Hoá học 10 Bài 8: Sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố hóa học

- Cấu hình electron ngoài cùng của các nguyên tố trong cùng một nhóm được lặp đi lặp lại biến đổi tuần hoàn.

- Số thứ tự của nhóm A bằng số electron ở lớp ngoài cùng (số electron hóa trị)

- Sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố khi điện tích hạt nhân tăng dần, chính là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố.

a. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của các nguyên tố nhóm A.

- Trong cùng một nhóm A nguyên tử của các nguyên tố có cùng số electron ở lớp ngoài cùng (số electron hóa trị) ns^anp^b ( 1  ≤  a  ≤ 2 ; 0 ≤  b  ≤ 6)

- Số electron hóa trị = a + b

- Electron hóa trị của các nguyên tố nhóm IA và IIA thuộc phân lớp s nên là các nguyên tố s

- Electron hóa trị của các nguyên tố nhóm IIIA và VIIIA thuộc phân lớp p nên là các nguyên tố p

b. Một số nhóm A tiêu biểu

Nhóm VIIIA (Nhóm khí hiếm)

- Có 8 electron lớp ngoài cùng.

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng ns²np⁶

- Không tham gia phản ứng hóa học.

Nhóm IA là nhóm kim loại kiềm

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns¹ ⇒ có 1 electron ở lớp ngoài cùng có khuynh hướng mất 1 electron để đạt cấu hình khí hiếm.

- Phương trình hóa học:

4Na   +     O₂  →   2Na₂O

2Na     +   2H₂O  →  NaOH + H₂

2Na    +    Cl₂  →   2NaCl

Nhóm VIIA (Nhóm halogen)

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns²np⁵

- Có 7 electron ở lớp ngoài cùng có khuynh hướng nhận thêm 1 electron để đạt cấu hình khí hiếm.

- Các nguyên tử halogen có khuynh hướng thu thêm một electron để đạt cấu hình bền vững của khí hiếm. Halogen có hóa trị 1.

- Ở dạng đơn chất phân tử halogen gồm hai nguyên tử: F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Đó là những phi kim điển hình (At là nguyên tố phóng xạ).

- Phân tử gồm hai nguyên tử: F₂ , Cl₂ , Br₂ , I₂

- Phản ứng với kim loại tạo muối:

2Al   +    3Cl₂ → 2AlCl₃

2K    +    Br₂   → KBr

- Phản ứng với hiđro:

Cl₂    +    H₂  →   2HCl

Mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí, cấu tạo

Phương pháp giải

Cần nhớ:

- Số thứ tự ô nguyên tố = tổng số e của nguyên tử.

- Số thứ tự chu kì = số lớp e.

- Số thứ tự nhóm:

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

+ Nếu cấu hình e kết thúc ở dạng (n - 1)d^xns^y(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).

Bài 1. Xác định vị trí (số thứ tự, chu kỳ, nhóm, phân nhóm) các nguyên tố sau đây trong bảng tuần hoàn, cho biết cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố đó như sau:

1. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²      

2. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²

Hướng dẫn giải

1. Số thứ tự 20, chu kì 4, nhóm IIA.

2. Số thứ tự 25, chu kì 4, nhóm VIIB.

Bài 2. Giả sử nguyên tố M ở ô số 19 trong bảng tuần hoàn chưa được tìm ra và ô này vẫn còn được bỏ trống. Hãy dự đoán những đặc điểm sau về nguyên tố đó:

a. Tính chất đặc trưng.

b. Công thức oxit. Oxit đó là oxit axit hay oxit bazơ?

Hướng dẫn giải

a, Cấu hình electron của nguyên tố đó là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

⇒ Electron lớp ngoài cùng là 1 nên tính chất đặc trưng của M là tính kim loại.

b, Nguyên tố đó nằm ở nhóm IA nên công thức oxit là M₂O. Đây là một oxit bazơ.

Bài 3. Ion M³⁺có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s²3p⁶3d⁵.

a, Xác định vị trí (số thứ tự, chu kỳ, nhóm) của M trong bảng tuần hoàn. Cho biết M là kim loại gì?

b, Trong điều kiện không có không khí, cho M cháy trong khí Cl₂ thu được một chất A và nung hỗn hợp bột (M và S) được một hợp chất B. Bằng các phản ứng hóa học, hãy nhận biết thành phần và hóa trị của các nguyên tố trong A và B.

Hướng dẫn giải

a, Tổng số electron của nguyên tử M là 26. Số thứ tự 26, chu kì 4, nhóm VIIIB. M là Fe.

b, Fe cháy trong khí clo:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Hòa tan sản phẩm thu được vào nước thu được dung dịch. Lấy vài ml dung dịch cho tác dụng với dung dịch AgNO₃, có kết tủa trắng chứng tỏ có gốc clorua:

FeCl₃ + 3AgNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3AgCl

Lặp lại thí nghiệm với dung dịch NaOH, có kết tủa nâu đỏ chứng tỏ có Fe(III):

FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl

- Nung hỗn hợp bột Fe và bột S:

Fe + S → FeS

Cho B vào dung dịch H₂ SO₄ loãng, có khí mùi trứng thối bay ra chứng tỏ có gốc sunfua:

FeS + H₂ SO₄ → FeSO₄ + H₂ S (trứng thối)

Nhỏ dung dịch NaOH vào dung dịch thu được, có kết tủa trắng xanh chứng tỏ có Fe(II):

FeSO₄ + 2NaOH → Na₂ SO₄ + Fe(OH) ₂ (trắng xanh)

Bài 4. Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 3s². Số hiệu nguyên tử của nguyên tố X là

A. 12.    

B. 13.    

C. 11.    

D. 14.

Hướng dẫn giải

Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 3s²

Cấu hình e của X là: 1s²2s²2p⁶3s²

X có 12 e nên có 12 p nên số hiệu nguyên tử của nguyên tố X là 12.

⇒ Chọn A

Bài 5. Cho biết tổng số electron trong anion AB₃^2-là 42. Trong các hạt nhân A và B đều có số proton bằng số nơtron.

a. Tìm số khối của A và B

b. Cho biết vị trí của A, B trong bảng tuần hoàn

Hướng dẫn giải

a. Gọi số hạt proton của A là P và của B là P’, ta có:

P + 3P’ = 42 - 2. Ta thấy 3P’ < P + 3P’ = 40 nên P’ < 30/3= 13,3.

Do B tạo được anion nên B là phi kim. Mặt khác P’ < 13,3 nên B chỉ có thể là nitơ, oxi hay flo.

Nếu B là nitơ (P’ = 7) → P = 19 (K). Anion là KN₃²- -: loại

Nếu B là oxi (P’ = 8) → P = 16 (S). Anion là SO₃²- -: thỏa mãn

Nếu B là flo (P’ = 9) → P = 13 (Al). Anion là AF₃²- -: loại

Vậy A là lưu huỳnh, B là oxi.

b. O (P’ = 8) : 1s²2s²2p⁴ ⇒ ô số 8, chu kỳ 2, nhóm VIA.

S (P = 16) : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ ⇒ ô số 16, chu kỳ 3, nhóm VIA.

Bài 6. Nguyên tử R tạo được Cation R⁺. Cấu hình e của R⁺ở trạng thái cơ bản là 3p⁶. Tổng số hạt mang điện trong R là.

A.18    

B.22    

C.38    

D.19

Hướng dẫn giải

Cấu hình của R⁺là 3p⁶

⇒ R sẽ là 3p⁶4s¹

⇒ R có cấu hình đầy đủ là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

⇒ Tổng hạt mang điện trong R là ( p + e ) = 38

⇒ Chọn C

Bài 7. Một hợp chất có công thức XY₂ trong đó X chiếm 50% về khối lượng. Trong hạt nhân của X và Y đều có số proton bằng số notron. Tổng số proton trong phân tử XY₂ là 32.

a. Viết cấu hình electron của X và Y.

b. Xác định vị trí của X và Y trong bảng tuần hoàn.

Hướng dẫn giải

a. Gọi số hạt prroton, nơtron, electron của nguyên tử X là P, N, E và của Y là P’, N’, E’.

Theo bài: P = N = E và P’ = N’ = E’ ⇒ M_x = 2P, M_y = 2P’

Trong hợp chất XY2, X chiếm 50% về khối lượng nên:

M_x /(2. M_y )= 50/50 =1 ⇒ 2P /2.2P’ =1 ⇒ P = 2P’.

Tổng số proton trong phân tử XY₂ là 32 nên P + 2P’ = 32.

⇒ P = 16 (S) và P’ = 8 (O). ⇒ Hợp chất cần tìm là SO₂.

Cấu hình electron của S: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ và của O: 1s²2s²2p⁴

 b. Lưu huỳnh ở ô số 16, chu kỳ 3, nhóm VIA.

Oxi ở ô số 8, chu kỳ 2, nhóm VIA.

Bài 8. Cho biết cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố (thuộc chu kỳ 3) A, M, X lần lượt là ns¹, ns²np¹, ns²np⁵. Xác định vị trí của A, M, X trong bảng tuần hoàn và cho biết tên của chúng.

Hướng dẫn giải

A, M, X thuộc chu kỳ 3 nên n = 3.

Cấu hình electron, vị trí và tên nguyên tố:

A: 1s²2s²2p⁶3s¹(ô số 11, nhóm IA), A là kim loại Na.

M: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹(ô số 13, nhóm IIIA), M là kim loại Al.

X: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵(ô số 17, nhóm VIIA), X là phi kim Cl.

Câu 1. Cho các nguyên tố có cấu hình electron như sau:

1s²2s²2p², 1s²2s²2p⁵, 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶, 1s²2s²2p⁶3s¹

a) Xác định số electron hóa trị của từng nguyên tử.

b) Xác định vị trí của chúng (chu kì, nhóm, phân nhóm trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học).

Câu 2. Cho các hạt vi mô X⁺, Y^- , Z^2- và Q có cấu hình electron: ls²2s²2p⁶. Xác định vị trí các nguyên tố X, Y, Z và Q trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Câu 3. Một nguyên tố ở chu kì 2, nhóm VA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Hỏi:

a. Nguyên tử của nguyên tố đó có bao nhiên electron ở lớp ngoài cùng?

b. Các electron ngoài cùng nằm ở lớp thứ mấy?

c. Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố trên?

Câu 4. Một nguyên tố có cấu hình electron nguyên tử như sau:

1s²2s²2p⁴; 1s²2s²2p³;

1s²2s²2p⁶3s²3p¹; 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

a) Hãy xác định số electron hóa trị của từng nguyên tố.

b) Hãy xác định vị trí của chúng (chu kì, nhóm) trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Câu 5. Nguyên tử X, anion Y^-, cation Z^- đều có cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 4s²4p⁶. Cho biết vị trí (chu kì, nhóm) và tính chất (phi kim hay kim loại) của X, Y, Z trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Câu 1: Cho các dãy nguyên tố mà mỗi nguyên tố được biểu diễn bằng số hiệu nguyên tử tương ứng. Dãy nào sau đây gồm các nguyên tố thuộc cùng một chu kì trong bảng tuần hoàn?

A. 9, 11, 13    

B. 3, 11, 19

C. 17, 18, 19    

D. 20, 22, 24

Câu 2: Cho các dãy nguyên tố mà mỗi nguyên tố được biểu diễn bằng số hiệu nguyên tử tương ứng. Dãy nào sau đây bao goomg các nguyên tố thuộc cùng một nhóm A trong bảng tuần hoàn?

A. 2, 10    

B. 7, 17

C. 18, 26    

D. 5, 15

Câu 3: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Trong một chu kì, cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố biến thiên tuần hoàn.

B. Trong một chu kì, số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố tang dần.

C. Trong một chu kì, do số proton trong hạt nhân nguyên tử các nguyên tố tang dần nên khối lượng nguyên tử tăng dần.

D. Trong một chu kì ngắn, số electron hóa trị của nguyên tử các nguyên tố tang dần.

Câu 4: Cho cấu hình electron của nguyên tử một số nguyên tố như sau:

X : 1s²;

Y : 1s²2s²2p⁶3s²;

Z : 1s²2s²2p⁶3s²3p²;

T : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d₁₀4s²;

Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. X, Y, Z, T đều là các nguyên tố thuộc nhóm A.

B. X, Y, T có 2 electron ở lớp ngoài cùng và đứng ở vị trí thứ hai trong chu kì.

C. Y và T là những nguyên tố kim loại.

D. Y, Z, T đều có 2 electron hóa trị.

Câu 5: Nguyên tố có cấu hình electron hóa trị 4d25s² ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn?

A. chu kì 4, nhóm VB.

B. chu kì 4, nhóm IIA.

C. chu kì 5, nhóm IIA.

D.chu kì 5, nhóm IVB.

Sau bài học cần nắm:

• Sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố hóa học
• Mối quan hệ giữa cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố với vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn.