Bài tập Chương nguyên tử

b) Kĩ năng

+ Vận dụng được kiến thức bộ môn Vật lí trong quá trình nhận thức được kiến thức

mới.

+ Giải thích được lực tương tác giữa các điện tích.

+ Rèn luyện kĩ năng tư duy mô phỏng thí nghiệm.

c) Thái độ.

+ Nhận thức được vai trò bộ môn Vật lý với bộ môn hóa học và các hiện tượng tự

nhiên liên quan đến điện trường, từ trường.

Ví dụ 2. Các electron chuyển động với một vận tốc vô cùng lớn trong không gian

xung quanh hạt nhân nguyên tử. Tại sao hạt electron không bị bay ra ngoài? Hạt

eletron mang điện tích âm, hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương. Tại sao hạt

electron không bị hạt nhân hút bay thẳng vào hạt nhân?

1. Phân tích những kiến thức liên môn

b) Về hóa học

Nguyên tử được cấu tạo bởi 3 loại hạt cơ bản:

- Hạt proton (P) mang điện tích dương.

- Hạt nơtron (N) không mang điện.

- Hạt electron (e) mang điện tích âm.

- Các hạt electron luôn luôn chuyển động với một vận tốc vô cùng lớn xung quanh

hạt nhân nguyên tử.

b) Về vật lí

Các electron chuyển động với một vận tốc vô cùng lớn trong không gian xung quanh

hạt nhân nguyên tử. Hạt eletron mang điện tích âm, hạt nhân nguyên tử mang điện tích

dương như vậy các electron được hút vào bởi tổng 2 lực:

Lực hút tĩnh điện giữa 2 điện tích



F = k.



q1.q 2

ε.R 2



m1.m 2

ε.R 2

Và đặc biệt quan trọng là chúng không bay vào hạt nhân được là nhờ cân bằng với lực

li tâm.

Lực hấp dẫn giữa 2 hạt có khối lượng



Lực li tâm:



FLt =



F=G



m.v 2

R



41



Lực li tâm có hướng ngược với tổng 2 lực hút trên. Vùng gần hạt nhân có thể được

xem như một cái hộp phễu cực nhỏ, các bức thành của nó tương ứng với lực hút tĩnh

điện, cái phễu sẽ lớn hơn, nếu một electron bị chế ngự bên trong vùng này muốn thoát

ra ngoài. Khi một điện tử bị kéo lại gần hạt nhân bởi lực hút tĩnh điện, vùng thể tích

của nó bị giảm đi một cách nhanh chóng. Do vị trí của nó càng dễ xác định hơn, động

năng của nó lúc này lại trở nên bất định, động năng của điện tử tăng lên một cách

nhanh chóng, hơn là thế năng của nó để rơi vào hạt nhân, vì vậy nó bị bật lại tới quỹ

đạo thấp nhất, tương ứng với n = 1.

2.Những năng lực học sinh đạt được qua việc giải bài tập:

a) Tư duy

+ Nhớ: Các electron luôn luôn chuyển động trong một vùng không gian xung quanh

hạt nhân với một vận tốc vô cùng lớn.

+ Hiểu: Sự tồn tại các electron trong không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử là

do ở đó mức năng lượng thấp nhất.

+ Vận dụng:

Vận dụng các công thức của bộ môn Vật lí như:

Lực hút tĩnh điện giữa 2 điện tích



F = k.



q1.q 2

ε.R 2



Lực hấp dẫn giữa 2 hạt có khối lượng F = G



m1.m 2

ε.R 2



m.v 2

R

Để giải quyết được vấn đề, và sử dụng để giải các bài toán về tính lực tương tác giữa

các loại hạt.

+ Phân tích: Từ các công thức tính lực tương tác trên giúp HS liên tưởng đến công

trình giao thông như đoạn đường cong, thân cầu. Các trò vui chơi giải trí mà ở đó

người ta muốn sử dụng hay loại bỏ lực li tâm.

+ Sáng tạo: Hiểu và giải thích được các lực tương tác lên một chất điểm khi nó tham

gia chuyển động trên cung tròn.

Lực li tâm:



FLt =



q1.q 2

HS có thể tự nhận thức được các hạt electron càng xa hạt

ε.R 2

nhân thì lực hút càng giảm và ngược lại (nếu ta bỏ qua hằng số chắn) vì chỉ phụ thuộc

vào bán kính.

Qua công thức F = k.



42



b) Kĩ năng

+ Vận dụng được công thức để giải các bài toán về tính lực tương tác giữa các loại

hạt.

+ Giải thích được lực tương tác giữa các loại hạt.

+ Giải thích được công trình giao thông như đoạn đường cong, thân cầu. Các trò vui

chơi giải trí hay sự chuyển động của các hành tinh trong vũ trụ.

c) Thái độ

+ Nhận thức vai trò của các công thức tính các lực tương tác giữa các loại hạt từ vi

mô đế vĩ mô.

d) Ý thức

+ Nhận thức được vai trò, tầm quan trọng của bộ môn Vật lý với bộ môn Hóa học

+ Xây dựng được ý thức tìm tòi nghiên cứu, hình thành nhân cách sống, ki năng

sống, ý thức trách nhiệm của mình với cộng đồng xã hội.

e) Kĩ năng sống

Giải thích hiện tượng trên ta sẽ liên tưởng đến ứng dụng của nó trong thực tiễn như:

Khi thi công xây dựng các con đường, các đoạn đường cong (cua) người ta thết kế phía

lề đường gần tâm bao giờ cũng thấp hơn phía xa tâm còn các cây cầu bao giờ cũng

thiết kế theo kiểu cung đường tròn, tâm của cung cầu nằm dưới cầu. Hay giải thích cơ

chế vắt khô quần áo của máy giặt, các diễn viên xiếc thực hiện tiết mục đạp xe trong

lòng chảo hay đu quay, cảm giác lực cơ thể mình với ghế ngồi khi đi tàu lượn.v.v

g) Trách nhiệm với cộng động

Tuyên truyền và giải thích với cộng đồng khi tham gia giao thông. Khi lái xe vào các

đoạn đường cua cần giảm tốc độ xe tránh bị tai nạn do bị văng ra khỏi đường cua vì lực

li tâm quá lớn. Hay khi đi ôtô, tàu lượn cần phải thắt dây an toàn.

Ví dụ 3. Đường kính nguyên tử lớn hơn đường kính hạt nhân nguyên tử khoảng

10.000 lần điều đó chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo rất rỗng.

1. Phân tích những kiến thức liên môn

a) Về hóa học

Nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ bé và được xem như là một khối cầu có đường

kính khoảng: d = 10-10 m = 10A0.

Hạt nhân cũng được xem như là một khối cầu có đường kính d = 10 -4A0, nghĩa là bé

hơn đường kính nguyên tử 10 000 lần, giữa vỏ và hạt nhân có một khoảng không là

chân không từ đó kết luận: nguyên tử có cấu tạo rỗng.



43



b)Về vật lí

Năm 1911 nhà bác học người Anh Rơ-dơ-pho đã cho các hạt µ bắn phá lá vàng

mỏng. Khi trắc quang nhận biết đường đi của các hạt µ thì kết quả thu được là hầu hết

các hạt µ đều đi thẳng bình quân cứ có khoảng 10 8 hạt đi thẳng thì có 1 hạt bị lệch

hướng. Điều đó chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo rất rỗng.

2. Những năng lực học sinh đạt được qua việc giải bài tập

a)Tư duy

+ Nhớ: Kích thước của nguyên tử rất nhỏ bé, kích thước hạt nhân nguyên tử còn nhỏ

hơn rất nhiều ( khoảng 10.000 lần ).

+ Hiểu: Giải thích được nguyên nhân tại sao có một số hạt bị lệch hướng đi.

+ Vận dụng: Để tính toán được tỷ lệ bán kính nguyên tử so với bán kính hạt nhân.

Từ đó ta kết luận rằng khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân nguyên tử.

b) Kĩ năng

+ Vận dụng được kiến thức bộ môn Toán, Vật lí chứng minh được



rNt

= 104 lần.

rhn



+ Giải thích được cấu trúc rỗng của nguyên tử.

c) Thái độ

+ Nhận thức được cấu trúc rỗng của nguyên tử, tỷ lệ bán kính giữa hạt nhân và

nguyên tử.

Ví dụ 4. Đồng vị là gì? Vai trò của các đồng vị trong thực tiển?

1. Phân tích những kiến thức liên môn

a) Về hóa học

Đồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyên tố nhưng chúng có số khối (A) khác

nhau.

Trong hóa học đồng vị được ứng dụng làm nguyên tử đánh dấu để xác định cơ chế

các phản ứng hóa học.

b) Về vật lí

Do cấu tạo nguyên tử của các đồng vị khác nhau nên các đồng vị có khối lượng khác

nhau.

Khối lượng nguyên tử tuyệt đối : mNT = m p +m n + m e

Trong nguyên tử luôn luôn trung hòa về điện cho nên số hạt P= số hạt e.

Từ đó suy ra các nguyên tử đồng vị khác nhau về số hạt n (Nơtron).



44



Trong Vật lí đồng vị được ứng dụng trong nghiên cứu về các phản ứng hạt nhân

phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch. Các hợp chất chứa đồng vị được dùng

làm nhiên liệu trong các nhà máy điện nguyên tử như



235

92



U hay tải nhiệt năng như nước



nặng. Ứng dụng làm nguyên tử đánh dấu để xác định các vết nứt trên các thiết bị, công

trình kĩ thuật.

c) Về sinh học

Trong sinh học các đồng vị được ứng dụng làm nguyên tử đánh dấu để xác định cơ

chế các phản ứng trao đổi chất xảy ra trong tế bào, xác định sự di chuyển của các tế

bào vi rut, vi khuẩn, làm nguyên liệu cho phương phát xạ trị các bệnh nhân mắc ung

thư. Cấu trúc của AND, bên trong gen của các động vật và thực vật có thể bị thay đổi

khi chiếu xạ. Các tế bào ung thư dễ bị phá hủy hơn các tế bào lành mạnh. Vì vậy các

tia (gama) phát ra từ đồng vị phóng xạ coban, có khả năng xuyên sâu, dùng để điều trị

khối u sâu trong cơ thể. Còn các bệnh ung thư ở bên ngoài như ung thư da có thể điều

trị bằng các tia phóng xạ phát ra từ phot pho. Các đồng vị phóng xạ có thể dùng để theo

dõi sự chuyển hóa của các nguyên tố khác nhau trong cơ thể sinh vật.

d) Về địa lí

Sử dụng tia phóng xạ trong khảo cổ và địa chất khi biết tốc độ phân hủy của một

đồng vị phóng xạ, ta có thể xác định được thời gian cần thiết để làm giảm đi một

lượng chất nào đó.Từ kết quả tính hàm lượng các chất phóng xạ của một số nguyên tố

là cơ sở cho bộ môn Địa lí biết được sự hình thành các tầng lớp địa chất, tính độ tuổi

khoáng vật, dự trù khá chính xác trử lượng các mỏ khoáng sản nằm sâu trong lòng đất.

Sự chiếu xạ có thể làm thay đổi gen của cây cối tạo nên những đột biến do đó có

thể tạo ra những giống mới. Sự chiếu xạ lương thực, thực phẩm bằng các tia phát ra từ

đồng vị coban để bảo quản lương thực, thực phẩm được lâu dài.

2.Những năng lực học sinh đạt được qua việc giải bài tập

a) Tư duy

+ Nhớ: Đồng vị là gì? Biết được số lượng đồng vị của một số nguyên tố thường gặp.

+ Hiểu: Điểm giống và khác nhau giữa các nguyên tử là đồng vị của nhau. Một số

ứng dụng quan trọng của đồng vị, đồng vị phóng xạ trong điều trị ung thư.

+ Vận dụng: Giải thích được tại sao khối lượng nguyên tử lại là các số thập phân,

cách tính khối lượng nguyên tử trung bình.

b) Kĩ năng



45



+ Vận dụng được kiến thức để giải thích các ứng dụng của đồng vị và đồng vị

phóng xạ trong thực tiển và làm các bài tập liên quan đến đồng vị và khối lượng

nguyên tử trung bình.

c) Thái độ

+ Nhận thức được hai mặt của một vấn đề. Đồng vị phóng xạ vừa là chất có lợi

nhưng cũng là chất có hại cho sức khỏe và môi trường.

+ Đề xuất được một số giải pháp làm giảm tác hại khi môi trường bị ô nhiểm do tác

động của đồng vị phóng xạ.

d) Ý thức

+ Xây dựng được ý thức tìm tòi nghiên cứu, hình thành nhân cách sống, kĩ năng

sống, ý thức trách nhiệm của mình với cộng đồng xã hội.

e) Kĩ năng sống

Môi trường ngày càng bị đe dọa bởi các loại khí thải từ nhiên liệu hóa thạch. Năng

lượng nguyên tử được coi là một trong số các năng lượng sạch. Nếu chúng ta ý thức

được sủ dụng nó vì mục đích phát triển kinh tế bảo vệ môi trường.

g) Trách nhiệm với cộng động

Tăng cường công tác tuyên truyền giải thích các ứng dụng khoa học phóng xạ trong

thực tiển và tác hại của nhiểm xạ.

Lên án các tổ chức sử dụng chất phóng xạ vì mục đích phi hòa bình.

Bài tập chương HALOGEN

Khi dạy ở chương này có rất nhiều kiến thức liên quan đến các vấn đề thực tiển

tường gặp trong cuộc sống mà ở đó học sinh rất nhiều khó khăn khi tiếp cận với kiến

thức nếu chúng ta không sử dụng các kiến thức ở các bộ môn khác để làm rõ cho học

sinh hiểu rõ gặp bản chất của vấn đề.

Với chương này chúng ta chủ yếu vận dụng các kiến thức của bộ môn Hóa học, Vật

lí, Sinh học, Địa lí .

Ví dụ 1. Tại sao clo hoặc clorua vôi được dùng để sát trùng nước trong hệ thống

cung cấp nước sạch, và tại sao khi ta mở vòi nước máy vẫn còn nghe mùi clo thoang

thoảng?

1. Phân tích những kiến thức liên môn

a) Về hóa học

Khi cho clo vào trong nước một phần clo tan trong nước có phản ứng hoá học sau:



46



Cl 2 + H 2O

Hoặc:



ƒ



Cl 2 + H 2O ƒ



HCl + HClO

2H + + ClO − + Cl −



Vì axit hipoclorơ là axit kém bền nên dễ phân hủy (khi có ánh sáng) thành axit

clohidric và oxi nguyên tử tự do:

HClO → HCl + [ O ]

Oxi nguyên tử có tính oxi hóa rất mạnh khả năng diệt các vi khuẩn.

Tương tự khi dùng clorua vôi làm chất khử trùng ta có :

Ca(OCl) 2 + 2H 2O → 2HClO + Ca(OH) 2

Ở dạng phân li ta có :

2HClO ƒ



2H + + 2ClO −

Khi xử lý nước bằng clo đã tạo ra axit hipoclorơ ( HClO ) ngậm nước, đồng thời

trong nước cũng chứa một lượng kiềm NaOH sẽ kết hợp với hỗn hợp axit HCl và

HClO tạo ra hỗn hợp NaCl và NaClO , HClO là chất có tính oxi hoá mạnh. Gốc ClO −

có chứa nguyên tử oxi nên hợp chất của nó dễ thẩm thấu qua da gây tổn hại cho da.

Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt được hiệu quả hoàn toàn, người ta thường

tính đến một lượng clo dư thích hợp trong nước sau quá trình khử trùng. Trong hệ

thống khử trùng có chứa amoniac hoặc các hợp chất có chứa nhóm amoni, lượng clo

tham gia phản ứng để tạo thành cloramine được gọi là clo kết hợp, tổng hàm lượng của

clo tự do dưới dạng Cl 2 , HClO và ClO − , lượng clo kết hợp được gọi là clo hoạt tính

khử trùng, do khả năng diệt trùng của clo tự do và clo kết hợp khác nhau mà lượng clo

dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để cũng được đánh giá ở mức khác nhau. Nên

khi ta mở vòi nước máy vẫn còn nghe thoang thoảng mùi clo.

b) Về vật lí

Quá trình hủy diệt hoặc tê liệt vi sinh vật xảy ra là do khi tiếp xúc với các chất oxi

hóa mạnh sức căng mặt ngoài của thành tế bào tăng lên làm cho quá trình chất khử

trùng dễ dàng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào của vi sinh vật, làm biến dạng thành tế

bào. Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt giảm,

đồng thời chuyển động nhiệt tăng lên, quá trình khuếch tán chất khử trùng qua vỏ tế

bào sinh vật tăng và quá trình khử trùng đạt hiệu quả cao.

c) Về sinh học

Clo là một nguyên tố hóa học độc hại thuộc họ halogen, được sử dụng để sản xuất

chất oxi hóa, chất tẩy trắng và khử trùng. Clo trong nước máy cũng có thể phản ứng



47