (1).

a) Tính năng lượng của quá trình (1) khi 2 ion Li+ và H- ở rất xa nhau, không có tương tác tĩnh điện? Biết rằng năng lượng ion hoá thứ nhất của Li là 5,39 ev và năng lượng ái electron của H là -0,754ev. b) Ở khoảng cách nào giữa 2 ion thì lực hút tĩnh điện bù được năng lượng của 0

0

quá trình (1), rút ra kết luận? Biết rLi  = 0,60 A , rH  = 2,08 A . c) LiH có cấu trúc tinh thể kiểu NaCl, khối lượng riêng bằng 0,82g.cm-3. Tính cạnh a của ô mạng cơ sở? Đáp số: a) 4,639ev.

0

b) R = 3,1 A > rLi   rH  nên có thể tạo thành tinh thể LiH. 0

c) a = 4 A .

Bài 123.

Sử dụng các số liệu sau để tính độ hoà tan ( mol.l-1) của CaCO3 ( canxit) và CaCO3 ( aragonit) trong nước ở 250C: -1 2+ H 0298,s (KJ.mol ): Ca .aq = -542,8 ; CO32  .aq = - 677,1 S0298

CaCO3 (canxit) = -1206,9; CaCO3 (aragonit) = -1207,1.

(J.mol .K-1): Ca2+.aq = -53,1; CO32  .aq = -56,9; -1

CaCO3 (canxit) = 92,9 ; CaCO3 (aragonit) = 88,7. Đáp số: -Độ tan của CaCO3 ( canxit) khoảng 6,92. 10-5M. -Độ tan của CaCO3 ( aragonit) khoảng 8,56.10-5M. Bài 124.

84 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Tinh thể NaCl có cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion Na+, còn các ion Cl- chiếm các lỗ trống tám mặt trong ô mạng cơ sở của các ion Na+, nghĩa là có 1 ion Cl- chiếm 0

tâm của hình lập phương. Biết cạnh a của ô mạng cơ sở là 5,58 A . Khối lượng mol 0

của Na và Cl lần lượt là 22,99 g/mol; 35,45 g/mol. Cho bán kính của Cl- là 1,81 A .

Tính : a) Bán kính của ion Na+. b) Khối lượng riêng của NaCl (tinh thể).

Giải:

Na Cl

Các ion Cl - xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Na+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh thể NaCl gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau. Số phối trí của Na+ và Cl- đều bằng 6.

Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 Số ion Na+ trong một ô cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4 Số phân tử NaCl trong một ô cơ sở là 4 a. Có: 2.(r Na+ + rCl-) = a = 5,58.10-8 cm  r Na+ = 0,98.10-8 cm; b. Khối lượng riêng của NaCl là: D = (n.M) / (NA.V1 ô )  D = [ 4.(22,29 + 35,45)]/[6,02.1023.(5,58.10-8)3 ] D = 2,21 g/cm3; Bài 125.

Phân tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện. Hãy biểu diễn mạng cơ sở của CuCl. 85 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

a) Tính số ion Cu+ và Cl - rồi suy ra số phân tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở. b) Xác định bán kính ion Cu+.

0

Cho: D(CuCl) = 4,136 g/cm3 ; rCl-= 1,84 A ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Giải: Các ion Cl - xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Cu+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh thể CuCl gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau. Số phối trí của Cu+ và Cl- đều bằng 6 Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 Số ion Cu+ trong một ô cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4; Số phân tử CuCl trong một ô cơ sở là 4.

Khối lượng riêng củaCuCl là: D = (n.M) / (NA.a3 )  a = 5,42.10-8 cm ( a là cạnh của hình lập phương) Có: 2.(r Cu+ + rCl-) = a = 5,42.10-8 cm  rCu+ = 0,87.10-8 cm; Bài 126. a) Hãy vẽ sơ đồ mô tả cấu trúc của một tế bào sơ đẳng của kim cương.

0

b) Biết hằng số mạng a = 3,5 A . Hãy tính khoảng cách giữa một nguyên tử C và một nguyên tử C láng giềng gần nhất. Mỗi nguyên tử C như vậy được bao quanh bởi mấy nguyên tử ở khoảng cách đó? c) Hãy tính số nguyên tử C trong một tế bào sơ đẳng và khối lượng riêng của kim cương.

Giải:

86 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Tú A a = 3,55Thanh Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594Liªn Email thanhtuqn88@gmail.com kÕt C-C dµi 1,54 A

a. * Các nguyên tử C chiếm vị trí các đỉnh, các tâm mặt và một nửa số hốc tứ diện.

Số phối trí của C bằng 4 ( Cacbon ở trạng thái lai hoá sp2). * Mỗi tế bào gồm 8.1/8 + 6.1/2 + 4 = 8 nguyên tử * Khoảng cách giữa một nguyên tử Cacbon và một nguyên tử cacbon láng giêng gần nhất là: 2r = d/4; với d là đường chéo của hình lập phương d = a. 3 .  2.r = a. 3 / 4 = 1,51.10-8 cm; b. Mỗi nguyên tử cacbon được bao quanh bởi 4 nguyên tử cacbon bên cạnh. c. Khối lượng riêng của kim cương: D=

n .M N A .V

=

8.12,011 = 3,72 g/cm3 23 8 3 6,02.10 .(3.5.10 )

Bài 127.

Pb có khối lượng riêng là 11,34 g/cm3 ở 200C. Khối lượng mol của Pb là 207,21 g/mol. Trong tinh thể nguyên tử Pb có số phối trí là 12. a. Tính rPb. b. Hỏi Pb kết tinh theo loại mạng tinh thể nào biết rằng thể tích mỗi tế bào tinh thể là 11,837.10-23 cm3?

Bài 128.

NaCl kết tinh theo mạng lập phương. a. Hãy tính số ion Na+ và số ion Cl- có trong 1 tế bào tinh thể muối NaCl. b. Tính khối lượng riêng của tinh thể NaCl. Cho: Bán kính ion Na+ = 0,98 A0; Cl- = 1,82 A0.

M Na = 22,989 đvC; Cl = 35,453 đvC. Hướng dẫn giải.

Tinh thể NaCl kết tinh theo mạng lập phương nên trong mỗi tế bào có 4 ion Na+ và 4 ion Cl-.

0

Chiều dài cạnh tế bào NaCl = (0,98 + 1,82) x 2 = 5,60 A .

(22,989  35,453) x 4 6,023.10 23 = 38,832.10-23 gam.

Khối lượng 1 tế bào NaCl =

Thể tích 1 tế bào = (5,60.10-8)3 = 175,616.10-24 cm3 87 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

38,832.10 23  24 Khối lượng riêng của tinh thể NaCl = DNaCl = 175,616.10 = 2,211 g/cm3

Ghi chú: Số ion Na+ và ion Cl- trong tế bào lập phương NaCl (xem hình 11): 1 Ion Na : 4 ion Na+ ở giữa mỗi cạnh ) x 12 cạnh = 3 ion Na+ +

(

ở tâm của hình lập phương có = 1 ion Na+ 1 Ion Cl : ( 8 ion Cl- ở mỗi góc) x 8 góc = 1 ion Cl1 ( 2 ion Cl- ở mỗi mặt) x 6 mặt = 3 ion Cl-

Bài 129. a) Hãy vẽ sơ đồ cấu trúc của mạng lưới tinh thể CsCl. b) Mỗi tế bào sơ đẳng có mấy ion Cs+ và mấy ion Cl-? c) Hãy tính khối lượng của mỗi tế bào ( Cs=132,905; Cl=35,453 ).

Bài 130.

KBr kết tinh trong mạng lưới giống như mạng lưới NaCl. a) Hãy vẽ sơ đồ cấu trúc của một tế bào sơ đẳng KBr. b) Một tế bào sơ đẳng có mấy ion K+ và mấy ion Br-? c) Hãy tính khối lượng riêng của KBr. Cho biết cạnh của tế bào sơ đẳng a = 6,56A; K = 39,098; Br = 79,904.

Bài 131.

Tính độ dài cạnh a của ô mạng cơ sở của tinh thể NaCl. Biết khối lượng riêng của NaCl bằng 2,163 g/cm3; Na=22,99; Cl=35,453.

Bài 132.

Tính bán kính ion Cs+ với giả thiết là trong tinh thể CsCl, các ion tiếp xúc nhau dọc theo đường chéo của ô mạng cơ sở. Biết bán kính ion Cl- 1,81A và độ dài cạnh ô mạng cơ sở CsCl bằng 4,121A. Bài 133. Ở 180C, khối lượng riêng của KCl bằng 1,9893 g/cm3, độ dài cạnh ô mạng cơ sở (xác định bằng thực nghiệm) là 6,29082A. Dùng những giá trị của các nguyên tử lượng để tính số Avogadro.( K=39,098; Cl=35,453 ).

Bài 134. a) Cho biết cấu trúc của tinh thể đồng là lập phương tâm diện. Hãy mô tả cấu trúc của một tế bào sơ đẳng bằng hình vẽ. b) Hãy cho biết số nguyên tử Cu ứng với một tế bào sơ đẳng. c) Hãy tính khối lượng của mỗi tế bào sơ đẳng . (cho Cu = 63,54).

Bài 135.

88 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Vonfram tạo ra các tinh thể lập phương tâm khối. Khối lượng riêng của W là 19,3g/cm3. a) Hãy tính độ dài ô mạng cơ sở. (W = 183,8). b) Tính khoảng cách ngắn nhất từ một nguyên tử W đến một nguyên tử láng riềng gần nhất. Mỗi nguyên tử W bao quanh bởi bao nhiêu nguyên tử như vậy, số phối trí của W là bao nhiêu ?

Bài 136.

Kim loại Paladi kết tinh trong mạng lưới lập phương tâm diện. Cạnh của tế bào sơ đẳng a = 3,88A ở 200C. a) Hãy vẽ cấu trúc của tế bào sơ đẳng. b) Cho biết số nguyên tử Pd trong một tế bào sơ đẳng. c) Tính khoảng cách ngắn nhất giữa 2 nguyên tử Pd. d) Có bao nhiêu nguyên tử láng giềng gần nhất (có khoảng cách bằng khoảng cách ngắn nhất trên) bao quanh một nguyên tử đã cho. e) Tính khối lượng riêng của Pd (Pd = 106,4).

Bài 137. a) Hãy vẽ sơ đồ mô tả cấu trúc của một tế bào sơ đẳng của kim cương. b) Cạnh của tế bào a =3,5A . Hãy tính khoảng cách giữa một nguyên tử C và một nguyên tử C láng riềng gần nhất. c) Mỗi nguyên tử C như vậy được bao quanh bởi mấy nguyên tử ở khoảng cách đó . d) Hãy tính số nguyên tử C trong một tế bào sơ đẳng và khối lượng riêng của kim cương. (C=12.011).

Bài 138.

Cho thông số tinh thể cúa các tế bào lập phương của 2 cấu trúc tinh thể của sắt: a = 0,286 nm đối với sắt  (hệ lập phương tâm khối) a = 0,356 nm đối với sắt  (hệ lập phương tâm mặt) Tính bán kính nguyên tử sắt trong mỗi loại cấu trúc.

Tính tỉ trọng của sắt trong mỗi loại cấu trúc.

Cho Fe = 55,8 g/mol. Đề thi học sinh giỏi khu vực, quốc gia và quốc tế Bài 139.

Tính dẻo và dễ uốn cong của kim loại là những đặc tính cực kì quan trọng trong xây dựng hiện đại. Dạng bền nhiệt động của thiếc kim loại ở 298K và áp suất thường là thiếc trắng. Loại thiếc này có các tính chất cơ học điển hình của kim loại và vì vậy có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng. Ở nhiệt độ thấp hơn, thiếc xám, một loại thù hình của thiếc trắng lại bền nhiệt động hơn. Bởi vì thiếc xám giòn hơn nhiều so với thiếc trắng, vì vậy các thành phần xây dựng bằng thiếc nếu để lâu ở nhiệt độ thấp sẽ trở nên hư hại, dễ gãy. Bởi vì sự hư hại này tương tự như một loại bệnh, nên người ta gọi sự hư hại này là “bệnh dịch thiếc”.

89 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

a) Sử dụng bảng số liệu dưới đây, tính nhiệt độ tại đó thiếc xám cân bằng với thiếc trắng (tại áp suất 1 bar = 105 Pascal).

Chất S0 (j.mol-1.k-1) H0 (kj.mol-1) -2,016 44,14 Thiếc xám 0 51,18 Thiếc trắng b) Thiếc trắng có ô mạng cơ sở khá phức tạp, ở dạng bốn phương, a = b = 583,2 pm và c = 318,1 pm với 4 nguyên tử Sn trong 1 ô mạng cơ sở. Tính khối lượng riêng của thiếc trắng theo g/cm3. c) Cho rằng thiếc xám có cấu trúc lập phương tâm mặt được gọi là cấu trúc kim cương (hình dưới)

Khảo sát một mẫu thiếc xám bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (sử dụng bức xạ Cu Kα,  = 154.18 pm). Góc phản xạ nhỏ nhất, gây bởi sự nhiễu xạ từ họ các mặt phẳng (111), được quan sát thấy ở 2 = 23,74°. Tính khối lượng riêng của thiếc xám theo g/cm3. d) Áp suất tại đáy thung lũng Mariana Trendch của Thái Bình Dương là 1090 bar. Nhiệt độ cân bằng sẽ thay đổi cụ thể như thế nào tại áp suất đó? Giả sử tại áp suất đó, 2 dạng thù hình của thiếc nằm cân bằng với nhau? Trong các tính toán, cho rằng năng lượng E, entropy S và thể tích mol phân tử của cả 2 dạng thiếc không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Hướng dẫn giải a. Hai pha thiếc nằm cân bằng với nhau nếu G0 = 0 cho Sn(trắng)  Sn(xám) Từ đó dễ dàng tìm được T=13,2oC. b. Thể tích của 1 ô mạng cơ sở dạng bốn phương là 583,2 pm x 583,2 pm x 318,1 pm = 1.082.108 pm3 = 1,082.10–22 cm3. Vì 1 ô mạng cơ sở có 4 nguyên tử Sn, từ đó tính được khối lượng riêng của thiếc trắng là 7,287 g.cm–3. c. Từ định luật Bragg, n = 2dsin. Với góc phản xạ nhỏ nhất, n = 1  d = /(2sin) = 374.8 pm. Khoảng cách giữa các mặt (111) gần nhau nhất trong ô mạng cơ sở lập phương là a 3 với a là độ dài cạnh ô mạng cơ sở. Như vậy, a = d 3 = 649.1 pm, V = a3 = 2,735 pm3 = 2,735.10–22 cm3. Theo hình vẽ, có 9 nguyên tử Sn trong 1 ô mạng cơ sở  khối lượng riêng của thiếc xám là 5,766 g.cm–3.

90 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

d. Về mặt định tính, khi tăng áp suất, sẽ làm tăng tính ổn định của pha rắn. Vì khối lượng riêng thiếc trắng lớn hơn đáng kể so với thiếc xám do vậy thiếc trắng bền hơn ở áp suất cao, cho nên nhiệt độ tại đó thiếc xám tự chuyển thành thiếc trắng sẽ giảm đi.

Về định lượng, ta có:∆H° = ∆E° + ∆(pV) = ∆E°+ p∆V (cho phản ứng tại một áp suất không đổi) Khi áp suất thay đổi, ∆H° cho sự chuyển pha cũng thay đổi ∆H°1090 bar = ∆E° + (1090 bar)∆V ∆H°1090 bar = ∆H°1 bar + (1089 bar)∆V (*)(dựa vào giả thiết, E và V không phụ thuộc T) Theo các kết quả các câu trước, thể tích mol của thiếc trắng và xám lần lượt là 16,17 và 20,43 cm3/mol  ∆V = 4,26 cm3/mol = 4,26.10-6m3/mol. Thay vào hệ thức (*) thu được: ∆H°1090 bar = ∆H°1 bar + 464 J/mol (2*) Do nhiệt độ cân bằng Teq = ∆H°/∆S° (3*), do vậy thay thế (2*) và các giá trị ∆H°1 bar, ∆S°1 bar vào (3*) tìm được Teq, 1090 bar = -52,8oC. Kết quả này cho thấy, ở những nhiệt độ thấp của đáy đại dương dạng thù hình bền của thiếc là thiếc trắng vì ở đó ứng với áp suất cao hơn Bài 140.

Tantan (Ta) có khối lượng riêng là 16,7 g/cm3, kết tinh theo mạng lập phương với 0

cạnh của ô mạng cơ sở là 3,32 A . a. Trong mỗi ô cơ sở đó có bao nhiêu nguyên tử Ta ? b. Tantan kết tinh theo kiểu mạng lập phương nào ? Cho MTa = 180,95 g/mol Hướng dẫn giải 0

a) 3,32 A = 3,32.10-8 cm Thể tích ô cơ sở của Ta là: V = (3,32.10-8)3 = 36,6.10-24 cm3 Khối lượng của ô cơ sở là: m = 36,6.10-24.16,7 = 611,22.10-24 g Gọi n là số nguyên tử Ta trong một ô cơ sở. Khối lượng một nguyên tử Ta là: mTa = 611,22.10 24 g n  MTa = mTa  N =

611,22.10 24 367,95 -23  6,02.10 = n n

Mà khối lượng mol của Ta là MTa = 180,95 g/mol 

367,95 = 180,95  n = 2 n

b) Vì n = 2 nên Ta kết tinh theo kiểu mạng tinh thể lập phương tâm khối.

Bài 141.

Muối LiCl kết tinh theo mạng tinh thể lập phương tâm diện. Ô mạng cơ sở có độ dài mỗi cạnh là 0,514nm. Giả thiết ion Li+ nhỏ đến mức có thể xảy ra sự tiếp xúc anion – anion và ion Li+ được xếp khít vào khe giữa các ion Cl-.

91 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

1. Hãy vẽ hình một ô mạng cơ sở LiCl. 2. Tính độ dài bán kính của mỗi ion Li+, Cl- trong mạng tinh thể?

3. Xác định khối lượng riêng của tinh thể LiCl. Biết Li = 6,94; Cl = 35,45.

Hướng dẫn giải 1. Vẽ ô mạng cơ sở của LiCl 2. Vì có sự tiếp xúc anion – anion nên 4 rCl   a 2  rCl   1,82.1010 (m) Vì ion Li+ được xếp khít vào khe giữa 2(rCl   rLi  )  a  rLi   7,53.1011 (m) 3. Mỗi ô mạng tinh thể chứa 4 phân tử LiCl nên ta có:

DLiCl 

các

anion

Cl-

nên

m 4.(6,94  35,45)   2,074( g / cm3 ) 23 8 3 V 6,02.10 .(5,14.10 )

B i 142.

Trong mạng tinh thể của Beri borua, nguyên tử Bo kết tinh ở mạng lưới lập phương tâm mặt và trong đó tất cả các hốc tứ diện đã bị chiếm bởi nguyên tử beri. Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 nguyên tử Bo là 3,29A0.

1. Vẽ hình biểu diễn sự chiếm đóng của nguyên tử Bo trong một ô mạng cơ sở.

2. Có thể tồn tại bao nhiêu hốc tứ diện, hốc bát diện trong một ô mạng? Từ đó cho biết công thức thực nghiệm của hợp chất này ( công thức cho biết tỉ lệ nguyên tử của các nguyên tố). Trong một ô mạng cơ sở có bao nhiêu đơn vị công thức trên?

3. Cho biết số phối trí của Be và Bo trong tinh thể này là bao nhiêu?

4. Tính độ dài cạnh a0 của ô mạng cơ sở , độ dài liên kết Be-B và khối lượng riêng của beri borua theo đơn vị g/cm3. Biết Be: 10,81 ; Bo 9,01 Hướng dẫn giải

1.

A

C B

A

92 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

2.

Có 8 hốc tứ diện, và 4 hốc bát diện.

Mỗi nguyên tử Be chiếm một hốc tứ diện nên trong một ô mạng có 8 nguyên tử Be. NB= 8*1/8 + 6*1/2 = 4 NB : NBe = 1:2 nên công thức thực nghiệm của hợp chất này là Be2B. 3.

Số phối trí của Be = 4; số phối trí của B = 8 4.

0

a0 2 = 2*3,29 a0 = 4,65 A 1 Độ dài liên kết Be-B = a0 3 = 2,01A0

4 1 8 * 9,01  4 * 10,81 * = 1,90 gam/cm3   m/V = 23 8 3 6,022 *10 (4,65 *10 )

Bài 143.

Bán kính ion của Ba2+ và O2- lần lượt l 134 pm v 140 pm. Giả sử khi tạo thnh tinh thể, không có sự biến đổi bán kính các ion.

BaO có mạng tinh thể kiểu NaCl. Hãy tính khối lượng riêng của BaO (g/cm3) theo lý thuyết. Cho nguyên tử khối của Ba l 137,327 và của oxi l 15,999.

Hướng dẫn giải BaO có kiểu mạng giống với tinh thể NaCl, tức l 2 ở mạng lập phương tâm diện của O2- và Ba2+ lồng vào nhau → có 4 phân tử BaO trong một tế bào cơ sở.

Thể tích của một tế bào cơ sở: Vtb = (2x134.10-10+ 2x140.10-10)3 = 1,64567.10-22 (cm3).

Khối lượng của một phân tử BaO: m =

137,327  15,999 = 2,54567.10-22(g).

23 6,023.10

Như vậy, khối lượng riêng của tinh thể BaO là : d =

4.m = 6,1875( g.cm-3). (Thực nghiệm l 5.72 g/cm3) Vtb

B i 144.

1.Tantan (Ta) có khối lượng riêng là 16,7 g/cm3, kết tinh theo mạng lập phương với cạnh của ô mạng cơ sở là 3,32A°. Tantan kết tinh theo kiểu mạng lập phương nào ?

Cho MTa = 180,95 g/mol. Học sinh không cần vẽ hình ở phần 1 2.Muối florua của kim loại Ba có cấu trúc lập phương với hằng số mạng a . Trong mỗi ô mạng cơ sở, ion Ba2+ chiếm đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương, còn các ion 93 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

florua (F‒) chiếm tất cả các hốc tứ diện (tâm của các hình lập phương con với cạnh là a/2 trong ô mạng). Khối lượng riêng của muối Bari florua này là 4,89 g/cm3. a) Vẽ cấu trúc tế bào đơn vị (ô mạng cơ sở) của mạng tinh thể bari florua. Trong một tế bào đơn vị này có bao nhiêu phân tử BaF2? b) Tính số phối trí của ion Ba2+ và F- trong tinh thể này. Cho biết số phối trí của một ion trong tinh thể là số ion trái dấu, gần nhất bao quanh ion đó. c) Xác định giá trị của a (nm)? Cho Mcủa F = 19; Ba = 137,31 (g/mol).

Hướng dẫn giải -8 1. 3,32 A° = 3,32.10 cm Thể tích ô cơ sở của Ta là: V = (3,32.10-8)3 = 36,6.10-24 cm3 Khối lượng của ô cơ sở là: m = 36,6.10-24.16,7 = 611,22.10-24 g Gọi n là số nguyên tử Ta trong một ô cơ sở. Khối lượng một nguyên tử Ta là: mTa = 611,22.10 24 g n  MTa = mTa  N =

611,22.10 24 367,95 -23  6,02.10 = n n

Mà khối lượng mol của Ta là MTa = 180,95 g/mol 

367,95 = 180,95  n = 2 n

Vì n = 2 nên Ta kết tinh theo kiểu mạng tinh thể lập phương tâm khối 2. a)Ô mạng cơ sở:

Trong một tế bào đơn vị BaF2 có : 1 8

1 2

1x 8 ion F-và 8   6   4 ion Ba2+ Do đó sẽ có 4 phân tử BaF2 trong một tế bào đơn vị. b)Số phối trí của ion Ba2+ là8 Số phối trí của F- là 4 Học sinh sai một ion giáo viên chấm không cho điểm c)Khối lượng riêng florua tính theo công thức: d=

m  V

4

M BaF2 NA a3

4  a3 

M BaF2 4  M BaF2 NA  d  NA d

94 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

a3 

4  M BaF2 d  NA



4  (137,31  19  2)  2,38.1022 (cm3 ) 4,89  6,022.1023

 a  6, 2.108 (cm)  0,62(nm)

Bài 145.

Kim loại X tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật silicát và oxit. Oxit của X có cấu trúc lập phương với hằng số mạng a = 507nm, trong đó các ion kim loại nằm trong một mạng lập phương tâm diện, còn các ion O2- chiếm tất cả các lỗ trống (hốc) tứ diện. Khối lượng riêng của oxit bằng 6,27 g/cm3.

1. Vẽ cấu trúc tế bào đơn vị của mạng tinh thể của oxit.

2. Xác định thành phần hợp thức của oxit và số oxi hoá của X trong oxit. Cho biết công thức hoá học của silicat tương ứng (giả thiết Xm(SiO4)n).

3. Xác định khối lượng nguyên tử của X và gọi tên nguyên tố đó.

Hướng dẫn giải 1.

Cấu trúc của tế bào đơn vị: Mạng tinh thể ion: ion Mn+ () ion O2- (O)

2.

- Trong 1 tế bào mạng có 4 ion kim loại X và 8 ion O2- nên thành phần hợp thức của oxit là XO2.

- Từ công thức của oxit suy ra số oxi hoá của X bằng 4.

- Công thức hoá học của silicát XSiO4.

3. Đặt d là khối lượng riêng của oxit XO2, ta có: d = 4( MKl  2MO) N ( A).V

Suy ra

M(X) = ¼ ( d.N(A).a3 – 32 = 91,22. Nguyên tố X là Ziconi Zr)

Bài 146.

Niken (II) oxit có cấu trúc tinh thể giống mạng tinh thể natri clorua. Các ion O2- tạo thành mạng lập phương tâm mặt, các hốc bát diện có các ion Ni2+. Khối lượng riêng của Niken (II) oxit là 6,67 g/cm3. Nếu cho Niken (II) oxit tác dụng với Liti oxit và oxi thì được các tinh thể trắng có thành phần LixNi1-xO: 95 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

x x Li2O + (1-x) NiO + O2 → LixNi1-xO 2 4

Cấu trúc mạng tinh thể của LixNi1-xO giống cấu trúc mạng tinh thể của NiO, nhưng một số ion Ni2+ được thay thế bằng các ion Liti và một số ion Ni2+ bị oxi hóa để đảm bảo tính trung hòa điện của phân tử. Khối lượng riêng của tinh thể LixNi1-xO là 6,21 g/cm3.

Tính x (chấp nhận thể tích của ô mạng cơ sở không thay đổi khi chuyển từ NiO thành LixNi1-xO).

Cho NA= 6,023.1023 mol-1; Ni = 58,71; Li = 6,94; O = 16.

Hướng dẫn giải Trong một tinh thể, sự sắp xếp của các anion và các cation theo cấu trúc mạng lập phương tâm mặt. Các cation và anion nằm xen kẽ nhau. Một ô mạng cơ sở chứa 4 cation và 4 anion.

D NiO 

n.M NiO N A .a 3

Tính cạnh a của ô mạng cơ sở của NiO: a3

4  74,71 = 4,006.10-8 cm.

23 6,023.10  6,67 4  6,94x  (1  x).58,71  16 Vậy: 6,21  => x = 0,1.

3 6,023.1023  4,206.108





B i 147.

Kim loại M tác dụng với hiđro cho hiđrua MHx (x = 1, 2,...). 1,000 gam MHx phản ứng với nước ở nhiệt độ 25oC và áp suất 99,50 kPa cho 3,134 lít hiđro. a) Xác định kim loại M. b) Viết phương trình của phản ứng hình thành MHx và phản ứng phân huỷ MHx trong nước. c) MHx kết tinh theo mạng lập phương tâm mặt. Tính khối lượng riêng của MHx. o

o

Bán kính của các cation và anion lần lượt bằng 0,68 A và 1,36 A .

Hướng dẫn giải  M(OH)x + x H2 MHx + x H2O  n (H2) =

PV RT

=

n (1g MHx) = x 1 2

99,5.10 3 N .m 2  3,134.10 3 m 3 = 0,1258 moL 8,314 N .m.K 1 .mol 1  298,15K 1g  x 0,1258   M = x 0,1258moL

M (MHx) 7,949 g.mol1 15,898 g.mol1

M (M) 6,941 g.mol1 13,882 g.mol1

(M) Liti

96 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

3 4

23,847 g.mol1 31,796 g.mol1

20,823 g.mol1 27,764 g.mol1

a) Kim loại M là Liti b)

2Li LiH

+ +

H2 H2O

2 LiH LiOH

+

H2

c) LiH kết tinh theo mạng lập phương tâm mặt tương tự như kiểu mạng tinh thể NaCl, ô mạng lập phương tâm mặt của Li+ lồng vào ô mạng lập phương tâm mặt của H- với sự dịch chuyển a/2.

Do

rLi  rH 



=

0,68  0,5 > 0,4142 nên a = 2( r Li  + r H  ) 1,36

4  M (LiH) N A  a3

4  M (LiH) NA  2 (r Li+ + rH- )3

=

(a: cạnh ô mạng; r: bán kính).

4  7,95 g.mol1 3 = 1 8 3 23 3= 0,78 g.cm 6,022.10 mol  [2(0,68 + 1,36).10 ] cm

B i 148.

Titan đioxit (TiO2) được sử dụng rộng rãi trong các loại kem chống nắng bởi khả năng chống lại tia UV có hại cho da. Titan đioxit có cấu trúc tinh thể hệ bốn phương (hình hộp đứng đáy vuông), các ion Ti4+ và ion O2- được phân bố trong một ô mạng cơ sở như hình bên. a. Xác định số ion O2-, Ti4+ trong một ô mạng cơ sở 2,96A0

và cho biết số phối trí của ion O2- và của ion Ti4+. b. Xác định khối lượng riêng (g/cm3) của TiO2. c. Biết góc liên kết trong TiO2 là 90o.

2,96A0 4,59A0

Tìm độ dài liên kết Ti-O.

ion Ti4+

ion O2-

Hướng dẫn giải a.

Số ion O2- trong một ô mạng = 4.1/2 + 2.1 = 4 97 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Số ion Ti4+ trong một ô mạng = 8.1/8 + 1.1 = 2 Số ion O2- bao quanh ion Ti4+ là 6 => số phối trí của Ti4+ là 6.

Số ion Ti4+ bao quanh ion O2- là 3 => số phối trí của O2- là 3. b. Thể tích ô mạng cơ sở = 2,96.10-8. 2,96.10-8.4,59.10-8 = 4,022.10-23 cm3 Khối lượng riêng, D=

[2.47,88  4.15,999]gam / mol 3  6,596 gam / cm 3 ≈ 6,6gam/cm 23 3 4,022.10 cm

c. Ion Ti4+ là tâm của bát diện đều tạo bởi 6 ion O2-.

2,96A0 Độ dài liên kết Ti-O là x => 2x = (2,96)1/2 => x = 0,86A0.

Bài 149.

Cho kim loại A tồn tại ở cả 2 dạng lập phương tâm khối và lập phương tâm diện. Khi A tồn tại ở dạng lập phương tâm khối thì khối lượng riêng của A là 15g/cm3. Hãy tính khối lượng riêng của A ở dạng lập phương tâm diện. Cho rằng bán kính của A như nhau trong cả 2 loại tinh thể.

Hướng dẫn giải  Một ô mạng lập phương tâm khối: - Cạnh a1 = 4r/ √3 - Khối lượng riêng d1 = 15g/ cm3 - Số đơn vị nguyên tử: n1 = 8.1/8 + 1 = 2  Một ô mạng lập phương tâm diện: - Cạnh a2 = 2 r√2 - Khối lượng riêng d2 (g/ cm3) - Số đơn vị nguyên tử: n2 = 8.1/8 + 6.1/2 = 4  d = nM/ ( NA. V); V = a3 Do đó: 98 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

d1: d2 = (n1 .a23) : (n2 .a13) =[ 2. (2 r√2)3 ] : [ 4. (4 r/√3)3 ] = 0,919 Suy ra: d2 = 16,32 g/cm3

Bài 150.

Iođua kali và iođua thali có các cấu trúc mạng lập phương, trong đó số phối trí của các ion K+ và Tl+ tương ứng là 6 và 8, bán kính ion K+ = 133 pm và Tl+ = 147 pm. a) Tính giá trị gần đúng bán kính ion I  trong iođua kali (aKI = 706 pm) b) Xác định giá trị gần đúng thông số a (aTl) của iođua thali c) Khảo sát bằng tinh thể học phóng xạ các đơn tinh thể iođua thali cho biết khoảng cách mạng lưới tương ứng với mặt phẳng nguyên tử chứa hai cạnh đối của ô mạng là 297 pm. Tính giá trị chính xác của thông số aTl. d) Tính khối lượng riêng (theo kg/m3) và độ chặt khít của hai loại iođua này.

Hướng dẫn giải a) Cấu trúc kết tinh các halogenua kiềm MX kiểu lập phương đơn giản (như CsCl) hay lập phương tâm diện (như NaCl). Số phối trí cation M+/M+ là 6 trong CsCl và 12 trong NaCl và số phối trí M+/X là 8 trong CsCl và 6 trong NaCl. Do đó các giá trị đã cho là 6 và 8 là của trường hợp K+/I và Tl+/I  cấu trúc kiểu CsCl cho TlI và kiểu NaCl cho KI. Trong cấu trúc kiểu CsCl: các ion I tạo một mạng lập phương đơn giản tương ứng với sự có mặt một ion I trong mỗi ô mạng. Các ion Tl+ chiếm mọi lỗ lập phương C với cùng số lượng bằng nhau để thoả mãn điều kiện trung hoà điện. Các ion Tl+ tạo tập hợp thứ hai, lập phương đơn giản P lệch với tập hợp của I bằng phép tịnh tiến một nửa đường chéo của lập phương (hình vẽ dưới)  như vậy là có 1 mắt TlI trong ô mạng.

Trong cấu trúc kiểu NaCl: các ion I tạo một mạng lập phương tâm diện tương ứng với sự có mặt 4 ion I trong mỗi ô mạng. Các ion K+ chiếm mọi lỗ bát diện với cùng số lượng bằng nhau để thoả mãn điều kiện trung hoà điện. Các ion K+ tạo tập hợp thứ hai, lập phương tâm diện F lệch với tập hợp của I bằng phép tịnh tiến một nửa cạnh của lập phương (hình vẽ dưới)  như vậy là có 4 mắt KI trong ô mạng. +

Tl

+

K

I I

aTl I

aKI

Trong KI, các ion tiếp xúc trên các cạnh nên: 99 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

a(KI) = 2(R K  + R I )  R I =

1 706 a  R K =  133 = 220 pm 2 (KI) 2

b) Các ion Tl+ và I tiếp xúc trên đường chéo chính của lập phương: B A

A

B

E

E a

C C

D

a

D

AD2 = a2 + a2 = 2a2  BD2 =AD2 + a2 = 3a2  BD = 2(R Tl + R I ) = a 3 a(Tl) =

2 3 2 3 (R Tl + R I ) = (147 + 220) = 424 pm 3 3

c) Khoảng cách mạng lưới là khoảng cách giữa gốc và mặt phẳng ABCD trong hình B A F

a

C E

a

D

vẽ sau: 2d 2  297 AD 2 =a a= = = 420 pm 2 2 2 2

Khoảng cách mạng là d = EF = d) * Với KI: Khối lượng riêng =

Z  M KI (a KI )3  N A 4(39+127)  103

=

12 3

23

= 3,1334103 kg/m3.

(706  10 )  6, 022  10 4  4  4  (R  )3  (R  )3  K I 3 3 16 1333  2203    = = 0,619 Độ chặt khít = 3 7063 (a )3 KI

* Với TlI: Khối lượng riêng = =

Z  M KI (a KI )3  N A 1  (204+127)  10 3

(420  10

12 3

)  6, 022  10

23

= 7,4189103 kg/m3.

100 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

4  4  1   (R  )3  (R  )3  3 3 Tl I 3  3  = 4  147  220 = 0,782 Độ chặt khít = 3 4203 (a TlI )3

Bài 151.

Sự sắp xếp cấi trúc kiểu này được gọi là “lập phương tâm mặt”: 1. Hãy tính độ đặc khít của cấu trúc này và so sánh chúng với cấu trúc lập phương đơn giản.

2. Chỉ ra các lổ tứ diện và bát diện ở cấu trúc trên. Tính số lượng các lỗ trong mỗi ô mạng cơ sở 3. Tính bán kính lớn nhất của nguyên tử X có thể “chui vào” các lổ hổng tứ diện và bát diện.

Hướng dẫn giải 1. Trong cấu trúc sắp xếp chặt khít này thì nguyên tử này sẽ tiếp xúc với nguyên tử khác trên đường chéo cạnh. Độ dài đường chéo của một hình vuông là r 2 . Trong một ô mạng cơ sở có 4 nguyên tử (8 ở 8 đỉnh và 6 ở 6 mặt). Như vậy độ chặt khít 4 4. πr 3 π được tính như sau: 3 3 = = 0,74 hay 74% (2r 2) 3 2

2.

Số lỗ hổng tứ diện là 8 x 1 = 8; bát diện là: 1x1 + (1/4)x 12 = 4 Bài 152.

Bạc kim loại có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện. Bán kính nguyên tử của Ag và Au lần lượt là: R Ag = 144 pm; RAu = 147 pm. a) Tính số nguyên tử Ag có trong một ô mạng cơ sở. b) Tính khối lượng riêng của bạc kim loại. c) Một mẫu hợp kim vàng - bạc cũng có cấu trúc tinh thể lập phương diện. Biết hàm lượng Au trong mẫu hợp kim này là 10%. Tính khối lượng riêng của mẫu hợp kim.

Hướng dẫn giải a) - Ở mỗi đỉnh và ở tâm mỗi mặt đều có một nguyên tử Ag 101 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Nguyên tử Ag ở đỉnh, thuộc 8 ô mạng cơ sở - Nguyên tử Ag ở tâm của mỗi mặt, thuộc 2 ô mạng cơ sở - Khối lập phương có 8 đỉnh, 6 mặt  Số nguyên tử Ag có trong 1 ô cơ số là 8 .

1 1 +6. =4 8 2

b) Gọi d là độ dài đường chéo của mỗi mặt, a là độ dài mỗi cạnh của một ô mạng cơ sở d d

a a

Từ hình vẽ một mặt của khối lập phương tâm diện, ta có: d = a 2 = 4RAg  a = 2RAg. 2 = 2,144. 2 = 407 (pm)  Khối lượng riêng của Ag là: 4.108.10 3 kg  1,06.10 4 kg / m 3 23 12 3 3 (407.10 ) .m .6,02.10

c) Số nguyên tử Au, Ag có trong một ô mang cơ số là x và (4 - x) 10 

197 x .100  x  0,23 197 x  108(4  x )

 Nguyên tử khối trung bình của mẫu hợp kim là: M 

108.3,77  197.0,23  113,12 4

Bán kính nguyên tử trung bình của hợp kim là R

144(4  x )  147 x  0,25 4

 Độ dài cạnh của ô mạng cơ sở trong hợp kim là: ahk  a R 2  2. 

144(4  x)  147 x 2  (576  3x ) 2 5

2 (576  3.0, 23)  407,78( pm) 2

 Khối lượng riêng của mẫu hợp kim là: 4.113,12.103 kg  1,108.104 kg / m3 12 3 3 23 (407,78.10 ) .m .6,02.10

102 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

B i 153.

Trong các tinh thể Fe  có cấu trúc lập phương tâm khối và có thể chứa các nguyên tử cacbon chiếm các mặt của ô mạng cơ sở o

a. Nếu bán kính kim loại của sắt không có cacbon là 1,24 A . Tính độ dài cạnh a của ô mạng cơ sở. o

b. Nếu bán kính cộng hóa trị của cacbon là 0,77 A . Hỏi độ dài cạnh a sẽ tăng lên bao nhiêu khi sắt  có chứa cacbon so với cạnh a khi sắt  nguyên chất ?

Hướng dẫn giải a. Độ dài cạnh a của ô mạng cơ sở của sắt  là: a 

o 4r 4 1,24   2,86A 3 3

b. Khi sắt  có chứa cacbon, độ tăng chiều dài cạnh a của ô mạng cơ sở là

o  r )  a  2(1,24  0,77)  2,86  1,16A   2  (r Fe C Bài 154.

Liti hiđrua LiH có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương tâm diện. a) Hãy biểu diễn ô mạng cơ sở của tinh thể? Tính số phân tử LiH có trong một ô mạng cơ sở? b/ Tính độ chặt khí của tinh thể LiH? 0

0

c) Cho bán kính của các cation và anion lần lượt là 0,76 A và 1,36 A ; Li= 6,94; H= 1.

Tính khối lượng riêng của LiH (g/cm3) ?

Hướng dẫn giải a/ Hình vẽ:

o o

o o

o

o

o o

o

o

o

o

o o

103 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Số ion Li+ trong 1 đơn vị cấu trúc = 8.1/8 + 6.1/2 = 4 => số phân tử LiH trong một đơn vị cấu trúc = 4.

0

0

r(Li+) = 0,76 A ; r(H-) = 1,36 A ; b/ Độ chặt khít 4=.( 4 r 3  4 r '3 ) 3 3 ( 2r  2r ' ) 3

c/ Khối lượng riêng B i 155.

 0,6494

(6,94  1) 6,022.10 23  0,6919 g / cm 3 8 8 3 (2r.10  2r '.10 ) 4.

Mỗi ô cơ sở của mạng lập phương tâm diện, mạng lập phương tâm khối, mạng lập phương đơn giản chứa bao nhiêu nguyên tử? b. Tantan (Ta) có khối lượng riêng là 16,7 g/cm3, kết tinh theo mạng lập phương o

với cạnh của ô mạng cơ sở là 3,32 A .

- Trong mỗi ô cơ sở đó có bao nhiêu nguyên tử Ta. - Ta kết tinh theo kiểu mạng lập phương nào.

Hướng dẫn giải a. Mỗi ô cơ sở mạng lập phương tâm diện có: 8. 18  6. 12  4 nguyên tử.

Mỗi ô cơ sở mạng lập phương tâm khối có: 8. 18  1  2

nguyên tử.

Mỗi ô cơ sở mạng lập phương đơn giản có: 8. 18  1

nguyên tử

o

b. Thể tích ô cơ sở của Ta V = 3,323 A = (3,32.10-8)3 cm3 = 36,6.10-24 cm3.

Khối lượng ô cơ sở là: m = 36,6.10-24 . 16,7 = 611,22.10-24 g.

Gọi n là số nguyên tử Ta trong 1 ô cơ sở: 24

Khối lượng 1 nguyên tử Ta là: mTa  611,22n.10 ( g ) MTa= 180.95 nên MTa = mTa . 6,02.1023 => n=2.

Vì n = 2 nên Ta kết tinh theo kiểu lập phương tâm khối.

104 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Sau một quá trình nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả sau: 1. Đã phân tích chương trình hóa học chuyên, để đánh giá đúng mức vai trò, vị trí của bài tập hóa trong việc dạy và học môn Hóa học, bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học nói chung và hóa học tinh thể nói riêng Tiến hành xây dựng (sưu tầm, lựa chọn, biên soạn, phân loại) được 164 bài tập lí thuyết và tính toán về tinh thể. Tất cả các bài tập khó đều có hướng dẫn giải chi tiết, đầy đủ. Đây là nguồn bài tập giáo viên có thể đễ dàng sử dụng trong quá trình giảng dạy, ôn luyện học sinh giỏi, ra đề kiểm tra, đề thi; làm tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên về tinh thể. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung.

- Các dạng bài tập tiêu biểu thường gặp với số bài tập ví dụ là 09 - Hệ thống bài tập phân loại theo kiểu mạng tinh thể gồm 104 bài - Hệ thống bài tập tổng hợp gồm đề thi HSG Casio và HSGQG, HSGQT gồm 51 bài.

2. Đề xuất sử dụng hệ thống bài tập dùng cho việc giảng dạy, học tập, bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THPT chuyên.

Hướng phát triển của đề tài Vì thời gian có hạn nên chúng tôi chỉ mới nghiên cứu để xây dựng được hệ thống bài tập phần tinh thể những dạng hay gặp nhất. Để có tài liệu đầy đủ về phần hóa vô cơ làm tài liệu giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp, chúng tôi sẽ tiếp tục phát triển đề tài theo hướng tuyển chọn, biên soạn hệ thống bài tập theo từng chuyên đề hóa học cụ thể như: 1. Tiếp tục bổ sung và cập nhật những bài tập hay và phong phú vào hệ thống bài tập này.

2. Tiếp tục xây dựng hệ thống kiến thức chuyên sâu về tinh thể.

105 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

3. Cập nhật những kiến thức về tinh thể mang ý nghĩa thực tế, chuyển chúng thành các dạng bài tập hữu ích. ……….

Chúng tôi tin rằng, nếu thực hiện tốt những hệ thống bài tập này thì đây sẽ là nguồn tài liệu vô cùng quý giá cho các giáo viên chuyên và giáo viên BDHSG hóa học; là tài liệu tham khảo giúp HS định hướng ôn thi HSG hóa học các cấp. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP Đặc điểm trường chuyên nước ta hiện nay là nơi tập trung đào tạo rèn luyện những học sinh giỏi, thông minh để có đủ kiến thức, năng lực trình độ không những thi Đại học mà mục tiêu cao hơn là tham dự các kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế. Mà yêu cầu của việc thi học sinh giỏi và học sinh giỏi quốc tế ngày càng cao, ngày càng rộng theo xu hướng phát triển của khoa học hiện đại; kiến thức đòi hỏi học sinh phải nắm bắt được rất nhiều, với số lượng giờ dạy trên lớp còn hạn chế, giáo viên không thể cung cấp hết được mọi kiến thức cho học sinh mà chỉ có thể hướng dẫn HS tìm tòi, khám phá. Vì vậy, giáo viên dạy ở trường chuyên phải có phương pháp thích hợp để phát triển năng lực tư duy của học sinh. Giáo viên ngoài việc trình bày các kiến thức cơ bản chắc chắn còn phải cung cấp kiến thức nâng cao cho các em, đặc biệt là học sinh trong đội tuyển thi học sinh giỏi Quốc gia, đội tuyển dự thi Olympic Hóa học Quốc tế. Giáo viên phải xác định rõ kiến thức cơ bản để xây dựng các bài tập minh họa nhằm khắc sâu dạng cơ bản nhưng đồng thời phải hình thành các tình huống vận dụng phức tạp khác nhau, liên hệ các tình huống đó nhằm phát triển ở học sinh năng lực tư duy sáng tạo. Đối với bài tập cho học sinh chuyên luôn phải thay đổi vì đối tượng học sinh chuyên là những em có trí tuệ phát triển, có khả năng tự học, tự tìm tòi nghiên cứu nên giáo viên không thể giảng dạy một cách máy móc, thụ động.

Trong giai đoạn hiện nay, để đáp ứng với sự phát triển về nội dung trong các kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia đã được nâng lên với yêu cầu ngày càng cao. Do đó, giáo viên dạy ở các trường chuyên phải có sự đổi mới cả về nội dung và phương pháp để đáp ứng được yêu cầu đó.

106 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

Chúng tôi xin đưa ra một số ý kiến về xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập hóa học 1. Một yêu cầu đầu tiên khi xây dựng hệ thống bài tập đó là phải đảm bảo tính chính xác, khoa học.

2. Để xây dựng được một hệ thống bài tập tốt, thiết thực và sử dụng hiệu quả đòi hỏi: + GV không chỉ phải nắm kiến thức lý thuyết một cách vững chắc mà GV buộc phải giải qua các đề thi HSG hóa học các cấp. Có như vậy GV mới có được cái nhìn bao quát về chương trình mình dạy, đồng thời biết dự đoán hướng ra đề thi HSG các cấp.

Từ đó chất lượng bồi dưỡng mới thực sự được nâng cao. + Bài tập phần hóa nguyên tố rất rộng, để phù hợp với mục đích rèn luyện kỹ năng và phát triển nhận thức của HSG hóa học, hệ thống bài tập được chúng tôi xây dựng trên cơ sở tuyển chọn những bài tập ở mức độ khá cao từ các sách tham khảo, nguồn bài tập trên mạng và đề thi HSG các cấp. Một mặt, tùy tình hình thực tế HS ở mỗi trường mà GV lọc tách bài để luyện tập cho phù hợp với nội dung và mục đích rèn luyện. Mặt khác, GV cần biên soạn riêng cho mình một hệ thống bài tập chuyên dụng từ hệ thống bài tập bảo đảm chuẩn xác về kiến thức, giáo viên biến đổi để được những bài tập tương đương cho học sinh giải. Từ bài tập đã giải, thay đổi, thêm, bớt các dữ kiện thành bài tập mới. Dần dần khuyến khích, yêu cầu học sinh tự biến đổi thành bài tập mới. Như vậy, học sinh vừa được làm quen với phương pháp giải bài tập, vừa biết được phương pháp đó áp dụng trong những tình huống nào. + Bài tập phải gắn liền hoá học với thực tế: Phát huy vai trò tích cực, chủ động của học sinh, hướng học sinh nhìn nhận các sự vật, hiện tượng hoá học sát đúng với thực tế, thường xuyên liên hệ với đời sống, sản xuất và vận dụng vào thực tế. Từ đó, giúp HS hiểu sâu sắc quá trình hoá học và giải quyết được bài tập dễ dàng và chính xác hơn, tránh được những sai lầm đáng tiếc.

3. Khi sử dụng bài tập để luyện tập, GV hướng dẫn, giúp đỡ để học sinh có thể giải bài tập một cách tốt nhất trong thời gian nhanh nhất. Thường tiến hành giải theo quy trình 4 bước: 107 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

- Nghiên cứu đề bài: tìm hiểu nội dung bài tập, xác định điểm “mấu chốt” và đưa ra định hướng.

- Xác định hướng giải: đề ra các bước giải.

- Thực hiện các bước giải: trình bày các bước giải hoặc tính toán cụ thể.

- Kiểm tra, đánh giá kết quả: bao gồm kết quả bài tập và cả cách giải.

GV cần tôn trọng các cách giải của học sinh. Yêu cầu các em tìm được nhiều cách giải khác nhau và cách tốt nhất trong các cách đó. Rèn luyện được ý thức thường xuyên chọn lựa cách giải tốt nhất cũng chính là giúp học sinh biết kiểm tra, đánh giá kết quả bài làm của mình cũng như của người khác.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Nhâm (1994), Hóa học vô cơ, tập 1, Nxb Giáo dục.

Lê Mậu Quyền (2008), Bài tập hóa học đại cương (Hóa học lý thuyết cơ sở), Nxb Giáo dục.

[3]. Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải (2007), Bài tập hóa học đại cương (Hóa học lý thuyết cơ sở), Nxb ĐHQG Hà nội.

[4]. Đào Đình Thức (2002), Hóa lí I – Nguyên tử và liên kết Hóa học, Nxb KH & KT – Hà Nội.

[5]. Nguyễn Đức Vận (1999), Hóa học vô cơ, tập 2, Nxb KH & KT. [6]. Nguyễn Đức Vận, Nguyễn Huy Tiến (2008), Câu hỏi và bài tập Hóa học vô cơ, Nxb KH & KT. [7]. Các đề thi chọn HSG Quốc Gia, đề thi chọn đội tuyển dự thi Quốc tế, đề thi Olympic Hóa học Quốc tế.

[8]. Cao Cự Giác (2004), Bài tập lý thuyết và thực nghiệm Hóa học, tập 1. NXB Giáo dục, Hà Nội.

[9]. Hội hóa học Việt Nam (2000, 2002), Olympic hóa học Việt Nam và quốc tế tập I, [10]. Đào Hữu Vinh (2000), 121 bài tập hoá học dùng bồi dưỡng HSG hoá 10, 11, [1].

[2].

12 tập 1,2. NXB Tổng Hợp Đồng Nai. [11]. F.Cotton –G.Wilkinson. Người dịch Lê Mậu Quyền, Lê Chí Kiên. (1984), Cơ sở hoá học Vô cơ - Tập 1, 2. NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [12]. Đề thi khu vực Đồng Bằng và Duyên Hải Bắc Bộ các năm.

[13]. Đề thi olympic 30/4 các năm.

[14]. Đề thi chọn học sinh giỏi Quốc Gia môn hóa học từ năm 1999 đến năm 2014.

108 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com

[15]. http://chemistry.about.com/ [16]. http://edu.net.vn

109 Phát hành PDF bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đăng ký Word doc qua Zalo 0905779594 Email thanhtuqn88@gmail.com