50 CHUYÊN ĐỀ OLYMPIAD HÓA HỌC (Phần 1). BỘ 4 QUYỂN Q1, 2, 3, 4

50 chuyên đề Olympiad Hóa học

1
Cấu tạo chất


Lời mở đầu
Các bạn độc giả thân mến. Trên tay bạn là bộ sách 50 CHUYÊN ĐỀ
OLYMPIAD HÓA HỌC - là tuyển tập các câu hỏi trong đề thi Olympiad quốc
tế và nhiều quốc gia trên thế giới trong những năm gần đây, được phân
chia chi tiết thành 50 chuyên đề nhỏ.
Từ cách đây 15 năm, các [cựu] quản trị viên box Hóa học OlympiaVN (nay
là Tạp chí KEM & website sachhoahoc.xyz) đã bắt đầu biên soạn các tài liệu
tương tự, được lưu hành nội bộ - gọi là các Compilation. Tuy nhiên, 3 bộ
Compilation trước đây bị giới hạn về mặt nội dung (chủ yếu là đề thi HSGQG
Việt Nam và IChO, cùng với đề thi Olympiad của khoảng 3, 4 nước), cũng
như nhân lực và thời gian có hạn nên sự phân chia các chuyên mục chưa
thực sự chi tiết, chỉ chia thành 7 phần lớn chứ chưa chia nhỏ thành các
mảng chun đề sâu hơn. Chính vì vậy, trong năm 2018-2019, chúng tôi
quyết định biên soạn lại bộ sách này, với cập nhật thêm đề thi từ rất nhiều
quốc gia trên thế giới (đặc biệt là những nước có truyền thống về Olympiad
Hóa học như Trung Quốc, Nga và các nước Soviet cũ, các quốc gia khu vực
Baltic, ... ) và quan trọng hơn là phân chia nội dung chi tiết hơn, với 6 lĩnh
vực, 50 chuyên đề - cố gắng bám sát khung chương trình IChO trong khả
năng có thể. Hi vọng rằng, với tuyển tập này, lời đáp cho câu hỏi: "Có những
gì trong đề thi Olympiad Hóa học?" mà rất nhiều độc giả, đặc biệt là những
bạn học sinh THPT, vốn thường thắc mắc - sẽ phần nào sáng tỏ.
Lưu ý rằng tuyển tập này chọn lọc những câu hỏi từ các đề thi Olympiad,
do đó bạn sẽ cần phải có một nền tảng kiến thức tương đối vững chắc về
Hóa học phổ thơng chuyên sâu để trước khi bắt đầu với hành trình chinh
phục kiến thức này. Ngoài ra, do tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu nên tuyển

tập chưa có được sự thống nhất về mặt danh pháp, mong bạn bỏ qua cho
sự bất tiện này.
Chúc bạn tìm thấy những niềm vui trong học tập.

1 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Mục lục
Chuyên đề 1: Nguyên tử - Bảng tuần hoàn ....................................................................... 6
Bài 1 ............................................................................................................................. 6
Bài 2 ............................................................................................................................. 8
Bài 3 ............................................................................................................................. 9
Bài 4 ........................................................................................................................... 10
Bài 5 ........................................................................................................................... 11
Bài 6 ........................................................................................................................... 12
Bài 7 ........................................................................................................................... 13
Bài 8 ........................................................................................................................... 16
Bài 9 ........................................................................................................................... 18
Bài 10 ......................................................................................................................... 19
Bài 11 ......................................................................................................................... 20
Bài 12 ......................................................................................................................... 22
Bài 13 ......................................................................................................................... 24
Chuyên đề 2: Hóa học hạt nhân...................................................................................... 27
Bài 1............................................................................................................................ 27
Bài 2............................................................................................................................ 28
Bài 3 ........................................................................................................................... 31
Bài 4 ........................................................................................................................... 34
Bài 5 ........................................................................................................................... 36
Bài 6 ........................................................................................................................... 37
Bài 7 ........................................................................................................................... 39

Bài 8 ........................................................................................................................... 41
Bài 9 ........................................................................................................................... 43
Bài 10 ......................................................................................................................... 44
Bài 11 ......................................................................................................................... 46
Bài 12 ......................................................................................................................... 48
Bài 13 ......................................................................................................................... 51
Bài 14 ......................................................................................................................... 53
Bài 15 ......................................................................................................................... 54
Bài 16.......................................................................................................................... 61
Bài 17.......................................................................................................................... 63
Bài 18.......................................................................................................................... 66
Bài 19 ......................................................................................................................... 68
Bài 20 ......................................................................................................................... 71
Bài 21.......................................................................................................................... 74
Bài 22.......................................................................................................................... 76
Bài 23 ......................................................................................................................... 79
Bài 24 ......................................................................................................................... 82
Bài 25 ......................................................................................................................... 84
Bài 26 ......................................................................................................................... 86
Bài 27 ......................................................................................................................... 87
Chuyên đề 3: Cấu tạo phân tử - Liên kết hóa học ........................................................... 90
Bài 1............................................................................................................................ 90

2 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 2 ........................................................................................................................... 92
Bài 3 ........................................................................................................................... 94
Bài 4............................................................................................................................ 95
Bài 5............................................................................................................................ 97

Bài 6............................................................................................................................ 99
Bài 7.......................................................................................................................... 100
Bài 8.......................................................................................................................... 101
Bài 9.......................................................................................................................... 103
Bài 10........................................................................................................................ 109
Bài 11........................................................................................................................ 111
Bài 12 ....................................................................................................................... 113
Bài 13 ....................................................................................................................... 116
Bài 14........................................................................................................................ 118
Bài 15........................................................................................................................ 120
Bài 16........................................................................................................................ 121
Bài 17 ....................................................................................................................... 123
Bài 19........................................................................................................................ 128
Bài 20 ....................................................................................................................... 130
Bài 21 ....................................................................................................................... 132
Bài 22 ....................................................................................................................... 134
Bài 23 ....................................................................................................................... 136
Bài 24 ....................................................................................................................... 137
Bài 26 ....................................................................................................................... 139
Bài 26 ....................................................................................................................... 141
Bài 27 ....................................................................................................................... 143
Bài 28 ....................................................................................................................... 145
Bài 29 ....................................................................................................................... 148
Bài 30........................................................................................................................ 150
Bài 31 ....................................................................................................................... 153
Bài 32 ....................................................................................................................... 155
Bài 33 ....................................................................................................................... 157
Bài 34 ....................................................................................................................... 160
Chuyên đề 4: Hóa lượng tử .......................................................................................... 163
Bài 1 ......................................................................................................................... 163

Bài 2 ......................................................................................................................... 168
Bài 3 ......................................................................................................................... 170
Bài 4 ......................................................................................................................... 172
Bài 5 ......................................................................................................................... 174
Bài 6 ......................................................................................................................... 177
Bài 7 ......................................................................................................................... 179
Bài 8 ......................................................................................................................... 184
Chuyên đề 5: Tinh thể ................................................................................................... 187
Bài 1.......................................................................................................................... 187
Bài 2.......................................................................................................................... 189
Bài 3.......................................................................................................................... 190
Bài 4 ......................................................................................................................... 191

3 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 5 ......................................................................................................................... 194
Bài 6 ......................................................................................................................... 197
Bài 7.......................................................................................................................... 198
Bài 8 ......................................................................................................................... 201
Bài 9.......................................................................................................................... 204
Bài 10........................................................................................................................ 205
Bài 11 ....................................................................................................................... 206
Bài 12........................................................................................................................ 207
Bài 13........................................................................................................................ 208
Bài 14 ....................................................................................................................... 209
Bài 15 ....................................................................................................................... 210
Bài 16 ....................................................................................................................... 211
Bài 17 ....................................................................................................................... 215
Bài 18 ....................................................................................................................... 219

Bài 19 ....................................................................................................................... 224
Bài 20........................................................................................................................ 225
Bài 21 ....................................................................................................................... 227
Bài 22 ....................................................................................................................... 233
Bài 23 ....................................................................................................................... 234
Bài 24 ....................................................................................................................... 238
Bài 25 ....................................................................................................................... 242
Bài 26........................................................................................................................ 244
Bài 27 ....................................................................................................................... 245
Bài 28 ....................................................................................................................... 250
Bài 29 ....................................................................................................................... 253
Bài 30 ....................................................................................................................... 257
Bài 31 ....................................................................................................................... 260
Bài 32 ....................................................................................................................... 267
Bài 33 ....................................................................................................................... 270
Bài 34 ....................................................................................................................... 271
Bài 35 ....................................................................................................................... 274
Bài 36 ....................................................................................................................... 275
Bài 37 ....................................................................................................................... 277
Bài 38........................................................................................................................ 278
Bài 39........................................................................................................................ 280
Bài 40........................................................................................................................ 283
Bài 41........................................................................................................................ 285
Bài 42........................................................................................................................ 287
Bài 43 ....................................................................................................................... 289
Bài 44........................................................................................................................ 293
Bài 45 ....................................................................................................................... 295
Bài 46 ....................................................................................................................... 304
Bài 47 ....................................................................................................................... 306
Bài 48 ....................................................................................................................... 308

Bài 49 ....................................................................................................................... 311
Chuyên đề 6: Phức chất ................................................................................................ 315

4 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 1.......................................................................................................................... 315
Bài 2 ......................................................................................................................... 317
Bài 3.......................................................................................................................... 320
Bài 4.......................................................................................................................... 321
Bài 5.......................................................................................................................... 323
Bài 6 ......................................................................................................................... 327
Bài 7.......................................................................................................................... 329
Bài 8.......................................................................................................................... 333
Bài 9 ......................................................................................................................... 335
Bài 10 ....................................................................................................................... 337
Bài 11 ....................................................................................................................... 338
Bài 12 ....................................................................................................................... 340
Bài 13 ....................................................................................................................... 346
Bài 14 ....................................................................................................................... 349
Bài 15 ....................................................................................................................... 351
Bài 16 ....................................................................................................................... 353
Bài 17 ....................................................................................................................... 355
Bài 18 ....................................................................................................................... 358
Bài 19 ....................................................................................................................... 359
Bài 20 ....................................................................................................................... 362
Bài 21 ....................................................................................................................... 367
Bài 22 ....................................................................................................................... 369
Bài 23 ....................................................................................................................... 371
Bài 24 ....................................................................................................................... 373

5 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Chuyên đề 1: Nguyên tử - Bảng tuần hoàn
Bài 1
1) Electron 3d1 có thể ứng với giá trị nào của 4 số lượng tử?
2) Ion X3+ có phân lớp electron ngồi cùng là 4d1. Viết cấu hình electron
ngun tử của X và cho biết vị trí của X trong bảng tuần hồn các
ngun tố hóa học (chu kỳ, nhóm A, B)? Electron 4d1 của X3+ có thể
ứng với những giá trị nào của 4 số lượng tử n, l, m và ms?
3) Electron cuối cùng trong nguyên tố A có các số lượng tử n = 2 ; m = 1 ; ms = +1/2. Số electron độc thân của nguyên tố X ở trạng thái cơ
bản thuộc phân lớp 4d hoặc 5s cũng bằng số electron độc thân của A.
Có bao nhiêu nguyên tối X thỏa mãn dữ kiện trên, đó là những nguyên
tố nào (có thể sử dụng bảng tuần hồn các ngun tố hóa học để trả
lời)?
Electron của ion He+ ở trạng thái kích thích có giá trị số lượng tử chính
bằng số lượng tử phụ của phân lớp chứa electron độc thân của nguyên
tố X. Năng lượng của electron này ở He+ bằng năng lượng của electron
ở trạng thái cơ bản của nguyên tử H. Xác định chính xác nguyên tố X.
Hướng dẫn
1) n= 3, l =2,
ml = có thể là một trong các giá trị: -2; -1; 0; +1; +2
ms = +

1
1
hoặc 2
2

2) Cấu hình electron của X: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2
X ở chu kỳ 5, nhóm IVB
4d1: n = 4, l = 2, m có thể nhận 1 trong các giá trị -2, -1, 0, +1 hoặc +2,
ms = +1/2 hoặc -1/2.
3. Electron cuối cùng trong nguyên tố A có các số lương tử n = 2, m = -1,
ms = +1/2 phải là electron 2p, có năng lượng thấp nhất. Do đó, A có một
electron độc thân, 5 nguyên tố thỏa mãn điều kiện trên gồm: Rb (Z = 37)
[Kr]5s1; Y (Z = 39) [Kr]4d15s2; Ag (Z = 47) [Kr]4d105s1; In (Z = 49)
[Kr]4d105s25p1; I (Z = 53) [Kr]4d105s25p5.

6 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Theo đề bài, năng lượng electron trong nguyên tử H ở trạng thái cơ bản
bằng năng lượng electron trong He+ ở trạng thái kích thích, ta có:

−2.178  10

−18

= −2.178  10

−18

22
n=2
n2

Theo đề bài, phân mức của nguyên tố X có electron độc thân có số lượng
tử phụ (l) bằng n = 2, nghĩa là electron độc thân của X ở phân lớp d. Trong

số 5 nguyên tử nêu trên, chỉ có Ytri là thỏa mãn. Vậy X là Y (Z =
39)[Kr]4d15s2

7 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 2
1) Lý thuyết lượng tử dự đoán sự tồn tại của obitan g ứng với số lượng tử
phụ l = 4.
a) Cho biết số electron tối đa của phân lớp g và giải thích.
b) Ngun tử đầu tiên có electron ở phân lớp g thuộc nguyên tố có số hiệu
ngun tử bằng bao nhiêu?
2) Urani có cấu hình electron [Rn] 5f36d17s2. Trong nguyên tử urani có bao
nhiêu electron chưa ghép đơi? Số oxi hố cực đại của urani có thể là bao
nhiêu?
3) Sắp xếp các electron có số lượng tử n, l, m, s tương ứng với những
trường hợp sau theo thứ tự năng lượng giảm dần:
A (2, 1, 1, +1/2)

B (1, 0, 0, -1/2)

C (4, 1, -1, +1/2)

D (4, 2, -1, +1/2)

E (3, 2, -1, +1/2)

F (4, 0, 0, +1/2)

G (2, 1, -1, +1/2)

H (3, 1, 0, +1/2)

Hướng dẫn
1) a) Phân mức g với l = 4 có 2.4 + 1 = 9 obitan; mỗi obitan có thể chứa tối
đa 2 electron, do đó số electron tối đa mà phân lớp g có là 18.
b) Cấu hình electron của nguyên tố phải là [Rn]7s25f146d107p68s25g1, nghĩa là Z
= 121.
2) Bốn electron khơng ghép đơi, số oxi hố cao nhất là + 6.
3) Electron có năng lượng thấp nhất khi electron có giá trị n nhỏ nhất; nếu
các electron có cùng giá trị n thì electron nào có tổng n+l nhỏ hơn thì có
năng lượng thấp hơn. Vậy năng lượng của các electron tăng dần theo thứ
tự: B < A = G < H < E < F < C < D

8 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 3
Có thể viết cấu hình electron của Ni2+là:
Cách 1: Ni2+ [1s22s22p63s23p63d8];
Cách 2: Ni2+ [1s22s22p63s23p63d64s2].
Áp dụng phương pháp gần đúng Slater (Xlâytơ) tính năng lượng electron
của Ni2+ với mỗi cách viết trên (theo đơn vị eV). Cách viết nào phù hợp với
thực tế? Tại sao?
Hướng dẫn
Năng lượng của một electron ở phân lớp l có số lượng tử chính hiệu dụng
n* được tính theo biểu thức Slater:

 1 = -13,6 x (Z – b)2 /n* (theo eV)
Hằng số chắn b và số lượng tử n* được tính theo quy tắc Slater. Áp dụng

cho Ni2+ (Z=28, có 26e) ta có:
Với cách viết 1 [Ar]3d8:

 1s = -13,6 x (28 – 0,3)2/12
 2s,2p = -13,6 x (28 – 0,85x2 – 0,35x7)2/ 22

=
=

-10435,1 eV
- 1934,0

=

- 424,0

 3s,3p = -13,6 x (28 – 1x2 – 0,85x8 – 0,35x7)2/32

 3d = - 13,6 x (28 – 1x18 – 0,35x – 0,35x7)2/32
E1 = 2  1s + 8  2s,2p + 8  3s,3p + 8 

3d

=

- 86,1

= - 40423,2 eV

Với cách viết 2 [Ar]sd64s2:

 1s,  2s,2p,  3s,3p có kết quả như trên . Ngoài ra:

 3d = -13,6 x (28 – 1x18 – 0,35x5)2/32

=

 4s = - 13,6 x (28 – 1x10 – 0,85x14 – 0,35)2/3,72 =

- 102,9
- 32,8

Do đó E2 = - 40417,2 eV.
E1 thấp (âm) hơn E2, do đó cách viết 1 ứng với trạng thái bền hơn. Kết quả
thu được phù hợp với thực tế là ở trạng thái cơ bản ion Ni2+ có cấu hình
electron [Ar]3d8.

9 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 4
Năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của Na và Mg theo eV (sắp xếp
không theo thứ tự) là: 5,1; 7,6; 47,3; 15,0. Hãy điền các số liệu trên vào
bảng sau và giải thích:
Nguyên tố

I1

I2

Na
Mg
Hướng dẫn
Nguyên tố

I1

I2

Na: 1s22s22p63s1

5,1

47,3

Mg: 1s22s22p63s2

7,6

15,0

- Với mỗi nguyên tố, I2 > I1 vì I1 tách electron ra khỏi nguyên tử trung hòa
còn I2 tách electron khỏi ion dương.
- I1(Na) < I1(Mg) do điện tích hạt nhân tăng, lực hút của hạt nhân với
electron trên cùng phân lớp tăng.
- I2(Na) > I2(Mg) vì bứt electron thứ 2 của Na trên phân lớp bão hòa 2p6,
còn của Mg trên 3s

10 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

Bài 5
Cho bảng sau
Nguyên tố

Ca

Năng lượng ion 11,87
hóa I2 (eV)

Sc

Ti

V

Cr

Mn

12,80

13,58

14,15

16,50

15,64

Hãy giải thích sự biến đổi năng lượng ion hóa thứ hai của các nguyên tố
trong bảng.
Hướng dẫn
Cấu hình electron của các nguyên tố:
Ca: [Ar]4s2 ;

Sc: [Ar]3d14s2 ;

Ti: [Ar]3d24s2

V: [Ar]3d34s2 ; Cr: [Ar]3d54s1 ; Mn: [Ar]3d54s2
Năng lượng ion hóa thứ hai ứng với sự tách electron hóa trị thứ hai. Từ
Ca đến V đó đều là sự tách electron 4s thứ hai. Do sự tăng dần điện tích
hạt nhân nên lực hút giữa hạt nhân và các electron 4s tăng dần, do đó
năng lượng ion hóa I2 cũng tăng đều đặn. Tuy nhiên đối với Cr do cấu hình
electron đặc biệt với sự chuyển electron từ 4s về 3d để sớm đạt được
phân lớp 3d5 đầy một nửa, electron thứ hai bị tách nằm trong cấu hình
bền vững này cho nên sự tách nó địi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng hơn
hẳn, do đó I2 của nguyên tố này cao hơn nhiều so với của V. Cũng chính vì
vậy mà khi chuyển sang Mn, 2 electron bị tách lại nằm ở phân lớp 4s, giá
trị I2 của nó chỉ lớn hơn của V vừa phải, thậm chí cịn nhỏ hơn giá trị tương
ứng của Cr

11 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 6
a) Trong các hợp chất, magie tồn tại ở dạng Mg2+ mặc dù năng lượng ion
hóa thứ hai của magie (15,035 eV) lớn gần gấp đôi năng lượng ion hóa
thứ nhất (7,646 eV).

b) Titan tạo được các ion có điện tích khác nhau Ti2+, Ti3+ và Ti4+. Trong
dung dịch hai ion Ti2+ và Ti3+ có màu cịn Ti4+ khơng màu?
Hướng dẫn
a) Ion Mg2+ nhỏ hơn và có điện tích lớn hơn. Do đó năng lượng tỏa ra khi
tinh thể được tạo thành từ ion Mg2+ nhiều hơn từ Mg+. Lượng tăng năng
lượng mạng lưới dư đủ để bù trừ cho năng lượng ion hóa Mg+ thành Mg2+.
Mặt khác Mg2+ có cấu hình electron bền vững giống khí hiếm Ne
(1s22s22p6) cịn Mg+ (1s22s22p63s1) khơng có cấu hình bền của khí hiếm.
b) Ti (Z = 22) (Ar)3d24s2 có thể có các ion Ti2+ (Ar)3d24s0, Ti3+ (Ar)3d14s0,
Ti4+ (Ar)3d04s0. Trong dung dịch các ion Ti2+, Ti3+ có màu do có bước
chuyển electron giữa các AO d, hấp thụ một bức xạ của ánh sáng, các bức
xạ còn lại tổ hợp cho ta một màu xác định, cịn Ti4+ khơng màu vì khơng
cịn electron d, khơng có bước chuyển electron, khơng hấp thụ ánh sáng.

12 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 7
Câu hỏi này sẽ hỏi về sự làm lạnh bằng laser vốn là một kỹ thuật nhanh
chóng và đầy hiệu lực để làm lạnh ion xuống nhiệt độ rất thấp. Như đã
biết động năng trung bình của một phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ được
thể hiển ở biểu thức E = 23 kB T , với kB là bằng số Boltzmann.
a) Nguyên tử canxi tồn tại ở trạng thái tự do ở 600 C. Tính động
năng trung bình của ion canxi và suy ra căn bậc hai momen và căn
bậc hai vận tốc của một nguyên tử 40Ca , biết khối lượng phân tử
là 39.96.
b) Các nguyên tử được đưa đến một thiết bị bắt ion ở đó chúng bị
quang ion hóa và bắt giữ. Trong chiếc bẫy này chúng được bắn phá
bằng tia laser có bước sóng 396.96 nm. Tính tần số, năng lượng
và momen động lượng của một photon ở bước sóng này.

c) Các ion đi qua một thiết bị quang học tuần hoàn. Các ion hấp thụ
photon từ chùm laser khi chúng di chuyển đến vị trí đối diện với
ánh sáng (điều này có thể đạt được khi áp dụng hiệu ứng Doppler)
và sau đó chúng lại phân rã một photon đến một vị trí ngẫu nhiên.
Hiệu ứng chung của phương pháp này chính là để làm giảm phần
nào nhiệt độ của ion. Tính tốn sự biến đổi momen động lượng
trung bình và vận tốc sau mỗi chu trình và số photon cần để các
ion hấp phụ để đưa ion đến trạng thái nghỉ (Trong thực nghiệm
quá trình này làm nhiệt độ giảm xuống khoảng 0.5 mK.)
d) Viết cấu hình electron của ion Ca+ ở trạng thái cơ bản, và tính
momen obitan và momen từ spin của electron khơng cặp đơi.
e) Ở trạng thái kích thích thì dưới ảnh hưởng của tia laser làm lạnh
thì electron khơng cặp đơi sẽ chuyển đến p có mức năng lượng
thấp nhất. Tính momen obitan và momen từ spin của electron
không cặp đôi trong trường hợp này.
f) Ở trạng thái kích thích này thì electron cũng đã gây ra một momen
từ do quỹ đạo chuyển động của nó quanh hạt nhân. Spin của
electron lúc này có thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều
với từ trường ngoài, và hai trạng thái đó sẽ khác nhau về mặt năng
lượng. Kết quả là xuất hiện số lượng tử , j, đặc trưng co tổng
momen từ của các điện tử trong phân tử có giá trị dao động từ

13 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


l − s đến l + s , các giá trị này nguyên. Tính tất cả các giá trị j có
thể có.
g) Trạng thái chuyển tiếp laser lạnh chính là đi xuống mức thấp hơn
của hai mức này. Trạng thái chuyển tiếp bắt nguồn từ trạng thái
cơ bản đến mức cao hơn có bước sóng laser là 393.48 nm. Tính

sự chênh lệch năng lượng giữa hai mức gây ra do cấu hình ở trạng
thái chuyển tiếp.
Hướng dẫn
E=

3
kT = 1.81  10−20 J
2
p=

2mE = 4.90  10−23 kg m s-1

v = p / m = 738 m s-1
b) v = c /  = 7.5522 x 1014 Hz
E = h = 5.0042 x 10-19 J
p = h /  = 1.6692 x 10-27 kg m s-1
c)

Ở mỗi chu trình thì momen trung bình của ion đã bị giảm bởi
momen của photon mà nó hấp thụ. Sự tái phân rã là đẳng hướng
và khơng ảnh hưởng gì đến momen trung bình.
∆pngun tử = -1.6692 x 10-27 kg m s-1
∆vnguyên tử = ∆pnguyên tử / m = -2.5156 x 10-2 m s-1
Để làm chậm lại ion đến trạng thái nghỉ thì cần lấy xấp xỉ 2.93 x 104
photon.

d) Ca+ : 1s22s22p63s23p64s1
l = 0, tức là
s = ½ , vậy
e)

l(l + 1) = 0

s(s + 1) =

3
2

Với electron ở obitan p thì l = 1, tức là
s = ½ , vậy

s(s + 1) =

3
2

14 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

l(l + 1) =

2


f)

j = ½ (đối song)
j = 3/2 (song song)

h) Bước chuyển thứ nhất đã được tính ở câu b:
E = h = 5.0042 x 10-19 J

Bước chuyển thứ hai là E = hc/ = 5.0484 x 10-19 J
Sự chênh lệch năng lượng sẽ là: ∆E = 4.43 x 10-21 J

15 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 8
Đối với nguyên tử H và những ion chỉ có 1 electron thì năng lượng của các
Z2
electron được xác định theo biểu thức En = EH 2 , với EH = -2,178.10-18 J và
n
Z là số hiệu nguyên tử, n là số lượng tử chính. Xác định năng lượng ion
hóa theo kJ/mol của nguyên tử H và những ion một electron sau:
a) H

b) He+

c) Li2+

d) C5+ ; e) Fe25+

Giải thích sự biến thiên của các giá trị năng lượng ion hóa khi đi từ nguyên
tử H đến ion Fe25+.
Hướng dẫn
Năng lượng cần thiết để chuyển một electron từ n = 1 đến n = ∞ (E∞ = 0)
được gọi là năng lượng ion hóa (kí hiệu là I). Vì E∞ = 0 nên I chính bằng
năng lượng của electron ở trạng thái n = 1.

E = E − E1 = −EH

z2
z2
2
=
−
E
H 2 = −EHz
2
n
1

I = ΔE = -(-2,178.10-18)Z2 = 2,178.10-18.Z2 (J/nguyên tử) (vì n = 1)
Khi chuyển về đơn vị kJ/mol ta có: 2,178.10-18.6,022.1023.10-3= 1311,6
(kJ/mol). Như vậy, giá trị I của các ngun tử có 1 electron được tính như
sau (ở trạng thái cơ bản với n = 1 cho tất cả các trường hợp):
I = 1311,6.Z2 kJ/mol

16 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Ta có: a) H (Z = 1)  IH = 1311,6.12 = 1311,6 kJ/mol
b) He+ (Z = 2)  IHe+ = 1311,6.22= 5246,4 kJ/mol
c) Li2+ (Z = 3)  ILi2+ = 1311,6.32 = 1,804.104 kJ/mol
d) C5+ (Z = 6)  IC5+ = 1311,6.62 = 4,7217.104 kJ/mol
e) Fe25+ (Z = 26)  IFe25+ = 1311,6.(26)2 = 8,8664.105 kJ/mol
Theo chiều He – He+ - Li2+ - C5+ - Fe25+ năng lượng ion hóa tăng, vì Z tăng
và khơng có tác dụng chắn của các e, nên tương tác giữa hạt nhân và
electron tăng.

17 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

Bài 9
Kết quả tính Hóa học lượng tử cho biết ion Li2+ có năng lượng electron ở
các mức En (n là số lượng tử chính) như sau: E1 = -122,400 eV; E2 = -30,600
eV; E3 = -13,600 eV; E4 = -7,650 eV.
a) Tính 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 hóa của ion Li2+ (theo eV) và giải thích.
Hướng dẫn
a) 1eV = 1,602.10-19J x 6,022.1023 mol-1 x 103kJ/J = 96,472kJ/mol. Vậy:
E1 = -122,400eV x 96,472 kJ/mol.eV= -11808,173kJ/mol;
E2 = -30,600 eVx 96,472 kJ/mol.eV = -2952,043kJ/mol;
E3 = -13,600eV x 96,472 kJ/mol.eV = -1312,019kJ/mol;
E4 = -7,650eV x 96,472 kJ/mol.eV = -738,011kJ/mol.
b) Quy luật liên hệ: Khi Z là hằng số, n càng tăng, năng lượng En tương ứng
càng cao (càng lớn). Giải thích: n càng tăng, số lớp electron càng tăng,
electron càng ở lớp xa hạt nhân, lực hút hạt nhân tác dụng lên electron
đó càng yếu, năng lượng En tương ứng càng cao (càng lớn), electron càng
kém bền.
c) Sự ion hoá của Li2+: Li2+ → Li3+ + e
Cấu hình electron của Li2+ ở trạng thái cơ bản là 1s1.
Vậy I3 = -(E1) = +122,400 eV
→ I3 = 122,400eV

18 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 10
Cho các ion sau đây: He+, Li2+, Be3+.

a) Áp dụng biểu thức tính năng lượng: En = -13,6(Z2/n2) (có đơn vị là
eV); n là số lượng tử chính, Z là số điện tích hạt nhân, hãy tính năng
lượng E2 theo đơn vị kJ/mol cho mỗi ion trên (trong đáp số có 4 chữ
số thập phân).
b) Có thể dùng trị số nào trong các trị số năng lượng tính được ở trên
để tính năng lượng ion hóa của hệ tương ứng? Tại sao?
c) Ở trạng thái cơ bản, trong số các ion trên, ion nào bền nhất, ion nào
kém bền nhất? Tại sao?
Hướng dẫn
a) Áp dụng biểu thức En = -13,6(Z2/n2)  E2 = -3,4Z2 (eV) = -328,0063Z2
kJ/mol.
- Đối với He+: Z = 2  E2 = -1312,0252 kJ/mol
- Đối với Li2+: Z = 3  E2 = -2952,0567 kJ/mol
- Đối với Be3+: Z = 4  E2 = -5248,1008 kJ/mol
b) Theo định nghĩa, năng lượng ion hóa là năng lượng ít nhất để tách 1
electron khỏi hệ ở trạng thái cơ bản. Với cả 3 ion trên, trạng thái cơ bản
ứng với n = 1. Các trị số năng lượng tính được ở trên ứng với trạng thái
kích thích n = 2, do vậy khơng thể dùng bất kì trị số E2 nào để tính năng
lượng ion hóa.
c) Mỗi ion đều có 1 electron, cùng ở trạng thái cơ bản, ion có số điện tích
hạt nhân Z càng lớn thi lực hút của hạt nhân tác dụng vào electron càng
mạnh, ion càng bền và ngược lại. Như vậy, ion Be3+ có Z = 4 (lớn nhất) bền
nhất và ion He+ có Z = 2 (bé nhất), kém bền nhất trong số 3 ion đã cho.

19 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 11
1) Tần số của các vạch phổ thuộc dãy Lyman (bước chuyển electron từ
n>1 về n=1) của nguyên tử hydro lần lượt là 2,466; 2,923; 3,083;

3,157; 3,197; 3,221; và 3,237x1015 Hz. Dựa vào các giá trị này hãy xác
định năng lượng ion hóa của ngun tử hydro.
2) Tính năng lượng ion hóa thứ nhất (kJ/mol) của các nguyên tử selen,
biết khi chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 48,2 nm vào các
nguyên tử selen ở trạng thái cơ bản và ở thể khí thì tạo ra chùm
electron có vận tốc 2,371x106 m/s. Biết khối lượng của 1 electron bằng
9,109x10-31 kg.
Hướng dẫn
1) Năng lượng ion hóa ứng với năng lượng của bước chuyển n=∞ về n=1
(cùng giá trị nhưng khác dấu). Dựa vào cơng thức Bohr có thể thấy khi giá
trị n càng lớn thì các mức năng lượng càng gần nhau, sự khác biệt tần số
của bức xạ sẽ càng nhỏ. Lập bảng giá trị chênh lệch tần số theo dữ kiện
đề bài ta có:
Tần số x1015 2,466 2,923 3,083 3,157 3,197 3,221 3,237
Hz
Chênh lệch
tần số x1015
Hz
0,457 0,160 0,074 0,040 0,024 0,016
Vẽ đồ thị chênh lệch tần số theo tần số, ta có đồ thị

20 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Ngoại suy đồ thị cắt trục tần số tại tần số 3,275x1015 Hz.
Vậy giá trị năng lượng ion hóa = E∞ = (6,62x10-34 J/s)x (3,275x1015 1/s) x
(6,02 x1023 1/mol) = 1307 kJ/mol
Lưu ý: giá trị ngoại suy có thể sai lệch đôi chút so với giá trị 3,275
2) Gọi I1 là năng lượng ion hóa thứ nhất của Se (J/nguyên tử)
ℎ𝐶

𝜆

= 𝐼1 +

1

𝑚𝑣 2
2



10−31 (2,371 × 106 )2
𝐽
 𝐼1 = 1,563 × 10−18 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử

6,626×10−34 ×3,00×108
48,2×10−9

21 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

1

= 𝐼1 + 2 × 9,109 ×


Bài 12
Trong một thí nghiệm, người ta ghi được phổ phát xạ (phổ vạch) đối với
một ion giống hydro (chỉ chứa một electron) ở pha khí. Các vạch phổ của
ion khảo sát được biểu diễn theo hình phổ đồ dưới đây:

Tất cả các vạch phổ thu được đều đặc trưng cho các bước chuyển từ trạng
thái kích thích về trạng thái ứng với n = 3. Căn cứ vào các dữ kiện đã cho,
hãy:
a) Cho biết bước chuyển electron nào ứng với vạch A và vạch B ghi trên
phổ đồ?
b) Giả sử độ dài bước sóng  = 142,5 nm ứng với vạch B. Tính độ dài
bước sóng cho vạch A theo nm.
Hướng dẫn
a) Vì bước sóng tỉ lệ nghịch với năng lượng, E = hc/ nên vạch quang phổ
ở bên phải của B (ở bước sóng lớn hơn) tương ứng sự chuyển dời về mức
năng lượng thấp nhất có thể, nghĩa là từ n = 4 xuống n = 3. Vạch B tương
ứng sự chuyển dời về mức năng lượng thấp nhất kế tiếp từ n = 5 xuống n
= 3 và vạch A tương ứng với sự chuyển dời electron từ n = 6 xuống n = 3.
b) Vì phổ này là dành cho ion một electron nên ta áp dụng công thức.
E = −13,6

Z2
Z2
Z2
−19
−18
(eV)
=
−
13,6.1,602.10

(J)
=
−
2,719.10


(J) (1)
n2
n2
n2

Sử dụng vạch phổ B để xác định Z
 Z2 Z2 
16Z2
E5→3 = −2,719.10−18   2 − 2  (J) = −2,719.10−18 
(J)
9.25
3 5 

E5→3 =

hc 6,626.10−34 (J.s)  3,0.108 (m / s)
=
= 1,395.10−18 J
−9

142,5.10 m

Năng lượng tỏa ra là: -1,395.10-18 J

22 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

(2)

(3)

Từ (2) và (3) ta có: −2,719.10

−18

16Z2

= 1,395.10 −18  Z = 3
9.25

Vậy đó là ion Li2+ với Z = 3.
1 1
E6→3 = −2,719.10−18  32  2 − 2  (J) = −1,634.10 −18 J
3 5 
−34
hc 6,626.10 (J.s)  3,0.108 (m / s)
=
=
= 1,21610−7 m = 121,6nm
−18
E
−1,634.10 (J)

23 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 13
Năm 1888, Rydberg và Ritz đã phát hiện ra một cơng thức kinh nghiệm để
xác định vị trí của các vạch phổ hydrogen bằng sự hấp thụ ánh sáng:

1 1
1
= R 2 − 2 

 n1 n2 

 - bước sóng, R - hằng số Rydberg, n1 và n2 - các số tự nhiên. Các dãy
quang phổ dưới đây tương ứng với sự chuyển (nhảy) của electron từ các
trạng thái n2 khác nhau đến trạng thái cho sẵn n1. Cho biết: h = 6.627∙1034 J∙s, c = 3∙108 m∙s-1.
Các dãy phổ
Layman
Brackket
Ballmer

n1

n2

λ, nm

1

3

~100

1

121

4

1456
3

1) Sử dụng dữ liệu từ bảng, tính hằng số Rydberg và hoàn thành bảng
bằng cách bổ sung các dữ kiện còn thiếu.
Năm 1913, Bohr đã phát triển mơ hình của ơng về ngun tử hydrogen.
Mơ hình này dựa trên giả thiết rằng nguyên tử có các quỹ đạo trịn ổn
định, trong đó các electron có vị trí xác định mà không bức xạ năng lượng.
Electron chuyển từ quỹ đạo n1 đến n2 sẽ kéo theo việc hấp thụ hoặc bức
xạ ánh sáng (photon) có bước sóng xác định.
Thế năng của electron trong trường tĩnh điện của hạt nhân là

e2
En = −
4 0rn
e = 1.6∙10-19 C - điện tích cơ bản, ε0 = 8.85∙10-12 F/м - hằng số điện, rn - bán
kính của orbital thứ n; và rn = a0n2, a0 - bán kính của quỹ đạo Bohr thứ
nhất (bán kính Bohr). Cho biết giá trị động năng của nguyên tử hydrogen
chỉ nhỏ bằng ½ và ngược dấu với thế năng của nó.
2) Dãy nào tương ứng với sự chuyển electron về trạng thái cơ bản?
3) Cho biết hằng số R, tính năng lượng của 1 mol nguyên tử hydrogen ở
trạng thái cơ bản.

24 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM