Title CHUYÊN ĐỀ 1.2. BÀI TẬP HẠT VÀ BTH CÓ SỐ LƯỢNG TỬ.pdf ✅

CHUYÊN ĐỀ 1.2: BÀI TẬP HẠT VÀ CÓ SỐ LƯỢNG TỬ n, l, ml , ms Phần A: Lí Thuyết - Các số liệu thực nghiệm và tính toán lý thuyết đã cho thấy trạng thái của một electron trong nguyên tử được mô tả bằng bộ bốn số lượng tử gồm: Số lượng tử chính n; số lượng tử phụ l ; số lượng tử từ ml và số lượng tử spin ms . * Số lượng tử chính n - Mỗi lớp electron trong nguyên tử được đặc trưng bằng một giá trị của số lượng tử chính n là những số nguyên dương. n 1 2 3 4 5 6 7 Kí hiệu lớp electron K L M N O P Q * Số lượng tử phụ l - Mỗi lớp electron từ lớp thứ 2 trở lên lại gồm nhiều phân lớp, mỗi giá trị l ứng với một phân lớp. Ứng với lớp thứ n có n giá trị của l chạy từ 0 đến n – 1. Ví dụ. Lớp thứ ba (n = 3) có 3 giá trị của l gồm 0; 1; 2 - Giá trị của l cho biết phân mức năng lượng của các electron trong lớp electron khảo sát; nó cũng cho ta biết số orbital (được tính bằng công thức 2 l + 1). Ví dụ. l = 0 thì có 1 orbital; đó là orbital s; l = 1 thì có 3 orbital; đó là orbital p; ... * Số lượng tử từ ml - Ứng với mỗi giá trị của l có 2l + 1 giá trị của ml . Đó là những số nguyên âm và dương từ -l đến +l, kể cả số 0. + Khi l = 0 (AO s) chỉ có một giá trị của ml = 0. + Khi l = 1 (AO p) có ba giá trị của ml là -1, 0, +1. + Khi l = 2 (AO d) có năm giá trị của ml là -2, -1, 0, +1, +2. ........... * Số lượng tử spin ms - Số lượng tử từ spin ms có thể nhận hai giá trị là s   1 m 2 = + ­ và s   1 m 2 = - ̄ Nhận xét: Biết được giá trị bộ bốn số lượng tử của electron cuối cùng có thể suy ra được cấu hình electron của nguyên tử, từ đó xác định được vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Ví dụ. + n = 1 = 0 m = 0 øng víi AO 1s Þ Þ l ì ï Þ Þ í ïî Þ - + = 0 m = 0 øng víi AO 2s + n = 2 = 1 m = -1, 0, +1 øng víi 3 AO 2p: 1 0 1 l l + = 0 m = 0 øng víi AO 3s n = 3 = 1 m = -1, 0, +1 øng víi 3 AO 3p: = 2 m = -2, -1, 0, +1, +2 øng víi 5 AO 3d: ì Þ ï Þ Þ í ï Þ î l l l Phần B: Bài Tập (38 câu) Câu 1. Sắp xếp các electron sau đây (n, l, ml , ms) từ năng lượng cao nhất đến năng lượng thấp nhất. A (2, 1, 1, +1/2) E (3, 2, -1, +1/2) B (1, 0, 0, -1/2) F (4, 0, 0, +1/2) C (4, 1, -1, +1/2) G (2, 1, -1, +1/2) D (4, 2, -1, +1/2) H (3, 1, 0, +1/2) Hướng dẫn giải - Electron có tổng (n + l = 1) thấp nhất => Năng lượng thấp nhất => B
- A và G có cùng giá trị n và l với tổng (n + l = 3)=> A và G có cùng năng lượng. - F và H có cùng tổng (n + l = 4), nhưng F có n lớn hơn H => Năng lượng của F lớn hơn H. - C và E có cùng tổng (n + l =5), nhưng C có n lớn hơn E => Năng lượng của C lớn hơn E. - D có tổng (n + l = 6) lớn nhất => D có năng lượng lớn nhất. Vậy thứ tự sắp xếp các electron theo thứ tự năng lượng cao nhất đến thấp nhất là D, C, E, F, H, A = G, B Câu 2. Cho các orbital sau: 3s, 5p, 4d, 1s, 5d, 3p. Hãy sắp xếp các orbital sau theo thứ tự năng lượng giảm dần. Hướng dẫn giải - Dựa vào tổng (n + l) Orbital 1s 3s 3p 4d 5p 5d n + l 1 3 4 6 6 7 - Thứ tự các orbital có năng lượng giảm dần là: 5d, 5p, 4d, 3p, 3s, 1s. Câu 3. Nguyên tử của nguyên tố X có electron cuối cùng có bộ các số lượng tử: n = 2; l = 1; ml = +1 và s = + 1 2 . Viết cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố X và xác định nguyên tố X. Hướng dẫn giải Với n = 2; l = 1; ml = +1 và s = + 1 2 . Ta có cấu hình electron của X là: 2 2 3 1s 2s 2p Nguyên tố X là nitrogen (N) Câu 4. Nguyên tử của nguyên tố X có electron cuối cùng mang bốn số lượng tử như sau: n = 3; l = 1; ml = -1; ms = -1/2. Xác định tên nguyên tố X, vị trí của X trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Hướng dẫn giải Ta có các số lượng tử: n = 3; l = 1; ml = -1; ms = -1/2 là của electron cuối cùng của phân lớp 3p4 . Ta có sự phân bố electron trong các ô lượng tử của phân lớp 3p4 và các giá trị m tương ứng như sau: ­ ̄ ­ ­ ml -1 0 +1 - Cấu hình electron của X là 1s22s22p63s23p4 → X là nguyên tố sulfur (S). - Vị trí của X trong bảng tuần hoàn là ô 16, chu kì 3, nhóm VIA. Câu 5. Xác định nguyên tử mà electron cuối cùng điền vào orbital có các số lượng tử: a) n = 2; l = 1; m = + 1; mS = -1/2 b) n = 3; l = 0; m = 0; mS = +1/2 c) n = 4; l = 1; m = -1; mS = -1/2 d) n = 3; l = 2; m = -2; mS = - 1/2 Hướng dẫn giải a) n = 2  Nguyên tử có 2 lớp electron l = 1; m = +1; mS = -1/2 => Electron cuối cùng thuộc phân lớp 2p và mũi tên đi xuống Þ Cấu hình electron đầy đủ: 2 2 4 1s 2s 2p Þ Z= 8 (O) b) n = 3  Nguyên tử có 3 lớp electron l = 0; m = 0; mS = + 1/2 => Electron cuối cùng thuộc phân lớp 3s và mũi tên đi lên Þ Cấu hình electron đầy đủ: 2 2 6 1 1s 2s 2p 3s Þ Z= 11 (Na) c) n = 4  Nguyên tử có 4 lớp electron l = 1; m = -1; mS = - 1/2 => Electron cuối cùng thuộc phân lớp 4p và mũi tên đi xuống
Þ Cấu hình electron đầy đủ: 2 2 6 2 6 6 2 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s Þ Z = 34 (Se) d) n = 3 => Nguyên tử có 3 lớp electron l= 2; m = -2 ; mS = - 1/2 => Electron cuối cùng thuộc phân lớp 3d và mũi tên đi xuống Þ Cấu hình electron đầy đủ: 2 2 6 2 6 6 2 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s Þ Z= 26 (Fe) Câu 6. Lý thuyết lượng tử dự đoán được sự tồn tại của orbital n g ứng với số lượng tử phụ l = 4. a) Hãy cho biết số electron tối đa mà phân lớp ng có thể có b) Dựa vào quy tắc Kleskopxki hãy dự đoán sau phân mức năng lượng nào thì đến phân mức ng. c) Nguyên tử có electron đầu tiên ở phân mức n g này thuộc nguyên tố có số thứ tự Z bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải Ở đây học sinh cần nắm vững quy tắc Klechkowski để so sánh các mức năng lượng và có thể áp dụng để viết cấu hình electron của một nguyên tố bất kỳ. a) Phân mức năng lượng n g ứng với giá trị l = 4 sẽ có 2l + 1 orbital nguyên tử, nghĩa là có 2 ́ 4+1= 9 obital nguyên tử. Mỗi orbital nguyên tử có tối đa 2 electron. Vậy phân mức năng lượng ng có tối đa 18 electron. b) Phân mức năng lượng ng xuất hiện trong cấu hình electron nguyên tử là 5g bởi vì với n=4 đã ứng với 4 phân mức năng lượng là l = 0 (s); l =1 (p); l = 2 (d); l = 3 (f). Khi số lượng tử chính n = 5 thì lớp electron này có tối đa là 5 phân mức năng lượng ứng với l = 0 (s); l =1 (p); l = 2 (d); l = 3 (f) và l = 4 (g). Theo quy tắc Klechkowski thì phân mức 5g có tổng số n + l = 9. Phân mức này phải nằm sát sau phân mức 8s (có tổng n+l=8). c) Khi electron điền đến phân lớp 5g1 thì các phân lớp trước đó đã đầy hết rồi. Vậy cấu hình electron của nguyên tố đó là (Rn)7s25f146d107p68s25g1 ứng với Z = 121. Câu 7. Cho các cấu hình electron của các nguyên tử sau đây: Cm : [Rn] 5f7 6d1 7s2 Pr : [Xe] 4f3 5d0 6s2 Bk: [Rn] 5f9 6d0 7s2 Pt: [Xe] 4f14 5d9 6s1 a) Hãy cho biết số electron độc thân trong các cấu hình. b) Viết cấu hình electron của các ion Cm2+, Cm3+ . c) Hãy cho biết trạng thái oxi hóa bền nhất của Cm, Pr, Bk và Pt. Hướng dẫn giải a) Số electron độc thân trong các cấu hình : Cm: 8 electron độc thân, Pr: 3 electron độc thân, Bk: 1 electron độc thân, Pt: 2 electron độc thân. b) Cấu hình electron của ion Cm2+: [Rn] 5f7 6d1 Cm3+ : [Rn] 5f7+ c) Trạng thái oxid hóa bền nhất khi cấu hình electron ứng với trạng thái đó bền nhất (các phân lớp bão hòa hoặc bán bão hòa). Với Cm: trạng thái oxid hóa bền nhất là +2 (cấu hình [Rn] 5f76d1 ) và +3 (cấu hình [Rn] 5f7 ). Với Pr: trạng thái oxid hóa bền nhất là +5 (cấu hình [Xe]). Với Bk: trạng thái oxid hóa bền nhất là +4 (cấu hình [Rn] 5f7 ). Với Pt: trạng thái oxid hóa bền nhất là +5(cấu hình [Xe] 4f14 5d5 ). Câu 8. Hiện nay người ta đang hướng nghiên cứu vào việc tổng hợp nhân tạo các nguyên tố phóng xạ mới có số thứ tự là 112 và 118 vì theo đự đoán các nguyên tử của các nguyên tố này có độ bền đặc biệt. Viết cấu hình electron của các nguyên tử của các nguyên tố đó để chứng minh.