SÁNG KIẾN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ TINH THỂ ÔN TẬP HỌC SINH GIỎI MÔN HÓA HỌC THPT

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MÔN HÓA HỌC

vectorstock.com/24597468

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

SÁNG KIẾN CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ TINH THỂ ÔN TẬP HỌC SINH GIỎI MÔN HÓA HỌC Ở TRƯỜNG THPT WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯNG YÊN TRƯỜNG THPT TIÊN LỮ

 

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ TINH THỂ ÔN TẬP HỌC SINH GIỎI MÔN HÓA HỌC Ở TRƯỜNG THPT

Lĩnh vực/ môn : Hóa học Họ và tên : Vũ Thị Thu Hà Chức vụ : Giáo viên

Năm học: 2015 - 2016

MỤC LỤC GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

1

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Trang

I. Lý do chọn đề tài

1

II. Mục đích của đề tài

1

III. Nhiệm vụ của đề tài

2

IV. Khách thể và đối tượng nghiên cứu

2

V. Phạm vi nghiên cứu

2

VI. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

2

VII. Kế hoạch thực hiện chuyên đề.

2

PHẦN II: NỘI DUNG A. LÝ THUYẾT

3

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ TINH THỂ

5

C. MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP

16

D. ĐỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

18

PHẦN III: ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ I. NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM

20

II. NHỮNG ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ ỨNG DỤNG

20

PHẦN I. MỞ ĐẦU GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

2

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

I. Đặt vấn đề.

Trong chương trình hoá học phổ thông, phần trạng thái rắn của chất và cụ thể về tinh thể là một phần khá lí thú và trừu tượng. Đây là các kiến thức đòi hỏi học sinh phải tư duy, tưởng tưởng để hình dung được về cấu tạo của các kiểu mạng tinh thể vì đây là các hạt vi mô. Mặt khác có nhiều kiến thức liên quan đến môn toán và học sinh phải vận dụng tốt được các kiến thức hình học để giải các bài tập hóa học. Theo phân phối chương trình trung học phổ thông nội dung liên quan đến mạng tinh thể được học trong tổng thời gian một tiết, thời gian ôn tập phần này không có nhiều. Còn trong quá trình dạy và học chính khóa cũng như quá trình ôn tập THPT quốc gia, hầu hết các giáo viên và học sinh thường chưa chú ý nhiều về dạng bài tập này, tuy nhiên trong nội dung thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh và chọn học sinh giỏi giải toán hóa học trên máy tính cầm tay thì đây lại là một trong những nội dung thường gặp. Vì vậy giáo viên phải nghiên cứu, tìm tài liệu tham khảo, internet,… để sưu tầm bài tập về chuyên đề này. Trên thực tế không phải giáo viên nào cũng có sẵn tài liệu với đầy đủ nội dung lí thuyết và các dạng bài tập về mạng tinh thể mà hầu hết các giáo viên phải tích lũy, phải tìm các sách , các đề thi…thành tài liệu chuyên đề của mình. Với bản thân tôi là giáo viên giảng dạy môn hóa học, cũng từng tham gia dạy đội dạy học sinh thi học sinh giỏi nên tôi mạnh dạn viết chuyên đề: “Cơ sở lý thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT”.

Chuyên đề này chắc chắn sẽ là một tài liệu hữu ích cho các đồng nghiệp tham khảo và sử dụng trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi.

II. Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết về mạng tinh thể và một số dạng bài tập liên quan.

- Nâng cao hiệu quả dạy học hóa học ở trường THPT và bồi dưỡng học sinh giỏi.

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

3

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

III. Nhiệm vụ của đề tài - Tuyển chọn, xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập về tinh thể nguyên tử, tinh thể ion, tinh thể kim loại và tinh thể phân tử.

- Thực nghiệm sư phạm : Kiểm nghiệm giá trị của hệ thống bài tập hóa học qua quá trình dạy học sinh giỏi.

IV. Khách thể và đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu : Quá trình dạy học hóa học ở trường THPT.

- Đối tượng nghiên cứu : Lý thuyết về tinh thể và hệ thống bài tập về tinh thể.

V. Phạm vi nghiên cứu Chương trình hóa học THPT : Ôn tập học sinh giỏi.

VI. Phương tiện và phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, tham khảo các tài liệu có liên quan.

- Tổng hợp, phân tích, đề xuất phương pháp giải các bài tập minh họa.

- Xây dựng các bài tập tương tự.

VII. Kế hoạch thực hiện đề tài: Nghiên cứu thực trạng của học sinh sau khi học hoá 10 và sau khi dạy ôn tập thi học sinh giỏi cho học sinh lớp 12, kiểm tra chất lượng để căn cứ vào đó lập kế hoạch xây dựng đề tài từ tháng tháng 5 năm 2015. Đề tài được thực nghiệm trong quá trình giảng dạy ôn tập học sinh giỏi khối 12 và hoàn thành vào tháng 11 năm 2015.

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

4

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

PHẦN II. NỘI DUNG A.LÝ THUYẾT I. Một số khái niệm: 1- Cấu trúc tinh thể: Mạng lưới tinh thể (cấu trúc tinh thể) là mạng lưới không gian ba chiều trong đó các nút mạng là các đơn vị cấu trúc (nguyên tử , ion, phân tử ...).

- Tinh thể kim loại - Tinh thể ion - Tinh thể nguyên tử ( Hay tinh thể cộng hoá trị) - Tinh thể phân tử.

2- 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.

Mỗi ô cơ sở được đặc trưng bởi các thông số: - Hằng số mạng: a, b, c, α, β, γ - Số đơn vị cấu trúc : n - Số phối trí - Độ đặc khít.

II. Các kiểu mạng tinh thể.

1. Mạng tinh thể kim loại: 1.1. 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

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

5

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

1.2. 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 1.3. 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 1.4. 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 2. Mạng tinh thể ion: * 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 lập phương tâm mặt hoặc lập phơng đơn giản. Các cation có kích thớc nhỏ hơn nằm ở các hốc tứ diện hoặc bát diện.

3. Tinh thể nguyên tử: * Trong tinh thể nguyên tử, các đơn vị cấu trúc chiếm các điểm nút mạng là các nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị nên còn gọi là tinh thể cộng hoá trị.

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

6

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

* Vì liên kết cộng hoá trị là liên kết mạnh nên các tinh thể nguyên tử có độ cứng đặc biệt lớn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, không tan trong các dung môi. Chúng là chất cách điện hay bán dẫn.

4. Tinh thể phân tử: * Trong tinh thể phân tử, các đơn vị cấu trúc chiếm các điểm nút mạng là các phân tử, liên kết với nhau bằng lực tương tác giữa các phân tử (liên kết yếu). * Vì liên kết giữa các phân tử là rất yếu nên tinh thể phân tử kém bền, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp.

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ TINH THỂ DẠNG 1: CHỨNG MINH ĐỘ ĐẶC KHÍT CỦA CÁC MẠNG TINH THỂ Ví dụ 1: Chứng minh độ đặc khít của mạng tinh thể lập phương tâm khối là 0,68.

Xét 1 đơn vị mạng lưới tinh thể lập phương tâm khối có cạnh = a B

→ V mạng tt = a3.

Số nguyên tử kim loại có trong

A

B

A E

E

1 1 ô mạng cơ sở = . 8 + 1 = 2 (nguyên tử) 8

Các nguyên tử kim loại xếp sát nhau.

a C C

D

a

D

Xét theo đường chéo của khối lập phương: 4R = a 3 → R =

a 3 4

Thể tích choán chỗ của 2 nguyên tử kim loại: 4 a 3 VKL = 2 . π   3  4 

3

Vậy độ đặc khít của mạng tinh thể =

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

VKl = Vtt

4 a 3 2. π .   3  4  a3

3

= 0,68

7

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT 4 .π R 3 Vc 3 Hoặc: Độ đặc khít P = N. = 2. a3 Vtb

với R =

a 3 nên P = 4

4 a 3 2. π .   3  4 

3

= 0,68

a3

N : số nguyên tử trong có trong 1 ô mạng cơ sở tinh Vc : Thể tích 1 nguyên tử dạng quả cầu, Vtt : Thể tích toàn bộ tế bào tinh thể.

Ví dụ 2: Chứng minh độ đặc khít của mạng tinh thể lập phương tâm diện là 0,74.

Xét 1 đơn vị mạng lưới tinh thể lập phương tâm khối có cạnh = a → V mạng tt = a3.

Số nguyên tử kim loại có trong 1 ô mạng cơ sở =

1 1 . 8 + . 6 = 4 (nguyên tử) 8 2

Các nguyên tử kim loại xếp sát nhau. Xét theo

A

B

đường chéo của mặt hình vuông: 4R = a 2 → R =

E

a 2 4

4 a 2 VKL = 4 . π   3  4 

C

D

Thể tích choán chỗ của 4 nguyên tử kim loại: 3

3

Vậy độ đặc khít của mạng tinh thể =

B

A

VKl Vtt

a 4 a 2 4. π .   3  4  = = 0,74 D a3

E

C

4 .π R 3 Vc a 2 Hoặc: Độ đặc khít P = N. = 4. 3 3 với R = Vtb a 4

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

8

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

nên P =

4 a 2 4. π .   3  4  a3

3

= 0,74

Ví dụ 3: Chứng minh độ đặc khít của mạng tinh thể lục phương là 0,74

Ví dụ 4: Tính độ đặc khít của mạng tinh thể natri clorua (NaCl) biết R Na = 0,97A0 = r, R Cl = 1,81 A0 = R +

−

Tinh thể có đối xứng lập phương nên trong cấu trúc NaCl (hình 6):

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

9

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Na+ Cl-

a NaCl

Hình 2.6: Cấu trúc kiểu NaCl

Vì NaCl kết tinh dưới dạng lập phương ở hình vẽ nên Tổng ion Cl- = Cl -ở 8 đỉnh + Cl- ở 6 mặt =8 ×

1 1 + 6 × = 4 ion Cl8 2

Tổng ion Na+ =Na+ ở giữa 12 cạnh = 12×1/4=4 ion Na+ 

số phân tử NaCl trong 1 ô mạng cở sở =4 NaCl



Kết quả là các ion Na+ tạo ra một mạng lptd thứ hai lệch một nửa cạnh của

mạng ion Cl-. * Vì các ion Na+ và Cl- tiếp xúc nhau dọc theo cạnh hình lập phương nên: aNaCl = 2(r + R) = 2(0,97 + 1,81) = 5,56 A0 4.[ 4 .π .r 3 + 4 .π .R 3 ] 16π (0,97 3 + 1,813 ) 3 3 * Độ đặc khít P = = . = 0,667 3 3 a NaCl 5,56 3

Ví dụ 5: ( 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.

Giải:

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

10

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

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

a

- Bán kính nguyên tử Au: a

4.r = a

a 2 = 4.r

2 → r= a

2 /4= 1,435.10-8

cm

Thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử: Vnguyên tử= 4/3.π.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.

DẠNG 2: TÍNH BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ, ION Ví dụ 1:Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Ca ở 200C, biết tại nhiệt độ đó khối lượng riêng của Ca bằng 1,55 g/cm3. Giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Ca có hình cầu, có độ đặc khít là 74%.

Giải: ♣ Thể tích của 1 mol Ca =

40,08 = 25,858 cm3, 1,55

một mol Ca chứa NA = 6,02 ×1023 nguyên tử Ca Theo độ đặc khít, thể tích của 1 nguyên tử Ca = Từ V = 

25,858 × 0,74 = 3,18×10−23 cm3 23 6,02 × 10

4 × πr 3 3

Bán kính nguyên tử Ca = r =

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

3

3V = 1,965 ×10−8 (cm) 4π 11

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Ví dụ 2: Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Fe ở 200C, biết tại nhiệt độ đó khối lượng riêng của Fe bằng 7,87 g/cm3. Giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Fe có hình cầu, có độ đặc khít là 68%. Cho nguyên tử khối của Fe = 55,85. ♣ Thể tích của 1 mol Fe =

55,85 = 7,097 cm3.

7,87

một mol Fe chứa NA = 6,02 ×1023 nguyên tử Fe Theo độ đặc khít, thể tích của 1 nguyên tử Fe = Từ V =

7,097 × 0,68 = 0,8 ×10−23 cm3 23 6,02 × 10

4 × πr 3 3

=>Bán kính nguyên tử Fe = r =

3

3V = 4π

3

3 × 0,8 × 10−23 = 1,24 ×10−8 cm 4 × 3,14

Ví dụ 3: Phân tử CuCl kết tinh kiểu giống mang tinh thể NaCl. Hãy biểu diễn mạng cơ sở củaCuCl. Xác định bán kính ion Cu+.

Cho: d(CuCl) = 4,136 g/cm3 ; rCl- = 1,84 Å ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Giải:

* Vì CuCl kết tinh dưới dạng lập phương kiêu giống NaCl nên Tổng ion Cl- = Cl -ở 8 đỉnh + Cl- ở 6 mặt =8 ×

1 1 + 6 × = 4 ion Cl8 2

Tổng ion Cu+ = Cu+ ở giữa 12 cạnh = 12×1/4=4 ion Cu+ 

số phân tử CuCl trong 1 ô mạng cở sở=4 CuCl

• V hình lập phương= a3 ( a là cạnh hình lập phương) GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

12

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

• M1 phân tử CuCl= MCuCl / 6,023.1023 biết MCuCl= 63,5+35,5 = 99(gam) • => D= (4×99)/ (6,023×1023×a3) • => thay số vào => a= 5,4171 Ao • Mà a= 2rCu+ + 2r Cl- => rCu+= 0,86855 Ao Ví dụ 4: Tinh thể NaCl có cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion Na+, còn các ion Clchiếm các lỗ trống tám mặt trong ô mạng cơ sở của các ion Na+, nghĩa là có 1 ion Cl0

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

mol 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; GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

13

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

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; Ví dụ 5: (HSG QG 2008) Silic có cấu trúc tinh thể giống kim cương.

1. Tính bán kính nguyên tử silic. Cho khối lượng riêng của silic tinh thể bằng 2,33g.cm3

; khối lượng mol nguyên tử của Si bằng 28,1g.mol-1.

2. So sánh bán kính nguyên tử của silic với cacbon (rC = 0,077 nm) và giải thích.

Giải: a. Từ công thức tính khối lượng riêng D=

n .M N A .V

→ V1 ô = ( 8.28,1)/(2,33.6,02.1023) = 16,027 cm3.

a= 5,43.10-8 cm; d = a. 3 = 5,43.10-8 .1,71 = 9.39.10-8 cm; Bán kính của nguyên tử silic là: r = d/8 = 1,17 .10-8cm; b. Có rSi (0,117 nm) > rC( 0,077 nm). Điều này phù hợp với quy luật biến đổi bán kính nguyên tử trong một phân nhóm chính.

DẠNG 3: TÍNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA MẠNG TINH THỂ.

Ví dụ 1:Đồng (Cu) kết tinh có dạng tinh thể lập phương tâm diện. Tính khối lượng riêng của Cu theo g/cm3 biết MCu=64.

Giải: Theo hình vẽ ta thấy: 1 mặt của khối lập phương tâm diện có AC = a 2 =4 rCu A

→ a=

4 ×1, 28 = 3,62 (Å) 2

E

D

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

B

C

14

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Số nguyên tử Cu trong một tế bào cơ sở = 8× d=

1 1 + 6× = 4 (nguyên tử) 8 2

m 64 × 4 = = 8,96 g/cm3.

23 V 6, 02.10 (3, 62 ×10−8 )3

B

A

a

E

D

C

Ví dụ 2: Sắt dạng α (Feα) kết tinh trong mạng lập phương tâm khối, nguyên tử có bán kính r = 1,24 Å. Hãy tính: Tỉ khối của Fe theo g/cm3.

Cho Fe = 56 LG a) Mạng tế bào cơ sở của Fe (hình vẽ) B

Theo hình vẽ, số nguyên tử Fe là − Ở tám đỉnh lập phương = 8 ×

1 =1 8

A

B

A E

E a

C D

C

a

D

− Ở tâm lập phương = 1 Vậy tổng số nguyên tử Fe chứa trong tế bào sơ đẳng = 1 + 1 = 2 (nguyên tử) Khối lượng riêng: + 1 mol Fe = 56 gam + Thể tích của 1 tế bào cơ sở = a3 chứa 2 nguyên tử Fe + 1 mol Fe có NA = 6,02 ×1023 nguyên tử Khối lượng riêng d =

m 56 =2× = 7,95 (g/cm3) 23 −8 3 V 6,02 × 10 × (2,85 × 10 )

Ví dụ 3: Xác định khối lượng riêng của Na, Mg, K. Biết cấu trúc mạng tinh thể và có NTK (đv.C) lần lượt là:

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

15

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Kim loại

Na

Mg

Al

Nguyên tử khối (đv.C)

22,99

24,31

26,98

Mạng tinh thể

Lptk

Lpck

Lptm

Giải: Xác định khối lượng riêng của các kim loại trên theo công thức: D=

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

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

Độ đặc khít

0,68

0,74

0,74

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.

DẠNG 4: XÁC ĐỊNH KIM TÊN KIM LOẠI Ví dụ 1: Kim loại M kết tinh theo cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện với bán kính nguyên tử R=143 pm, có khối lượng riêng D=2,7 g/ cm3. Xác định tên kim loại M. Giải: Số nguyên tử M trong một ô cở sở mạng N=8×

1 1 + 6× = 4 (nguyên tử) 8 2

Gọi a là độ dài cạnh của ô mạng cở sở.

Khoảng cách ngắn nhất giữa các nguyên tử là trên đường chéo của mặt bên nên GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

16

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT A

B

B

A

E E

a

C

D

D

C

AC = a 2 =4rM => a=4.142/ 2 =404 pm Mà D=

m = (4×M)/(6,023×1023×a3) V

Thay D=2,7; a= 404×10-10 cm => M= 26,79 g/mol. Vậy M là kim loại Al Ví dụ 2: Kim loại M kết tinh theo cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối với bán kính nguyên tử R=1,24 Ao, có khối lượng riêng D=7,95 g/ cm3. Xác định tên kim loại M. Giải Số nguyên tử M trong một ô cở sở mạng N=8×

1 + 1= 24 (nguyên tử) 8

Gọi a là độ dài cạnh của ô mạng cở sở.

Khoảng cách ngắn nhất giữa các nguyên tử là trên đường chéo của hình lập phương nên AD=a 2

B

AC =a 3 =4rM => a=4R / Mà D=

A

3=

A E

E

m = V 23

B

a C 3

(2×M)/(6,023×10 ×a ) Thay D=7,95; a= 2,864 A

D

C

a

D

o

=> M= 26,79 g/mol.

Vậy M là kim loại Fe

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

17

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

C. MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP Bài 1: Trong các tinh thể α (Cấu trúc lập phương tâm khối) các nguyên tử cacbon có thể chiếm các mặt của ô mạng cơ sở.

1. Bán kính kim loại sắt là 1,24Ao . Tính dộ dài cạnh a của ô mạng cơ sở?

2. Bán kính cộng hóa trị của cacbon là 0,77Ao . Hỏi độ dài cạnh a sẽ tăng lên bao nhiêu khi sắt α có chứa cacbon so với cạnh a khi sắt α nguyên chất?

3. Tính độ dài cạnh ô mạng cơ sở cho sắt γ (cấu trúc lập phương tâm diện) và tính độ tăng chiều dài cạnh ô mạng biết rằng các nguyên tử cacbon có thể chiếm tâm của ô mạng cơ sở và bán kính kim loại sắt γ là 1,26Ao. Có thể kết luận gì về khả năng xâm nhập của cacbon vào 2 loại tinh thể sắt trên?

Bài 2: Niken có cấu trúc tinh thể theo kiểu lptd. Biết rằng niken có bán kính nguyên tử là 1,24 A0. Tính số nguyên tử niken có trong mỗi tế bào cơ sở, hằng số mạng a (cạnh của ô mạng cơ sở) và khối lượng riêng của niken.

Bài 3: Một kim loại thuộc nhóm IVA có khối lượng riêng là 11,35 g/cm3 kết tinh theo kiểu cấu trúc lptd với độ dài mỗi cạnh của ô cơ sở là 4,95A0. Tính nguyên tử khối và gọi tên kim loại đó.

Bài 4: Tính thể tích và bán kính nguyên tử Mg biết rằng khối lượng riêng của Mg là 1,74 g/cm3 và thể tích các quả cầu Mg chiếm 74% thể tích của toàn mạng tinh thể.

Bài 5: Đồng kết tinh theo kiểu mạng lptd, hằng số mạng a = 0,361 nm; dCu = 8,920g/cm3; nguyên tử khối của Cu là 63,54. Xác định số Avôgađrô.

Bài 6: Bạc có bán kính nguyên tử R = 1,44 A0, kết tinh theo mạng lập phương tâm diện. Tuỳ vào kích thước mà nguyên tử lạ E có thể đi vào trong mạng tinh thể bạc và tạo ra một dd rắn có tên gọi khác nhau: dd rắn xen kẽ (bằng cách chiếm các hốc xen kẽ) hoặc dd rắn thay thế (bằng cách thay thế các nguyên tử Ag) Tính khối lượng riêng của bạc nguyên chất. Xác định spt và độ chặt khít của ô mạng?

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

18

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Bài 7: Nhôm kết tinh theo kiểu mạng lập phương tâm diện, có khối lượng riêng d = 2,7 g/cm3. Xác định hằng số mạng a của tế bào cơ bản nhôm, từ đó tính bán kính nguyên tử nhôm.

Bài 8: Coban có bán kính nguyên tử là R = 1,25 A0 kết tinh theo kiểu lp.

1. Tính cạnh của hình lập phương?

2. Kiểm tra lại nếu khối lượng riêng thực nghiệm của coban là d = 8,90 g/cm3 Bài 9: Thori kết tinh theo cấu trúc lptk, hằng số mạng a = 4,11 A0.

1. Xác định bán kính nguyên tử của thori.

2. Xác định khối lượng riêng của thori. Biết MTh = 232 g/mol.

Bài 10: Xác định nguyên tố X, biết X có bán kính nguyên tử là 1,36 A0 và đơn chất kết tinh theo kiểu lptd, khối lượng riêng d = 22,4 g/cm3.

Bài 11: Khối lượng riêng của rhodi là d = 12,4 g/cm3. Mạng tinh thể của nó là lptd, hằng số mạng a = 3,8 A0; MRh = 103 g/mol.

1. Suy ra giá trị gần đúng Avogđro.

2. Tính bán kính cực đại r của một nguyên tử phải có để chiếm hốc bát diện mà không làm thay đổi cấu trúc của mạng.

3. Xác định độ đặc khít của cấu trúc mạng khi chiếm tất cả các hốc bát diện bằng các quả cầu có bán kính r vừa tìm được ở trên.

Bài 12: Kali florua (KF) kết tinh theo kiểu cấu trúc NaCl và có khối lượng riêng là 2,481 g/cm3. Tính hằng số mạng a của tế bào cơ bản KF và khoảng cách ngắn nhất giữa ion K+ và ion F-.

Bài 13: Mạng lưới tinh thể của KCl giống như mạng lưới tinh thể của NaCl. Ở 18oC khối lượng riêng bằng 1,9893g/cm3, độ dài cạnh ô mạng cơ sở (xác định bằng thực nghiệm) là 6,29082 Ao. Xác định số Avogadro biết K = 39,098 , Cl = 35,453.

D. ĐỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG:

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

19

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Cụ thể năm học 2015-2016 tôi đã áp dụng chuyên đề này cho học sinh ôn tập học sinh giỏi cấp Tỉnh và thi học sinh giỏi giải toán trên máy tính cầm tay cho học sinh khối 12 và có kiểm tra khảo sát chất lượng.

D. ĐỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG Câu 1: Từ nhiệt độ phòng đến 1185K sắt tồn tại ở dạng Feα với cấu trúc lập phương tâm khối, từ 1185K đến 1667K ở dạng Feγ với cấu trúc lập phương tâm diện. ở 293K sắt có khối lượng riêng d = 7,874g/cm3. a) Hãy tính bán kính của nguyên tử Fe. b) Tính khối lượng riêng của sắt ở 1250K (bỏ qua ảnh hưởng không đáng kể do sự dãn nở nhiệt).

Câu 2: 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 cá màu khác vì chứa kim loại khác ( X). Tế bào đơn vị ( ô mạng cơ sở) lập phương tâm diện của tinh thể X có cạnh bằng 6,62.10-8 cm. Khối lượng riêng của nguyên tố này là 8920 kg/m3.

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. Đáp án: Câu 1:a) Số nguyên tử Fe trong một mạng cơ sở lập phương tâm khối là: 2 d Fe =

0 m 2.55,847 2.55,847 −8 3 =  a = = 2,87.10 cm = 2,87 A V 6, 022.1023.a 3 6, 022.10 23.7,874

a 3 = 4r  r =

0 a 3 = 1, 24 A 4

b) ở nhiệt độ 1250 sắt tồn tại dạng Feγ với cấu trúc mạng lập phương tâm diện.

0

Ta có: a = 2 2.r = 2 2.1, 24 = 3,51 A ; d Fe =

4.55,847 g = 8,58 g / cm3 23 −8 3 6, 022.10 .(3,51.10 cm)

Câu 2: Số nguyên tử trong một tế bào: 8.1/8 + 6.1/2 = 4.

Tính bán kính nguyên tử: r = 1,276.10-8 cm.

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

20

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

Thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử V nguyên tử = 4.4/3.π.r3 = 3,48.10-23 cm3.

Thể tích 1 ô mạng cơ sở V 1ô = a3 = 4,7.10-23 cm3.

Phần trăm thể tích tế bào bị chiếm bởi các nguyên tử: 74%.

Khi áp dụng chuyên đề này thu được kết quả khả quan: • Khi chưa áp dụng học sinh gặp nhiều khó khăn khi giải các bài tập tinh thể và học sinh không định hướng được cách làm mà chỉ nhớ máy móc nên hay mắc sai làm trong tính toán và kết quả không cao.

• Khi áp dụng chuyên đề: Học sinh dễ dàng nhận dạng được các dạng bài tập về các loại tinh thể. Từ đó học sinh vận dụng phương pháp để giải các bài tập này một cách dễ dàng và khoa học nhất. Điểm giỏi

Điểm khá

Điểm TB

Điểm dưới TB

Kết quả trước khi dạy 0

50%

10%

40%

Kết quả sau khi dạy

50%

25%

0

25%

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

21

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

PHẦN III :KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM

Qua thực tế giảng dạy ở trường THPT Tiên Lữ tôi đã nghiên cứu và áp dụng các nội dung trên vào việc dạy các chuyên đề hoá học lớp 10,12 ; đặc biệt dạy ôn thi học sinh giỏi và qua đó tôi rút ra được một số kêts luận sau: - Thứ nhất: Với việc hướng dẫn lý thuyết và dạy các các dạng bài tập theo dạng như trên giúp học sinh dễ hiểu và có thể giải nhanh hơn các bài tập về tinh thể mà trước đây các em cảm thấy là rất khó.

- Thứ hai: Với việc nắm bắt được các phương pháp giải học sinh có thể chọn cho mình cách giải nhanh và chính xác hơn.

- Thứ ba: Các dạng bài tập đều có các phương pháp giải mẫu nên giúp các em dễ hiểu và có thể vận dụng tốt các bài tập tương tự.

II. NHỮNG ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ ỨNG DỤNG:

1- Đề xuất và kiến nghị Để góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn Hóa học trong trường THPT nói chung, và đặc biệt với việc dạy đội tuyển học sinh giỏi chúng tôi xin có một số đề xuất như sau : - Khuyến khích GV tự mình xây dựng hệ thống bài tập có chất lượng tốt trong đó có bài tập nhiều cách giải nhằm khái quát hóa, tổng quát hóa bài toán liên hệ với những bài toán cùng dạng, góp phần hỗ trợ, phát triển các bài toán hay cho HS. - Giáo viên cần phải thay đổi các bài giảng của mình theo hướng dạy học tích cực, hỗ trợ học sinh tự học, tự nghiên cứu, chủ động trong học tập và chú ý rèn luyện khả năng suy luận logic, rèn luyện tư duy hóa học cho HS. - Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh sử dụng công nghệ thông tin hiệu quả để học tập.

- Nhà trường quan tâm hơn đối với việc nâng cao chất lượng và hiệu quả bồi dưỡng học sinh giỏi và nên tổ chức cho học sinh được ôn tập học sinh giỏi từ lớp 10.

2- Hướng phát triển của đề tài Vì thời gian có hạn nên chúng tôi mới nghiên cứu ở mức độ cơ sở lý thuyết và các bài toán về chuyên đề tinh thể phục vụ cho ôn tập học sinh giỏi ở phần hoá vô cơ lớp 10, 12. Trong GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

22

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

thời gian tới tôi sẽ tiếp tục xây dựng các chuyên đề ôn tập học sinh giỏi giúp học sinh ôn tập tốt hơn và các em sẽ có hứng thú hơn trong việc ôn tập thi chọn học sinh giỏi các cấp.

Tiªn l÷, ngµy 20 th¸ng 3 n¨m 2016 Ng−êi thùc hiÖn:

Vũ Thị Thu Hà

XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TRƯỜNG........................................

TỔNG ĐIỂM.............................. XẾP LOẠI................

TM. HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CHỦ TỊCH- HIỆU TRƯỞNG (Ký, ghi rõ họ tên và đống dấu)

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

23

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BÁO CÁO YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ (Kèm theo CV số:1367/SGD ĐT- CNTT ngày 12 tháng 09 năm 2013) I. Thông tin chung: Họ và tên tác giả sáng kiến : Vũ Thị Thu Hà Ngày, tháng, năm sinh: Đơn vị công tác :

20- 01-1973 Trường THPT Tiên Lữ - Tỉnh Hưng Yên .

Trình độ chuyên môn, nghiệp vụ: Đại học Sư phạm Hà Nội – Khoa Hóa.

Các đồng tác giả :

Không

Đề nghị xét, công nhận sáng kiến: Lĩnh vực áp dụng:

Cấp cơ sở.

Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa.

II. Báo cáo mô tả sáng kiến bao gồm: 1. Tình trạng sáng kiến đã biết: Mô tả sáng kiến đã biết; ưu khuyết điểm của sáng kiến đã, đang được áp dụng tại cơ quan, đơn vị.

- Mô tả sáng kiến : Sáng kiến kinh nghiệm “Cơ sở lý thuyết và phân loại các dạng bài tập về mạng tinh thể dùng ôn tập học sinh giỏi môn hóa học ở THPT” * Ưu khuyết: - Bố cục đúng mẫu hướng dẫn, chi tiết, lôgic, khoa học. Giải pháp rõ ràng, tính khả thi cao. Đặc biệt giải pháp có thể áp dụng phạm vi rộng hơn cho nhiều năm.

2. Nội dung sáng kiến đề nghị công nhận: Mục đích của sáng kiến; những điểm khác biệt, tính mới của sáng kiến so với sáng kiến đã, đang được áp dụng; mô tả chi tiết bản chất của sáng kiến.

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

24

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

- Mục đích của sáng kiến: Nhằm nâng cao chất lượng dạy - học, đặc biệt chất lượng học sinh giỏi các cấp, đồng thời rèn luyện năng kĩ năng quan sát hiện tượng, kĩ năng tư duy logic và kích thích sự tò mò yêu thích bộ môn.

- Tính mới của sáng kiến, bản chất của sáng kiến: Sáng kiến đã chỉ ra được cơ sở pháp lý, áp dụng lý luận vào thực tiễn dạy học. Từ những hạn chế thực trạng cơ sở tôi đã đề xuất được các giải pháp cụ thể nhất là phát huy được năng lực học tập của tất cả các đối tượng học sinh trong lớp. Đề xuất được các phương pháp mới hiệu quả để nâng cao chất lượng dạy học về tính chất của các chất cho học sinh. Khắc phục được những hạn chế của phương pháp cũ.

Bản chất vấn đề quan tâm chỉ dừng lại ở việc học tập, tổng hợp kinh nghiệm xoay quanh việc đổi mới phương pháp trong dạy học theo hướng phát triển tư duy cho học sinh. Vận dụng những lý luận vào thực tiễn dạy học, đúc rút kinh nghiệm cho bản thân trong quá trình dạy học trong năm học này cũng như những năm tiếp theo.

Bằng những vận dụng lý luận vào thực tiễn trong quá trình giảng dạy, đặt ra mục đích nghiên cứu và đề xuất một số biện pháp, giải pháp giúp cho người giáo viên có phương pháp tạo cho học sinh có kĩ năng biết vận dụng các kiến thức lí thuyết vào giải thích các hiện tượng thực tế.

Kết luận khoa học: Chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm để kiểm nghiệm tính khả thi của đề tài, sự hiệu quả của các phương pháp, hình thức tổ chức dạy học. Căn cứ vào kết quả dạy học sinh giỏi năm học 2015 – 2016 cho thấy: đa số HS đều tiếp thu tốt, hiểu và vận dụng nhanh chóng các bài tập liên quan đến tinh thể.

3. Khả năng áp dụng của sáng kiến Sáng kiến đã được áp dụng và kiểm định thực tế ôn thi học sinh giỏi môn Hóa tại cơ sở đơn vị trường có chất lượng, tính khả thi cao, giá trị sử dụng lâu dài. Có thể áp dụng trong phạm vi rộng hơn với đối tượng học sinh tương đồng về khu vực.

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

25

SKKN: Cơ sở lí thuyết và phân loại bài tập về tinh thể ôn tập học sinh giỏi môn Hóa học ở trường THPT

4. Phạm vi áp dụng của sáng kiến đối với cơ quan, đơn vị, tổ chức hoặc hệ thống các cơ quan, đơn vị, tổ chức; trong xã, huyện, tỉnh hoặc nhiều tỉnh. Đối với cơ quan và có thể áp dụng phạm vi các trường THPT và trường THPT chuyên.

5. Hiệu quả, lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả sáng kiến; theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã áp dụng sáng kiến.

Có tính hiệu quả cao. Có thể nhân rộng.

6. Những người tham gia tổ chức áp dụng sáng kiến lần đầu Lời cam đoan: trên đây là SKKN của bản thân tôi đã làm, tôi không sao chép của ai. Nếu sai tôi xin chịu trách nhiệm.

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN,

Tiên Lữ, ngày 20 tháng 03 năm 2016

ĐƠN VỊ QUẢN LÝ

Người báo cáo yêu cầu công nhận sáng kiến (Ký và ghi rõ họ tên)

GV: Vũ Thị Thu Hà THPT Tiên Lữ

26