Tính năng lượng ion hoá của Li2+

"GIÁO TRÌNH HÓA ĐẠI CƯƠNG (CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẤU TẠO CHẤT & LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC) NGUYỄN VĂN ĐÁNG ĐHSP ĐÀ NẴNG 2011" LINK DOCS.GOOGLE: https:...

Câu 3: Người ta qui ước trị số năng lượng electron trong nguyên tử có dấu âm (-). Electron (e)trong He+ khi chuyển động trên một lớp xác định, e có một trị số năng lượng tương ứng, đó là nănglượng của một mức. Có 3 trị số năng lượng (theo đơn vị eV) của hệ He+ là -13,6; -54,4; -6,04.a. Chỉ ra trị năng lượng mức 1; 2; 3 từ 3 trị số trên. Sự sắp xếp đó dựa vào căn cứ nào về cấutạo nguyên tử.b. Từ trị số nào trong 3 trị trên ta có thể xác định được một trị năng lượng ion hoá của heli?Hãy trình bày.Hướng dẫna. Trong He+ có 1 electron nên nó chỉ chịu tác dụng của lực hút hạt nhân. Electron này chuyểnđộng ở lớp càng gần hạt nhân càng chịu tác dụng mạnh của lực hút đó, năng lượng của nó càng âm.Khi chuyển động ở lớp thứ nhất, cấu hình 1s 1, electron này có năng lượng thấp nhất hay âmnhất, là -54,4 eV. Đó là mức thứ nhất (số lượng tử chính n = 1).Khi bị kích thich lên lớp thứ hai, chẳng hạn ứng với cấu hình 2s 1, electron này có năng lượngcao hơn, là -13,6 eV. Đó là mức thứ hai (số lượng tử chính n = 2).Khi bị kích thich lên lớp thứ ba, chẳng hạn ứng với cấu hình 3s1, electron này có năng lượngcao hơn nữa, là -6,04 eV. Đó là mức thứ ba (số lượng tử chính n = 3).Khi electron có năng lượng ở mức thấp nhất, mức thứ nhất (số lượng tử chính n = 1) với trịsố -54,4 eV, hệ He+ ở trạng thái cơ bản. Với hai trị năng lượng còn lại, -13,6 eV và - 6,04 eV, He +đều ở trạng thái kích thích.b. Theo định nghĩa, năng lượng ion hoá I bằng trị số tuyệt đối năng lượng cuả 1 electron tươngứng ở trạng thái cơ bản. Với hệ He+:He+ (1s1) - eHe2+ ; I2 = 54,4 eVCâu 4: Kết quả tính Hố học lượng tử cho biết ion Li2+ có năng lượng electron ở các mức En (n làsố lượng tử chính) như sau: E1 = -122,400eV; E2 = -30,600eV; E3 = -13,600eV; E4 = -7,650eV.a. Tính các giá trị năng lượng trên theo kJ/mol (có trình bày chi tiết đơn vị tính).b. Hãy giải thích sự tăng dần năng lượng từ E1 đến E4 của ion Li2+.c. Tính năng lượng ion hố của ion Li2+ (theo eV) và giải thích.Hướng dẫna.1eV = 1,602.10 19J x 6,022.1023 mol-1 x 10-3kJ/J = 96,472kJ/mol. Vậy:E1 = -122,400eV x 96,472 kJ/mol.eV= 11808,173 kJ/molE2 = -30,600 eVx 96,472 kJ/mol.eV = -2952,043 kJ/molE3 = -13,600eV x 96,472 kJ/mol.eV = -1312,019 kJ/molE4 = -7,650eV x 96,472 kJ/mol.eV = -738,011 kJ/mol.b. Quy luật liên hệ: Khi Z là hằng số, n càng tăng, năng lượng E n tương ứng càng cao(càng lớn). Giải thích: n càng tăng, số lớp electron càng tăng, electron càng ở lớp xa hạt nhân, lựchút hạt nhân tác dụng lên electron đó càng yếu, năng lượng E n tương ứng càng cao (càng lớn),electron càng kém bền.c.Sự ion hoá của Li2+: Li2+ → Li3+ + eCấu hình electron của Li2+ ở trạng thái cơ bản là 1s1. Vậy I3 = - (E1) = +122,400 eV→ I3 = 122,400 eV. DẠNG 2: HIỆU ỨNG CHẮNCâu 5: Cho biết nguyên tử bari (Ba) có số hiệu nguyên tử Z = 56.a. Viết cấu hình electron của nguyên tử Ba ở trạng thái cơ bản.b. Sử dụng quy tắc Slater về hiệu ứng chắn, tính hằng số chắn của các electron hóa trị và điệntích hiệu dụng tương ứng.c. Xác định năng lượng obital của electron hóa trị và tính năng lượng ion hóa tạo ra ion Ba2+.Hướng dẫna. Ba (Z = 56): 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s2b. σ6s = 46.1 + 8.0,85 + 0,35 = 53,15 → Z6s* = 56 – 53,15 = 2,85ε = -13,6.c.6s 2,85  = -6,26 (eV)24,2Ei  EBa - EBa = 0.ε6s - 2.ε6s = 12,52 (eV)2+Ta thấy Ba và Ba2+ chỉ khác nhau về số electron hóa trị:Câu 6: Hãy tính năng lượng điện tử trong ion He+.a. Áp dụng quy tắc Slater hãy tính năng lượng của 2 điện tử trong nguyên tử He (ở trạng tháicơ bản).b. Từ kết quả thu được tính năng lượng ion hóa thứ nhất của He.a. 13, 6(Z* )2 He có cấu hình 1s2, E*b.*He+ có cấu hình 1s1,E HeQ trình ionhóa: 13, 6  2  0, 32   78, 6eV 2 2Hen*2213, 6Zn2He  He 1e  1 IHướng dẫn*He21 213, 6 254, 4eV21* E H (54, 4)  (78, 6)  24, 2eVeCâu 7: Áp dụng biểu thức gần đúng Slater, hãy tính (eV)a. Năng lượng của các electron phân lớp, lớp và toàn nguyên tử oxi (Z = 8).b. Các giá trị năng lượng ion hóa có thể có của oxi.Hướng dẫna. Tính năng lượng e của oxy (Z = 8)  1s22s22p4.*E(1s2) = -13,6.(8,0 – 0,3)2.2 = -1312,688 eV*E(2s2) = -140,777 eVE(2p4) = -281,554 eVVậy năng lượng electron toàn nguyên tử sẽ là: E = -2035,619 eVb. Tính năng lượng ion hóaTheo định nghĩa: I = - E (E là năng lượng 1 electron ở trạng thái cơ bản)Mà I = -E = - EM( k 1)  E k M  E k  M E ( k 1) M eVk: số e còn lại ở n hạt và cũng chỉ thứ tự e nếu có Ik.I1I2I3I4I5I614,161 33,146 54,978 79,135 105,799 134,946I7742,288I8870,400 Câu 8: Có thể viết cấu hình electron của Co2+ (Z = 27) là:Cách 1: 1s22s22p63s23p63d7 và cách 2: 1s22s22p63s23p63d54s2Áp dụng phương pháp gần đúng Slater, tính năng lượng electron của Co2+ với mỗi cách viết trên(theo eV). Cách viết nào phù hợp với thực tế? Vì sao?Hướng dẫnCách 1: 1s22s22p63s23p63d72(27  0, 3)ɛ1s = 13, 6.= – 9695,304 eV21(27  0,85.2  0,35.7)213, 6.ɛ2s, 2p == – 1775,217 eV22(27 1.2  0,85.8  0,35.7)2ɛ3s, 3p = 13, 6.ɛ3d =(27 1.180,35.6)213, 6.32= – 374,850 eV= – 71,944 eV23 E1 = 2ɛ1s + 8ɛ2s, 2p + 8ɛ3s, 3p + 7ɛ3d = – 37094,752 eVCách 2: 1s22s22p63s23p63d54s2ɛ1s = – 9695,304 eVɛ2s, 2p = – 1775,217 eVɛ3s, 3p = – 374,850 eV(27 1.18  0,35.4)2ɛ3d = 13, 6.= – 87,282 eV232(27 1.10  0,85.13  0, 35.1)ɛ4s = 13, 6.= – 31,154 eV23, 7 E1 = 2ɛ1s + 8ɛ2s, 2p + 8ɛ3s, 3p + 5ɛ3d + 2ɛ4s = – 37089,862 eV* E1 thấp hơn E2, nên cách 1 ứng với trạng thái bền hơn. Kết quả thu được phù hợp với thực tế là ởtrạng thái cơ bản ion Co2+ có cấu hình electron [Ar]3d7. DẠNG 3: HẠT TRONG HỘP THẾCâu 9: Chuyển động của electron π dọc theo mạch cacbon của hệ liên hợp mạch hở được coi làchuyển động tự do của vi hạt trong hộp thế một chiều. Năng lượng của vi hạt trong hộp thế mộtchiều được tính theo hệ thứch nEn = 2 2 , trong đó n= 1,2,3...; h là hằng số Planck; m là khối lượng8mlcủa electron, m= 9,1.10-31 kg; a là chiều dài hộp thế. Đối với hệ liên hợp, a là chiều dài mạch cacbonvà được tính theo công thức: a= (N+1).ℓC-C , ở đây N là số nguyên tử C; ℓ C-C là độ dài trung bìnhcủa liên kết C-C. Ứng với mỗi mức năng lượng En nêu trên, người ta xác định được một obitanphân tử (viết tắt là MO-π) tương ứng, duy nhất. Sự phân bố electron π vào các MO-π cũng tuân theocác nguyên lý và quy tắc như sự phân bố electron vào các obitan của ngun tử. Sử dụng mơ hìnhvi hạt chuyển động tự do trong hộp thế một chiều cho hệ electron π của phân tử liên hợp mạch hởOctatetraen, hãy:a. Tính các giá trị năng lượng En (n= 1÷5) theo J. Biểu diễn sự phân bố các electron π trên cácMO-π của giản đồ các mức năng lượng và tính tổng năng lượng của các electron π thuộcOctatetraen theo kJ/mol. Cho biết phân tử Octatetraen có ℓC-C = 1,4Å.b. Xác định số sóng ν (cm-1) của ánh sáng cần thiết để kích thích 1 electron từ mức năng lượngcao nhất có electron (HOMO) lên mức năng lượng thấp nhất khơng có electron (LUMO).Hướng dẫna. Tính các giá trị năng lượng En (n = 1÷5):E1 = 3,797.10-20 JE2 = 22. 3,797.10-20 = 15,188.10-20 JE3 = 32.3,797.10-20 = 34,173.10-20 JE = 42. 3,797.10-20 = 60,752.10-20 J4E5 = 52. 3,797.10-20 = 94,925.10-20 J.Octatetraen có 8 electron π được phân bố trên 4MO-π đầu tiên, từ n =1÷ 4 (hình vẽ) nên năng lượng)E tổng = 2(E1 + E2+ E3 + E4 = 2.(3,797+ 15,188 + 34,173 + 60,752).10-20= 227,820.10-20 J = 1371,932 kJ/mol.b. Mức năng lượng của HOMO có n = 4, mức năng lượng của LUMO có n = 5Để chuyển electron từ E4 lên E5 cần lượng tử năng lượng là: Câu 10: Mơ hình hạt chuyển động trong hộp thế cho phép tính năng lượng của các electron  trongmạch liên hợp. Xét một hiđrocacbon mạch thẳng liên hợp là trans-1,3,5-hexatrien:trans-1,3,5-hexatrien2 2En  n h 28m eLNăng lượng của các electron  được cho bởi phươngtrình:(1)Trong đó n là số lượng tử và có các giá trị từ 1 đến ∞, h là hằng số Planck (J∙s), me là khốilượng của electron (kg) và L là chiều dài của hộp (m). Etylen có L = 289 pm và hexatrien cóL = 867 pm, h = 6,626 10-34 J.s; me = 9,11 10-31 kg.a. Hãy xác định:- Hai mức năng lượng đầu tiên của electron  trong etylen;- Bốn mức năng lượng đầu tiên của electron  trong 1,3,5-hexatrien.b. Với mỗi chất trên hãy điền electron  vào các mức năng lượng ở trạng thái cơ bản. Xác địnhgiá trị của n của HOMO của mỗi chất.c. Hãy tính bước sóng của ánh sáng có thể kích thích electron  từ HOMO lên LUMO đối vớimỗi chất trên.d. Phân tử gây ra màu da cam của củ cà rốt là -caroten.- Sử dụng mơ hình hạt chuyển động trong hộp hãy tính hiệu mức năng lượng giữa HOMO vàLUMO. Biết -caroten có L = 1850 pm.- Sử dụng giá trị năng lượng tính được ở trên hãy tính bước sóng cực đại bị hấp thụ bởi -caroten.Hướng dẫna.Đối vớietylen:(6,626 10n2h2En e34J.s)2312128m L 8 9,1110 kg  (289 10 m)(Đổi đơn vị 1 J = 1 kg.m2.s-2)E1  7,2131019 12  7,2131019(J )=>22n 7,2131019 2n (J )E2  7,2131025  22  2,8851018(J )n2h2Đối với 1,3,5hexatrien:En e(6,626 10E1J.s)22128m L2 8 9,1110 31kg  (867 10n=>34E 2 E3 E4m)2 8,0141020 2n (J )  8,014 1020 12   8,0141020  32  7,21019(J )8,0 1020(J )20182 8,014 10 20  22   8,01410  4 1,310 (J )3,2 10 19(J )b.n=4LUMOEn=3LUMOHOMOn=3HOMOn=2n=2n=1n=1C6H8C2H4c.* Đối vớietylen:hcE22h2h2 E2  E1  (2 1 ) 8m L2  3 8m L2e=>3123h23hhc2E28m L c7h21891,910m9 91,9nmJsh22 E4  E3  (4  3 )hc2m)  310 m.s348me L* Đối với 1,3,5hexatrien:123 6,626 102=>e8m L c 8  9,1110 kg  (289 10 e  hcn=4Eh278m8m L22L318  9,1110 kg  (867 10 e  7h12e28me L81m)  310 m.s347  6,626 10e2354 10m9 354 nmJsd.- Sử dụng mơ hình hạt chuyển động trong hộp hãy tính hiệu mức năng lượng giữa HOMO vàLUMO. Biết -caroten có L = 1850 pm.-caroten có 22 electron , do đó HOMO có n = 11, LUMO có n = 12.34 2h2h222(6,62610 )Có: E  E12  E11 (1211 )8m Le219 232 4,04810 J31122  238m L8 9,1110  (185010 m)e - Sử dụng giá trị năng lượng tính được ở trên hãy tính bước sóng cực đại bị hấp thụ bởi -caroten.hc348 491 109 m   E  6,626 10  310194,048 10491nm Câu 11: Benzen và coronen là những phân tử có hệ liên hợp  vòng.Đối với các phân tử có hệ liên hợp  vòng, các mức năng lượng của electron  được tínhEn theo phươngtrình:n2h2(2)8 meR22Trong trường hợp này, số lượng tử n là số nguyên có giá trị từ 0 đến  và R là bán kính củavòng tính theo mét. Biết rằng bán kính của vòng đối với benzen là 139 pm và đối với coronen là368 pm.a. Xem xét mức năng lượng của các electron  đối với benzen.b. Hãy vẽ giản đồ năng lượng tương tự đối với coronen, tính năng lượng của HOMO và LUMOc. Hãy tính hiệu mức năng lượng giữa HOMO và LUMO đối với benzen và coronen.d. Hãy cho biết benzen và coronen chất nào có màu bằng cách tính bước sóng hấp thụ cực đạiứng với bước chuyển electron từ HOMO lên LUMO.Hướng dẫna. Hãy vẽ giản đồ năng lượng của các obitan bị chiếm vàLUMO. Giản đồ năng lượng của các electron  của benzen:En= + 3n= + 2LUMOn= +1HOMOn=0C6H6Hãy tính năng lượng của HOMO vàLUMOEn =>n2h228 m Re342(6,626 102J.s)3122128  3,14  9,1110 kg  (139 10n192E0  3,16210  0  0 (J )19E1  3,162 1021  3,162 1019(J )E2  3,1621019  22 1,2651018 (J )m)2 3,1621019n2(J ) b. Tồn bộ phân tử coronen có 24 electron . Do đó giản đồ năng lượng của các electron  củacoronen như sau:LUMOn= + 7HOMOn= + 6n= + 5En= + 4n= + 3n= + 2n= +1n=0Có:=>coronen(6,626 10 34 J.s)2n2h2En e228 2m R2 208 3,14 9,1110 31kg  (368102E0  4,512 10  0  0(J )E  4,51210 20 12  4,51210 20(J )12m)20 2 4,51210n2n (J )120 2  1,80510 (J )20 3  4,06110 (J )20 4  7,219 10 (J )E 2 4,512 10E3 4,51210E4 4,512 101921921920 5  1,12810 (J20 62 1,62410 18(J )E5 4,512 10) E6  4,51210E7 4,51210220182 72  2,21110 18(J )1,26510E1Đối với benzen:E E2Đối vớicoronen:E  E7 E61819 3,1621019 9,48810 (J ) 2,2111018 1,624 1018  5,87 1019(J )hcCó:E Benzen:max  6,626 10 3109,488 10 19Coronen:max  6,626 10 19310 5,87 10hcmax => max  E348348209,5338,610 9 m 209,5nm10 9 m  338,6nm Vậy cả benzen và coronen đều không màu

Tải thêm tài liệu liên quan đến bài viết Tính năng lượng ion hoá của Li2+