Bài 11. Luyện tập: Bảng tuần hoàn, sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron nguyên tử và tính chất của các nguyên tố hoá học

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (915.56 KB, 15 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

CHUYÊN ĐỀ 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN 
 CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC- LIÊN KẾT HÓA HỌC 
PHẦN I: LÝ THUYẾT

I. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

Nguyên tử là các hạt vơ cùng nhỏ bé nhưng nó lại có cấu tạo phức tạp.
1. Cấu tạo nguyên tử

Nguyên tử gồm 2 phần:

- Vỏ nguyên tử: gồm các electron (e) chuyển động rất nhanh: me = 9,1094.10-31kg; qe =
-1,602.10-19C.

- Hạt nhân nguyên tử: hầu hết đều được tạo thành từ proton và nơtron (trừ nguyên tử 1H trong hạt
nhân khơng có nơtron).

+ Proton (p): mp = 1,6726.10-27kg; qp = 1,602.10-19C hay bằng 1+ đơn vị điện tích.
+ Nơtron (n): mn = 1,6748.10-27kg; qn = 0.

Tóm tắt cấu tạo của nguyên tử
2. Kích thước và khối lượng của nguyên tử

- Kích thước ngun tử: Ngun tử có kích thước vơ cùng nhỏ bé.

Nếu hình dung nguyên tử như một quả cầu thì trong đó electron chuyển động rất nhanh xung
quanh hạt nhân, thì ngun tử đó có đường kính khoảng 10-10m.

Để biểu thị kích thước n; guyên tử, người ta dùng đơn vị nanomet (viết tắt là nm) hay angstrom
(kí hiệu là Å).

1nm = 10-9m; 1Å=10-10m; 1nm=10Å.

a) Nguyên tử nhỏ nhất là ngun tử hiđro có bán kính khoảng 0,053nm.
b) Đường kính của hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn, vào khoảng 10-5nm.

Như vậy, đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân khoảng 10.000 lần.
Nếu hình dung hạt nhân là quả cầu có đường kính 10cm thì nguyên tử là quả cầu có đường
kính 1.000m = 1km.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

- Khối lượng nguyên tử: Khối lượng của nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân (vì khối lượng 
của e rất nhỏ bé). Do đó một cách gần đúng có thể coi khối lượng nguyên tử là khối lượng của
hạt nhân.

- Ta biết 1gam bất kì chất nào cũng chứa hàng tỉ tỉ nguyên tử, thí dụ như 1gam cacbon có chứa
năm mươi nghìm tỉ tỉ nguyên tử cacbon;

Để biểu thị khối lượng phân tử, nguyên tử, các hạt proton, nowtron, electron người ta dung đơn
vị u còn gọi là đvC.

1u = 1/12 khối lượng của một nguyên tử đồng vị cacbon 12.

Nguyên tử này có khối lượng là 19,9265.10-27kg ≈ 12u.

Khối lượng của 1 nguyên tử hidro là 1,6738.10-27kg ≈ 1u

3. Mối quan hệ giữa các loại hạt trong nguyên tử

- Vì nguyên tử trung hịa về điện nên trong mọi ngun tử ln có: số p = số e.

- Với nguyên tử bền: số p ≤ số n ≤ 1,5.số p hay 1 ≤ n/p ≤1,5 (với các nguyên tử có số p ≥ 82 thì

khơng bền là những chất phóng xạ).

4. Các đại lượng đặc trưng của nguyên tử và cách kí hiệu nguyên tử

Nguyên tử có 2 đại lượng đặc trưng là số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) và số khối (A).
- Số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) = số electron (E) = số proton (P) = số hiêu nguyên tử. 
- Số khối (A) = Z + N (số nơtron).

Cách kí hiệu đầy đủ của nguyên tử X: ZAX.
5. Nguyên tố hóa học và đơng vị

- Ngun tố hóa học là những ngun tử có cùng điện tích hạt nhân.

- Đồng vị là hiện tượng các nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số 
khối A của chúng khác nhau.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

- Số khối: A = Z + N.

- Số khối A và số proton Z (số đơn vị điện tích hạt nhân, số hiệu nguyên tử) là 2 đại lượng đặc
trưng cho nguyên tử.

II. ĐỒNG VỊ

Hầu hết các nguyên tố hoá học đều là tập hợp của nhiều đồng vị. Vậy kiến thức về đồng vị có
những nội dung gì và hay gặp các dạng bài tập nào về đồng vị?

1. Khái niệm đồng vị

- Đồng vị là hiện tượng các nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số
khối A của chúng khác nhau.

Đồng vị của nguyên tố Hidro
- Hầu hết các nguyên tố hoá học đều là tập hợp của nhiều đồng vị.
- Cơng thức tính khối lượng nguyên tử trung bình của các đồng vị:

A = (M1.x1 + M2.x2 + ...)/(x1 + x2 + ...)
Trong đó:

+ M1, M2,... Mn là số khối của các đồng vị.

+ x1, x2,... xn là số mol, % số mol; số nguyên tử; % số nguyên tử; thể tích; % thể tích của khí).
2. Các dạng bài tập cơ bản về đồng vị

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

- Tính ngun tử khối trung bình của các đồng vị.
- Tính số khối của đồng vị chưa biết.

- Tính % khối lượng của 1 đồng vị trong 1 hợp chất.
III. CẤU HÌNH ELECTRON

Vỏ nguyên tử là một trong 2 bộ phận cấu thành nên nguyên tử. Vỏ nguyên tử được hình thành từ
các electron. Trong vỏ nguyên tử, các electron chuyển động và phân bố như thế nào? ….

1. Sự chuyển động của các electron trong nguyên tử

Electron chuyển động rất nhanh trong khu vực quanh hạt nhân không theo những quỹ đạo xác
định tạo nên vỏ nguyên tử.

* Đám mây electron: Quy ước rằng đám mây electron là vùng không gian gần hạt nhân trong 
đó chứa khoảng 90% xác suất có mặt của electron. Hình dạng của đám mây được giới hạn bởi
khơng gian đó.

2. Lớp và phân lớp electron

- Chia electron thành các lớp và các phân lớp dựa theo mức năng lượng của electron (kí hiệu là
e).

- Từ sát hạt nhân trở ra, năng lượng của các e tăng dần.

a. Lớp electron

- Lớp e gồm các e có mức năng lượng gần bằng nhau.

- Từ sát hạt nhân trở ra ta có số thứ tự các lớp electron và tên của các lớp tương ứng là:
n = 1 2 3 4 5…

Tên lớp K L M N O…

b. Phân lớp electron

- Phân lớp electron gồm các electron có mức năng lượng bằng nhau.
- Các phân lớp được kí hiệu là: s, p, d, f.

- Số phân lớp electron trong 1 lớp bằng số thứ tự của lớp theo thứ tự xuất hiện s → p → d → f.
3. Số electron tối đa trong một phân lớp, một lớp

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

4. Thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử

Cách nhớ: Sáng sớm phải son phấn sau đó phi sang đá PS (1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s)

Hoặc:

1s

2s2p

3s3p 3d

 4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f

6s 6p 6d 6f

7s 7p 7d7f

Có nghĩa là phân mức năng lượng tăng dần của nguyên tố được sắp xếp như sau:
1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p6f7d7f

Cấu hình electron được sắp xếp như sau: 1s2s2p3s3p3d3f4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p7d7f
5. Cấu hình electron của nguyên tử

- Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác
nhau.

- Cách viết cấu hình electron:

+ Xác định số e có trong nguyên tử.

+ Điền e vào các phân lớp theo trật tự tăng dần mức năng lượng và bão hòa e vào phân lớp có
mức năng lượng thấp mới điền tiếp ra phân lớp có mức năng lượng cao hơn.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

+ Nếu cấu hình dạng (n – 1)d4ns2 → (n – 1)d5ns1; (n – 1)d9ns2 → (n – 1)d10ns1.
6. Đặc điểm của lớp e ngồi cùng

- Lớp e ngồi cùng có tối đa 8e.
- Đặc điểm:

+ Nếu lớp e ngồi cùng có 1 đến 3e: ngun tử của nguyên tố kim loại (trừ H, He).
+ Nếu lớp e ngoài cùng có từ 5 đến 7e: nguyên tử của nguyên tố phi kim.

+ Nếu lớp e ngồi cùng có 8e: ngun tử của ngun tố khí hiếm (riêng He có 2 electron lớp
ngồi cùng).

+ Nếu lớp e ngoài cùng có 4e: nguyên tố là kim loại nếu có 4 lớp e trở lên còn lại là phi kim
(ngun tố có 4 electron lớp ngồi cùng thường là phi kim, đơi khi những ngun tố cuối nhóm
IVA là kim loại).

IV. BÀI TOÁN KHỐI LƯỢNG RIÊNG

Bài toán về khối lượng riêng của nguyên tử đã xuất hiện trong đề thi tuyển sinh những năm gần
đây. Mặc dù ngun tử có kích thước và khối lượng vô cùng nhỏ bé nhưng khối lượng riêng của
nguyên tử lại có giá trị khá lớn.

- Các ngun tử có cấu tạo rỗng (độ đặc khít a%).

- Ngun tử được coi có dạng hình cầu nên thể tích của ngun tử được tính theo cơng thức:
V = 4/3.∏.r3

- 1mol nguyên tử bất kì đều chứa NA nguyên tử (NA = 6,02.1023) và có khối lượng M.
- Cơng thức tính khối lượng riêng của nguyên tử:

D = m/V

Ghép các đại lượng trên vào với nhau ta có cơng thức tính khối lượng riêng của nguyên tử:
D = 3aM/(4Π.r3.NA.100)

Chú ý: đơn vị của r và D phải có sự thống nhất với nhau).

V. CẤU TẠO BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

1. Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn 
- Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.

- Cùng số lớp e xếp vào cùng một hàng (chu kì).
- Cùng số e hóa trị được xếp vào cùng một cột (nhóm).
2. Khối nguyên tố

- Các nguyên tố trong bảng tuần hoàn thuộc 4 khối: khối s, khối p, khối d và khối f.

- e cuối cùng điền vào phân lớp nào (theo thứ tự mức năng lượng) thì ngun tố thuộc khối đó.
3. Cấu tạo bảng tuần hồn

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Ơ nguyên tố

- Mỗi nguyên tố hóa học chiếm một ô trong bảng tuần hoàn được gọi là ô nguyên tố.

- Số thứ tự ô nguyên tố = số hiệu nguyên tử của nguyên tố (= số e = số p = số đơn vị điện tích hạt
nhân).

b. Chu kì

- Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp e, được xếp theo chiều
tăng dần của điện tích hạt nhân.

- Số thứ tự chu kì = số lớp e.

- Bảng tuần hồn hiện có 7 chu kì được đánh số từ 1 đến 7:
+ Chu kì 1, 2, 3: chu kì nhỏ.

+ Chu kì 4, 5, 6, 7: chu kì lớn (chu kì 7 chưa hồn thành).

c. Nhóm ngun tố

- Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà ngun tử có cấu hình e tương tự nhau do đó có
tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành 1 cột.

- Có 2 loại nhóm nguyên tố là nhóm A và nhóm B:
+ Nhóm A: bao gồm các nguyên tố s và p.

+ Nhóm B: bao gồm các nguyên tố d và f.
- Số thứ tự nhóm nguyên tố:

+ Số thứ tự nhóm A = tổng số e lớp ngoài cùng.

+ Nhóm B: Xét ngun tố có cấu hình e ngun tử kết thúc dạng (n – 1)dxnsy:
* Nếu (x + y) = 3 → 7 thì ngun tố thuộc nhóm (x + y)B.

* Nếu (x + y) = 8 → 10 thì ngun tố thuộc nhóm VIIIB.
* Nếu (x + y) > 10 thì ngun tố thuộc nhóm (x + y – 10)B.
VII. MỐI QUAN HỆ GIỮA ELECTRON VÀ VỊ TRÍ

Giữa cấu hình electron ngun tử và vị trí của ngun tố trong bảng tuần hồn có mối quan hệ
qua lại với nhau. Dựa vào cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có thể xác định được vị trí
của ngun tố đó trong bảng tuần hoàn và ngược lại. Cụ thể như sau:

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

- Số thứ tự nhóm:

+ Nếu cấu hình e lớp ngồi cùng có dạng nsanpb (a = 1 → 2 và b = 0 → 6): Nguyên tố thuộc
nhóm (a + b)A.

+ Nếu cấu hình e kết thúc ở dạng (n - 1)dxnsy (x = 1 → 10; y = 1 → 2): Nguyên tố thuộc 
nhóm B:

* Nhóm (x + y)B nếu 3 ≤ (x + y) ≤ 7.
* Nhóm VIIIB nếu 8 ≤ (x + y) ≤ 10.
* Nhóm (x + y - 10)B nếu 10 < (x + y).

VIII. MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU HÌNH ELECTRON VÀ TÍNH CHẤT NGUN TỐ 
Dựa vào cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có thể xác định được một số tính chất đặc
trưng của nguyên tố đó. Cụ thể là:

1. Loại nguyên tố

- Nguyên tử có 1, 2, 3 e ở lớp ngoài cùng: là nguyên tố kim loại (trừ H, He). 
- Nguyên tử có 5, 6, 7 e ở lớp ngoài cùng: thường là nguyên tố phi kim.

- Ngun tử có 8e ở lớp ngồi cùng: là ngun tố khí hiếm (cả trường hợp He có 2e).

- Ngun tử có 4e ở lớp ngồi cùng là phi kim nếu thuộc chu kì 2, 3 và là kim loại nếu thuộc các
chu kì khác.

2. Cơng thức một số loại hợp chất và tính chất của hợp chất đó 
Nếu nguyên tố R thuộc nhóm nA:

- Hóa trị trong oxit cao nhất là n → cơng thức oxit cao nhất là R2On.

- Hóa trị trong hợp chất khí với H (chỉ áp dụng với phi kim) là (8 - n) → công thức hợp chất khí
với H là RH8-n.

- Cơng thức hidroxit cao nhất: R(OH)n (nếu n < 4 thì giữ ngun cơng thức; nếu n > 3 thì chuyển
thành dạng axit HnROn và tối giản công thức bằng cách bớt đi số phân tử H2O phù hợp).

- Nếu n < 4: oxit và hidroxit cao nhất thường có tính bazơ; nếu n > 3: oxit và hidroxit cao nhất
thường có tính axit.

IX. SO SÁNH TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ TRONG BẢNG HTTH

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố theo chu kì và nhóm

Tính
chất

Bán kính

ngun tử Độ âm điện

Tính kim
loại
Tính phi
kim

Tính bazơ
của
oxit,
hidroxit
Tính axit
của
oxit,
hidroxit
Số e
lớp
ngồi
cùng
Theo

chu kì ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑

↑ từ 1
đến 8
Theo

nhóm
A

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ = STT

nhóm

Chú ý:

- Chỉ so sánh được tính chất của 2 nguyên tố thuộc cùng chu kì hoặc cùng nhóm A.

- Nếu các ngun tố cần so sánh khơng có cùng mối liên hệ về chu kì hoặc nhóm thì khi cần phải
chọn ngun tố trung gian rồi đưa về cùng hàng, cột để so sánh hoặc loại trừ.

X. BÀI TỐN TÌM NGUN TỐ

Bài tốn tìm ngun tố là một bài tốn khá phổ biến trong hóa học. Để chỉ rõ một nguyên tố nào
đó có thể dựa vào:

- Số hiệu nguyên tử của nguyên tố (Z).

- Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố (M).

Bài viết này đề cập đến cách tìm nguyên tố dựa vào nguyên tử khối trung bình của nguyên tố.
Theo cách này, có thể gặp các dạng bài tìm ngun tố như sau:

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Hóa trị của các nguyên tố nhóm A trong oxit cao nhất và trong hợp chất khí với H

Để tìm nguyên tố theo kiểu này cần nhớ: Nếu ngun tố R thuộc nhóm nA thì:
- Oxit cao nhất của R là: R2On.

- Hợp chất khí với H của R là RH8-n.

2. Tìm 2 nguyên tố thuộc cùng 1 nhóm A và 2 chu kì kế tiếp (liên tiếp)

Đối với dạng bài này thường dùng phương pháp trung bình (thay 2 nguyên tố cần tìm bằng 1
nguyên tố) rồi giải. Dạng này thường gặp khi học về nhóm IA và IIA.

3. Tìm 1 ngun tố trong bài tốn có phương trình

Với bài toán dạng này chỉ cần giải theo phương trình hóa học thơng thường là được.
XI. SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT HĨA HỌC

Các ngun tử phải liên kết với nhau để tạo ra phân tử hoặc tinh thể

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

I. LIÊN KẾT ION

1. Khái niệm và phân loại ion

- Ion là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử mang điện tích.
- Phân loại ion:

+ Theo điện tích: ion dương (cation) và ion âm (cation).

+ Theo số nguyên tử tạo nên ion: ion đơn nguyên tử (chỉ có 1 nguyên tử) và ion đa nguyên tử
(do nhiều nguyên tử tạo nên).

2. Sự hình thành ion từ nguyên tử

- Nguyên tử có xu hướng nhường hoặc nhận e để đạt đến cấu hình e bền vững của khí hiếm (có
8e ở lớp ngồi cùng).

- Phi kim A nhóm nA:
A + (8 – n)e → An-8
- Kim loại M nhóm nA:
M → Mn+ + ne.

3. Liên kết ion

Là liên kết được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.
4. Tính chất chung của hợp chất ion

- Ở điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở dạng tinh thể, có tính bền vững, thường
có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.

- Các hợp chất ion thường tan nhiều trong nước. Khi nóng chảy hoặc khi hịa tan trong nước có
khả năng dẫn điện.

Phân tử muối ăn (NaCl) có chứa liên kết ion
II. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

1. Khái niệm và phân loại

- Liên kết cộng hóa trị là liên kết được tạo nên giữa 2 nguyên tử bằng 1 hoặc nhiều cặp e chung.
- Liên kết cộng hóa trị gồm 2 loại:

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Liên kết cộng hóa trị phân cực trong phân tử SO2

+ Liên kết cộng hóa trị khơng cực (liên kết cộng hóa trị khơng phân cực): cặp e chung khơng
bị hút lệch về phía nguyên tử nào.

Phân tử N2 chứa liên kết cộng hóa trị khơng phân cực
2. Đặc điểm của hợp chất cộng hóa trị

- Các phân tử chỉ có liên kết cộng hóa trị có thể tồn tại ở thể rắn, lỏng hoặc khí.

- Các chất có cực tan nhiều trong dung mơi có cực. Phần lớn các chất khơng cực tan trong dung
môi không cực.

- Các chất chỉ chứa liên kết cộng hóa trị khơng cực khơng dẫn điện ở mọi trạng thái.
3. Mối quan hệ giữa hiệu độ âm điện và liên kết hóa học

Giả sử hiệu độ âm điện của 2 nguyên tố tham gia liên kết là Δ (lấy giá trị đại số). Dựa vào Δ
có thể xác định được loại liên kết theo bảng sau:

Hiệu độ âm điện 0 ≤ Δ < 0,4 0,4 ≤ Δ < 1,7 Δ ≥ 1,7
Loại liên kết Cộng hóa trị khơng

phân cực

Cộng hóa trị phân

cực Ion

XII. ĐỘ PHÂN CỰC CỦA CÁC LIÊN KẾT HÓA HỌC 
1. ĐỘ PHÂN CỰC CỦA LIÊN KẾT HÓA HỌC

Để xác định độ phân cực của các liên kết hóa học có thể dựa theo 2 cách:

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

Phân tử NH3 chứa liên kết cộng hóa trị phân cực

- Định tính: độ phân cực của liên kết tăng dần theo dãy: liên kết cộng hóa trị khơng phân cực <
liên kết cộng hóa trị phân cực < liên kết ion.

Phân tử O2 chứa liên kết cộng hóa trị khơng phân cực

Chú ý:

- Chỉ dùng cách định lượng khi bài cung cấp giá trị độ âm điện của các nguyên tố.
- Cần phân biệt sự phân cực của liên kết với sự phân cực của các phân tử:

+ Các hợp chất ion là các phân tử có cực.

+ Các hợp chất cộng hóa trị khơng phân cực là các phân tử không cực.

CO2 là phân tử không phân cực

+ Các hợp chất chứa liên kết cộng hóa trị phân cực có thể là phân tử phân cực hoặc khơng.
2. HĨA TRỊ CỦA NGUYÊN TỐ TRONG CÁC LOẠI HỢP CHẤT

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Như vậy: - Trong hợp chất ion, điện hóa trị của 1 nguyên tố bằng điện tích của ion và được gọi là
điện hóa trị của nguyên tố đó.

- Trong hợp chất cộng hóa trị, hóa trị của một nguyên tố được xác định bằng số liên kết
của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử và được gọi là cộng hóa trị của nguyên tố đó.

</div>


Bài 11: Luyện tập: Bảng tuần hoàn...