Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG 2: MỘT SỐ VẤN ĐỀ TIỀN CƠ HỌC LƯỢNG TỬ I. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu 1: a) Phát biểu nội dung thuyết lượng tử Planck. b) Hãy tính lượng tử năng lượng được phát ra từ một điện tích dao động với tần số ν =10 14 s -1 Câu 2: Cho biết tác dụng của ánh sáng đối với phim ảnh. Tại sao có thể rửa ảnh trong phòng có ánh sáng đỏ? Câu 3: a) Cho biết tần số giới hạn 0 ν (ngưỡng quang điện) của một số kim loại như sau: Kim loại Cs K Ca Zn 0 ν (s -1 ) 4,7.10 14 5,5.10 14 7,1.10 14 10,4.10 14 Hãy tính công bứt phá điện tử E 0 ứng với các kim loại đó. Khi chiếu tia H α có λ = 4340 0 A vào các kim loại đó thì đối với những kim loại nào có thể xảy ra hiệu ứng quang điện? b) Trong các trường hợp xảy ra hiệu ứng quang điện, hãy tính động năng của điện tử và từ đó suy ra vận tốc của điện tử khi bắn ra khỏi bề mặt tấm kim loại (biết: h=6,625.10 34 J.s; m e =9,11.10 -31 kg; c=3.10 8 m/s) Câu 4: a) Viết và giải thích hệ thức liên hệ giữa khối lượng tương đối tính (khối lượng chuyển động) và khối lượng nghỉ của một vật thể. b) Hãy chứng minh không có vật thể nào có vận tốc lớn hơn vận tốc của ánh sáng. c) Hãy chứng minh: khối lượng nghỉ của ánh sáng bằng 0 (hay không có hạt ánh sáng ở trạng thái nghỉ). Câu 5: Một vật chuyển động với vận tốc v bằng 80% vận tốc ánh sáng. Hỏi khi đó, khối lượng tương đối tính (m v ) bằng bao nhiêu lần khối lượng nghỉ m 0 . Câu 6: a) Hãy chứng minh: khối lượng tương đối tính của hạt ánh sáng (photon) được tính theo hệ thức: h m c λ = Trong đó: h=6,625.10 -34 J.s; c là vận tốc ánh sáng; λ là bước sóng của ánh sáng. b) Tia H α (màu đỏ) có λ =656,3 nm. Hãy tính: - Tần số ν , số sóng ν của tia sáng đó. - Năng lượng ε , khối lượng m và động lượng p của tia sáng nói trên. Câu 7: Sự phá vỡ các liên kết I-I trong 1 mol I 2 đòi hỏi một ăng lượng bằng 150,48 kJ. Năng lượng này có thể sử dụng dưới dạng ánh sáng. Hãy tính bước sóng λ của ánh sáng cần sử dụng trong quá trình đó. Biết h=6,625.10 -34 J.s; c=3.10 8 m/s. Câu 8: Trên phổ điện tử của một hợp chất có các đám mây hấp thụ tại: 1 450nm λ = ; 2 350nm λ = ; 3 250nm λ = . a) Hãy tính năng lượng kích thích ứng với đám hấp thụ trên (tính ra eV và kJ/mol). b) Hãy dự đoán màu của hợp chất. II. HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1: b) Ta có: ε = h ν =6,625.10 -34 .10 14 =6,625.10 -20 (J) Câu 2: Phim ảnh thông thường có tráng một lớp nhũ tương AgBr. Dưới tác dụng của ánh sáng ta có phản ứng quang hóa: h ν + Ag + + Br - → Ag (m u à đen) + 1/2Br 2 Để xảy ra phản ứng trên, photon phải có một năng lượng h ν tối thiểu xác định. Vì ánh sáng đỏ có bước sóng lớn, khoảng từ 720 nm đến 770 nm, nên photon có năng lượng nhỏ không gây nên phản ứng quang hóa, vì vậy ánh sáng đỏ không có ảnh hưởng đến phim và giấy ảnh. Câu 3: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang a) E 0 =h 0 ν , nên đối với các kim loại trên ta có kết quả: Kim loại Cs K Ca Zn E 0 (J) 31,138.10 -20 36,438.10 -20 47,038.10 -20 68,9.10 -20 Năng lượng của hạt H α chiếu vào kim loại: 34 8 20 10 6,625.10 .3.10 / 45,79.10 4340.10 h hc J ε ν λ − − − = = = = Ta thấy hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra đối với Cs và K do có E 0 < ε b) Theo hệ thức Anhstanh: h ν = E 0 +1/2mv 2 - Đối với Cs: + Điện tử có động năng: 1/2mv 2 =45,79.10 -20 -31,14.10 -20 =14,65.10 -20 J + Vận tốc ban đầu: 5 5 2.146,5 .10 5,65.10 / 9,11 v m s= = - Tương tự đối với K: điện tử có động năng: 9,35.10 -20 J và v=4,53.10 5 m/s Câu 4: a) Ta có: 0 2 2 1 v m m v c = − trong đó v là vận tốc của hạt c là vận tốc của ánh sáng m 0 là khối lượng nghỉ của hạt m v là khối lượng của hạt khi chuyển động với vận tốc v b) Trong hệ thức trên nếu v>c thì 1< 2 2 v c thì biểu thức trong căn âm. Mẫu số khi đó sẽ là 1 số ảo, không có thực. Điều đó có nghĩa không có vật thể nào có vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng. c) Từ hệ thức trên ta có: 2 0 2 . 1 v v m m c = − . Đối với ánh sáng thì v=c nên: 2 0 2 . 1 .0 0 v v c m m m c = − = = . Tức là khối lượng nghỉ của ánh sáng bằng 0. Câu 5: Ta có: 0 0 0 0 2 10 1,66 6 36 80 1 100 100 v m m m m m= = = =   −  ÷   Câu 6: a) Theo thuyết lượng tử ánh sáng (Planck) thì photon có năng lượng: /h hv ε ν λ = = . Mặt kahcs theo hệ thức tương đối Einstein thì giữa năng lượng và khối lượng có hệ thức: 2 mc ε = . Từ đó ta có: 2 c h mc h m c λ λ = → = b) λ =656,3.10 -9 m=6563.10 -8 cm; ν = 1 8 1 1 15237 6563.10 cm λ − − = = Từ đó: 10 10 14 1 3.10 .15237 45711.10 4,5711.10 c c s ν ν λ − = = = = = 34 14 19 6,625.10 .4,5711.10 3,028.10h J ε ν − − = = = 34 27 9 6,625.10 1,009.10 . / 656,3.10 h p mc kg m s λ − − − = = = = và: 27 36 8 1,009.10 3,36.10 3.10 h p m kg c c λ − − = = = = Câu 7: Ta có: 2 2h I I ν + → Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang 20 23 150480 24,98.10 6,023.10 h J ε ν − = = = 34 8 6 20 6,625.10 .3.10 0,795.10 24,98.10 hc m λ ε − − − = = = Câu 8: a) Năng lượng kích thích bằng năng lượng của lượng tử ánh sáng hấp thụ, được tính theo biểu thức: hc ε λ = . - Đối với 1 λ ta có: 34 8 20 9 6,625.10 .3.10 44,17.10 2,8 450.10 J eV ε − − − = = = → E=44,17.10 -20 .6,023.10 23 =266.103 J= 266 kJ/mol - Tương tự đối với 2 λ : 3,5eV ε = ; E=343 kJ/mol 3 λ : 5,0eV ε = ; E=476 kJ/mol b) Chỉ có đám hấp thụ 1 λ nằm trong vùng khả kiến. Vì hợp chất hấp thụ ánh sáng giữa miền tím và miền xanh da trời (lam) nên màu của hợp chất là màu da cam. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh . Anhstanh: h ν = E 0 +1/ 2mv 2 - Đối với Cs: + Điện tử có động năng: 1/ 2mv 2 =45,79 .10 -2 0 - 31, 14 .10 -2 0 =14 ,65 .10 -2 0 J + Vận tốc ban đầu: 5 5 2 .14 6,5 .10 5,65 .10 / 9 ,11 v m s= = - Tương tự đối với. hệ thức: 2 mc ε = . Từ đó ta có: 2 c h mc h m c λ λ = → = b) λ =656,3 .10 -9 m=6563 .10 -8 cm; ν = 1 8 1 1 15 23 7 6563 .10 cm λ − − = = Từ đó: 10 10 14 1 3 .10 .15 23 7 45 711 .10 4,5 711 .10 c c s ν. loại Cs K Ca Zn E 0 (J) 31, 138 .10 -2 0 36,438 .10 -2 0 47,038 .10 -2 0 68,9 .10 -2 0 Năng lượng của hạt H α chiếu vào kim loại: 34 8 20 10 6, 625 .10 .3 .10 / 45,79 .10 4340 .10 h hc J ε ν λ − − − = =