CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề

VỎ NGUYÊN TỬ
A. Mục tiêu
1. Kiến thức
Hiểu được:
- Mô hình hiện đại về sự chuyển động của electron trong nguyên tử..
Obitan nguyên tử, hình dạng các obitan nguyên tử s, px, py, pz.
- Khái niệm lớp, phân lớp electron và số obitan trong mỗi lớp và mỗi phân lớp. Các số
lượng tử, giá trị các số lượng tử và ý nghĩa của chúng.
- Mức năng lượng obitan trong nguyên tử và trật tự sắp xếp.
- Các nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử: Nguyên lí vứng bền,
nguyên lí Pauli, qui tắc Hund.
- Cấu hình electron và cách viết cấu hình electron trong nguyên tử.
- Sự phân bố electron trên các phân lớp, lớp và cấu hình electron nguyên tử của các
nguyên tố (trừ các nguyên tố họ f).
- Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng.
2.Kĩ năng
- Xác định được thứ tự các lớp electron trong nguyên tử, số obitan trong mỗi lớp, mỗi
phân lớp.
- Xác định được mối liên hệ giữa electron, lớp electron với các số lượng tử.
- Viết được cấu hình electron dưới dạng ô lượng tử của một số nguyên tố
- Dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử suy ra tính chất cơ bản của
nguyên tố đó là kim loại, phi kim hay khí hiếm.
- Tính gần đúng được năng lượng của 1e trong trường lực hạt nhân cụ thể.
B. Tài liệu tham khảo
C. Hướng dẫn học sinh tự học.
* Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:
1. Cấu trúc vỏ nguyên tử gồm hạt nào? Được phân chia thành lớp, phân lớp, AO như
thế nào?
2. Nêu 4 số lượng tử và mối liên hệ giữa 4 số lượng tử đó?

3. Ở vỏ nguyên tử các electron được sắp xếp theo các nguyên lý và qui tắc gì?
4. Cấu hình electron là gì? Cách viết cấu hình e, cấu hình e dạng ô lượng tử?
5. Đặc điểm của của electron lớp ngoài cùng. Nguyên tố nào là kim loại, phi kim,
khí trơ?
6. Sự tạo thành ion và cách viết cấu hình e của ion.
D. Bài tập tự kiểm tra kiến thức của học sinh (Bài kiểm tra lần 1)
Thời gian: 15 phút
Câu 1: Các electron thuộc các lớp K, L, M, N, trong nguyên tử khác nhau về
A. đường chuyển động của các electron.
B. độ bền liên kết với hạt nhân.
C. năng lượng trung bình của các electron.
D. độ bền liên kết với hạt nhân và năng lượng trung bình của các electron.
Câu 2: Trong nguyên tử, ở trạng thái cơ bản, các electron được phân bố trên bốn lớp, lớp
quyết định tính chất kim loại, phi kim hay khí hiếm là
A. các electron lớp K.

B. các electron lớp N.

C. các electron lớp L.

D. các electron lớp M.

Câu 3: Trong những câu phát biểu sau đây:
Trong nguyên tử, các electron được sắp xếp tuân theo
1. Nguyên lí vững bền : Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần
lượt các obitan có mức năng lượng từ thấp lên cao.
2. Nguyên lí Pauli : Trên một obitan chỉ có thể có nhiều nhất là hai electron và hai
electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi
electron.
3. Quy tắc Hun : Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan

sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống
nhau.
4. Quy tắc về trật tự các mức năng lượng obitan nguyên tử :
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p <7s < 5f < 6d
Số câu đúng là


A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Câu 4: Phân lớp tiếp theo phân lớp f gọi là phân lớp g. Số AO trong một phân lớp g là
A. 5.

B. 7.

C. 14.

D. 9.

Câu 5: Nhận định đúng về số lượng tử từ (ml) của một electron trong phân lớp 5f là
A. một số nguyên nào đó từ 0 đến 5.

B. một giá trị nào đó từ -5 đến +5.

C. +1/2 hoặc -1/2.

D. +1/2.

Câu 6: Phát biểu đúng với một electron có các số lượng tử n = 5 và ml = 3 là
A. electron này có thể ở trong một AO p.
B. electron này phải có số lượng tử spin là -1/2.
C. electron này có thể ở trong một AO f.
D. electron này ở lớp vỏ chính thứ tư.
Câu 7: Trong các cấu hình electron dưới đây cho Mo (Z = 42) cấu hình nào đúng là
A. [Kr] 4d55s1.

B. [Kr] 4d55s2.

C. [Kr] 4d45s2.

D. [Ar] 5s24d4.

Câu 8: Nguyên tử của nguyên tố X có cấu hình electron nguyên tử kết thúc ở 4s1. Cấu
hình electron của X có thể là
A. 1s22s22p63s23p64s1 .
B. 1s22s22p63s23p63d54s1 .
C. 1s22s22p63s23p63d104s1 .
D. 1s22s22p63s23p64s1, 1s22s22p63s23p63d54s1 , 1s22s22p63s23p63d104s1.
Câu 9: Cho các nguyên tố X1, X2, X3, X4 có electron cuối cùng được điền vào các phân
lớp sau: X1 : 4s1; X2 : 3p3 ; X3 : 3p6 ; X4 : 2p4
Nguyên tố kim loại là
A. X1 và X2.

B. X1.

C. X1, X2,X4.

D. X3.

Câu 10: Cation kim loại Mn+ có cấu hình electron lớp vỏ ngoài cùng là 2s22p6.
Cấu hình electron lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử M là


A. 3s1 hoặc 3s2 hoặc 3s23p1.

C. 3s1 hoặc 2s22p5.

B. 2s22p5 hoặc 2s22p4.

D.

2s22p4

hoặc

3s2.
E. Nội dung lý thuyết cần nghiên cứu (Thông tin phản hồi)
Vấn đề
1.

Nội dung

Sự chuyển I. Sự chuyển động của electron trong nguyên tử - Obitan nguyên

động

của tử
ở

electron

vỏ 1. Chuyển động của electron trong nguyên tử: không theo một quĩ

nguyên tử cụ thể đạo xác định.
thế nào, electron 2. Obitan nguyên tử
chuyển động có Khái niệm: Obitan nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt
theo một

quĩ nhân mà ở đó xác suất có mặt của electron (hay xác xuất tìm thấy

đạo nhất định electron) là lớn nhất (khoảng 90%)
không?

*Cách biểu diễn obitan nguyên tử
+) Obitan s: có dạng hình cầu
+) Obitan p: hình số 8 nổi.
Có 3 obitan p: px, py, pz.
+) Obitan d và obitan f : Có hình dạng phức tạp.

2. Nếu nguyên II. Các số lượng tử (Các đại lượng để xác định vị trí của
tử

có

nhiều electrontrong nguyên tử)

electron thì các * Thực ra các đại lượng này là nghiệm của 1 phương trình sóng
electron có vị trí Srodingơ (thuộc nghành hoá lượng tử)
giống

nhau 1. Số lượng tử chính n (n có các giá trị nguyên = 1, 2, 3...)
- Số lượng tử chính quy định mức năng lượng của một

không?

Các đại lượng electron. Năng lượng của electron phụ thuộc chủ yếu vào giá trị của
đặc trưng cho n (số thứ tự của lớp electron) vì vậy n được gọi là số lượng tử chính.
một

electron

trong

nguyên với hạt nhân chặt chẽ nhất; n có giá trị càng lớn, electron có mức

- n thấp thì electron có mức năng lượng thấp, electron liên kết


tử?

năng lượng càng cao và liên kết với hạt nhân càng kém chặt chẽ
(càng ở xa hạt nhân)
- Giá trị của n cũng quy định kích thước của obitan
2. Số lượng tử phụ hay số lượng tử obitan ( l): Số lượng tử obitan l
quy định hình dạng obitan hay kiểu obitan

Trong một lớp thì l có n giá trị từ 0 đến (n – 1)
l = 0,
Kí hiệu là

1, 2,
s

p

3, ... (n - 1)
d

f, ...

 Mỗi giá trị của l ứng với một kiểu obitan
- ở lớp thứ nhất n = 1, l chỉ có 1 giá trị nên chỉ có một phân
lớp, đó là phân lớp s. Phân lớp s chỉ có 1 AO gọi là AO s
- ở lớp thứ hai n = 2, l chỉ có 2 giá trị nên chỉ có 2 phân lớp,
đó là phân lớp s và phân lớp p. Phân lớp p có 3 AO gọi là AO p.
- ở lớp thứ ba n = 3, l chỉ có 3 giá trị nên chỉ có 3 phân lớp,
đó là phân lớp s, p và d. Phân lớp d có 5 AO gọi là AO d.
- ở lớp thứ tư n = 4, l chỉ có 4 giá trị nên chỉ có 4 kiểu phân
lớp, đó là phân lớp s, p, d và f. Phân lớp f có 7 AO gọi là AO f.
3. Số lượng tử từ m (hay m l) Số lượng tử từ xác định sự định
hướng của các obitan trong không gian. Nó quy định số obitan trong
cùng một phân mức năng lượng.
*ml có giá trị - l..., 0,... + l  (2 l + 1) giá trị
Mỗi giá trị của m ứng với một obitan, mỗi obitan được biểu
diễn bằng một ô vuông gọi là ô lượng tử
- Khi l = 0, m chỉ có 1 giá trị (m = 0), có 1 obitan s

- Khi l = 1, m chỉ có 3 giá trị (-1, 0, +1), có 3 obitan p
- Khi l = 2, m chỉ có 5 giá trị (-2, -1, 0, +1, +2), có 5 obitan d
- Khi l = 3, m chỉ có 7 giá trị (-3,... 0 ... +3), có 7 obitan f.
Mỗi obitan được đặc trưng bằng một tổ hợp ba số lượng tử n,


l, m.
Ví dụ: obitan s của nguyên tử hiđro được đặc trưng bằng các giá trị:
n = 1, l = 0, ml = 0.
4. Số lượng tử spin (s): Qui định chiều hướng của electron trong 1
AO.
Số lượng tử spin chỉ có hai giá trị: s = +

1
1
và s = 2
2

*Tổ hợp bốn số lượng tử nói trên đặc trưng đầy đủ cho trạng
thái của electron, nó như một "địa chỉ" để nhận ra electron trong
nguyên tử.
III. Sự sắp xếp electron trong nguyên tử
5. Các qui tắc và 1. Các nguyên lý và quy tắc
nguyên lý để sắp a. Nguyên lý Pauli (W. Pauli): Mỗi obitan chỉ có thể chứa tối đa
xếp

electron hai electron có spin ngược dấu

trong

nguyên Ví dụ 1:Electron trong obitan 1s:

tử?
(n = 1, l = 0, m = 0, s = +

Hoặc:

1
)
2

(n - 1, l = 0, m = 0, s = -

1
)
2

*Khi có một electron trong một obitan, mũi tên có thể hướng
lên trên hay xuống dưới
Ví dụ 2:Nguyên tử heli có 2 electron. Cả 2 electron đều chiếm obitan
1s. Theo nguyên lý Pauli, 2 electron này phải có spin ngược dấu
Hai electron trong obitan 1s:
* Khi một ô đã có đủ 2 electron, người ta nói rằng một cặp electron
đã ghép đôi. Nếu trong ô chỉ có 1 electron thì đó là electron độc
thân.
* Số electron tối đa trong mỗi phân lớp


- Phân lớp s chỉ có 1 obitan, vậy phân lớp s chứa tối đa 2 electron
- Phân lớp p có 3 obitan (px, py, pz) vậy phân lớp p chứa tối đa 6

electron
- Phân lớp d có 5 obitan, vậy phân lớp d chứa tối đa 10 electron
- Phân lớp f có 7 obitan, vậy phân lớp f chứa tối đa 14 electron
* Số electron tối đa trong mỗi lớp
- Lớp thứ nhất chỉ có phân lớp s: chứa tối đa 2 electron
- Lớp thứ hai có hai phân lớp: phân lớp s chứa tối đa 2 electron; phân
lớp p chứa tối đa 6 electron nên tổng cộng chứa tối đa 8 electron
- Lớp thứ ba có ba phân lớp: phân lớp s, phân lớp p, phân lớp d nên
chứa tối đa 18 electron
- Lớp thứ tư có bốn phân lớp: phân lớp s, phân lớp p, phân lớp d,
phân lớp f nên chứa tối đa 32electron v.v...
*Tổng quát lại thì lớp thứ n chứa tối đa 2n2 electron
b. Nguyên lý vững bền: trong nguyên tử các electron sẽ lần lượt
chiếm các obitan có năng lượng từ thấp đến cao.
*Thông thường:
- Trong nguyên tử mức năng lượng của lớp 1 < 2 < 3 < …
- Trong 1 lớp n thì s < p < d < …
*Lí thuyết và thực nghiệm cho biết thứ tự tăng dần năng
lượng của các obitan như sau: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p <4s < 3d< 4p
< 5s < 4d...(theo qui tắc Klecopxki trong sgK)
*Qua giản đồ năng lượng ta thấy, kể từ số lượng tử chính n >
3, obitan 4s có năng lượng thấp hơn 3d, obitan 5s có năng lượng
thấp hơn 4d... Người ta gọi hiện tượng đó là sự "chèn" mức năng
lượng.
c. Quy tắc Hun (Hund): Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ
được phân bố vào các obitan như thế nào để tổng số spin của chúng


là cực đại (tức là e được phân bố rải đều ở các AO rồi mới ghép đôi)
Ví dụ: AO p có 2e

2. Cấu hình electron: Cấu hình electron là cách biểu diễn sự phân
bố electron theo các phân lớp và các lớp. Người ta quy ước chỉ
electron bằng những chữ s, p, d, f của obitan và bằng những con số
6.

Cấu

hình

electronvà cách
viết

cấu

hình

electron?

đặt trước những chữ này để chỉ số thứ tự của lớp electron. Số
electron của obitan được viết theo bên phải ký hiệu của obitan.
Ví dụ: 7N (Z= 7)  Cấu hình e của N là: 1s22s23p3 hoặc [He]
2s22p3
*Cách viết cấu hình electron:
Bước 1: Viết theo mức năng lượng 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s…
Bước 2: Viết lại theo thứ tự từ lớp 1 đến lớp 2, 3, 4…
Bước 3: có một số trường hợp đổi 3d và 4s để đạt tới cấu hình
electron bền hơn (trạng thái bão hoà và nửa bão hoà).
1s22s22p63s23p64s1

hoặc [Ar] 4s1

Z = 26

1s22s22p63s23p63d64s2

hoặc [Ar] 3d64s2

Z = 29

1s22s22p63s23p63d104s1

hoặc [Ar]3d104s1

Ví dụ: Z = 19

3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
a. Đặc điểm: Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp ngoài
7. Đặc điểm của
lớp e ngoài cùng
và sự hình thành
ion?

cùng có tối đa là 8 electron (trừ He là 2e)
*Lớp ngoài cùng là ns2np6 được gọi là cấu hình electron đã bão hoà.
*Riêng 24 He là 1s2
b. Qui ước:
- Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng đều rất bền vững,
chúng hầu như không tham gia vào các phản ứng hoá học. Đó là các
nguyên tử khí hiếm (hay khí trơ)

- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng đều là những kim


loại (trừ bo)
- Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng thường là những phi
kim.
c. Sự tạo thành ion
*Định nghĩa: Ion là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có mang điện.
*Sự tạo thành ion dạng nguyên tử mang điện: Là do các nguyên tử
nhường hoặc nhận e
- Nếu là kim loại thì nhường 1, 2, 3e ở lớp ngoài cùng thành ion dương:
M – ne = Mn+
- Nếu là phi kim thì nhận 1, 2, 3e vào lớp ngoài cùng tạo hành ion âm: X
+ ne = XnVí dụ: Viết cấu hình electron của Fe2+ và Fe3+
26Fe

1s22s22p63s23p63d64s2

hoặc [Ar] 3d64s2

Fe2+1s22s22p63s23p63d6

hoặc [Ar] 3d6

Fe3+1s22s22p63s23p63d5

hoặc [Ar] 3d5

Ví dụ: Viết cấu hình electron của S216S

1s22s22p63s23p4

S2-1s22s22p63s23p6
F. Bài tập tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi
(Bài kiểm tra lần 2)

Thời gian: 15 phút

Câu 1: Trong nguyên tử một nguyên tố có ba lớp eletron (K, L, M). Ở trạng thái cơ bản
lớp có thể chứa các electron độc thân là
A. lớp K.

B. lớp M.

C. lớp L.

D. lớp L và M.

Câu 2: Nguyên tử của nguyên tố hoá học có cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s1 là
A. Ca (Z = 20).

B. K (Z = 19).

C. Mg (Z = 12).

D. Na (Z = 11).

Câu 3: Cation X3+ và anionY2– đều có cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng là 2p6. Kí
hiệu của các nguyên tố X, Y lần lượt là

A. Al và O.

B. Mg và O.

C. Al và F.

D. Mg và F.

Câu 4: Cho biết sắt có số hiệu nguyên tử là 26. Cấu hình electron của ion Fe2+ là
A. 1s22s22p63s23p64s2.

B. 1s22s22p63s23p63d6.

C. 1s22s22p63s23p63d5.

D.

1s22s22p63s23p63d4.
Câu 5: Cho biết cấu hình electron của X và Y lần lượt là
X : 1s22s22p63s23p3 và Y : 1s22s22p63s23p64s1
Nhận xét đúng là:
A. X và Y đều là các kim loại.
B. X và Y đều là các phi kim.
C. X và Y đều là các khí hiếm.
D. X là một phi kim còn Y là một kim loại.
Câu 6: Trong nguyên tử một nguyên tố X có 29 electron và 36 nơtron. Số khối và số lớp
electron của nguyên tử X lần lượt là
A. 65 và 4.

B. 64 và 4.

C. 65 và 3.

D. 56 và 3.

Câu 7: Tổng số các hạt proton, nơtron và electron trong nguyên tử của một nguyên tố là
40. Biết số hạt nơtron lớn hơn số hạt proton là 1. Nguyên tố trên thuộc loại nguyên tố
A. s.

B. p.

C. d.

D. f.

Câu 8: Trong các tổ hợp sau, tổ hợp sai là
n

l

ml

A

2

1

0

B

2

2

-1

C

2

1

-1

D

1

0

0

Câu 9: Cấu hình electron biểu diễn một trạng thái kích thích là
A. [Ne] 3s23p64s23d1.

B. [Ne] 3s23p64s23d8.

C. 1s22s22p53s1.

D. 1s22s2.

Câu 10: Cấu hình electron thoả mãn nguyên lý vững bền và nguyên lý loại trừ Pauli là


A. [Ne] 3s23p34s1.

B. [Ne] 3s23p64f4.

C. 1s22s12p3.

D. 1s22s22p63s1.

Câu 11: Năng lượng 1 electron (tính theo eV) trong AO 1s của He + là
A. - 13,6.

B. – 3,4.

C. – 54,4.

D. – 27,2.

Câu 12: Năng lượng 1e (Tính theo eV) ở AO 2s củaion Li 2+ là
A. – 13,6.

B. -122,4.

C. -30,6.

D. -20,4.

Câu 13: Một electron có số lượng tử n =3 và l = 1 được tìm thấy trong phân lớp
A. 4d.

B. 3d.

C. 3p.

D. 2f.

Câu 14: Đối với nguyên tử clo ở trạng thái cơ bản số electron có số lượng tử n = 3 và l =
0 là
A. 2.

B. 4.

C. 6.

D. 8.

Câu 15: Số lượng tử từ xác định
A. mức năng lượng của các AO.

B. hình dạng AO.

C. hướng không gian của AO.

D. spin electron trong AO.

*Đáp án bài kiểm tra lần 1
Câu

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ĐA

D

B

D

D

D

C

A

D

B

A

*Đáp án bài kiểm tra lần 2
Câu

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

ĐA

B

B

A

B

D

A

B

B

C

D

C

B

C

A

C


BÀI TẬP PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
I. Bài tập cơ bản có hướng dẫn
(Bài tập bồi dưỡng năng lực nhận biết, tìm tòi và phát hiện vấn đề)
Bài 1
1. Hoàn thành các phản ứng hạt nhân sau:
a) 1226 Mg + ...? → 1023 Ne + 24 He
b) 199 F
+ 11 H → ...? + 24 He

242
22
1
c)
94 Pu + 10 Ne → 4 0 n + ...?
d) 11 H
+ ...? → 2 24 He + 01 n
2. Một vụ nổ hạt nhân của 235 U đã giải phóng năng lượng là 1646.1014 J. Xác định khối
lượng của U còn lại sau vụ nổ so với lượng lúc đầu với 2 kg là bao nhiêu?
Cho c = 3.108 m/s.
* Hướng dẫn giải bài 1
1. Từ định luật bảo toàn điện tích và số khối  các hạt còn thiếu:
16
a. 01 n ; b. 168O ; c. 260
104 Rf ; d. 8 O
2. E = mc2 m = E/c2 = 1,646.1014/(3.108)2 = 1,829.10-3 (kg)
 m(còn) = 2 – 1,829.10-3 = 1,9981 (kg)
Bài 2. Xác định biến đổi đúng trong các trường hợp sau và viết phương trình phản ứng
hạt nhân (có những cách nào trả lời câu hỏi này ?)
1.
2.
206
82
235
92

206

Pb

Pb

82

238

U

U

92
207

207

82

82

Pb

Pb

* Hướng dẫn giải bài 2:
Phản ứng hạt nhân xảy ra theo kiểu phóng xạ tự nhiên
 tia phóng xạ là 24 He hoặc 10 e .
1. Biến đổi đã cho không phải là biến đổi trực tiếp  quá trình:
4
U
 206

82 Pb  x. 2 He  y

235
92

0
1

e

 Theo định luật bảo toàn số khối: 235 = 206 + 4x  không hợp lí  biến đổi không

đúng.
4
0
U
 207
82 Pb  x 2 He  y 1 e

235
92

Theo định luật bảo toàn vật chất
235  207  4 x
x  7

 hợp lí  biến đổi trên đúng

92  82  2 x  y
y  4

2. 238
92 U
Giải thích tương tự như trên  quá trình

U
 207
82 Pb không đúng.

238
92


Quá trình

x  8
4
0
U
 207
82 Pb  x 2 He  y 1 e đúng  
y  6

235
92

Bài 3
1. Viết phương trình phản ứng hạt nhân cho mỗi biến đổi sau: 3580 Br có thể:
a. Bức xạ ra 1 hạt ; b. Tạo ra 1 proton ( 11 H ); c. Hoặc đoạt 1 electron.
®p

2. Hoàn thành phương trình phản ứng sau: NaBrn/c 
 Na +

1
Br2
2

3. Nêu điểm giống nhau hoặc khác nhau giữa một trong biến đổi ở câu 1 (VD a) với phản
ứng ở 2, từ đó nêu kết luận chung về đặc điểm phản ứng hạt nhân và chất tham gia phản
ứng hạt nhân
* Hướng dẫn giải bài 3
1.
0
1
0
80
80
80
79
80
80
35 Br  1 e + 36 Br ; 35 Br  1 H + 34 Se ; 35 Br  1 e + 34 Se
®p
2. NaBrn/c 
 Na +

1
Br2
2

Có 2 quá trình : Na+ + 1e  Na và 2Br -  Br2 + 2e
3. +) Giống nhau
- Đều có sự thay đổi (di chuyển) electron
- Đều làm thay đổi năng lượng
- Ngoài ra đều tuân thủ theo định luật tự nhiên là bảo toàn vật chất.
+) Khác nhau
- Xảy ra ở nội hạt nhân tạo ra 1 hạt nhân mới,
- Xảy ra ở vỏ electron biến đổi trạng thái tồn tại nguyên tử.
- Kèm theo 1 năng lượng lớn.
- Phản ứng hạt nhân: hạt nhân nằm trong hợp chất.
(2) hợp chất hoặc đơn chất
Kết luận: Là phản ứng nội hạt nhân biến đổi từ nguyên tố này sang nguyên tố khác,
Chất tham gia: Hạt nhân trong hợp chất.
Lưu ý: Mặc dù nói “bản chất của phản ứng hạt nhân là quá trình nội hạt nhân” nhưng
thực tế phải hiểu hạt nhân phải có hoặc tồn tại trong hợp chất thích hợp tương ứng. Cá
biệt nếu nguyên tố bền có thể tồn tại dạng đơn chất.
Bài 4 Một mẫu than lấy từ hang động của người cổ ở Hawai có tốc độ phân huỷ của
cacbon là 13,6 lần/s tính với 1 gam cacbon. Xác định niên đại của mẫu than đó biết t1/2 =
5730 năm và trong bất kì cơ thể sống nào, thực vật hay động vật đều có tốc độ phân huỷ
của cácbon là 15,3 lần/s cho 1 gam cacbon.
* Hướng dẫn giải bài 4
t

N
t
N
1
5730
15,3
. ln 0  1 / 2 . ln 0 

. ln
 974 (năm)

N
ln 2
N
0,693 13,6

II. Bài tập cơ bản không có hướng dẫn
(Bài tập bồi dưỡng năng lực tìm tòi, phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề)
Bài 5 Cho năng lượng giải phóng ra từ một phản ứng hạt nhân


3
2

1
 11 H + 13 H
He + 0 n 

là 0.76 MeV. Xác định nguyên tử khối thực theo đơn vị u của 23 He
Cho:
m ( 01 n ) = 1.00867 u; 1eV = 1.6.1019 J
m( 11 H ) = 1.00783 u; 1u = 1.66.10-27 kg
m( 13 H ) = 3.01605 u; c = 3.108 m/s
Đáp số: M( 23 He ) = 3,01604u
Bài 6 Trong một phản ứng hạt nhân, khối lượng đồng vị 81Sn bị giảm đi. Xác định khối
lượng đồng vị đó còn lại sau 25.5 giờ, biết t1/2 = 8.5 giờ. Ban đầu khối lượng Sn là 100
mg.
Đáp số: m(còn) = 12,5 mg.

Bài 7 Cho nguyên tử 9F20.
1. Xác định thành phần hạt nhân của nguyên tử trên.
2. Tính sự hụt khối lượng hạt nhân rồi suy ra năng lượng liên kết hạt nhân và năng
lượng riêng đối với F.
Đáp số: 1. p = e 9, n = 11; 2. ΔE = 149,55 MeV; E = 7,47 MeV/Nu
III. Bài tập nâng cao
(Bài tập bồi dưỡng năng lực vận dụng kiến thức và vận dụng một cách sáng tạo)
Bài 8 Đồng bị phân rã phóng xạ đồng thời theo 2 phản ứng:
k1

64
29 Cu

64
30 Zn

+

-

64
29 Cu

vµ

64 +
28 Ni

k2

+

+

Thực nghiệm
cho biết từ 1 mol Cu ban đầu, sau 25 giờ 36 phút lấy hỗn hợp còn lại hoà tan vào dung
dịch HCl dư thì còn 16 gam chất rắn không tan.
Từ một lượng đồng vị 64Cu ban đầu, sau 29 giờ 44 phút lấy hỗn hợp còn lại hoà tan
vào dung dịch KOH dư thì phần chất rắn không tan có khối lượng bằng 50,4% khối
lượng hỗn hợp.
1. Tính các hằng số phóng xạ k1, k2 và chu kì bán rã của 64Cu.
2. Tính thời gian để 64Cu còn lại 10%.
3. Tính thời gian để khối lượng 64Zn chiếm 30% khối lượng hỗn hợp.
* Hướng dẫn giải bài 8
Phương trình
64

dn

Cu

(1)

dt

dn

Cu

(2)

dt

dn
dt

Cu

n (0)
kt
dt
n (t )
n (0)
 dn  k n  ln
k t
dt
n (t )



dn

Zn

 k1 n Cu  ln

(1)

Cu

1

Zn

(2)

Cu

Ni

2

Cu

2

Ni

 (k1 + k2)t = kt  ln n Cu

n

(0)

Cu

(t )

 k.t

(3)

Khi hoà tan hỗn hợp vào dung dịch HCl dư, Zn và Ni tan hết còn lại 16 gam Cu.
- Tại t = 25 giờ 36 phút = 1536 phút, nCu(0) = 1 mol; nCu(t) = 0,25 mol.


ln n Cu

n

k

1/ 2

(0)

Cu



(t )

 ln

-4
-1
1
 ln 4  kt  k.1536 phút  k = 9,025x 10 ph
0, 25

ln 2
0,693

4
k
9,025 x10

ph

1

 768 phút

* Tại t = 29 giờ 44 phút = 1784 phút khi hoà tan hỗn hợp vào NaOH dư thì kẽm tan hết,
còn lại Cu và Ni. Từ 1 mol Cu ban đầu sau 1784 phút
nCu + nNi = 0,504 mol
nZn = 1 - 0,504 = 0,496 mol.
* Theo (3)

ln

1
n (0) = 9,025 .10-4ph-1.1784 ph = 1,61006 
 5,003
nCu (1784)
n (1784)
Cu

Cu

nCu(1784) = 0,19988  0,20 mol.
nCu(đã phân rã) = 1 - 0,2 = 0,80 mol.
nCu(đã phân rã ở phản ứng (1)) = nZn (1) = 0,496 mol.
nCu(đã phân rã ở phản ứng (2)) = 0,800 - 0,496 = 0,304 mol = nNi (2).
* k 1  nZn (1)  0,496  1,6316 do đó k1 = 1,6316 k2.

k

2

n

Ni

(2)

0,304

Mặt khác: k1 + k2 = 0,0009025 và k2 + 1,6316k2 = 0,0009205
Từ đó k2 = 3,4295.10-4 3,43.10-4.
k1 = 5,5955. 10-4 5,56.10-4.
2. Từ 1 mol 64Cu ban đầu, thời gian để còn lại 0,1 mol 64Cu :
ln

1
 9, 025.10 4 t  t = 2551 phút.
0,1

3. Từ 1 mol 64Cu ban đầu,sau t phút tạo thành nZn = 0,30 mol.
nNi=

k2
3, 4295.10 4
.nZn 
.0,30  0,183871( mol )
k1
5,5955.10 4

nZn + nNi = 0,30 + 0,184 = 0,484 mol
nCu = 1,000 - 0,484 = 0,516 mol
1
 kt  9, 025.10 4 ph 1 .t ( ph)  0, 661649
0,516
Bài 9 Nathan Thompson là một trong những cư dân đầu tiên của đảo Lord Howe đã trồng
ln

trong vườn nhà mình một số cây sồi châu Âu. Tuy nhiên người ta không thể biết chính
xác thời gian đã trồng vì quyển nhật kí của ông ta đã bị thất lạc trong bão biển. Phía sau
nhà Nathan có một cái hồ nhỏ. Qua nhiều năm, lá cây sồi châu Âu và các hạt tích tụ ở đáy
hồ. Một lượng rất nhỏ đồng vị phóng xạ Pb-210 (chu kỳ bán hủy là 22,3 năm) cũng đồng
thời lắng đọng. Nên biết rằng cây sồi châu Âu rụng lá ngay từ năm đầu tiên. Năm 1995
một nhóm nghiên cứu lấy mẫu đất bùn từ đáy hồ. Đất bùn được cắt thành những lát dày
1cm và khảo sát trầm tích và chì phóng xạ Pb-210.
Sự khảo sát đất bùn cho thấy:
 Trầm tích của sồi Châu Âu và hạt của nó tìm thấy đầu tiên ở độ sâu 50cm.
 Độ phóng xạ của Pb-210 ở phần trên của đất bùn là 356Bq/kg còn ở độ sâu 50cm
là 1,40Bq/kg.
1) Nathan Thompson đã gieo hạt năm nào?

Chì phóng xạ Pb-210 là một trong những phân rã của U-238. U-238 có trong vỏ trái
đất và do một số nguyên nhân, một lượng nhất định Pb-210 thoát vào khí quyển và bám
vào các phần tử trầm tích lắng đọng dưới đáy hồ.
Chuỗi phân rã U-238 là:
U-238 – U-234 – Th-230 – Ra-226 – Rn-222 – (Po-218 – Bi-214)* - Pb-210 – Pb236 (bền)
*Chu kì bán hủy rất ngắn, tính theo phút và ngày.
2) Bước nào trong chuỗi phân rã giải thích bằng cách nào Pb-210 lại có trong nước
mưa trong khi nguyên tố mẹ U-238 chỉ có trong vỏ trái đất.
* Hướng dẫn giải bài 9
1) Tại độ sâu 50cm sự phân rã của Pb-210 tương đương với:
356 – 178 – 89 – 44,5 – 22,5 – 11,25 – 5,63 – 2,81 – 1,39 =8 chu kỳ bán hủy.
= 8.22 = 176 năm
Nếu năm khai quật là 1995 thì năm gieo hạt là 1995 – 176 = 1819.
2) Ra-226 – Rn-222.
Bài 10 Một trong các chuỗi phân hủy phóng xạ tự nhiên bắt đầu với 23290Th và kết thúc với
đồng vị bền 208
82 Pb .
1. Hãy tính số phân hủy  xảy ra trong chuỗi này.
2. Trong toàn chuỗi, có bao nhiêu năng lượng (MeV) được phóng thích.
3. Hãy tính tốc độ tạo thành năng lượng (công suất) theo watt (1W = Js -1) sản sinh từ
1,00kg 232Th (t1/2 = 1,40.1010 năm).
4. 228Thlà một phần tử trong chuỗi thori, thể tích của heli theo cm3 tại 0oC và 1atm
thu được là bao nhiêu khi 1,00g 228Th (t1/2 = 1,91 năm) được chứa trong bình trong 20,0
năm? Chu kì bán hủy của tất cả các hạt nhân trung gian là rất ngắn so với 228Th.
5. Một phân tử trong chuỗi thori sau khi tách riêng thấy có chứa 1,50.1010 nguyên tử
của một hạt nhân và phân hủy với tốc độ 3440 phân rã mỗi phút. Chu kì bán hủy tính theo
năm là bao nhiêu?
Các khối lượng nguyên tử cần thiết là:
4
208

232
2 He = 4,00260u
82 Pb = 207,97664u
90Th = 232,03805u
-13
23
-1
1u = 931,5MeV ; 1MeV = 1,602.10 J ; NA = 6,022.10 mol .
Thể tích mol của khí lí tưởng tại 0oC và 1atm là 22,4lít.
* Hướng dẫn giải bài 10
1) A = 232 – 208 = 24 và 24/4 = 6 hạt anpha.
Như vậy điện tích hạt nhân giảm 2.6 = 12 đơn vị, nhưng sự khác biệt về điện tích hạt
nhân chỉ là 90 – 82 = 8 đơn vị. Nên phản ứng có 4 hạt beta bức xạ.
232
208
2) 90
Th  82
Pb  6 42 He  4  
Năng lượng phóng thích Q = [m(232Th) – m(208Pb) – 6m(4He)]c2 = 42,67MeV.
3) 1,00kg có chứa =

1000.6,022.10 23
 2,60.10 24 nguyên tử
232

Hằng số phân hủy của 232Th




0,693
 1,57.10 18 s 1
10
7
1,40.10 .3,154.10

A  N  4,08.10 6 Dps

Mỗi phân hủy giải phóng 42,67MeV
Công suất = 4,08.106.42,67.1,602.10-13 = 2,79.10-5W.
228
208
4) 90
Th  82
Pb  5 42 He
Chu kì bán hủy của những hạt trung gian khác nhau là khá ngắn so với 228Th.





 0,693  1,00. 6,022.10 23 
20 1
A  N  

  9,58.10 y
228
 1,91  


Số hạt He thu được: NHe = 9,58.1020.20.5 = 9,58.1022 hạt
 VHe = 3,56.103cm3 = 3,56 lít
5) A = .N  t1 / 2 

0,693 0,693.N

 5,75 năm.

A


Chương 5. PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ - SỰ ĐIỆN PHÂN
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I.1. Phản ứng oxi hóa - khử
I.1.1. Số oxi hóa và cách xác định
 Số oxi hóa của một nguyên tố trong một hợp chất là một số đại số biểu diễn điện tích của
nguyên tử trong phân tử của chất nếu giả thiết chỉ có liên kết ion; nghĩa là các electron liên kết
ở mỗi cặp nguyên tử được coi như chuyển hẳn sang nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.
 Các qui tắc xác định số oxi hóa gồm:
- Trong các đơn chất số oxi hóa của các nguyên tố bằng không.
- Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng không
- Trong các ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tố bằng điện tích của ion đó.
Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng điện tích của ion.
- Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, trừ hiđrua kim loại (NaH,
CaH2, …). Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ trường hợp OF2 và peoxit (H2O2, Na2O2, …)
- Liên kết giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố không tính số oxi hóa, nghĩa là
bằng 0 như - O - O -; -C-C-; -S-S-, …
I.1.2. Phản ứng oxi hóa khử
 Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất
phản ứng; hay phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa

của một số nguyên tố.
 Chất oxi hóa (còn gọi là chất bị khử) là chất nhận electron hay là chất có số oxi hóa giảm
sau phản ứng.
 Chất khử (còn gọi là chất bị oxi hóa) là chất nhường electron hay là chất có số oxi hóa tăng
sau phản ứng.
 Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hóa
của chất đó.
 Sự oxi hóa (quá trình oxi hóa) một chất là làm cho chất đó nhường electron hay làm tăng số
oxi hóa của chất đó.
I.1.3. Phân loại phản ứng oxi hóa - khử
Có thể chia các phản ứng oxi hóa khử thành ba loại:
 Phản ứng giữa các phân tử: Trong các phản ứng loại này sự chuyển electron xảy ra giữa các
phân tử. Đây là loại phản ứng oxi hóa khử phổ biến nhất.
Ví dụ:

2KMnO4 + 16HCl  2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O

 Phản ứng tự oxi hóa khử (phản ứng dị li): Trong các phản ứng loại này một chất phân li
thành hai chất khác trong đó một chất ở mức oxi hóa cao hơn và một chất ở mức oxi hóa thấp
hơn.
Ví dụ:

Cl2 + 6KOH  5KCl + KClO3 + 3H2O
1


3HNO2  HNO3 + 2NO + H2O
 Phản ứng nội phân tử: Trong các phản ứng loại này sự chuyển electron xảy ra giữa các
nguyên tử của các nguyên tố cùng nằm trong một phân tử.
Ví dụ:

t
NH4NO3 
N2O + 2H2O
0

, MnO 2
2KClO3 t

 2KCl + 3O2
0

I.1.4. Phản ứng oxi hóa – khử trong dung dịch
Trong dung dịch các chất điện li tồn tại dưới dạng ion nên phản ứng hóa học giữa các
chất trong dung dịch là phản ứng giữa các ion. Vì vậy có thể viết phản ứng dưới dạng ion.
Ví dụ: - Phản ứng Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
được viết: Cu + 4H+ + 2 NO 3  Cu2+ + 2NO2 + 2H2O
- Phản ứng Zn + CuSO4  ZnSO4 + Cu
được viết : Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu
I.1.5. Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử
Nguyên tắc chung là dựa vào định luật bảo toàn electron:

 e (do chất khử cho) =  e (do chất oxi hóa nhận)
1. Phương pháp thăng bằng electron
Các bước thực hiện:
Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số
electron mà chất oxi hóa nhận.
Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng.

Bước 5: Cân bằng phần không oxi hóa - khử như sự tạo muối, môi trường, H2O, …
Ví dụ: Na2SO3 + KMnO4 + H2O  Na2SO4 + MnO2 + KOH
4

Bước 1:

4

Bước 2:

7

6

4

Na2 S O3 + K Mn O4 + H2O  Na2 S O4 + Mn O2 + KOH
6

S  S + 2e
7

(quá trình oxi hóa)
4

Mn + 5e  Mn
4

(quá trình khử)

6

Bước 3:

3  S  S  2e
7
4
2  Mn  3e  Mn

Bước 4:

3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O  3Na2SO4 + 2MnO2 + KOH

Bước 5:

3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O  3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

Lưu ý: - Có thể viết gộp: bước 2 và 3, bước 4 và 5.
2


- Nếu chất thay đổi số oxi hóa chứa nhiều nguyên tử của nguyên tố thay đổi số oxi hóa
thì phải viết quá trình oxi hóa hoặc quá trình khử ứng với đúng số nguyên tử của nguyên tố
đó trong hợp chất.
- Nếu có nhiếu nguyên tố thay đổi số oxi hóa (cùng tăng hoặc cùng giảm) thì phải viết
quá trình oxi hóa hoặc khử của tất cả các nguyên tố và giữ đúng tỉ lệ giữa các nguyên tử hoặc
viết ứng với cả nhóm nguyên tử.
- Nếu từ 1 chất oxi hóa sinh ra nhiều sản phẩm khử thì ta tách thành nhiều phản ứng
(mỗi phản ứng tạo ra một sản phẩm chất khử) rồi cân bằng các phản ứng đó, sau đó nhân hệ
số thích hợp vào các phương trình thu được và cộng lại.

- Đối với các phản ứng có sự tham gia của các chất hữu cơ: Nếu hợp chất hữu cơ trước
và sau phản ứng có một số nhóm nguyên tử thay đổi và một số nhóm không đổi thì ta xác định
số oxi hóa của C trong từng nhóm rồi cân bằng. Nếu hợp chất hữu cơ thay đổi toàn phân tử,
ta cân bằng theo số oxi hóa trung bình của cacbon.
0

5

1

3

Ví dụ: a) Al + H N O3  Al (NO3)3 + N 2O + H2O
3

0

8  Al  Al 3e
5
1
3  2 N  8e  2 N
 8Al + 30HNO3  8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
2 1

5

6

2

b) Fe S 2 + H N O3  Fe(NO3)3 + H2 S O4 + N O + H2O
3
 2
Fe  Fe 1e
1   1
6
Cách 1:
2 S  2 S  14e
5

2

3

6

1  Fe S 2  Fe 2 S  15e
5
2
Cách 2:
5  N  3e  N

5  N  3e  N
 FeS2 + 8HNO3  Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 5NO + 2H2O
2. Phương pháp ion-electron
Phương pháp này chỉ áp dụng cho các phản ứng xảy ra trong dung dịch và gồm 5 bước:
Bước 1: Xác định những chất chứa nguyên tố có số oxi hóa thay đổi
Bước 2: Viết các bán phản ứng oxi hóa (ứng với quá trình nhận electron) và bán phản ứng
khử (ứng với quá trình cho electron) theo nguyên tắc sau:
+ Các dạng oxi hóa và dạng khử của các chất oxi hóa và chất khử nếu thuộc chất điện li

mạnh thì viết dưới dạng ion.
+ Các chất điện li yếu, chất không điện li, chất rắn, chất khí thì viết dưới dạng nguyên
tử hoặc phân tử.
Khi cân bằng các bán phản ứng cần chú ý hai điểm:
+ Tùy môi trường (axit, bazơ, trung tính) và tùy theo số nguyên tử oxi ta cần thêm vào
vế trái ion H+, OH- hoặc H2O và vế phải sẽ tạo ra H2O hoặc H+, OH-.

3


+ Tổng điện tích 2 vế của bán phản ứng phải bằng nhau, nói cách khác ta có thể dựa vào
tổng điện tích để cân bằng.
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số
electron mà chất oxi hóa nhận.
Bước 4: Nhân hệ số rồi cộng hai bán phản ứng lại ta được phương trình phản ứng dạng ion
thu gọn.
Bước 5: Cân bằng phần không oxi hóa - khử bằng cách thêm các ion không tham gia cho
nhận electron tương ứng vào hai vế của phương trình.
Ví dụ: FeSO4 + KMnO4 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
2

7

3

2

Bước 1: Fe SO4 + K Mn O4 + H2SO4  Fe 2(SO4)3 + Mn SO4 + K2SO4 + H2O
Bước 2: 2Fe2+  2Fe3+ + 2e

(bán phản ứng oxi hóa)

MnO 4 + 8H+ + 5e  Mn2+ + 4H2O (bán phản ứng khử)
5  2Fe 2  2Fe 3  2e
Bước 3:
2  MnO 4  8H   5e  Mn 2  4H 2 O

5  2Fe 2  2Fe 3  2e

Bước 4:

2  MnO 4  8H   5e  Mn 2  4H 2 O
10Fe 2  2MnO 4  16H   10Fe 3  2Mn 2  8H 2 O

Bước 5: 10FeSO4 +2 KMnO4 + 8H2SO4  5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
I.2. Pin điện hóa
I.2.1. Điện cực-pin điện hóa
 Một hệ gồm vật dẫn electron (kim loại, chất bán dẫn, …) tiếp xúc với vật dẫn ion (dung dịch
chất điện li) được gọi là điện cực.
Trên bề mặt của các điện cực xảy ra quá trình oxi hóa hoặc quá trình khử và vật liệu
dùng làm điện cực (vật liệu dẫn electron) có thể tham gia hoặc không tham gia vào phản ứng
điện cực.
 Điện cực mà vật liệu điện cực không tham gia vào phản ứng xảy ra trên điện cực (chỉ đóng
vai trò là chất dẫn điện) được gọi là điện cực trơ. Ví dụ điện cực làm bằng graphit, kim loại
quý. Điện cực mà vât liệu điện cực bị oxi hóa trong quá trình xảy ra phản ứng trên điện cực
được gọi là điện cực tan.
 Điện cực mà ở đó xảy ra sự oxi hóa, tức là xảy ra quá trình nhường electron được gọi là
anot. Điện cực mà ở đó xảy ra sự khử, tức là xảy ra quá trình nhận electron được gọi là catot.
 Pin điện hóa là một hệ gồm hai điện cực (khác nhau) nhúng vào cùng một dung dịch điện li
hoặc hai dung dịch chất điện li khác nhau được nối với nhau bằng một cầu muối.

Ví dụ pin điện hóa Zn-Cu gồm điện cực Zn nhúng trong cốc đựng dung dịch ZnSO4 và điện
cực Cu nhúng trong cốc đựng dung dịch CuSO4. Các cốc dung dịch ZnSO4 và CuSO4 được
nối với nhau bằng cầu muối KCl.

4


- Khi nối hai điện cực với thiết bị tiêu thụ điện (VD
một điện trở) ở lá điện cực Zn xảy ra quá trình oxi
hóa: Zn  Zn2+ + 2e. Ion Zn2+ đi vào dung dịch còn
các electron theo dây dẫn đến điện cực Cu. Tại đây
xảy ra quá trình khử các ion Cu2+ trong dung dịch
thành Cu: Cu2+ + 2e  Cu bám trên bề mặt lá Cu.
Trong cầu muối các ion K+ di chuyển sang cốc đựng
dung dịch CuSO4, các ion Cl- di chuyển sang cốc
đựng dung dịch ZnSO4 làm cân bằng điện tích nên
các dung dịch luôn trung hòa điện. Ở mạch ngoài
(dây dẫn), các electron đi từ cực Zn sang cực Cu.

e

ZnSO4

e

CuSO4

Pin điện hóa Zn-Cu

- Phản ứng điện hóa trong pin điện là phản ứng oxi hóa khử, nó là kết quả tổng hợp của các

phản ứng tại các điện cực.
Ví dụ trong pin Zn-Cu, phản ứng tổng quát được viết như sau: Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu
Điện cực Zn là nguồn cung cấp electron nên nó là cực âm, tại đây xảy ra quá trình oxi
hóa nên nó đóng vai trò anot. Điện cực Cu là nơi tiêu thụ electron nên nó là cực dương, tại
đây xảy ra quá trình khử nên nó đóng vai trò là catot.
Vậy trong pin điện hóa: Anot là cực âm, catot là cực dương.
 Sơ đồ điện cực, sơ đồ pin điện hóa
- Người ta quy ước viết sơ đồ của một điện cực như sau:
+ Dung dịch điện li bao quanh điện cực được đặt ở phía bên trái.
+ Kim loại (vật liệu) làm điện cực được đặt ở phía bên phải.
+ Giữa vật liệu điện cực và chất khí được đặt một dấu phẩy (,).
+ Giữa kim loại điện cực và dung dịch điện li được đặt một gạch đơn thẳng đứng.
Ví dụ: Điện cực gồm thanh Cu nhúng trong dung dịch CuSO4:
CuSO4Cu hoặc đơn giản hơn: Cu2+Cu.
Điện cực gồm tấm Pt hấp phụ khí Cl2 nhúng trong dung dịch HCl:
HClCl2,Pt hoặc đơn giản hơn: Cl-Cl2,Pt.
- Người ta quy ước viết sơ đồ của một pin điện hóa như sau:
+ Điện cực dương được đặt ở bên phải, điện cực âm ở bên trái sơ đồ.
+ Giữa kim loại điện cực và dung dịch điện li được đặt một gạch đơn thẳng đứng.
+ Giữa dung dịch bao quanh cực dương và dung dịch bao quanh cực âm đặt một gạch
đôi thẳng đứng.
Ví dụ pin Zn – Cu:

(-) ZnZnSO4CuSO4Cu (+)

hoặc đơn giản hơn: (-) ZnZn2+Cu2+Cu (+)
I.2.2. Thế điện cực-sức điện động

5

Mỗi điện cực có một thế điện cực. Thế tuyệt đối của điện cực là đại lượng không đo
được nhưng có thể đo được độ chênh lêch thế (hiệu điện thế ) giữa hai điện cực của một pin
điện hóa.
 Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai điện cực (E), tức là hiệu của thế điện cực dương (E(+)) với
thế điện cực âm (E(-)) được gọi là sức điện động (đôi khi còn gọi là suất điện động) của pin
điện hóa: E = E(+) – E-(-).
Từ quy ước về viết sơ đồ pin điện hóa  E = Ephải - Etrái.
Sức điện động của pin điện hóa luôn là số dương và phụ thuộc vào bản chất của điện cực,
nồng độ dung dịch và nhiệt độ theo phương trình Nernst:
Nếu phản ứng tổng quát trong pin điện được viết dưới dạng: Ox2 + Kh1  Ox1 + Kh2
RT [Ox 1 ][Kh 2 ]
ln
thì ta có:
E = E0 nF [Ox 2 ][Kh 1 ]
Với [Ox1], [Ox2], [Kh1], [Kh2] là nồng độ (mol/L, nếu là ion) hoặc áp suất riêng phần (nếu là
chất khí) của Ox1, Ox2, Kh1, Kh2
E0: là sức điện động chuẩn, là sức điện động khi [Ox1] = [Ox2]= [Kh1]= [Kh2] = 1 (M
hoặc atm).
R = 8,314 J/mol.K; T (K) = t0(C) + 273; F = 96500 C/mol.
n là số electron trao đổi trong phản ứng.
Ở 250C ta có:

E = E0 -

0,059 [Ox 1 ][Kh 2 ]
lg
n
[Ox 2 ][Kh 1 ]

Lưu ý: Nếu Kh1, Kh2 là chất rắn (kim loại) thì nồng độ của chúng được tính bằng 1M.
Ví dụ đối với pin Zn-Cu ở trên, ở 250C: E = E0 -

0,059 [ Zn 2  ]
lg
2
[Cu 2  ]

 Để xác định thế điện cực của một điện cực người ta quy ước chọn điện cực chuẩn hiđro, là
điện cực gồm một tấm Pt được phủ muội Pt và hấp phụ khí H2 tại áp suất H2 bằng 1atm,
nhúng trong dung dịch axit có nồng độ H+ bằng 1M, làm gốc.
Trên bề mặt điện cực chuẩn hiđro xảy ra cân bằng oxi hóa-khử: 2H+ + 2e  H2. Điện
cực hiđro chuẩn được viết dưới dạng sơ đồ như sau: H+ (1M)H2 (1atm), Pt
Người ta quy ước thế của điện cực chuẩn hiđro bằng 0 V ở mọi nhiệt độ: E 2 H  / H  0,00 V
2

 Thế của một điện cực là sức điện động của pin điện hóa tạo bởi điện cực chuẩn hiđro và
điện cực cần đo.
Trong pin điện hóa nói trên, nếu điện cực cần đo đóng vai trò là điện cực dương thì thế
của nó có giá trị dương, nếu đóng vai trò là điện cực âm thì thế của nó có giá trị âm.
Phản ứng xảy ra trên điện cực được quy ước viết dưới dạng: Ox + ne  Kh nên thế của
nó được kí hiệu là E Ox / Kh (và được gọi là thế khử vì tương ứng với quá trình khử). Thế oxi
hóa sẽ tương ứng với quá trình ngược lại nên có cùng giá trị nhưng ngược dấu với thế khử.
Thế của điện cực cũng phụ thuộc vào bản chất của điện cực, nồng độ dung dịch và nhiệt
độ theo phương trình Nernst.
6


EOx/Kh = E 0Ox / Kh +

RT [Ox ]
ln
nF [Kh ]

Với [Ox], [Kh] là nồng độ (mol/L, nếu là ion) hoặc áp suất riêng phần (nếu là chất khí) của
Ox, Kh.
E 0Ox / Kh : là thế điện cực chuẩn, là thế điện cực khi [Ox] = [Kh] = 1 (M hoặc atm).

Ở 250C: EOx/Kh = E 0Ox / Kh +

0,059 [Ox ]
ln
n
[Kh ]

Lưu ý: - Nếu Kh là chất rắn (kim loại) thì nồng độ của chúng được tính bằng 1M.
Ví dụ với điện cực Zn, ở 250C: E Zn 2  / Zn  E 0Zn 2  / Zn 

0,059
lg[ Zn 2  ]
2

với điện cực Cu, ở 250C: E Cu 2  / Cu  E 0Cu 2  / Cu 

0,059
lg[Cu 2  ]
2

- Đối với điện cực hiđro ở 250C:

E 2 H / H  E 02 H / H 
2

2

0,059 [H  ]2
0,059
lg
 0,059 lg[ H  ] 
lg PH2
2
PH2
2

Nếu PH 2  1atm thì E 2 H  / H  0,059 lg[H  ]  0,059pH
2

I.2.3. Sự phụ thuộc của thế điện cực vào pH của dung dịch
- Nếu phản ứng điện cực có sự tham gia của H+ thì thế của điện cực sẽ phụ thuộc trực
tiếp vào nồng độ H+ (theo phương trình Nernst) tức là phụ thuộc vào pH.
- Đối với các phản ứng điện cực không có sự tham gia của H+, thế của điện cực cũng có
thể phụ thuộc vào pH do pH có ảnh hưởng đến nồng độ của ion tham gia phản ứng điện cực
(thông qua việc tạo kết tủa với các ion này).
I.2.4. Mối liên hệ giữa E, G và K
- Biến thiên năng lượng Gibbs, G, của phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong pin có liên
hệ với sức điện động, E, của pin điện hóa theo biểu thức: G = - nFE.
và ở điều kiện chuẩn: G0 = - nFE0.
Trong điều kiện đẳng nhiệt đẳng áp (T,P = const), phản ứng chỉ có thể tự xảy ra khi G
< 0  phản ứng oxi hóa khử trong pin điện hóa chỉ có thể tự diễn ra nếu E = E(+) – E-(-) > 0
hay E(+) > E(-).

- Mặt khác G = - RTlnK  K = e
hóa khử xảy ra trong pin điện hóa.
0

nFE 0
RT

với K là hằng số cân bằng của phản ứng oxi

- Với phản ứng tại điện cực (bán phản ứng khử hoặc bán phản ứng oxi hóa) ta cũng có:
G = - nF E Ox / Kh và G0 = - nF E 0Ox / Kh .
I.2.5. Dãy thế điện cực (thế khử) chuẩn của các cặp oxi hóa-khử. Điều kiện xảy ra phản
ứng oxi hóa khử
7


 Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại.
Điện cực chuẩn kim loại là điện cực gồm kim loại M nhúng trong dung dịch chứa ion
của nó, Mn+, với [Mn+] = 1M.
- Dãy sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần thế điện cực chuẩn được gọi là dãy thế
điện cực chuẩn của kim loại, còn gọi là dãy thế điện hóa. Dãy thế điện cực chuẩn của một số
cặp oxi hóa – khử của một số kim loại thông dụng ở 250C được tóm tắt trong dưới đây:
Cặp oxi hóa–khử
Li+/Li

Nửa phản ứng

E0 (V)

Li+ + e

Li

- 3,029

K

- 2,924

+

+

K /K

K +e

2+

Ba /Ba

2+

Ba + 2e

Ba

- 2,900

Ca2+/Ca

Ca2+ + 2e

Ca

- 2,987

Na+/Na

Na+ + e

Na

- 2,714

Mg2+/Mg

Mg2+ + 2e

Al3+/Al

Al3+ + 3e

Mn2+/Mn

Mn2+ + 2e

Mn

- 1,18

Zn2+/Zn

Zn2+ + 2e

Zn

- 0,763

Cr3+/Cr

Cr3+ + 3e

Cr

- 0,74

Fe2+/Fe

Fe2+ + 2e

Fe

- 0,44

Cr3+/Cr2+

Cr3+ + e

Cr2+

- 0,410

Cd2+/Cd

Cd2+ + 2e

Cd

- 0,403

Co2+/Co

Co2+ + 2e

Co

- 0,27

Ni2+/Ni

Ni2+ + 2e

Ni

- 0,25

Sn2+/Sn

Sn2+ + 2e

Sn

- 0,136

Pb2+/Pb

Pb2+ + 2e

Pb

- 0,126

2H+/H2

2H+ + 2e

H2

0,000

Sn4+/Sn2+

Sn4+ + 2e

Sn2+

0,150

Cu2+/Cu

Cu2+ + 2e

Cu

0,337

2+

3+

2+

Fe /Fe

Mg
Al

- 2,363
- 1,660

3+

Fe

0,771

+

Ag

0,799

Fe + e

+

Ag /Ag

Ag + e

2+

2+

Hg

0,854

3+

Au

1,50

Hg /Hg
3+

Au /Au

Hg + 2e
Au + 3e

 Dãy thế điện cực chuẩn (thế khử chuẩn) của cặp oxi hóa-khử.
Phản ứng điện cực được quy ước là phản ứng khử nên cũng tương tự như điện cực kim
loại (với cặp oxi hóa khử Mn+/M, và phản ứng khử là Mn+ + ne  M), người ta cũng xác định
được thế khử chuẩn của các cặp oxi hóa-khử bất kì. Dưới đây là thế khử chuẩn của một số cặp
oxi hóa – khử thường gặp.

8