TINH THỂ-2021 [PDF]

Zitiervorschau

BÀI TẬP TINH THỂ Bài 1: (QG - 2007) Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng ( Au) có khối lượng riêng là 19,4 g/cm3 và có mạng lưới lập phương tâm diện. Độ dài cạnh của ô mạng đơn vị là 4,07 antron. Khối lượng mol nguyên tử của vàng là 197 g/mol. 1. Tính phần trăm thể tích không gian trống trong mạng lưới tinh thể của vàng. 2. Xác định trị số của số Avogadro. Bài 2: Đồng kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện. a. Tính hằng số mạng a và khoảng cách ngắn nhất giữa hai tâm của hai nguyên tử đồng trong mạng, biết nguyên tử đồng có bán kính bằng 1,28 antron. b. Tính khối lượng riêng của đồng theo g/ cm3. Cho Cu = 64. Bài 3: (QG 2009) Máu trong cơ thể người có màu đỏ vì chứa hemoglobin ( chất vận chuyển oxi chứa sắt). Máu của một số động vật nhuyễn thể không có màu đỏ mà có màu khác vì chứa kim loại khác ( X). Tế bào đơn vị (ô mạng cơ sở) lập phương tâm diện của tinh thể X có cạnh bằng 6,62.10-8 cm. Khối lượng riêng của nguyên tố này là 8,92g/cm3. a. Tính thể tích của các nguyên tử trong một tế bào và phần trăm thể tích của tế bào bị chiếm bởi các nguyên tử. b. Xác định nguyên tố X. Bài 4: Tinh thể NaCl có cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion Na+, còn các ion Cl- chiếm các lỗ trống tám mặt trong ô mạng cơ sở của các ion Na+, nghĩa là có 1 ion Cl- chiếm tâm của 0

hình lập phương. Biết cạnh a của ô mạng cơ sở là 5,58 A . Khối lượng mol của Na và Cl lần lượt là 22,99 g/mol; 35,45 g/mol. 0

Cho bán kính của Cl- là 1,81 A . Tính : a) Bán kính của ion Na+. ; b) Khối lượng riêng của tinh thể NaCl (g/cm3). Bài 5: Phân tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện. Hãy biểu diễn mạng cơ sở của CuCl. a) Tính số ion Cu+ và Cl - rồi suy ra số phân tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở. b) Xác định bán kính ion Cu+. 0

Cho: D(CuCl) = 4,136 g/cm3 ; rCl-= 1,84 A ; Cu = 63,5 ; Cl = 35,5 Bài 6: (QG-2008) Silic có cấu trúc tinh thể giống kim cương. 1. Tính bán kính nguyên tử silic. Cho khối lượng riêng của silic tinh thể bằng 2,33g/cm 3; khối lượng mol nguyên tử của Si bằng 28,1g/mol. 0

2. So sánh bán kính nguyên tử của silic với cacbon (rC = 0,77 A ) và giải thích. Bài 7. Tinh thể NaF có cấu trúc tinh thể kiểu muối ăn và d(200) = 2,31 antron. Hãy tính hằng số mạng a và tổng bán kính ion Na+ và F- theo đơn vị antron. o

Bài 8. Tinh thể CaF2 có cấu trúc florit với hằng số mạng a = 5,46 A . Xác định độ dài liên kết Ca-F, khoảng cách F-F, Ca-Ca. Bài 9. Phân tử C60 (fullerene) được tìm ra vào năm 1985 và trở nên quen thuộc vì phân tử này có dạng quả cầu tròn, trong đó các hình lục giác xen kẽ với các hình ngũ giác trông giống như trái bóng đá. Ở trạng thái rắn, các phân tử C60 hình thành tinh thể với cấu trúc được biểu diễn dưới đây.

Có bao nhiêu nguyên tử cacbon trong một ô đơn vị của tinh thể C60? Bài 10 Kết quả khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X cho biết tinh thể FeO có cấu trúc kiểu NaCl với hằng số mạng a = 4,3 antron. a. Xác định khối lượng riêng lí thuyết của FeO (g/cm3). b. Theo thực nghiệm, mẫu FeO tổng hợp được có khối lượng riêng bằng 5,57 g.cm -3. Giải thích sự sai lệch đó. Viết công thức thực tế của oxit này, chỉ rõ trạng thái oxi hoá của Fe trong oxit. Bài 11. Ô mạng cơ sở (tế bào cơ bản) của tinh thể NiSO4 có 3 cạnh vuông góc với nhau, cạnh a = o

o

o

6,338 A; b = 7,842 A; c = 5,155 A. Khối lượng riêng gần đúng của NiSO4 là 3,9 g/cm3. Tìm số phân tử NiSO4 trong một ô mạng cơ sở và tính khối lượng riêng chính xác của NiSO4. 2. Niken(II) oxit có cấu trúc mạng tinh thể giống mạng tinh thể của natri clorua. Các ion O2– tạo thành mạng lập phương tâm mặt, các hốc bát diện có các ion Ni2+. Khối lượng riêng của niken(II) oxit là 6,67 g/cm3. Nếu cho niken(II) oxit tác dụng với liti oxit và oxi thì được các tinh thể trắng có thành phần x x LixNi1-xO: Li2O + (1-x)NiO + O2 → LixNi1-xO 2 4 Cấu trúc mạng tinh thể của LixNi1-xO giống cấu trúc mạng tinh thể của NiO, nhưng một số ion Ni2+ được thế bằng các ion liti và một số ion Ni2+ bị oxi hóa để bảo đảm tính trung hòa điện của phân tử. Khối lượng riêng của tinh thể LixNi1-xO là 6,21 g/cm3. a) Vẽ một ô mạng cơ sở của niken(II) oxit. b) Tính x (chấp nhận thể tích của ô mạng cơ sở không thay đổi khi chuyển từ NiO thành LixNi1-xO). c) Tính phần trăm số ion Ni2+ đã chuyển thành ion Ni3+ và viết công thức thực nghiệm đơn giản nhất của hợp chất LixNi1-xO bằng cách dùng Ni(II), Ni(III) và các chỉ số nguyên. Bài 12: 1- Cho biết bán kính của các ion: o

o

o

o

o

rK + = 1,33A; rCs+ = 1, 69 A; rMg2+ = 0, 74 A; rBr- = 1,96 A; rO2− = 1, 4 A Dựa vào bán kính của cation và anion hãy cho biết KBr, CsBr, MgO kết tinh theo loại cấu trúc tinh thể ion nào? Tính khối lượng riêng của các tinh thể trên. 2- Dự đoán sự biến đổi năng lượng mạng lưới, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất KBr, CsBr, MgO. Giải thích. Bài 13: Tinh thể TiO có cấu trúc kiểu muối ăn. Các dữ kiện nhiễu xạ tia X ở 25oC cho thấy tinh thể TiO (tỉ lệ hợp thức 1:1) có hằng số mạng a = 4,18 antron. Khối lượng riêng của TiO được xác định bằng phép đo thể tích và khối lượng là 4,92 g/cm3 1. Tính giá trị khối lượng riêng lí thuyết của tinh thể TiO? Cho TiO = 63,87 g/mol

2. Xác định công thức thực tế ứng với thành phần không hợp thức Ti1-xO của oxit trên? Bài 14: Nguyên tố X tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật silicat và oxit. Oxit của X có cấu trúc lập phương, hằng số mạng là a= 507nm, trong đó các ion kim loại nằm trong mạng lập phương tâm diện còn các ion O2- chiếm các hốc tứ diện. Khối lượng riêng của oxit bằng 6,27g/cm3. a- tính số ion kim loại X và ion O2- trong một ô cơ sở. Từ đó cho biết CT của oxit. b- Xác định X. 15- X là một trong những nguyên tố kim loại phổ biến trong vỏ trái đất. Oxit của X có cấu trúc lập phương với hằng số mạng là a= 4,307 Ao, trong đó ion O2- và ion kim loại đều xếp theo mạng lập phương tâm mặt, hai mạng lập phương tâm mặt này lồng vào nhau một khoảng bằng 1/2 cạnh hình lập phương. Khối lượng riêng lý thuyết của oxit này là 5,98g/cm3. a- Tính số ion kim loại và ion O2- trong một ô cơ sở. b- Xác định kim loại X, công thức oxit của X. c- Thực nghiệm cho thấy khối lư ợng riêng của oxit này là 5,57g/cm3. Hãy cho biết công thức thực tế của oxit. 16- X là một nguyên tố kim loại phổ biến trong vỏ trái đất. Oxit của X có cấu trúc lập phương với hằng số mạng là a= 5,555 Ao, trong đó ion O2- xếp theo mạng lập phương tâm mặt, các ion kim loại chiếm các hốc tứ diện của ô cơ sở. Khối lượng riêng của oxit là 2,40g/cm3. a- Tính số ion kim loại và ion O2- trong một ô cơ sở. b- Xác định kim loại X, công thức oxit của X. c- Tính bán kính ion kim loại X biết bán kính của ion O2- là 0,140nm d- Nêu cách điều chế oxit của X. 17- Tinh thể A có chứa các nguyên tố Ca, Ti, O. Trong 1 ô cơ sở Ca nằm ở các đỉnh, oxi chiếm tâm các mặt còn Ti nằm ở hốc bát diện tạo bởi các nguyên tử oxi ( chiếm 1/4 hốc bát diện). Vẽ cấu trúc ô cơ sở. Xác định công thức của A. Hằng số mạng của tinh thể trên a= 3,09Ao. Tính độ dài liên kết Ti-O, khối lượng riêng của tinh thể A.. 18Vật liệu siêu dẫn A là oxit hỗn hợp của Cu, Ba và Y (ytri, nguyên tố thuộc phân nhóm IIIB, chu kì 5 trong bảng hệ thống tuần hoàn). Bằng nhiễu xạ tia X, người ta xác định Ba được cấu trúc tinh thể của A. Có thể coi ô mạng cơ sở của A (hình bên) gồm hai hộp chữ nhật giống nhau trong đó: Cu chiểm vị trí các đỉnh, Ba ở tâm hình hộp còn O ở trung điểm các cạnh nhưng bị khuyết hai vị trí (vị trí thực của O và Ba Y hơi lệch so với vị trí mô tả). Hai hình hộp này đối xứng với Y nhau qua Y nằm ở tâm của ô mạng cơ sở. Ba 1. Hãy xác định công thức hóa học của A. 2. Tinh thể A được điều chế bằng cách nung nóng hỗn hợp bột mịn của BaCO3, Y2O3 và CuO (theo tỉ lệ thích hợp) ở 1000oC trong không khí, rồi làm nguội thật chậm đến nhiệt độ Ba phòng. Hãy viết phương trình phản ứng điều chế A. 3. Một trong những lí giải tính siêu dẫn của A là dựa trên sự có mặt đồng thời Cu+2 và Cu+3 trong tinh thể. Hãy chỉ rõ nguyên tử Cu ở vị trí nào trong ô mạng cơ sở có số oxi hóa +2, +3. Cho rằng các nguyên tố Y, Ba và O có số oxi hóa lần lượt là +3, +2 và -2. 4. Tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp, công thức thực nghiệm của loại vật liệu này có thể khác với công thức xác định được ở mục 1. chỉ về số nguyên tử oxi.

Cu O Y Ba

Để tìm công thức thực nghiệm của một mẫu vật liệu, người ta tiến hành thí nghiệm như sau: Hòa tan 0,3315 gam mẫu vào dung dịch HCl loãng chứa sẵn lượng dư KI. Lượng I2 sinh ra tác dụng vừa đủ với 18,00 mL dung dịch Na2S2O3 0,1000M. Hãy xác định công thức thực nghiệm của mẫu nghiên cứu này. Câu 19:

O Fe

Hình bên biểu diễn ô cơ sở của một loại oxit sắt (X). a- Xác định công thức của oxit X, bán kính của ion sắt biết hằng số mạng là 4,34A, bán kính của ion oxi là 140pm.

b- Tuỳ thuộc vào điều kiện tổng hợp, công thức thực nghiệm của X khác với công thức được xác định ở mục a về số nguyên tử sắt. Để xác định công thức thực nghiệm của mẫu oxit này, người ta tiến hành thí nghiệm như sau: Hoà tan hoàn toàn 1.0464g mẫu vào dung dịch HCl dư có chứa sẵn KI dư. Lượng I2 sinh ra tác dụng vừa đủ với 12 mL dung dịch Na2S2O3 0,1M. Xác định công thức thực nghiệm của oxit X biết trong mẫu thực nghiệm có chứa Fe(II) và Fe(III). Viết rõ chỉ số của Fe(II) và Fe(III) trong công thức của oxit X. Tính số hốc bát diện bị trống trong 1cm3 của mẫu thực nghiệm này. c- Đề xuất cách thực nghiệm khác có thể xác định chỉ số của Fe(II) và Fe(III) trong công thức thực nghiệm và số hốc bát diện bị trống trong tinh thể. Bài 20- Cho biết khoảng cách giữa anion và cation (Ao) trong các hợp chất cùng có cấu trúc mạng kiểu NaCl: MgO 2.10 MgS 2,60 MgSe 2,73 MnO 2,24 MnS 2,59 MnSe 2,73 2Tính bán kính ion S . Bài 2: Một trong những vật liệu đầu tiên được sử dụng trong ngành điện tử chất rắn là đồng(I) oxit màu đỏ. Ngày nay, vật liệu này tiếp tục được quan tâm vì nó không độc và là một hợp phần rẻ tiền của các pin mặt trời.

A

B

Hai hình trên mô tả ô mạng cơ sở lập phương của tinh thể Cu2O. Hằng số mạng của cấu trúc trên là 427,0 pm. a- Nguyên tử nào (A hay B) là đồng? Số phối trí của các nguyên tử trên là bao nhiêu? b-

Tính các khoảng cách O−O, Cu−O và Cu−Cu nhỏ nhất trong cấu trúc trên.

c- Khối lượng riêng của đồng(I) oxit tinh khiết là bao nhiêu?

Một loại khuyết tật hay gặp trong tinh thể này là một số nguyên tử đồng bị mất đi trong khi mạng oxi không thay đổi. Nghiên cứu thành phần của một mẫu tinh thể khuyết tật, thấy rằng 0,2% tổng số các nguyên tử đồng có trạng thái oxi hoá +2. 2.2. Phần trăm các nguyên tử đồng bị thiếu hụt so với trong tinh thể không khuyết tật là bao nhiêu? Giá trị của x trong công thức kinh nghiệm Cu2−xO là bao nhiêu? Đồng(I) oxit không tan trong nước. Nó bền trong không khí khô, nhưng hơi ẩm trong không khí xúc tác cho một sự chuyển hoá (Phản ứng 1). Khi đồng(I) oxit được hoà tan trong axit sunfuric loãng, thu được một dung dịch màu xanh da trời cùng một kết tủa nhưng không có khí thoát ra (Phản ứng 2). Còn khi hoà tan bằng axit sunfuric đặc, nóng, thì không thấy kết tủa nhưng tạo ra một khí có mùi (Phản ứng 3). Khi kết tủa ở phản ứng 2 được hoà tan trong axit sunfuric đặc nóng cũng thu được cùng một khí đó.