Chuyên đề luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học Lớp 12: Cấu trúc tinh thể

Nội dung text: Chuyên đề luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học Lớp 12: Cấu trúc tinh thể

1. CÁÚU TRUÏC TINH THÃØ I. Mäüt säú khaïi niãûm: 1) Tinh thãø: Tinh thãø laì nhæîng cháút coï sæû sàõp xãúp tuáön hoaìn, âãöu âàûn caïc yãúu täú cáúu taûo (caïc nguyãn tæí, caïc ion, caïc phán tæí) dáùn âãún sæû täön taûi caïc màût vaì caïc goïc xaïc âënh giæîa caïc màût âoï. 2) Trong tinh thãø, caïc haût (nguyãn tæí , phán tæí hay ion) sàõp xãúp xêt nhau. Khi biãøu diãùn cáúu taûo cuía tinh thãø, âãø cho âån giaín, ngæåìi ta duìng caïc âiãøm âãø chè vë trê cuía caïc haût âoï. Nhæîng âiãøm naìy âæåüc näúi våïi nhau bàòng nhæîng âoaûn thàóng. Táûp håüp caïc âiãøm vaì caïc âoaûn thàóng âæåüc goüi laì maûng læåïi tinh thãø. Caïc âoaûn thàóng âæåüc goüi laì caïc âæåìng maûng læåïi vaì caïc âiãøm goüi laì nuït maûng læåïi. 3) Ä maûng âån vë: Mäüt hçnh khäúi khäng gian nhoí nháút coï âäúi xæïng cao nháút, coï säú goïc vuäng nhiãöu nháút, coï thãø têch beï nháút âæåüc goüi laì ä maûng âån vë. Ä maûng âån vë âæåüc goüi laì tãú baìo âån vë (hay ä maûng cå såí, tãú baìo cå såí). hoàûc phán tæí hoàûc ion goüi laì säú phäúi trê. II. Tinh thãø ion: II.1. Mä hçnh ion vaì sæû hçnh thaình tinh thãø ion: -Håüp cháút âæåüc taûo thaình tæì nhæîng cation vaì anion hçnh cáöu coï baïn kênh xaïc âënh. - Læûc tæång taïc giæîa caïc ion laì læûc tæång taïc ténh âiãûn Coulomb khäng âënh hæåïng. II.2. Nàng læåüng maûng læåïi: 1) Nàng læåüng maûng læåïi (Uml): Nàng læåüng maûng læåïi cuía mäüt håüp cháút ion kãút tinh laì nàng læåüng âæåüc giaíi phoïng trong quaï trçnh hçnh thaình mäüt mol phán tæí tinh thãø tæì nhæîng ion cä láûp åí traûng thaïi cå baín. VD: Nàng læåüng maûng læåïi cuía NaCl laì Uml = -183 kcal/mol. Vãö säú trë, nàng læåüng maûng læåïi bàòng nàng læåüng cáön thiãút âãø phaï våî 1 mol phán tæí tinh thãø ion nhæîng ion riãng biãût åí traûng thaïi cå baín. Læûc huït ténh âiãûn giæîa caïc ion traïi dáúu låïn nãn tinh thãø ion ráút bãön væîng. Caïc håüp cháút ion âãöu khaï ràõn, khoï bay håi, khoï noïng chaíy. 2) Chu trçnh Born - Haber: Sæû xaïc âënh træûc tiãúp nàng læåüng maûng læåïi bàòng thæûc nghiãûm gàûp nhiãöu khoï khàn. Tuy nhiãn, ngæåìi ta coï thãø liãn hãû nàng læåüng maûng læåïi våïi caïc daûng nàng læåüng khaïc (coï thãø xaïc âënh bàòng thæûc nghiãûm) bàòng mäüt chu trçnh goüi laì chu trçnh Born - Haber do Born vaì Haber âæa ra nàm 1919. Láúy NaCl laìm vê duû: + - Na (h) + Cl (h) Uml INa ECl NaCl(tt) Na(h) Cl(h) SNa 1/2DCl2 + HNaCl Na(tt) 1/2 Cl2 (h) 1
2. trong âoï: SNa : nàng læåüng thàng hoa cuía Na (dáúu +) INa : nàng læåüng ion hoïa Na (dáúu +) DCl2 : nàng læåüng phán ly Cl2 (dáúu dæång) ECl : aïi læûc electron cuía Cl2 (dáúu -) HNaCl :Nhiãût taûo thaình NaCl tinh thãø . Theo âënh luáût baío toaìn nàng læåüng ta coï: HNaCl = SNa + INa + 1/2DCl2 + ECl + Uml Uml = HNaCl - SNa - INa - 1/2DCl2 - ECl II.3. Cáúu truïc cuía mäüt säú tinh thãø ion: 1) Tinh thãø CsCl: Mäùi loaûi ion Cs+ hoàûc Cl- taûo thaình mäüt maûng læåïi láûp phæång âån giaín. 8 ion cuìng loaûi taûo thaình mäüt tãú baìo cå såí. Mäùi ion âæåüc bao quanh båíi 8 ion khaïc dáúu. Nhæ váûy säú phäúi trê laì 8. Vç mäùi ion åí âènh thuäüc 8 tãú baìo cå såí nãn æïng våïi mäùi tãú baìo cå såí coï : 8.1/8=1 ion Cs+ cuîng nhæ 1 ion Cl-. Mäüt säú håüp cháút khaïc cuîng coï maûng tinh thãø nhæ CsCl laì: CsBr, CsI, TlCl, TlBr, TlI, NH4Cl vaì caïc håüp kim Cu - Pd, Li - Hg, Be - Cu, Al - Ni 2) Tinh thãø NaCl: Mäùi loaûi ion taûo thaình maûng læåïi láûp phæång màût tám. ÅÍ 8 âènh cuía tãú baìo cå såí laì 8 ion cuìng loaûi. Mäùi ion âæåüc bao quanh båíi 6 ion khaïc dáúu gáön nháút. Nhæ váûy säú phäúi trê laì 6. 2
3. Vç mäùi ion åí âènh thuäüc chung cho 8 tãú baìo cå såí vaì mäùi ion nàòm åí tám mäùi màût thuäüc 2 tãú baìo cå såí nãn æïng våïi mäùi tãú baìo cå såí coï: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 ion cuìng loaûi. Mäüt säú håüp cháút khaïc cuîng coï maûng tinh thãø nhæ NaCl laì: NaF, KCl, CaO, MgO, FeO III.Cáúu truïc maûng tinh thãø kim loaûi: * Tinh thãø kim loaûi âæåüc taûo thaình nhåì liãn kãút kim loaûi (caïc electron låïp ngoaìi cuìng cuía nguyãn tæí kim loaûi taïch ra khoíi nguyãn tæí, biãún nguyãn tæí thaình ion dæång, vaì chuyãøn âäüng tæång âäúi tæû do trong máøu kim loaûi. Chênh nhåì chuyãøn âäüng tæû do âoï, caïc electron tråí thaình chung cho caïc nguyãn tæí kim loaûi vaì kãút dênh caïc ion dæång våïi nhau trong máøu kim loaûi).Læûc liãn kãút trong kim loaûi khäng coï tênh cháút âënh hæåïng. Liãn kãút kim loaûi khaï væîng chàõc nãn caïc kim loaûi âãöu khoï noïng chaíy, khoï bay håi. * Mäüt säú daûng tinh thãø cuía kim loaûi : 1) Cáúu truïc láûp phæång tám khäúi Caïc kim loaûi kiãöm, Ba, W, Cr, Fe, V coï cáúu truïc naìy. Säú phäúi trê laì 8 vaì säú nguyãn tæí kim loaûi trong mäüt tãú baìo cå såí laì 2. Caïc nguyãn tæí kim loaûi chiãúm khoaíng 68% thãø têch tinh thãø . 2) Cáúu truïc láûp phæång tám diãûn Caïc kim loaûi Ni, Cu, Ag, Au, Al, Ca coï cáúu truïc naìy. Säú phäúi trê laì 12 vaì säú nguyãn tæí kim loaûi trong mäüt tãú baìo cå såí laì 4 Caïc nguyãn tæí kim loaûi chiãúm khoaíng 74% thãø têch tinh thãø . 3) Cáúu truïc saïu phæång âàûc khêt Caïc kim loaûi Zn, Be, Mg, Cd, Co, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf coï cáúu truïc naìy. Säú phäúi trê laì 12 vaì säú nguyãn tæí kim loaûi trong mäüt tãú baìo cå såí laì 2. Caïc nguyãn tæí kim loaûi chiãúm khoaíng 74% thãø têch tinh thãø . 3
4. IV. Cáúu truïc tinh thãø nguyãn tæí Trong maûng tinh thãø naìy, âån vë cáúu truïc laì caïc nguyãn tæí . Liãn kãút trong maûng tinh thãø nguyãn tæí laì liãn kãút cäüng hoïa trë âënh hæåïng. Læûc liãn kãút cäüng hoïa trë låïn nãn caïc tinh thãø nguyãn tæí khaï cæïng, khoï noïng chaíy, khoï bay håi. VD: Cáúu truïc tinh thãø kim cæång vaì than chç. V. Cáúu truïc tinh thãø phán tæí Trong tinh thãø phán tæí , maûng læåïi khäng gian âæåüc taûo thaình båíi caïc phán tæí . Læûc liãn kãút giæîa caïc phán tæí trong tinh thãø laì læûc Van Der Waal. Læûc liãn kãút Van Der Waal laì læû liãn kãút yãúu nãn tinh thãø phán tæí coï nàng læåüng maûng læåïi nhoí, Do âoï caïc tinh thãø phán tæí dãù noïng chaíy, mãöm. VD: Tinh thãø phán tæí CO2 ràõn. 4
5. BAÌI TÁÛP TINH THÃØ Baìi 1: a) Haîy veî så âäö cáúu truïc cuía maûng læåïi tinh thãø CsCl. b) Mäùi tãú baìo så âàóng coï máúy ion Cs+ vaì máúy ion Cl-? c) Haîy tênh khäúi læåüng cuía mäùi tãú baìo ( Cs=132,905; Cl=35,453 ). Baìi 2: KBr kãút tinh trong maûng læåïi giäúng nhæ maûng læåïi NaCl. a) Haîy veî så âäö cáúu truïc cuía mäüt tãú baìo så âàóng KBr. b) Mäüt tãú baìo så âàóng coï máúy ion K+ vaì máúy ion Br-? c) Haîy tênh khäúi læåüng riãng cuía KBr. Cho biãút caûnh cuía tãú baìo så âàóng a=6,56A; K=39,098; Br=79,904. Baìi 3: Tênh âäü daìi caûnh a cuía ä maûng cå såí cuía tinh thãø NaCl. Biãút khäúi læåüng riãng cuía NaCl bàòng 2,163 g/cm3; Na=22,99; Cl=35,453. Baìi 4: Tênh baïn kênh ion Cs+ våïi giaí thiãút laì trong tinh thãø CsCl, caïc ion tiãúp xuïc nhau doüc theo âæåìng cheïo cuía ä maûng cå såí. Biãút baïn kênh ion Cl- 1,81A vaì âäü daìi caûnh ä maûng cå såí CsCl bàòng 4,121A. Baìi 5: ÅÍ 180C, khäúi læåüng riãng cuía KCl bàòng 1,9893 g/cm3, âäü daìi caûnh ä maûng cå såí (xaïc âënh bàòng thæûc nghiãûm) laì 6,29082A. Duìng nhæîng giaï trë cuía caïc nguyãn tæí læåüng âãø tênh säú Avogadro.( K=39,098; Cl=35,453 ). Baìi 6 : a) Cho biãút cáúu truïc cuía tinh thãø âäöng laì láûp phæång tám diãûn. Haîy mä taí cáúu truïc cuía mäüt tãú baìo så âàóng bàòng hçnh veî. b) Haîy cho biãút säú nguyãn tæí Cu æïng våïi mäüt tãú baìo så âàóng. c) Haîy tênh khäúi læåüng cuía mäùi tãú baìo så âàóng . (cho Cu = 63,54). Baìi 7 : Vonfram taûo ra caïc tinh thãø láûp phæång tám khäúi. Khäúi læåüng riãng cuía W laì 19,3g/cm3. a) Haîy tênh âäü daìi ä maûng cå såí. (W = 183,8). b) Tênh khoaíng caïch ngàõn nháút tæì mäüt nguyãn tæí W âãún mäüt nguyãn tæí laïng riãöng gáön nháút. Mäùi nguyãn tæí W bao quanh båíi bao nhiãu nguyãn tæí nhæ váûy, säú phäúi trê cuía W laì bao nhiãu ? Baìi 8 : Kim loaûi Paladi kãút tinh trong maûng læåïi láûp phæång tám diãûn. Caûnh cuía tãú baìo så âàóng a = 3,88A åí 200C. a) Haîy veî cáúu truïc cuía tãú baìo så âàóng. b) Cho biãút säú nguyãn tæí Pd trong mäüt tãú baìo så âàóng. c) Tênh khoaíng caïch ngàõn nháút giæîa 2 nguyãn tæí Pd. d) Coï bao nhiãu nguyãn tæí laïng giãöng gáön nháút (coï khoaíng caïch bàòng khoaíng caïch ngàõn nháút trãn) bao quanh mäüt nguyãn tæí âaî cho. e) Tênh khäúi læåüng riãng cuía Pd (Pd = 106,4). Baìi 9 : a) Haîy veî så âäö mä taí cáúu truïc cuía mäüt tãú baìo så âàóng cuía kim cæång. b) Caûnh cuía tãú baìo a =3,5A . Haîy tênh khoaíng caïch giæîa mäüt nguyãn tæí C vaì mäüt nguyãn tæí C laïng giãöng gáön nháút. c) Mäùi nguyãn tæí C nhæ váûy âæåüc bao quanh båíi máúy nguyãn tæí åí khoaíng caïch âoï . d) Haîy tênh säú nguyãn tæí C trong mäüt tãú baìo så âàóng vaì khäúi læåüng riãng cuía kim cæång. (C=12.011). Baìi 10: Cho thäng säú tinh thãø cuïa caïc tãú baìo láûp phæång cuía 2 cáúu truïc tinh thãø cuía sàõt: a = 0,286 nm âäúi våïi sàõt (hãû láûp phæång tám khäúi) a = 0,356 nm âäúi våïi sàõt  (hãû láûp phæång tám màût) Tênh baïn kênh nguyãn tæí sàõt trong mäùi loaûi cáúu truïc. Tênh tè troüng cuía sàõt trong mäùi loaûi cáúu truïc. Cho Fe = 55,8 g/mol. 5