BÀI TẬP CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1. Những hạt và sinh ra trong sự phân rã phóng xạ là những hạt gì ?
2. Người ta đã biết bốn đồng vị bền của bari có các số khối 135, 136, 137 và 138. Tìm số proton
và số nơ tron trong hạt nhân của mỗi đồng vị.
3. Gọi tên những đồng vị của nguyên tố có số khối khác với nhau gấp rưỡi và hơn nữa.
4. Hạt nhân của một nguyên tố gồm có 81 proton và 122 nơ tron. Hỏi số thứ tự nguyên tử và khối
lượng nguyên tử áng chừng của nguyên tố đó. Biểu diễn đầy đủ nuclit đó bằng kí hiệu hóa
học, số thứ tự nguyên tử và số khối.
5. Tính khối lượng nguyên tử tương đối và trung bình của nguyên tố Silic, cho biết trong thiên
nhiên người ta phát hiện được hàm lượng các đồng vị của nó là: 92,28% 28Si; 4,67% 29Si và
3,05% 30Si(về khối lượng).
6. Tali thiên nhiên là hỗn hợp của các đồng vị
203
81
Tl và
205
81
Tl. Dựa vào khối lượng nguyên tử
tương đối của Tali thiên nhiên là 204,88, hãy tính thành phần đồng vị của Tali.
7. Tính khối lượng nguyên tử tương đối và trung bình của đồng, cho biết đồng thiên nhiên chứa
71,87% đồng vị 63Cu và 28,13% đồng vị 65Cu(về khối lượng).
8. Giải thích tại sao Agon có khối lượng nguyên tử 39,9, ở trong bảng tuần hoàn được xếp trước
Ka li có khối lượng nguyên tử Ar(K) = 39, 1 (Menđêlêep đã xếp đúng những nguyên tố này ở
trong bảng).
9. Viết cấu hình electron ở trạng thái cơ bản của những nguyên tố: C, Al, Fe, La.
10. Tại sao trong các họ lantanoit và actinoit có 14 nguyên tố ?
11. Viết cấu hình electron ở trạng thái cơ bản của các nguyên tử Crom và đồng. Tại sao trong
sách
giáo khoa người ta bàn đến "sự bất thường" trong cách sắp xếp electron trong hai nguyên từ
đó?
12. Tìm cấu hình electron của nguyên tử silic ở trạng thái cơ bản. Trong nguyên tử đó có bao
nhiêu cặp electron và chúng chiếm những obitan nào? Có bao nhiêu electron độc thân, chúng
chiếm những obitan nào?
13. Viết cấu hình electron của nguyên tử silic ở trạng thái kích thích thứ nhất. Trong nguyên tử ấy
có bao nhiêu cặp electron, chúng chiếm những obitan nào? Có bao nhiêu electron độc thân,
chúng chiếm những obitan nào?
14. Tìm số electron và số proton có trong các hạt sau: 2) ion nitrat NO
3
; b) cation Fe3+ c) phân
tử NH3 .
15. Tìm số electron và số proton có trong các hạt sau: a) ion pemahganat MnO
4
; b) cation NH
4
; c) phân tử SO2.
16. Khí hiếm nào và ion của những nguyên tố nào có cùng một cấu hình electron với hạt sinh
ra khi nguyên tử photpho mất tất cả electron hóa trị?
17. Cấu hình electron của nguyên tử he li trùng với cấu hình electron của một số ion nào? Nêu
những ion đó và giải thích.
18. Viết phương trình của phản ứng tạo thành hợp chất trong phần của nó chỉ có những ion có
cấu hình electron bên ngoài 2s22p6 .
19.
Những electron của ion Cu
2+
có thể nằm ở những obitan sau đây: a) 3s; b) 2d; c) 4p? Giải thích.
20.
Những electron của ion Mg
2+
có thể nằm ở những obitan sau đây: a) 2s; b) 3f; c) 4d? Giải thích.
21. Đồng vị của stronti 90Sr phóng ra hạt . Quá trình đó tạo nên đồng vị của nguyên tố nào?
Đồng vị được tạo nên này cũng phóng ra hạt . Quá trình thứ hai này tạo nên đồng vị của
nguyên tố nào?
22. Đồng vị phóng xạ của bismut
210
183
Bi phóng ra hạt . Đồng vị của nguyên tố mới được tạo nên
cũng phóng ra hạt . Viết phương trình của những biến hóa phóng xạ đó.
23. Điền những số thứ tự và số nuclon còn thiếu trong các quá trình:
a)
14
6
C N +
0
1
;
b) 88Ra 222Rn +
4
2
He.
24. Đồng vị của neptuni
239
93
Np là đồng vị được điều chế đầu tiên trong các nguyên tố sau uran.
Năm 1940, E.M, Macmilan và P.H. Abenzon đã điều chế đồng vị đó bằng cách sau. Trước tiên
bắn những nguyên tử đơteri năng lượng cao vào uran 238, các ông thu được đồng vị uran 239,
đồng vị này tự phát phóng ra hạt tạo nên đồng vị neptuni 239. Viết phương trình của những
phản ứng hạt nhân xảy ra.
25. Chu kì bán rã của chì có số khối 210 là 19,7 năm. Sau khi điều chế được một mẫu của đồng vị
đó thì sau bao lâu nữa trong mẩu đó còn lại 1/10 khối lượng ban đầu? .
26. Nêu những ví dụ sử dụng đồng vị để làm rõ cơ chế của phản ứng hữu cơ hoặc giải quyết
những vấn đề y học.
Phần 2
9. Viết tất cả những số lượng tử của hai electron nằm trên obitan 4s.
2-16. Viết bộ các số lượng tử của mỗi electron nằm trên các obitan 3p:
2-17. Electron có n= 3 và l = 1 có thể nằm ở mức năng lượng nào và trên obitan nào? Obitan đó
(nói khác đi, đám mây electron) có dạng như thế nào?
26. Chu kì bán rã của
226
88
Ra là 1590 năm. Tìm hằng số của ốc độ bán rã (hằng số bán râ) . Tính
phần rađi phân rã trong một năm .
27. Đồng vị 83Rb có chu kì bán rã là 86,2 ngày; 4g đồng vị đó phản ứng nổ với một lượng dư
nước. Hỏi chu kì bán rã của rubiđi trong hợp chất được tạo nên? Giải thích.
28. Nhờ những cuộc khai quật khảo cổ học những vùng cấm trại của dân du cư thời cổ. người ta
tìm thấy nhiều mẫu vật của vật liệu hữu cơ, than gỗ và những chất khác chứa cacbon. Để xác
định tuổi của những mẫu vật đó người ta dùng phương pháp niên đại địa chất. Người ta đã xác
định được rằng những mẫu vật đã được phát hiện, cho 4,4 phân rã nguyên từ cacbon 14 trong
một phút tính trên 1g cacbon. Xác định tuổi của các đối tượng.
29. Tính độ hụt khối lượng của đồng vị berili 9Be và năng lượng liên kết trên một nuclon của hạt
nhân berili.
30. Năng lượng liên kết tính trên một nuclon trong hạt nhân của đồng vị clo 35Cl là 8,5 MeV.
nuclon-1. Tính độ hụt khối lượng của đồng vị Clo 35. .
31. Nêu những ví dụ của đồng vị có khả năng tham gia phản ứng phân chia hạt nhân hay phản
ứng tổng hợp hạt nhân .
32. Kể ra những tính chất kim loại quan trọng nhất. Những nguyên tố có tính kim loại sắp xếp ở
phần nào của bàng tuần hoàn? Những nguyên tố nào sau đây là kim loại, nửa kim loại hay
không kim loại: ka li, sen, nhôm, xenon, bom, silic, photpho?
33. Trong bài "Hóa học" trong cuốn Bách khoa toàn thư của Anh quốc xuất bản lần thứ chín xuất
bản năm 1878), Amstrong viết rằng Menđêlêep gần đây đã qui cho uran khối lượng nguyên tử
240 thay cho giá trị cũ là 120 do Beczêliuyt xác định. Tác giả của bài báo cho giá trị 180.
Menđêlêep đã đúng. Uraninit là quặng quan trọng của uran, công thức đúng của nó có dạng
U3O8. Hỏi công thức nào của quặng uran đó mà a) Beczêliuyt và b) Amstrong đã thừa nhận?
1. Cho các nguyên tố sau đây: Cl; Al; Na; P , căn cứ vào sự biến thiên tính chất của các nguyên tố
trong một chu kỳ và trong 1 nhóm của bảng tuần hoàn.
a) Hãy sắp xếp theo thứ tự tăng dần của bán kính nguyên tử đối với các nguyên tố trên.
b) Cho biết thứ tự tăng dần về độ âm điện của các nguyên tố khảo sát nói trên.
2. Căn cứ vào cấu hình electron của Na+ (Z = 11) và Ne (Z= 10), hãy so sánh bán kính của
chúng.
Đáp số: l) a) r : Na > Al > P > Cl
b) X : Na < Al < P < Cl
2) r : Na+ < Ne
3. a) Viết cấu hình electron ở trạng thái cơ bản cho các nguyên tố sau: Mg(Z = 12); Ca(Z = 20);
Sr(Z = 38); Zn(Z = 30); Cd(Z = 48).
b) Cho các giá trị thế ion hóa thứ nhất (đơn vị kJ/mol) : 548; 585; 736; 903.
Hãy gán các giá trị nói trên cho các nguyên tố ở câu hỏi (a)
c) Người ta biết rằng Sr(Z = 38) khi mất 2e sẽ có cấu hình electron bền vững; trong khi đó
nguyên tử Fe(Z = 26) lại cho 2 dạng cấu hình electron bền vững khi mất electron. Hãy viết cấu
hình electron cho 3 trường hợp trên và chỉ rõ số electron độc thân cho từng trường hợp.
Đáp số: c) Số electron độc thân lần lượt là: 0, 4 và 5.
4. Ion X3+ có phân lớp electron ngoài cùng là 3d2 : .
- Viết eấu hình electron của nguyên tử X và ion X3+ :
- Xác định điện tích hạt nhân của X3+ ;
- Xác định chu kì, phân nhóm của X .
- Hai electron 3 d2 ứng với những giá trị nào của 4 số lượng tử ?
5. Hãy bổ sung dãy sơ đồ phản ứng sau:
235
92
U + n
137
Te + X + 2n
6. a) Khi phóng chùm tia vào một lớp nguyên tử vàng, ngừơi ta thấy rằng trong khoảng l08 hạt
có một hạt gặp hạt nhân. Một cách gần đúng hãy xác định đường kính của hạt nhân so với đường
kính của nguyên tử.
b) Một cách gần đúng coi mỗi hạt proton cưng như mỗi hạt nơ tron có khối lượng bằng 1u
(đv.KLNT), hãy tính khối lượng riêng của hạt nhân.
a) Hạt nhân như vậy có tiết diện hình tròn bằng 10 – 8 tiết diện của nguyên tử. Vì đường kính tỉ
lệ với căn bậc hai của diện tích hình tròn nên đường kính của hạt nhân có độ lớn vào khoảng 10 –
4
đường kính nguyên tử.
b) Áp dụng công thức (I): R = kA1/3 coi k = 1,5.10 –13 cm.
Thể tích hạt nhân:
V =
4
3
R3 =
4
3
(l,5.10 –13)3. A [cm3]
Vì u = 1
N
gam
nên m =
A
N
(gam) =
23
6,22.10
A
Do đó khối lượng riêng của hạt nhân: d =
m
V
=
23
6,22.10
A. 13 3
3
4 (1,5.10 ) .
A
= 1,2.1014 g/cm3.
(120 triệu tấn/cm3)
7. a/Trong dãy phóng xạ Uran,qua một loạt biến đổi thu được đồng vị bền
208
82
Pb. Hỏi quá trình
trên giải phóng bao nhiêu hạt , hạt từ một hạt nhân
238
92
U ?
b/ Hỏi có bao nhiêu hạt ,hạt được phóng ra trong dãy biến đổi phóng xạ chuyển
232
90
Th
208
82
Pb
Từ
238
92
U đến
208
82
Pb có độ hụt số khối = 238 - 206 = 32
Số hạt
giải phóng là 32 : 4 = 8 hạt. Độ hụt số proton = 92 - 82 = 10 ; Trong khi đó sự giải
phóng 8 hạt làm hụt số proton = 8 x 2 = 16. Vậy số hạt
(-1e0) giải phóng là: 16 -10 = 6 hạt.
8. Hạt nhân Liti có khối lượng = 7,01601 đvC.
Hãy tínhNănglượng liên kết riêng của hạt nhân Liti ? Cho khối lượng proton và nơtron lần lượt
là 1,00724 đvC; 1,00862đvC . Biết 1đvC = 931,5 MeV/c2.
Khối lượng của 3p + 4n = 1,00724 x3 +1,00862 x4 = 7,0562đvC
Độ hụt khối lượng m = 7,0562 - 7,01601 = 0,04019 đvC
E = mC2 = 0,04019 x 931,5 = 37,44 MeV
Năng lượng liên kết riêng trung bình = 37,44 : 7 = 5 MeV/ nucleon
9. a) Hãy tính năng lượng được giải phóng đối với một nguyên tử, một mol nguyên tử
235
92
U trong
phản ứng phân hạch
235
92
U +
1
0
n
146
57
La +
87
35
Br + 3(
1
0
n).
Cho biết khối lượng của 235U, n, 146La, 87Br theo thứ tự là: 235,044u; 1,00862u; 145,943u;
86,912u.
m = 235,044 – (145,943 + 86,912 + 2. 1,00862) = 0,171u
E = 0,171 . 931,2 = 159,23 MeV
Đối với một nguyên tử, m = 0,171(u) thì một mol nguyên tử, m = 0,171(gam) = 0,171.10 –3 kg
E = m.c2 = 0,171. 10 –3.(2,9979.108)2 = 1,54.1013 J. (c 3. 108 m/s)
Có thể tính theo cách sau: 1eV = 1,602.10 –19J mà 1MeV = 106 eV = 1,602. 10 –13J nên năng
lượng giải phóng đối với 1 mol nguyên tử = 159,23. 1,602. 10 –13. 6,022.1023 = 1,54. 1013 J.
b) Khi bắn phá
235
92
U bằng một nơtron ta thu được
132
51
Sb và
101
Nb. Hãy xác định năng lượng được
giải phóng ra theo eV của một nguyên tử 235U. Cho:
m(235U) = 235,04u ; m(132Sb) = 131,885u ; m(101Nb) = 100,911u ; mn = 1,0087u ; c = 3. 108
m/s.
Kết quả: 214,5. 106 eV
10. a/
226
88
Ra có chu kỳ bán huỷ là 1590 năm. Hãy tính khối lượng của một mẫu Ra có cường độ
phóng xạ = 1Curi (1 Ci = 3,7. 1010 Bq )?
Theo biểu thức v = –
dN
dt
= kN = 3,7.1010 Bq
( trong đó N là số nguyên tử Ra, còn k =
1
2
ln2
T
N =
10
3,7.10
0,693
. T1/2)
và T1/2 = 1590.365.24.60.60 = 5,014.1010
mRa =
23
226 N
6, 022.10
=
10 10
23
226.3,7.10 .5,014.10
0, 693.6, 022.10 = 1 gam
b/ Tương tự với
K có chu kỳ bán huỷ 1,49. 109 năm và với
137
Ba có chu kỳ bán huỷ 2,6 phút.
Kết quả: 1,66. 105(g) và 1,89. 109(g)
11. Cacbon 14 phóng xạ vơi chu kỳ bán huỷ 5570 năm, cacbon 14 tồn tại dưới dạng khí
cacbonic và tham gia vào chu trình biến hoá của cơ thể sống. Trong cơ thể sống (cây cối)nồng
độ của cac bon 14 không đổi. Đối với cơ thể đã chết, quá trình hấp thụ khí cacbonic ngừng
hoạt động, cacbon 14 không được tái sinh nên nồng độ giảm dần do quá trình phân huỷ phóng
xạ. Một mẫu gỗ thời tiền sử có cường độ phóng xạ là 197 phân rã/phút. Với cùng một khối
lượng một mẫu gỗ lấy từ cây mới chết, cùng loại với mẫu gỗ trên thì có cường độ phóng xạ là
1350 phân rã/phút. Hãy xác định tuổi của mẫu gỗ thời tiền sử.
Theo công thức: k =
1
t
ln
0
N
N
và T1/2 =
ln 2
k
ta có t = 1 2
0,693
T. 2,303lg
0
N
N
với N0=1350 ; N =197 và T1/2 = 5570 tính được t = 15472 năm.
12. a) Một mẫu ra đon (Rn), ở thời điểm t = 0, phóng ra 7,0. 104 hạt trong một giây, sau 6,6
ngày mẫu đó phóng ra 2,1.104 hạt /s. Hãy tính chu kì bán huỷ của mẫu Rn nói trên
b) Chu kì bán huỷ của Poloni (Po) bằng 138 ngày. Hỏi khối lượng của Poloni mà người ta
cần phải sử dụng để có một cường độ phóng xạ bằng 1Ci (1Ci = 3,7.1010Bq và Po = 210).
Kết quả: a) 3,8 ngày. b) m = 0,222 mg.
13. Một mẫu đá chứa 17,4 mg 238U và 1,45 mg 206Pb. Biết rằng chu kỳ bán huỷ của 238U là
4,51. 109 năm. Hãy tính thời gian tồn tại của mẫu đá đó. (6,58. 108 năm)
14. Một mẫu than lấy từ hang động của người Polinêxian cổ tại Hawai có tốc độ là 13,6 phân huỷ
14C trong 1 giây tính với 1 gam cacbon. Hãy cho biết niên đại của mẫu than đó, biết chu kỳ
bán huỷ của 14C là 5730 năm và trong khí quyển , trong mỗi cơ thể động thực vật đang sống
cứ 1 giây trong 1 gam cacbon có 15,3 phân huỷ 14C. (974 năm)
15. a) Hãy tính xem trong bao nhiêu năm thì 99,9% số nguyên tử phóng xạ X bị phân huỷ, cho
biết chu kỳ bán huỷ của X là 50 năm. (498 năm)
b) Tương tự với : - 80%; T1/2 = 750 năm. (1742 năm)
c) Biết chu kỳ bán huỷ của Ra là 1620 năm. Sau bao lâu 3 gam Ra giảm chỉ còn 0,375 gam(4860)
16. Một mẫu than lấy từ hang động ở vùng núi đá vôi tỉnh Hoà Bình coá 9,4 phân huỷ 14C. hãy
cho biết người Việt cổ đại đã tạo ra mẫu than đó cách đây bao nhiêu năm ? Biết chu kỳ bán
huỷ của 14C là 5730 năm, trong khí quyển có 15,3 phân huỷ 14C (tính với 1 gam C xảy ra trong
1 giây).
17. Cấu hình electron ngoài cùng của nguyên tử của một nguyên tố X là 5p5. Tỷ số nơ tron và
điện tích hạt nhân bằng 1,3962. Số nơ tron của X bằng 3,7 lần số nơ tron của nguyên tử thuộc
nguyên tố Y. Khi cho 4,29 gam Y tác dụng với lượng dư X thì thu được 18,26 gam sản phẩm
có công thức là XY. Hãy xác định điện tích hạt nhân Z của X và Y và viết cấu hình electron
của Y tìm được.(ZX = 53 và ZY = 19)
18. a) Hãy xếp các nguyên tố Na - K - Li theo thứ tự giảm trị số năng lượng ion hoá thứ nhất (I1).
Giải thích bằng cấu tạo nguyên tử.
b)Năng lượng ion hoá thứ nhất (I1) của Mg = 7,644 eV; của Al = 5,984 eV. Dựa vào cấu hình
electron, hãy thích sự lớn hơn của I1 của Mg so với Al.
19. a/ Uran trong thiên nhiên chứa 99,28% 238U ( có thời gian bán huỷ là 4,5.109 năm) và 0,72%
235U (có thời gian bán huỷ là 7,1. 108 năm). Hãy tính tốc độ phân rã mỗi đồng vị trên trong 10
gam U3O8 mới điều chế.
(v (238) = 1,04. 105 hạt nhân/ giây ; v (235) = 4,76. 104 hạt nhân/giây)
b/ Mary và PieCurie điều chế 226Ra từ quặng Uran trong thiên nhiên .226Ra được tạo ra từ đồng
vị nào trong hai đồng vị trên ? (
238
92
U
226
86
Ra + 3
4
2
He + 2
)
20. Năng lượng 1 electron ở lớp thứ n trong trường lực một hạt nhân được tính theo đơn vị eV
bằng công thức En = – 13,6
2
2
z
n
a/ Hãy tính năng lượng 1e trong trường lực mỗi hạt nhân sau đây: F8+ , Li2+ , N6+ .
b/ Hãy cho biết qui luật liên hệ giữa En với Z. Giải thích tóm tắt qui luật đó.
c/ Trị số tính được theo (1) có liên hệ với năng lượng ion hóa không? Giải thích cụ thể.
21. Xét các phản ứng phân hạch sau của 235U bằng nơtron nhiệt:
235
92
U + n
94
38
Sr +
140
(...)
Xe + (...) (1)
235
92
U + n
141
56
Ba + (...) + 3n (2)
a/ Hãy xác định các tiểu phân và số còn thiếu.
b/ Xét phản ứng (1) nêu trên, các mảnh phân hạch không bền bị phân rã
liên tiếp tạo thành
Zr và Ce.Viết phương trình phản ứng hạt nhân thu gọn và tính tổng động năng phóng thích
theoMeV. Cho m (235U) = 235,0493 u ; m (94Zr) = 93,9063 u ; m (140Ce) = 139,9054 u
và 1 u = 931,5 MeV/ c2.
22. Từ thực nghiệm, biết năng lượng ion hóa thứ nhất(I1) của Li = 5,390 eV.
Quá trình Li - 2e → Li2+ có E = 81,009 eV. Hãy tính năng lượng ion hóa I2 và năng lượng
kèm theo quá trình Li - 3e → Li3+