Home / Tổng hợp / bài tập về số lượng tử có lời giảiBài tập về số lượng tử có lời giải09/10/2021THƯ VIỆNĐẠI HỌC NHA TRANGM5 4 1 .0 7 6L 2 5 0 Qu¡ miALÊ MẬU QUYỀN:—L BÄI T Ậ P -_ _HOÁ HpcĐẠI CƯÓNGLÊ MẬU QUYỂNBÀI TẬPHÓA HOC ĐAI CƯƠNG(Dùng cho sinh viên các trường Cao đẳng)(Tái bản lần thứ nhất)NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤCBản quyền thuộc HEVOBCO - Nhà xuất bản Giáo dục11- 2007/CXB/364 - 2119/GDMã số: 7K669T7 - DAIJ lờ i n ối đầuCuốn Bài tập Hóa học đại cương này được viết theo đúng nội dụngcuốn Hóa học đại cương của cùng tác giả do Nhà xuất bản Giáo dụcxuất bán năm 2005.Nội dung cuốn sách được chia làm hai phần:- Phần một là phần tóm tắt lý thuyết và các bài tập có lời giải.- Phần hai gồm các câu hỏi trắc nghiệm kèm theo đáp số.Nội dung các phần đều bám sát nội dung sách lý thuyết.Mặc dù tác giả đã viết một sô" sách lý thuyết cũng như bài tậpnhưng chắc không thể tránh khỏi những sai sót, dặc biệt lần đầu tiênviết các câu hỏi trắc nghiệm.Bạn đang xem: Bài tập về số lượng tử có lời giải Tác giả rất mong độc giả gửi cho nhữngnhận xét đ ể lần tái bản được tốt hơn. .Các ý kiến dóng góp xin gửi về Công ty cổ phần sách Đại học Dạy nghề; 25 Hàn Thuyên - TP. Hà Nội.Xỉn cám ơn!TÁC GIẢPhần ITÓM TẮT LÝ THUYẾT - BÀI TậpChương 1Cẩu TẠO NGUVềN TỬTÓM TẮT Lí THUYẾTBốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử là sốlượng tử chính n, số lượng tử phụ /, số lượng tử từ m và số lượng tử từ spin ms.Số lượng tử chính nSố lượng tử chính n nhận các giá trị nguyên dương. Mỗi giá trị của n đặctrưng cho một lớp electron trong nguyên tử:n: 12345 ...Kí hiệu lớp electron : KLMNo ...Giá trị của n càng lớn, electron càng xa hạt nhân.Số lượng tử phụ /Mỗi lớp electrón từ n = 2 trở lên lại gồm nhiều phân lớp. Mỗi phân lớpelectron được đặc trưng bằng một giá trị của số lượng tử phụ /. Số lượng tửphụ l nhận các giá trị nguyên dương từ 0 đến n - 1, nghĩa là ở lớp thứ n có nphân lớp:IKí hiệu phân lớp electron :: 0123sPdf...(n-1)5Để chỉ phân lớp thuộc lớp electrón nào, người ta ghi giá trị của n chỉ lópđó trước kí hiệu phân lóp. Ví dụ, kí hiệu 3s chỉ rằng đây là phân lớp 1 = 0của lóp n = 3 (lóp M). Kí hiệu 2p ứng với phân lớp / = 1 của lớp n = 2(lớp L).Số lượng tử phụ / còn cho biết hình dạng của obitan nguyên tử. Obitan scó dạng hình cầu. Obitan p gồm hai hình cầu tiếp xúc với nhau ở hạt nhân.Obitan d là hình hoa bốn cánh nổi.Hai số lượng tử n và ỉ xác định năng lượng của electrón trong nguyên tử.Ví dụ, năng lượng của các electrón ở ls 2s Số lượng tử từmSố lượng tử từ m xác định hướng của obitan nguyên tử trong không gianxung quanh hạt nhân.úhg với một giá trị của ỉ có 21 + 1 giá trị của m. Đó là những số nguyênâm và dương kể cả số 0 từ —Ị => 0 => +/.Khi 1 = 0 có một giá trị của m = 0Khi / = 1 có ba giá trị của m = -1,0, +1.Khi 1= 2 có năm giá trị của m = -2 , -1 ,0 , +1, +2.Khi 1 = 3 có bảy giá trị của m = -3 , -2, -1 ,0 , +1, +2, +3.s ế lượng tử từ sp in msSố lượng tử ms đặc trưng cho sự chuyển động riêng của electrón.Chỉ có hai giá tri của ms là ms = + — và ms =22.Obitan nguyên tử(AO)Mỗi AO được đặc trưng bằng ba giá trị của ba số lượng tử n, l và m. Vídụ, n = l = > / = 0 = > m = 0 ứng với AO ls.n = 2 = > / = l = > m = 0 ứng với AO 2prTừ đó suy ra số AO ở mỗi lớp electrón như sau:Lớp K có một AO, đó là AO ls. Người ta thường kí hiệu mỗi AO bằngmột ô vuông n và gọi là ô lượng tử.6Lớp L có một AO 2s và ba AO 2p là 2px, 2py và 2pz. Năng lượng của AO2s thấp hơn năng lượng của các AO 2p. Ba AO 2p cùng có năng lượng nhưnhau, nên người ta thường viết ba ô lượng tử liền nhau và viết cách AO 2s:□ mu. "2s2pILớp M có 9 AO như sau: 1 13sLóp N có 16 AO: n4s__13d3p1í4p4f4dSự phân bố các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bảnSự phân bố các electron trong một nguyên tử ở trạng thái cơ bản tuântheo nguyên lí loại trừ Pauli, quy tắc Kleckopxki và quy tắc Hund.Nguyên lí loại trừ Pauli (đúng cho cả nguyên tử ở trạng thái kích thích).Trong một nguyên tử không thể tồn tại hai electron có cùng giá trị củabốn số lượng tử n, ỉ, m và ms. Ví dụ ở lớp K ta có:n = l = > / = 0=>m = 0 úng với AO ls chỉ có tối đa 2 electron:electron thứ nhất ứng với n = 1, l = 0, m = 0 và ms = + 12’electron thứ hai ứng với n = 1, / = 0, m = 0 và ms =.Hai electron trên một AO được biểu diễn bằng hai mũi tên ngươc chiềunhau ứng với hai giá trị khác nhau của ms trong một ô lượng tử: Xem thêm: Hãy viết cấu hình electron của nguyên tử đó dưới dạng chữ vàdạng ô lượng tử. Hai electron 4p2 có thể ứng với những giá trị nào củabốn số lượng tử?as.íl íti 1 tị tlls2 2s22p63s2tt 11 tị t1 1 13p63d10t t4s24p2• 4p2 ứng với n = 4, / = 1, hai electron đều có cùng giá trị của ms là+ — hoặcT. Các số lượng tử m ứng với hai electron p có thể là:hoăc-1 0 + 1hoăc- 1 0 +1-1 0 +1c. n = 5,Đ.s. a. 3 s ;3IIo/ = 1,m = 0.3lioIIcb.II *oa. n = 3,tio1.11. Mỗi tổ hợp các số lượng tử sau ứng với obitan nguyên tử nào?b. 4pz ; c. 5s.11C hương 2BỒNG TUẦN hoànCÁC NGUV6N TỐ HÓA HỌCTÓM TẮT Lí THUYẾTChu kìỞ trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một chu kìđều có số lớp electron bằng nhau và bằng số thứ tự chu kì chứa chúng.NhómNguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm có cấu hình electronhóa trị tương tự nhau.Nhóm A• Sự điền electron vào nguyên tử của các nguyên tố nhóm A theo quy tắcKleckopxki đều kết thúc ở ns hoặc np (n là lớp electron ngoài cùng).• Có thể nhận biết một nguyên tố ở các nhóm từ IIIA đến VHIA dựa vàosố electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố đó: số electron ỏ lớpngoài cùng bằng số thứ tự nhóm chứa nó.• Có thể nhận biết một nguyên tố ở nhóm A nào dựa vào sự điền electroncuối cùng vào nguyên tử xảy ra ở phân lớp:12ns1 : IA ; ns2: HA; n p ^ n iA ;np2: IVA;np3 : VA; np4: VIA; np5: VIIA; npố: VIHA;Nhóm B• Sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử của các nguyên tố nhóm Bđều kết thúc ở ( n - l ) d .• Số electron ở lớp ngoài cùng của các nguyên tử đều ít hơn ba.• Có thể nhận biết một nguyên tố ở nhóm B nào dựa vào sự điền electronvào nguyên tử theo quy tắc Kleckopxki kết thúc ở phân lớp:(n -l)d 1 : IIIB ; (n-l)d2 : IVB ; (n-l)d3: V B ; (n-1) d4 : VIB(n-l)d5 : VIIB; (n-l)d6’7’8 : VIIIB; (n-l)d9: IB; (n-l)d10 : II BBằng thực nghiệm người ta thấy ở một số trường hợp có 1 electron ở ns2chuyển vào (n-l)d.Đó là Cr(Z = 24); Cu(Z = 29); Nb(Z = 41); Mo(Z=42); Ru(Z=44);Rh(Z=45); (Ag(Z=47); Pt(Z=78); Au(Z=79). Riêng ở Pd(Z=46) cả 2eiectron ờ ns2 chuyển vào (n-l)d.Nguyên tố s, p, d và fNguyên tố s (p, d, f) là nguyên tố mà sự điền electron cuối cùng theo quytắc Kleckopxki xảy ra ở phân lớp s (p, d, 0Các nguyên tố d và f còn được gọi là các nguyên tố chuyển tiếp d và f.Các nguyên tố d đều nằm ở các nhóm B không có mặt ở các nhóm A.Các nguyên tố f thường để riêng ở cuối bảng tuần hoàn, không xếp vàonhóm nào.Bán kính nguyên tử và ion• Bán kính nguyên tử cộng hóa trị bằng nửa khoảng cách giữa hai hạt nhâncủa hai nguyên tử giống nhau liên kết đơn cộng hóa trị với nhau ở 25°c.• Bán kính nguyên tử kim loại bằng nửa khoảng cách giữa hai hạt nhâncủa hai nguyên tử kim loại gần nhau nhất trong tinh thể kim loại.• Bán kính ion được xác định trong tinh thể ion. Khoảng cách giữa haitâm ion dương và ion âm gần nhau nhất trong tinh thể ion bằng tổng số bánkính của ion dương và ion âm đó.Từ trái sang phải trong một chu kì, bán kính nguyên tử nói chung giảmdần.13Từ trên xuống trong nhóm A, bán kính nguyên từ và ion cùng điện tíchtăng dần.Từ trên xuống trong nhóm B, bán kính nguyên tử và ion cùng điện tíchbiến đổi chậm, thường tăng ít hoặc không đổi.Năng lượng ion hóa của nguyên tửNăng lượng ion hóa thứ nhất Ij, thứ hai I2, thứ ba I3 ... ứng với những quátrình sau:Nguyên tử (k, cb) - eCation* (k, cb), Ij > 0.Cation* (k, cb) - e -» Cation2+(k, cb), I2 > lị.Cation2+(k, cb) - e -> Cation3+(k, cb), I3 > I2.Electron bị bứt ra khỏi nguyên tử khi bị ion hóa là electron lớp ngoàicùng có năng lượng lớn nhất (electron ứng với giá trị n v à/lớn nhất).Từ trái sang phải trong một chu kì Ij nói chung tăng dần.Từ trên xuống trong một nhóm A, giá trị lị giảm dần.Từ trên xuống trong một nhóm B giá trị Ij biến đổi chậm và không đều,thường tăng dần.Năng lượng gắn kết electron của nguyên tửNăng lượng gắn kết electron thứ nhất Aj, thứ hai A2, ... ứng với nhữngquá trình sau:Nguyên tử (k, cb) + e -> Anion" (k, cb), Aị.Anion"(k, cb) + e -> Anion2"(k, cb), A2.Aj có thể có giá trị âm, dương hay bằng không, còn A2 luôn luồn có giátrị dương.Độ điện âm của nguyên tế Ịỵ )Độ điện âm của nguyên tố là khả năng của nó hút căp electron liôn kếttrong phân tử về phía mình.Theo Muỉỉiken độ điện âm được tính bằng công thức:14X = - ——+ 0,17A 516I và A là năng lượng ion hóa thứ nhất và năng lượng gắn kết electron thứnhất (kJ.mol"1) của nguyên tử nguyên tố cần tính XTừ trái sang phải trong một chu kì và từ dưới lên trên trong một nhóm nóichung độ điện âm tăng dần.Số oxi hóa lớn nhất của các nguyên tốSố oxi hóa lớn nhất của đa sô" cấc nguyên tố bằng số thứ tự nhóm chứachúng (trừ Flo, oxi, các nguyên tố nhóm IB, đa số các nguyên tố nhómVIIIB, các lantanoit, các actinoit, hiđro, khí hiếm).Số oxi hóa thấp nhất của các phi kimSố oxi hóa thấp nhất của các phi kim bằng số thứ tự nhóm chứa chúng trừcho 8, trừ B (Z = 5) H (Z = 1) và các khí hiếm.Kim loại và phi kimHầu hết các nguyên tử kim loại có số electron ở lớp ngoài cùng ít hơn 4,trừ B (Z = 5), H(Z = 1 ), He(Z = 2). Một số ít nguyên tử kim loại có sốelectron lóp ngoài cùng lớn hơn ba: Ge (Z = 32), Sn (Z = 50), Sb (Z = 51),Pb (Z = 82), Bl (Z = 83), Po (Z = 84).Kim loại có ánh kim, dễ chế hóa cơ học, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, dễnhường electron hóa trị khi tham gia phản ứng.Phi kim dẫn điện và dẫn nhiệt rất kém, dễ nhận electron khi tham giaphản ứng.Từ trái sang phải trong một chu kì nói chung tính kim loại giảm dần, còntính phi kim tăng dẩn.Từ trên xuống trong một nhóm A tính kim loại tăng dần, tính phi kimgiản dần, còn trong một nhóm B tính kim loại giảm dần.BẢI TẬP2.1. Khộng dùng bảng tuần hoàn, hãy cho biết các nguyên tố ứng với cấuhình electron nguyên tử sau thuộc chu kì nào, nhóm A, nhóm B nào?:a. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3.•15b. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2.c. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2.d. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2.Giải thích tại sao từng trường hợp một.Bài giảia, b, d đều thuộc chu kỳ 4 vì có 4 lớp electron, c thuộc chu kì 5 vì có 5lớp electron.a. Nhóm VA vì có 5 electron ở lớp ngoài •cùng (hoặc sự điền electronkết thúc ở np3).b. Nhóm HB vì có hai phân lớp electron ngoài cùng là (n-l)d10ns2.c. Nhóm HA vì sự điền electron kết thúc ở ns2.d. Nhóm VIIIB vì có hai phân lớp electron ngoài cùng là (n-l)d8ns2.2.2. Trong các cấu hình electron nguyên tử sau, cấu hình nào thuộc nguyêntố s, p, d hay f? Nguyên tử của nguyên tố nào là chuyển tiếp d, chuyểntiếp f, thuộc họ lantan, họ actini? Giải thích vì sao.a /l s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s*b. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2.c. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p’.d. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3dI04s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5Í6 6s2 6p6 7s2.e. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p6 4d10 4f 5s2 5p* 6s2.Bài giảia. Nguyên tố s vì sự điền electron cuối cùng (theo quy tắc Kleckopxki)kết thúc ở ns1.b. Nguyên tố d vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở (n-l)d.Đây là nguyên tử của nguyên tố chuyển tiếp d.c. Nguyên tố p vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở np.d. Nguyên tố f vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở (n-2)f.Đây là nguyên tử của nguyên tố chuyển tiếp f thuộc họ actini.3. Nguyên tố f vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở (n-2)f. Đây lànguyên tố chuyển tiếp f, thuộc họ lantan.2.3. a. Tính bán kính cộng hóa trị của F, bán kính kim loại của Au, bán kínhcủa ion Na+, biết rằng khoảng cách giữa hai nguyên tử F trong phân tử16F2 là 0,142nm, giữa hai nguyên tử Au gần nhau nhất trong tinh thể Aulà 0,288nm, giữa hai ion dương và âm gần nhau nhất trong tinh thểNaCl là 0,281 nm và bán kính của ion c r là 0,181 nm.b. Khoảng cách giữa hai nguyên tử N trong phân tử N2 là 0,Í097nm. Nửakhoảng cách trên có phải là bán kính cộng hóa trị của nitơ không?Đ.s. a. rF = 0,071nm; rAu = 0,144nm, rNa, =0,100nm.b. Không phải vì liên kết giữa hai nguyên tử trong N2 là liên kết ba.Bán kính cộng hóa trị được tính chỉ khi là liên kết đơn.2.4.a. Viết cấu hình electron của nguyên tử Fe(Z = 26) và các ion Fe2+, Fe3+dưới dạng chữ và dạng ô lượng tử. So sánh bán kính giữa chúng.b. Viết cấu hình electron của nguyên tử As(Z = 33) và ion As3“ dưới dạngchữ và dạng ô lượng tử. So sánh bán kính giữa chúng.Đ.s. a) Fe:ls2 2s22p6ttls2 2s:3s23p6tt mTtí2p63d6"ị2p(3s2ỉtỉ3d6ti"ils2 2s"ỉ3p63s24s2ỉ3p63d5tttrFe > rFe- > rFeb)As:tils2 2s22p63s23p63d10t4s2 4pxAs3":Với As : X = 3; Với As3": X = 6; rAs 2.5. Tính năng lượng tạo thành một phân tử ion KC1 ở thể khí và trạng tháicơ bản từ nguyên tử K và nguyên tử C1 đều ở trạng thái khí, cơ bản,2- BTH^ĐẠI CƯƠNG17biết rằng nãng lượng ion hóa thứ nhất của K là Ij = 419 k J . m o l n ă n glượng gắn kết electron của C1 là Aj = -348 k l.m o ĩ1, lực tĩnh điện giữahai ion là - k — với k = 9.109, e = l,6.10"19c , r là khoảng cách giữa hairion dương và âm trong phân tử r = 2,67.10"l0m, số Avogadro là 6.1023.Bài giảiK(k, cb) + C1 (k, cb) -» KC1 (k, cb) gồm các quá trình sau:K(k, cb) - le -> K (k, cb), Ij = 4 1 9 .103: 6 . io 23 = 6,98 . 10"19J.C1 (k, cb) + le -» Cl" (k, cb), Aj = - 3 4 8 . 103 : 6 . 1023 = -5 ,8 0 .10"19J.K+(k, cb) + cr(k, cb)KC1 (k, cb),•E = -9 .1 0 9 a --6-" 1-- 1^ - = -8,63.10~19J .2,67.10~10Năng lượng của quá trình:K(k, cb) + a (k, cb) -> K a (k, cb), Ij + Aj + E = -7 ,4 5 .1 0 19J.2.6. Tính độ điện âm của F và C1 theo Mulliken, biết rằng Ij(F) =1681;I, (Cl) = 1255, Aị (F) = -333 và A j(a ) = -348 u .m o l"1.Bài giải1681 + 333+ 0,17 =4,07-, Xa = 3,28X f~5162.7. a. Xác định cộng hóa trị và số oxi hóa của H và o trong các phân tử sau:HOCl, H20 2, GaH2, OF2.b. Xác định số oxi hóa của Cr, N và o trong các phân tử và ion sau:K3 , Cr = +3; Cr20 72", Cr = +6; NH4N 03, N(NH4+) = -3,N(N03") = +5; K20 4, O = - - ; KO, ; O = - 2.8. Một vài phân lớp électron ngoài cùng của một số nguyên tử như sau:A: 4d5 5s2 ; X: 5s2 5p5 ; Z: 4p65s2.Hỏi A, X, z thuộc nhóm A, nhóm B nào, là kim loại hay phi kim,cation hay anion nào dễ được tạo thành nhất, số oxi hóa cao nhất và sốoxi hóa thấp nhất có giá trị âm (nếu có)?Đ.s. A: Nhóm VIIB, là kim loại, số oxi hóa cao nhất +7.X: nhóm VII A, là phi kim, số oxi hóa cao nhất +7, số oxi hóa thấpnhất -1. Anion dễ tạo thành nhất X".Z: nhóm II A, là kim loại, số oxi hóa cao nhất +2, cation dễ tạo thànhnhất z2+.2.9. Ion x 3+ có phân lớp electron ngoài cùng là 3d<:a. Viết cấu hình electron của nguyên tử X và ion x 3+.b. Electron 3d" có thể ứng với những giá trị nào của 4 số lượng tử?Đ.s.a.X:ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2x 3+: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d‘b. Electron 3d* : n = 3, / = 2, ms có thể = + — hoăc, m có thể:+1+22.10. Xác định số thứ tự z, chu kì, nhóm A, B của nguyên tố X mà nguyêntử của nó có 3 electron 3d. Viết công thức phân tử oxit của X trong đóX có số oxi hóa cao nhất. Viết cấu hình electron của nguyên tử z cócùng số oxi hóa cao nhất giống X và cùng chu kì với X.19Đ.s. X: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2: chu kì 4, nhóm VB, x205.Z: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3.2.11. Hai nguyên tố A và X đều ở chu kỳ 4, đều tạo được oxit trong đó A vàX đều có số oxi hóa lớn nhất bằng +7. Chỉ có X tạo được hợp chất khívới-hiđro. Viết cấu hình electron nguyên tử của A và X.Đ.s. A: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2X: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5.20