Tính khối lượng, kích thước nguyên tử, hạt nhân lớp 10 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Tính khối lượng, kích thước nguyên tử, hạt nhân lớp 10 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Tính khối lượng, kích thước nguyên tử, hạt nhân.

I. Kiến thức cần nhớ

1. Khối lượng và điện tích các hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử:

	Vỏ nguyên tử	Hạt nhân
Loại hạt	electron	proton	neutron
Kí hiệu	e	p	n
Điện tích tương đối	-1	+1	0
Điện tích Coulomb (C)	-1,602.10-19	+1,602.10-19	0
Khối lượng (kg)	9,109.10-31	1,673.10-27	1,675.10-27
Khối lượng (amu) amu = atomic mass unit	0,00055	1	1

2. Khối lượng của nguyên tử

- Khối lượng của nguyên tử vô cùng nhỏ.

- Khối lượng nguyên tử thường được biểu thị theo đơn vị amu.

- Nguyên tử có khối lượng nhỏ nhất là nguyên tử của nguyên tố hydrogen (H), có khối lượng là 1 amu.

- Nguyên tử có khối lượng lớn nhất là nguyên tử của nguyên tố uranium (U), có khối lượng là 238 amu.

- Do khối lượng của các electron (0,00055 amu) rất nhỏ so với khối lượng của proton (1 amu) hay neutron (1 amu) nên khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân nguyên tử. Một cách gần đúng, có thể coi khối lượng của nguyên tử bằng khối lượng của hạt nhân.

3. Kích thước của nguyên tử

- Kích thước của nguyên tử là vô cùng nhỏ.

- Coi nguyên tử có dạng hình cầu, khi đó, đường kính của nó chỉ khoảng 10^-10 m

- Nguyên tử có đường kính nhỏ nhất là helium (0,62 $\stackrel{o}{A}$), nguyên tử có đường kính lớn nhất là francium (7,0$\stackrel{o}{A}$)

Chú ý: Angstrom là đơn vị đo độ dài, kí hiệu là $\stackrel{o}{A}$

1 $\stackrel{o}{A}$ = 10² pm = 10^-10 m = 10^-8 cm

1nm = 10^-9 m = 10^-7 cm

- Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử. Kích thước hạt nhân bằng khoảng 10^-5 đến 10^-4 lần kích thước nguyên tử. Đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân khoảng 10 000 lần.

Như vậy, phần không gian rỗng chiếm chủ yếu trong nguyên tử ⇒ nguyên tử có cấu trúc rỗng.

Cách 1: Xây dựng công thức tính bán kính nguyên tử kim loại

(a) Khối lượng riêng: D = $\frac{m}{V}$

(b) Công thức tính V hình cầu V_(cầu) = $\frac{4}{3}\pi r^3$

(c) 1 mol nguyên tử có chứa số nguyên tử là A = 6,023.10²³ (số Avogadro)

(d) Coi nguyên tử là hình cầu, rỗng, độ đặc khít (hay mức độ chiếm trong tinh thể đạt b%)

Xây dựng

- Lấy 1 mol kim loại tương đương N_A nguyên tử kim loại (N_A = 6,023.10²³); Nặng tương ứng M gam.

- Do D (nguyên tử ) $\frac{m}{V}=\frac{M}{V}$ vậy thể tích của 1 mol nguyên tử = $\frac{M}{D}$

Do thực tế chỉ chiếm b% nên thể tích 1 mol nguyên tử đạt = $\frac{M}{D}$.b%

Vậy thể tích 1 nguyên tử là $\frac{M}{V.N_A}$.b%

Mặt khác 1 nguyên tử có thể tích là V_{1 nguyên tử} = $\frac{4}{3}\pi r^3$(với r là bán kính nguyên tử)

Vậy V_{1 nguyên tử} = $\frac{4}{3}\pi r^3$ = $\frac{M}{D}$.b% từ đó rút ra $r_{nt}=\sqrt[3]{\frac{3.M.b\%}{4\pi .D.A}}$

Cách thứ 2: Coi nguyên tử có dạng hình cầu, bán kính nguyên tử được tính theo công thức sau:

$r_{nt}=\sqrt[3]{\frac{3V_{nt}}{4\pi }}$

II. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1. Khối lượng của nguyên tử magnesium là 39,8271.10^-27 kg. Khối lượng của magnesium theo amu là

Hướng dẫn giải:

1 amu = 1,661.10^-27 kg

Khối lượng của magnesium theo amu là:

$\frac{39,{8271.10}^{-27}}{1,{661.10}^{-27}}\approx$23,978amu

Ví dụ 2: Nguyên tử helium có 2 proton, 2 neutron và 2 electron. Khối lượng của các electron chiếm bao nhiêu % khối lượng nguyên tử helium?

Hướng dẫn giải:

Cách 1:

Ta có: m_e = 0,00055u; m_n ≈ m_p ≈ 1amu.

Vậy %m_e = $\frac{0,00055.2}{2+2+0,00055.2}.100\%\approx 0,027\%.$

Cách 2:

Ta có: m_e = 9,109.10^-31 kg; m_n = 1,675.10^-27 kg; m_p = 1,673.10^-27 kg.

Vậy %m_e = $\frac{9,{1.10}^{-31}.2}{1,{673.10}^{-27}.2+1,{675.10}^{-27}.2+9,{109.10}^{-31}.2}.100\%\approx 0,0272\%.$

Ví dụ 3: Bán kính nguyên tử và khối lượng mol nguyên tử iron (kí hiệu là Fe) lần lượt là 1,28 Å và 56 g/mol. Tính khối lượng riêng của Fe. Biết rằng trong tinh thể, các tinh thể iron chiếm 74% thể tích, còn lại là phần rỗng.

Hướng dẫn giải:

Đổi 1,28 Å = 1,28.10^-8 cm.

Khối lượng của 1 nguyên tử Fe:

$m_{1nt}=\frac{56}{6,{02.10}^{23}}$(gam)

Thể tích của 1 nguyên tử Fe:

$V_{1nt}=\frac{4}{3}\pi r^3\approx \frac{4}{3}\pi {(1,{28.10}^{-8})}^3\left(c{m}^3\right)$

Khối lượng riêng của iron:

$d=\frac{m_{1nt}}{V_{1nt}}\approx 10,59(g/c{m}^3)$

Do Fe chiếm 74% thể tích trong tinh thể nên khối lượng riêng thực tế của Fe là:

$10,59.\frac{74}{100}=7,84(g/c{m}^3)$

III. Bài tập vận dụng

Câu 1: Khối lượng tuyệt đối của một nguyên tử oxygen bằng 26,5595.10^-27 kg. Khối lượng nguyên tử (theo amu) là

A. 15,99.

B. 14,99.

C. 16,99.

D. 17,99.

Câu 2: Nguyên tử aluminum (kí hiệu là Al) gồm 13 proton và 14 neutron. Khối lượng proton có trong 27g aluminium là

A. 15,0972 gam.

B. 13,0972 gam.

C. 14,1216 gam.

D. 7,131.10^-3 gam.

Câu 3: Biết 1 mol nguyên tử iron (kí hiệu là Fe) có khối lượng bằng 56 gam, một nguyên tử iron (Fe) có 26 electron. Số hạt electron có trong 5,6 gam iron (Fe) là

A. 15,66.10²⁴.

B. 15,66.10²¹.

C. 15,66.10²².

D. 15,66.10²³.

Câu 4: Khối lượng nguyên tử sodium (kí hiệu là Na) là 38,1643.10^–27 kg và theo định nghĩa 1amu = 1,6605.10^–27 kg. Khối lượng mol nguyên tử Na (g/mol) và khối lượng nguyên tử Na (amu) lần lượt là

A. 23 và 23.

B. 22,98 và 23.

C. 22,98 và 22,98.

D. 23 và 22,98.

Câu 5: Khối lượng phân tử (g) của phân tử Cl₂ bằng bao nhiêu? Biết mỗi nguyên tử chlorine có 17 proton, 18 neutron và 17 electron và m_p =1,6726.10^-27kg, m_n = 1,6748.10^-27kg và m_e = 9,1094.10^-31kg.

A. 5,8596.10^-26 g

B. 5,8596.10^-23kg

C. 1,1719.10^-23 g

D. 1,1719.10^-22 g

Câu 6: Biết nguyên tử magnesium có 12 proton, 12 neutron và 12 electron và nguyên tử oxygen có 8 proton, 9 neutron và 8 electron? (Cho m_p =1,6726.10^-27kg, m_n= 1,6748.10^-27kg và m_e = 9,1094.10^-31kg). Vậy khối lượng (g) phân tử MgO bằng bao nhiêu?

A. 6,8641.10^-26 g

B. 6,8641.10^-23g

C. 5,4672.10^-23 g

D. 5,4672.10^-23 kg

Câu 7: Biết nguyên tử aluminium (kí hiệu là Al) có 13 proton, 14 neutron và 13 electron và nguyên tử oxygen có 8 proton, 8 neutron và 8 electron? (Cho m_p=1,6726.10^-27kg, m_n= 1,6748.10^-27kg và m_e = 9,1094.10^-31kg). Vậy khối lượng (kg) phân tử Al₂O₃ gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 1,7077.10^-25

B. 1,7077.10^-26

C. 4,8672.10^-25

D. 4,8672.10^-26

Câu 8: Calcium (kí hiệu là Ca) là một loại khoáng chất có vai trò rất quan trọng trong cơ thể người. Trong cơ thể, calcium chiếm 1,5 – 2% trọng lượng, 99% lượng calcium tồn tại trong xương, răng, móng và 1% trong máu. Calcium kết hợp với phosphorus là thành phần cấu tạo cơ bản của xương và răng, làm cho xương và răng chắc khỏe. Khối lượng riêng của calcium kim loại là 1,55 g/cm³. Giả thiết rằng, trong tinh thể calcium, các nguyên tử là những hình cầu chiếm 74% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe rỗng. Cho nguyên tử khối của calcium là 40 amu. Bán kính nguyên tử calcium là

A. 2,02.10^-6 cm.

B. 1,96.10^-6 cm.

C. 1,86.10^-6 cm.

D. 1,67.10^-6 cm.

Câu 9: Nguyên tử iron (kí hiệu là Fe) ở 20^oC có khối lượng riêng là 7,87 g/cm³. Với giả thiết này, tinh thể nguyên tử Fe là những hình cầu chiếm 75% thể tích tinh thể, phần còn lại là những khe rỗng giữa các quả cầu. Cho biết khối lượng nguyên tử của Fe là 55,847 amu. Bán kính nguyên tử gần đúng của Fe là

A. 2,02 $\stackrel{0}{A}$.

B. 1,96 $\stackrel{0}{A}$.

C. 1,28 $\stackrel{0}{A}$.

D. 1,67 $\stackrel{0}{A}$.

Câu 10: Nguyên tử zinc (kí hiệu là Zn) có nguyên tử khối bằng 65 amu. Thực tế hầu như toàn bộ khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân, với bán kính r = 2×10^-15 m. Khối lượng riêng của hạt nhân nguyên tử Zn là bao nhiêu tấn trên một centimet khối (tấn/cm³)?

A. 2,02.10^-6.

B. 3,22.10⁹.

C. 1,86.10⁶.

D. 1,67.10⁹.

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học 10 hay, chi tiết khác:

• Xác định kí hiệu nguyên tử nguyên tố hóa học
• Bài tập về đồng vị, nguyên tử khối trung bình
• Bài tập xác định cấu hình electron của nguyên tử, ion
• Trắc nghiệm lý thuyết Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
• Xác định vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

• Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
• Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
• Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều

---