Đang tải... (xem toàn văn)
Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio
Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com I. ĐẶT VẤN ĐỀ. Từ năm học 2008-2009 Bộ Giáo Dục và Đào tạo có mở thêm kì thi học sinh giỏi “Giải toán hóa học trên máy tính Casio - máy tính cầm tay”. Đây là một sân chơi trí tuệ đòi hỏi các thí sinh không chỉ nắm vững về kiến thức hóa học mà còn phải thành thạo các thao tác, nắm rõ các chức năng của máy tính, kỹ năng bấm máy tính để giải ra kết quả nhanh và chính xác . Kì thi học sinh giỏi giải toán hóa học trên máy tính cầm tay có nội dung thi trọng tâm là các bài tập có liên quan đến các phép tính như: cộng, trừ, nhân, chia cơ bản, phép tính hàm lượng phần trăm, phép tính cộng trừ các phân số, phép tính bình phương, số mũ, khai căn, phép tính logarit(log, ln) , đối logarit, Giải phương trình bậc nhất một ẩn, bậc hai, bậc ba một ẩn, Giải hệ hai phương trình bậc nhất một ẩn, Giải hệ ba phương trình bậc nhất một ẩn…Qua tham khảo đề thi học sinh giỏi Casio các tỉnh, khu vực và qua quá trình giảng dạy tôi thấy dạng bài tập liên quan đến mạng tinh thể là một trong những nội dung trọng tâm thường đề cập trong đề thi học sinh giỏi là “Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio”. Chính vì vậy tôi muốn đề cập tới một số bài tập liên quan đến mạng tinh thể dùng cho bồi dưỡng học sinh giỏi trên máy tính cầm tay. 1 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. 1. Cở sở lí luận. 1.1. Các khái niệm cơ bản. 1.1.1. Tinh thể Tinh thể là trạng thái tồn tại của vật chất, mà ở đó có sự phân bố tuần hoàn theo những quy luật nhất định tạo thành mạng lưới không gian đều đặn giữa các đơn vị cấu trúc (nguyên tử, phân tử, ion )Ví dụ: Tinh thể muối ăn có đơn vị cấu trúc Na + , Cl - . Tinh thể là dạng cấu trúc có trật tự cao nhất của sự sắp xếp vật chất, các vi hạt hầu như chỉ dao động quanh vị trí cân bằng. 1.1.2. Tính chất của tinh thể. Trong tinh thể các đơn vị cấu trúc được phân bố tuần hoàn theo những quy luật nhất định tạo thành mạng lưới không gian đều đặn. Tinh thể có nhiệt độ nóng chảy xác định và không đổi trong quá trình nóng chảy. Biểu lộ nhiều tính chất vật lý không giống nhau, đó là đặc điểm bất đẳng hướng về tính chất của chất rắn tinh thể. 1.1.3. Chất rắn vô định hình. Trong các chất vô định hình, các vi hạt không tự kết tinh thành những dạng tinh thể nhất định. Các chất rắn vô định hình như: thuỷ tinh, cao su 2 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Chúng có những tính chất ngược lại với tinh thể: không có nhiệt độ nóng chảy nhất định. 1.2. Mạng tinh thể 1.2.1. Khái niệm. Trong tinh thể các hạt được sắp xếp khít nhau, các hạt được biểu diễn bằng các điểm trên hình vẽ; giữa điểm này và điểm kia có khoảng cách nối với nhau bằng những đoạn thẳng. Tập hợp của các điểm và đoạn thẳng đó gọi là mạng lưới tinh thể. Có 4 dạng mạng tinh thể chính: - Mạng tinh thể nguyên tử: + Đơn vị cấu trúc là nguyên tử. + Liên kết cộng hoá trị định hướng. + Nhiệt độ nóng chảy cao. Ví dụ: Tinh thể kim cương có cấu trúc tứ diện đều, mỗi nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp 3 , là mạng không gian ba chiều điển hình, nhiệt độ nóng chảy là 3.550 o C. - Mạng tinh thể phân tử: + Các tiểu phân là phân tử liên kết với nhau bằng lực hút Vandevan. + Dễ nóng chảy, thăng hoa Ví dụ: SO 2 , I 2 ,naphatalen - Mạng tinh thể ion: + Mạng tạo thành từ những ion hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. 3 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com + Nhiệt độ nóng chảy cao, cứng, dễ vỡ khi tán. Ví dụ: NaCl, CsCl. - Mạng tinh thể kim loại: + Nút mạng là các ion dương, nguyên tử kim loại. + Liên kết bằng liên kết kim loại. Gồm có ba dạng: Lập phương tâm diện: Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương. Ví dụ: Ca, Ni, Cu Lập phương tâm khối: Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm của hình lập phơng. Ví dụ: Li, Na,K Lục phương: các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lục giác đứng và ba nguyên tử, ion nằm phía trong của hình lục giác. Ví dụ: Be, Mg, Sc, Zr 1.2.2. Thực trạng vấn đề. Theo phân phối chương trình trung học phổ thông nội dung liên quan đến mạng tinh thể được học trong tổng thời gian khoảng hơn một tiết, thời gian ôn tập phần này không có nhiều. Còn trong quá trình dạy và học chính khóa cũng như quá trình học bồi dưỡng 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 giải toán hóa học trên máy tính cầm tay thì đây lại là một trong những nội dung trọng tâm. Vì vậy giáo viên phải nghiên cứu, tìm tài liệu sách, báo, internet,… để sưu tầm bài tập về chuyên đề này. Trên thực tế 4 A B C D a D C A B E E a Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com 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 , báo, 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 lãnh đội dạy học sinh thi học sinh giỏi Casio nên tôi có sưu tầm được một số bài tập liên quan đến mạng tinh thể vì vậy tôi mạnh dạn gửi tới hội đồng khoa học ngành giáo dục, các đồng nghiệp giảng dạy một số bài tập liên quan đến mạng tinh thể mà tôi sưu tầm được trong quá trình ôn luyện đội tuyển. Để giúp cho học sinh dễ dàng hiểu và vận dụng làm được những bài tập về phần này thì theo tôi nên chia bài tập phần này thành 4 dạng sau đây: 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 → V mạng tt = a 3 . Số nguyên tử kim loại có trong 1 ô mạng cơ sở = 1 8 . 8 + 1 = 2 (nguyên tử) Các nguyên tử kim loại xếp sát nhau. 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: 5 D C A B E Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com V KL = 2 . 4 3 π 3 a 3 4 Vậy độ đặc khít của mạng tinh thể = Kl tt V V = 3 3 4 a 3 2. . 3 4 a π = 0,68 Hoặc: Độ đặc khít P = N. c tb V V = 2. 3 3 4 . R 3 a π với R = a 3 4 nên P = 3 3 4 a 3 2. . 3 4 a π = 0,68 (N : số nguyên tử trong có trong 1 ô mạng cơ sở tinh thể 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 = a 3 . Số nguyên tử kim loại có trong 1 ô mạng cơ sở = 1 8 . 8 + 1 2 . 6 = 4 (nguyên tử) Các nguyên tử kim loại xếp sát nhau. Xét theo đường chéo của mặt hình vuông: 6 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com 4R = a 2 → R = a 2 4 Thể tích choán chỗ của 4 nguyên tử kim loại: V KL = 4 . 4 3 π 3 a 2 4 Vậy độ đặc khít của mạng tinh thể = Kl tt V V = 3 3 4 a 2 4. . 3 4 a π = 0,74 Hoặc: Độ đặc khít P = N. c tb V V = 4. 3 3 4 . R 3 a π với R = a 2 4 nên P = 3 3 4 a 2 4. . 3 4 a π = 0,74 Ví dụ 3: Chứng minh độ đặc khít của mạng tinh thể lục phương là 0,74 7 A B C D a E Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Ví dụ 4: Tính độ đặc khít của mạng tinh thể natri clorua (NaCl) biết R + Na = 0,97A 0 = r, R − Cl = 1,81 A 0 = R Tinh thể có đối xứng lập phương nên trong cấu trúc NaCl (hình 6): Vì NaCl kết tinh dưới dạng lập phương ở hình vẽ nên 8 Na + Cl - Hình 2.6: Cấu trúc kiểu NaCl a Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Tổng ion Cl- = Cl - ở 8 đỉnh + Cl - ở 6 mặt =8 × 1 8 + 6 × 1 2 = 4 ion Cl - Tổng ion Na + =Na + ở giữa 12 cạnh = 12×1/4=4 ion Na + số phân tử CuCl 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: a NaCl = 2(r + R) = 2(0,97 + 1,81) = 5,56 A 0 * Độ đặc khít 667,0 56,5 )81,197,0( . 3 16 ] 3 4 3 4 .[4 3 33 3 33 = + = + = π ππ NaCl a Rr P DẠNG 2: TÍNH BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ, ION Ví dụ 1:Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Ca ở 20 0 C, biết tại nhiệt độ đó khối lượng riêng của Ca bằng 1,55 g/cm 3 . 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 1,55 = 25,858 cm 3 , một mol Ca chứa N A = 6,02 ×10 23 nguyên tử Ca Theo độ đặc khít, thể tích của 1 nguyên tử Ca = 23 25,858 0,74 6,02 10 × × = 3,18×10 − 23 cm 3 Từ V = 3 4 r 3 ×π 9 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com ⇒ Bán kính nguyên tử Ca = r = 3 3V 4π = 23 3 3 3,18 10 4 3,14 − × × × = 1,965 ×10 − 8 cm Ví dụ 2: Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Fe ở 20 0 C, biết tại nhiệt độ đó khối lượng riêng của Fe bằng 7,87 g/cm 3 . Giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Fe có hình cầu, có độ đặc khít là 68%. Cho nguyên tử khối của 55,85 = 40 ♣ Thể tích của 1 mol Fe = 55,85 7,87 = 7,097 cm 3 . một mol Fe chứa N A = 6,02 ×10 23 nguyên tử Fe Theo độ đặc khít, thể tích của 1 nguyên tử Fe = 23 7,097 0,68 6,02 10 × × = 0,8 ×10 − 23 cm 3 Từ V = 3 4 r 3 ×π =>Bán kính nguyên tử Fe = r = 3 3V 4π = 23 3 3 0,8 10 4 3,14 − × × × = 1,24 ×10 − 8 cm 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/cm 3 ; r Cl - = 1,84 Å ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Giải: 10 [...]... III KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Bồi dưỡng học sinh giỏi là một trong những công tác trọng tâm của giáo viên, trong đó bồi dưỡng học sinh giỏi giải toán hóa học trên máy tính cầm tay là một nội dung mới đòi hỏi giáo viên phải đầu tư nghiên cứu những nội dung mới Qua quá trình giảng dạy tôi thấy khi giáo viên nghiên cứu, đầu tư, tìm cách phân chia các dạng bài tập thích hợp học sinh sẽ dễ hiểu và vận dụng làm... 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... tôi , rất mong hội đồng khoa học ngành, các đồng nghiệp góp ý kiến để nội dung này có ý nghĩa thực tiễn trong công tác giảng dạy Mỗi một giáo viên đều có những điểm mạnh riêng và thường được thể hiện qua các sáng kiến kinh nghiệm, vì vậy theo tôi Sở Giáo dục và Đào tạo,hội đồng khoa học ngành nên phổ biến những sáng kiến kinh nghiệm đạt giải cao để các giáo viên có cơ hội học hỏi kinh nghiệm nhằm nâng... 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 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 A E tâm diện có AC = a 2 =4 rCu → a= 4 × 1, 28 = 3,62 (Å) 2 Số nguyên... 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 chặt 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: (Trích đề chọn HSGQG – 2004, bảng B Đề chính thức) Sắt monoxit FeO có cấu trúc mạng tinh thể lptd kiểu NaCl với hằng số mạng là a = 0,430 nm Tính khối... và khối lượng riêng của niken Bài 3: Một kim loại thuộc nhóm IVA có khối lượng riêng là 11,35 g/cm 3 kết tinh theo kiểu cấu trúc lptd với độ dài mỗi cạnh của ô cơ sở là 4,95A 0 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... 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? 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... 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 8 tử) Gọi a là độ dài cạnh của ô mạng cở sở 13 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com Khoảng cách ngắn nhất giữa các nguyên tử là trên đường chéo của hình lập phương nên AD=a 2 B A AC =a 3 =4rM => a=4R / B A E E a 3=... 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 A bên nên B B A E AC = a 2 =4rM => a=4.142/ 2 =404 a D pm E C D Mà D= C m = (4×M)/(6,023×1023×a3)... 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? 14 Liên hệ: Nguyễn Văn Hùng ĐT:0946734736; Mail: hungtetieu1978@gmail.com 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 . giỏi là Giải toán hóa học trên máy tính cầm tay casio . Chính vì vậy tôi muốn đề cập tới một số bài tập liên quan đến mạng tinh thể dùng cho bồi dưỡng học sinh giỏi trên máy tính cầm tay. 1 Liên. thức hóa học mà còn phải thành thạo các thao tác, nắm rõ các chức năng của máy tính, kỹ năng bấm máy tính để giải ra kết quả nhanh và chính xác . Kì thi học sinh giỏi giải toán hóa học trên máy tính. hungtetieu1978@gmail.com I. ĐẶT VẤN ĐỀ. Từ năm học 2008-2009 Bộ Giáo Dục và Đào tạo có mở thêm kì thi học sinh giỏi Giải toán hóa học trên máy tính Casio - máy tính cầm tay . Đây là một sân chơi trí tuệ