Bài tập mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí, cấu tạo - Kết Nối Tri Thức

Bài tập mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí, cấu tạo
A. Lý thuyết và phương pháp giải
1. Kiến thức 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 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).
2. Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố nhóm A.
- Ví dụ: Xác định loại nguyên tố s, p, d và vị trí các nguyên tố trong BTH - Đặc điểm:
- Nhóm A gồm các nguyên tố s, p; thuộc chu kì nhỏ và chu kì lớn - Xét trong cùng chu kì: Chu kì 2:
3Li, 4B, 5Be, 6C, 7N, 8O, 9F, 10Ne Chu kì 3:
11Na, 12Mg, 13Al, 14Si, 15P, 16S, 17Cl, 18Ar
Số electron tăng dần thừ 1 đến 8, bắt đầu là kim loại, kết thúc là khí hiếm Lặp lại ở chu kì 3,4... - Xét trong 1 nhóm A: VD: Li, Na, K, Rb.... 3Li: 1s1 11Na: [Ne]3s1 19K: [Ar]4s1 37Rb: [Kr]5s1
Các nguyên tử có cùng số e hóa trị = Số electron ở lớp ngoài cùng = Số TT nhóm A *Nhận xét:
+ Nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm A có số electron lớp ngoài cùng
bằng nhau và bằng số thứ tự nhóm. Đó là nguyên nhân của sự giống nhau về tính
chất hoá học của các nguyên tố trong cùng nhóm A.
Ví dụ: Na + HOH " NaOH + 1/2H2 K + HOH " KOH + 1/2H2
+ Trong mỗi chu kỳ, theo chiều tăng dần của Z, số electron lớp ngoài cùng của
nguyên tử các nguyên tố nhóm A tăng dần từ 1 đến 8. Sau mỗi chu kỳ, cấu hình
electron lớp ngoài cùng của chúng được lặp lại một cách tuần hoàn. Đó chính là
nguyên nhân làm cho tính chất của các nguyên tố biến đổi tuần hoàn.
3. Cấu hình electron nguyên tử các nguyên tố nhóm B. - Ví dụ: Z=21: [Ar]3d14s2 Z=22:[Ar]3d24s2 Z=25: [Ar]3d54s2 Z=26: [Ar]3d64s2 - Đặc điểm:
- Gồm các nguyên tố d, f, thuộc chu kì lớn (các kim loại chuyển tiếp)
- Từ chu kỳ 4 trở đi, trong mỗi chu kỳ, sau khi bão hoà phân lớp ngoài cùng ns2, các
electron tiếp theo được phân bố vào phân lớp sát ngoài cùng (n-1)d
" Cấu hình electron nguyên tử các nguyên tố nhóm B thường có dạng:
[Khí hiếm](n-1)dxns2 với 1 x 10.
Trừ một số ngoại lệ như Cr(Z=24); Cu(Z=29) (n-1)d4ns2 "(n-1)d5ns1 (n-1)d9ns2 "(n-1)d10ns1
(để đạt cấu hình bền nửa bão hòa hoặc bão hòa) - Ví dụ:
Zn(Z=30): [Ar]3d104s2 có 2electron hoá trị ;
Cr(Z=24): [Ar]3d54s1 có 6 electron hoá trị.
- Số electron hóa trị (nhóm B) = số electron ở lớp ngoài cùng + số electron ở phân lớp ngoài cùng chưa bão hòa
-STT nhóm B = số e hóa trị (trừ 1 số ngoại lệ)
4. Mối quan hệ giữa lực hút giữa hạt nhân và các electron lớp ngoài cùng, cấu hình electron.
- Trong chu kì: số lớp electron không đổi, điện tích hạt nhân tăng dần nên lực hút giữa
hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng cũng tăng theo.
- Trong nhóm A: mặc dù điện tích hạt nhân tăng nhưng số lớp electron tăng qua mỗi
chu kì, nên lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng giảm dần - Cấu hình bão hòa: Ví dụ: Be: 1s22s2 Mg: [Ne]3s2 - Cấu hình nửa bão hòa: N: 1s22s22p3 P: [Ne]3s23p3 " Cấu hình bền vững B/ Ví dụ minh họa
Ví dụ 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:
1. Số thứ tự 20, chu kì 4, nhóm IIA.
2. Số thứ tự 25, chu kì 4, nhóm VIIB.
Ví dụ 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:
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.
Ví dụ 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:
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)
Ví dụ 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:
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
Ví dụ 5. Cho biết tổng số electron trong anion AB 2-
3 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:
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 KN 2 3 - -: loại
Nếu B là oxi (P’ = 8) → P = 16 (S). Anion là SO 2 3 - -: thỏa mãn
Nếu B là flo (P’ = 9) → P = 13 (Al). Anion là AF 2 3 - -: 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.
Ví dụ 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: 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
Ví dụ 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:
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’ ⇒ Mx = 2P, My = 2P’
Trong hợp chất XY2, X chiếm 50% về khối lượng nên:
Mx /(2. My )= 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.
Ví dụ 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:
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.
C/ Bài tập trắc nghiệm
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). Đáp án:
a) Xác định số electron hóa trị:
1s22s22p2: có 4 electron hóa trị.
1s22s22p5: có 7 electron hóa trị.
1s22s22p63s23p6: có 8 electron hóa trị.
1s22s22p63s1: có 1 electron hóa trị.
b) Xác định vị trí của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn:
1s22s22p2: Nguyên tố thuộc chu kì 2, nhóm IVA
1s22s22p5: Nguyên tố thuộc chu kì 2, nhóm VIIA
1s22s22p63s23p6: Nguyên tố thuộc chu kì 3, nhóm VIIIA
1s22s22p63s1: Nguyên tố thuộc chu kì 3, nhóm IA
Câu 2. Cho các hạt vi mô X+, Y- , Z2- 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. Đáp án:
- Nguyên tố Q cấu hình electron: ls22s22p6 nên Z = 10 là nguyên tố khí hiếm thuộc ô
thứ 10, chu kì 2 nhóm VIIIA.
- Cation X+ hình thành do: X → X+ + 1e nên Z = 11; X có cấu electron: ls22s22p63s1.
Vậy X ở ô thứ 11, chu kì 3 nhóm IA.
- Anion Y- hình thành do: Y + 1e → Y- nên Z = 9; Y có cấu hình electron: ls22s22p6.
Vậy Y ở ô thứ 9, chu kì 2 nhóm VIIA.
- Anion Z2- hình thành do: Z + 2e → Z2- nên Z = 8. Z có cấu hình electron: ls22s22p4.
Vậy Z ở ô thứ 8, chukì 2 nhóm VIA.
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? Đáp án:
a) Vì thuộc nhóm VA nên nguyên tố có 5 electron ở lớp ngoài cùng.
b) Vì thuộc chu kì 2 nên các electron ngoài cùng nằm ở lớp thứ hai.
c) Cấu hình electron: 1s22s22p3
Câu 4. Xác định vị trí của nguyên tố có Z = 20 và nguyên tố có Z = 29. Đáp án:
- Với nguyên tố có Z = 20 thì cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s2 trong bảng tuần hoàn nguyên tố đó ở +) Ô thứ 20.
+) Chu kì 4: vì có 4 lớp electron.
+) Nhóm IIA vì có 2 electron cuối cùng chiếm obitan 4s2 ở lớp ngoài cùng.
- Với nguyên tố có Z = 29 thì cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s1 trong bảng
tuần hoàn nguyên tố đó ở. +) Ô thứ 29.
+) Chu kì 4 vì có 4 lớp electron.
+) Nhóm IB vì có electron ứng với mức năng lượng cao nhất chiếm obitan 3d; tổng số
electron ở (n - l)d và ns là 11 nên thuộc nhóm 11 - 10 = 1.
Câu 5. Biết nguyên tố R thuộc chu kì 2 nhóm VA của bảng tuần hoàn. Hãy viết cấu
hình electron của nguyên tử R. Đáp án:
E thuộc chu kì 2 ⇒ Có 2 lớp electron. R thuộc nhóm VA ⇒ Có 5 electron lớp ngoài
cùng ⇒ Cấu hình electron của R: ls32s22p3.
Câu 6. 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. Đáp án:
a) số electron hóa trị của từng nguyên tố:
+) 1s2 2s2 2p4: Có 6 electron hóa trị.
+) 1s2 2s2 2p3: Có 5 electron hóa tri
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1: Có 3 electron hóa trị
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5: Có 7 electron hóa trị
b) Ví trí (chu kỳ, nhóm) cửa các nguyên tố:
Dựa vào cấu hình electron của nguyên tử cho biết:
Số lớp electron suy ra số thứ tự của chu kì.
Các electron lớp ngoài cùng là electron s và electron p nên chúng đều là nguyên tố p,
do vậy chúng thuộc nhóm A, vì thế số electron ngoài cùng cho biết số thứ tự của nhóm.
+) 1s2 2s2 2p4: Thuộc chu kì 2, nhóm VIA.
+) 1s2 2s2 2p3: Thuộc chu kì 2, nhóm VA.
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1: Thuộc chu kì , nhóm IIIA
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5: Thuộc chu kì 3, nhóm VIIA
Câu 7. 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. Đáp án:
Từ cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 4s24p6 suy ra cấu hình electron đầy đủ là: ls22s22p63s23p63d104s24p6.
+) Nguyên tố X: ls22s22p63s23p63d104s24p6.
Thuộc chu kì 4, nhóm VIIIA; có 8e lớp ngoài cùng X là khí hiếm.
+) Nguyên tố Y: Từ Y + 1e = Y-
Nên cấu hình của Y là: ls22p22p63s23p63d104s24p6, thuộc chu kì 4, nhóm VIIA; có 7e
lớp ngoài cùng ⇒ Y là phi kim.
+) Nguyên tố Z: Từ z = z+ + le
Nên cấu hình của z là: 1s22s22p63s23p63d104s24p65s1, thuộc chu kì 5, nhóm IA; có
1e lớp ngoài cùng z là kim loại.
Câu 8. Cation (ion dương) X+ có cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng là 2p6.
a) Viết cấu hình electron và sự phân bố electron theo obitan của nguyên tố X.
b) Cho biết vị trí của X. Đáp án:
a) Viết cấu hình electron và sự phân bố electron vào obitan.
Vì cation X+ là do nguyên tử X mất đi 1 electron nên cấu hình electron của X:
1s22s22p62s2 3s1 và sự phân bố các obitan như sau:
b) X thuộc chu kì 3 vì có 3 lớp electron.
X thuộc nhóm IA vì có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
X thuộc ô 11 vì có tổng điện tích 11.