CHUYÊN ĐỀ 2 BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC VÀ ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN A TÓM TẮT LÍ THUYẾT I Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học 1 Nguyên tắc sắp xếp Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần c[.]
CHUYÊN ĐỀ : BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HĨA HỌC VÀ ĐỊNH LUẬT TUẦN HỒN A TĨM TẮT LÍ THUYẾT I Bảng tuần hồn ngun tố hóa học Nguyên tắc xếp : Các nguyên tố xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử Các nguyên tố có số lớp electron xếp thành hàng Các nguyên tố có số electron hóa trị nguyên tử xếp thành cột ● Lưu ý : Electron hóa trị electron có khả tham gia hình thành liên kết hóa học Chúng thường nằm lớp phân lớp sát lớp ngồi phân lớp chưa bão hịa Cấu tạo bảng tuần hồn a Ơ ngun tố : Số thứ tự ô nguyên tố số hiệu nguyên tử, số đơn vị điện tích hạt nhân tổng số electron nguyên tử b Chu kì : Chu kì dãy nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron, xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần Số thứ tự chu kì số lớp electron ngun tử Bảng tuần hồn có chu kì : Chu kì nhỏ chu kì 1, 2, gồm nguyên tố s nguyên tố p Mỗi chu kì nhỏ gồm nguyên tố, trừ chu kì có hai ngun tố Chu kì lớn chu kì 4, 5, ,7 gồm nguyên tố s, p, d f Chu kì chu kì chu kì có 18 ngun tố Chu kì có 32 ngun tố Theo quy luật, chu kì phải có 32 nguyên tố, nhiên chu kì phát 24 ngun tố hóa học Lí nguyên tố có hạt nhân nặng bền, chúng có “đời sống” ngắn ngủi c Nhóm : Nhóm nguyên tố tập hợp nguyên tố mà ngun tử có cấu hình electron tương tự nhau, tính chất hóa học gần giống xếp thành cột Nguyên tử nguyên tố nhóm có số số electron hóa trị số thứ tự nhóm (trừ số trường hợp ngoại lệ) Bảng tuần hồn có 18 cột chia thành nhóm A nhóm B Nhóm A : Gồm nhóm từ IA đến VIIIA, số thứ tự nhóm số electron hóa trị (số electron lớp ngồi cùng), nhóm A gồm ngun tố s p Nhóm A cịn gọi ngun tố thuộc phân nhóm Nhóm B : Gồm nhóm từ IB đến VIIIB, số thứ tự nhóm B số electron hóa trị (số electron lớp số electron phân lớp d sát lớp ngồi phân lớp chưa bão hịa), nhóm B gồm ngun tố d f Nhóm B cịn gọi ngun tố thuộc phân nhóm phụ Nguyên tố s, p, d, f ngun tố có electron ngồi điền vào phân lớp s, p, d, f II Những tính chất biến đổi tuần hồn theo chiều tăng điện tích hạt nhân Bán kính nguyên tử : Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử giảm dần, điện tích hạt nhân tăng dần số lớp electron không thay đổi nên lực hút hạt nhân với eletron tăng dần, khoảng cách từ hạt nhân đến eletron giảm dần, dẫn đến bán kính giảm dần Trong nhóm A, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử tăng dần, số lớp electron tăng dần Năng lượng ion hố (I) : Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, lượng ion hóa ngun tử tăng dần, điện tích hạt nhân tăng dần số lớp electron không thay đổi nên lực hút hạt nhân với eletron tăng dần, dẫn đến lượng cần dùng để tách eletron khỏi nguyên tử tăng dần Trong nhóm A, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, lượng ion hóa nguyên tử giảm dần electron xa hạt nhân hơn, liên kết với hạt nhân yếu hơn, dễ bị tách khỏi nguyên tử Độ âm điện ( : campa) : Độ âm điện khái niệm mang tính chất kinh nghiệm thay đổi theo thang đo có ý nghĩa tương đối Độ âm điện đặc trưng cho khả hút electron phía ngun tử phân tử Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, độ âm điện nguyên tử tăng dần Trong nhóm A, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, độ âm điện nguyên tử giảm dần Tính kim loại - phi kim : Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, tính kim loại giảm dần tính phi kim tăng dần Trong nhóm A, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, tính kim loại tăng dần tính phi kim giảm dần Sự biến đổi hóa trị nguyên tố Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, số electron lớp ngồi tăng dần từ đến 8, hóa trị cao nguyên tố oxi tăng dần từ đến 7, cịn hóa trị với hiđro phi kim giảm từ đến Ví dụ chu kì : Số thứ tự IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA Hợp chất với Na2O MgO Al2O3 SiO2 P O5 SO3 Cl2O7 SiH4 PH3 H2S HCl oxi Hóa trị cao với oxi Hợp chất khí với hiđro Hóa trị với hiđro Đối với chu kì khác, biến đổi hóa trị nguyên tố diễn tương tự Nhận xét : Như ta thấy, nguyên tố phi kim R có : Oxit cao dạng : R2On (R có hóa trị cao n); hợp chất khí với hiđro : RH m (R có hóa trị m) Thì ta ln có : m + n = Tính axit - bazơ oxit hiđroxit : Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, tính bazơ oxit hiđroxit tương ứng yếu dần, đồng thời tính axit chúng mạnh dần Trong nhóm A, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, tính bazơ oxit hiđroxit tương ứng mạnh dần, đồng thời tính axit chúng yếu dần ● Kết luận : Quy luật biến thiên tính chất nguyên tố bảng tuần hồn tóm tắt sau : Bán kính Độ âm Năng Tính Tính Tính axit nguyên tử điện lượng kim loại phi kim oxit bazơ ion hóa hiđroxit Tính oxit hiđroxit Trong chu kì Giảm dần Tăng dần Giảm dần Tăng dần Tăng (trái → phải) Trong nhóm Tăng Tăng dần Giảm dần Giảm (trên → dần Giảm dần Tăng dần Giảm Giảm dần Tăng xuống) Nguyên nhân biến đổi tuần hồn tính chất đơn chất, thành phần tính chất hợp chất nguyên tố xếp chúng theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử biến đổi tuần hoàn số electron lớp III Định luật tuần hoàn Nội dung định luật tuần hồn : Tính chất ngun tố đơn chất thành phần tính chất hợp chất tạo nên từ nguyên tố biến đổi tuần hồn theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử Ý nghĩa định luật tuần hồn Biết vị trí ngun tố bảng tuần hồn, suy cấu tạo ngun tử nguyên tố ngược lại Biết vị trí ngun tố bảng tuần hồn, suy tính chất hóa học So sánh tính chất hóa học ngun tố với nguyên tố lân cận IV Kiến thức bổ sung : Xác định vị trí nguyên tố bảng hệ thống tuần hồn: Cấu hình eletron Nhóm Chu kì (lớp ngồi cùng) nsx ns2npy Nhóm A nsx Nhóm : xA n ns2npy Nhóm : (2+y)A n (n-1)dxnsy Nhóm B Nếu x + y = 11 ; 12 Nhóm IB, IIB n Nếu x + y = đến Nhóm IIIB đến VIIB n Nếu x + y = ; ; 10 Nhóm VIIIB n E hóa trị : Là electron tham gia vào tạo thành liên kết hóa học Với ngun tố phân nhóm (nhóm A) : Số electron hóa trị số electron lớp ngồi Ví dụ : Ca [Ar]4s2, có số electron hóa trị Với nguyên tố phân nhóm phụ (nhóm B) : Số electron hóa trị số electron lớp ngồi số electron phân lớp d sát lớp phân lớp chưa bão hịa Ví dụ : Fe : [Ar]3d64s2: số electron hóa trị Ag : [Ar]3d104s1: số electron hóa trị (do lớp d bão hịa khơng tính số electron phân lớp d) B PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ BẢNG TUẦN HOÀN I Xác định nguyên tố phi kim dựa vào hóa trị cao hợp chất với O hóa trị hợp chất với H Phương pháp giải Một nguyên tố phi kim R tạo hợp chất oxit cao R2On hợp chất với H RHm n + m = Hóa trị cao nguyên tố = số thứ tự nhóm = số electron ngồi (đối với ngun tố s, p) ►Các ví dụ minh họa◄ Ví dụ 1: Ngun tố R chu kì 3, nhóm VA bảng tuần hồn Khơng sử dụng bảng tuần hồn, cho biết : Cấu hình electron R Trong oxit cao R R chiếm 43,66% khối lượng Tính số lượng loại hạt nguyên tử R Hướng dẫn giải R nằm chu kỳ nên lớp electron lớp thứ Mặt khác, R thuộc phân nhóm nhóm VA nên nguyên tử R có electron lớp ngồi Vậy cấu hình lớp electron ngồi R 3s23p3 Cấu hình electron R 1s22s22p63s23p3 R thuộc nhóm V nên hóa trị cao R oxit V Công thức oxit R2O5 Theo giả thiết : %R = 43,66% nên 2R 43, 66 = R = 31 (photpho) 5.16 56,34 Tổng số hạt electron = tổng số hạt proton = 15 (dựa vào cấu hình electron) Tổng số hạt nơtron = 31 -15 = 16 Ví dụ 2: Nguyên tố R có hóa trị cao oxit gấp lần hóa trị hợp chất với hiđro Hãy cho biết hóa trị cao R oxit Trong hợp chất R với hiđro có tỉ lệ khối lượng: m R 16 = mH Khơng dùng bảng tuần hồn, cho biết kí hiệu nguyên tử R Hướng dẫn giải Gọi hóa trị cao R oxit a, hóa trị hợp chất với hiđro b Ta có: a + b = Theo giả thiết : a = 3b Suy : a =6; b = 2 Công thức hợp chất R với hiđro H2R Theo bài: m R 16 nên R = 32 = mH Gọi tổng số hạt proton, nơtron R p, n Ta có p + n = 32 Ta có : n 32 − p 1,5 1,5 12,8 p 16 p p Mặt khác, R thuộc nhóm VI (hóa trị cao oxit VI) nên dựa vào cấu hình electron p = 13, 14, 15, 16 ta thấy p = 16 thỏa mãn (vì có electron lớp ngồi cùng) Vậy kí hiệu nguyên tử R là: 32 16 R Ví dụ 3: R nguyên tố phi kim Tổng đại số số oxi hóa dương cao với lần số oxi hóa âm thấp R +2 Tổng số proton nơtron R nhỏ 34 Xác định R X hợp chất khí R với hiđro, Y oxit R có chứa 50% oxi khối lượng Xác định công thức phân tử X Y Hướng dẫn giải Gọi số oxi hóa dương cao số oxi hóa âm thấp R +m -n Ta có : m + n = Mặt khác, theo ra: +m + 2(-n) = +2 m - 2n = Từ tìm được: m = n = Vậy R phi kim thuộc nhóm VI Số khối R < 34 nên R O hay S Do oxi không tạo số oxi hóa cao +6 nên R lưu huỳnh Trong hợp chất X, R có số oxi hóa thấp nên X có cơng thức H2S Gọi công thức oxit Y SOx Do %S = 50% nên 32 50 = x = Công thức Y SO2 16x 50 II Tìm ngun tố xác định vị trí nguyên tố bảng tuần hoàn Phương pháp giải ● Xác định nguyên tố Đối với 82 nguyên tố bảng tuần hoàn, số proton nơtron có mối liên hệ : 1 n 1,5 p Nếu đề cho biết thông tin mối liên quan hạt nguyên tử, phân tử; thành phần phần trăm khối lượng nguyên tử phân tử Thì ta thiết ta lập hệ phương trình liên quan đến hạt nguyên tử, phân tử Sau giải hệ phương trình để tìm số proton nguyên tử Hai nguyên tố nhóm hai chu kì cách hoặc18 nguyên tố ● Xác định vị trí nguyên tố bảng tuần hoàn : - Đối với nguyên tố nguyên tố s, p (thuộc nhóm A) : + Ơ ngun tố = số p = số electron = số hiệu nguyên tử + Số thứ tự chu kì = số lớp electron + Số thứ tự nhóm = số electron lớp - Đối với nguyên tố d (thuộc nhóm B) + Việc xác định ngun tố chu kì tương tự nguyên tố s, p + Số thứ tự nhóm phụ thuộc vào số electron phân lớp (n-1)dxnsy (n 4) : x + y < nguyên tố thuộc nhóm (x + y) x + y 10 ngun tố thuộc nhóm VIII x + y >10 ngun tố thuộc nhóm [(x + y) – 10] ►Các ví dụ minh họa◄ Ví dụ 1: Tổng số hạt proton, nơtron, electron nguyên tử ngun tố R nhóm VIIA 28 Tính số khối R Viết ký hiệu nguyên tử nguyên tố Hướng dẫn giải Gọi tổng số hạt proton, nơtron, electron nguyên tử R p, n, e Trong p = e Theo bài: p + n + e = 28 2p + n = 28 n = 28 - 2p Mặt khác, p n 1,5p p 28 - 2p 1,5p p 9,3 Vậy p = Do nguyên tố R thuộc nhóm VIIA nên nguyên tử nguyên tố R có electron lớp Suy p = :1s22s22p5 Vậy p = e = 9; n = 10 Số khối A = n + p = 19 Ký hiệu nguyên tử: 19 R Nguyên tố cho flo Ví dụ 2: Cho biết tổng số electron anion AB 32 − 42 Trong hạt nhân A B có số proton số nơtron Tìm số khối A B Cho biết vị trí A, B bảng tuần hoàn Hướng dẫn giải Gọi số hạt proton A p B p’, ta có : p + 3p’ = 42 - Ta thấy 3p’ < p + 3p’ = 40 nên p’ < 40 = 13,3 Do B tạo anion nên B phi kim Mặt khác p’ < 13,3 nên B nitơ, oxi hay flo ● Nếu B nitơ (p’ = 7) p = 19 (K) Anion KN 32− : loại ● Nếu B oxi (p’ = 8) p = 16 (S) Anion SO 32− : thỏa mãn ● Nếu B flo (p’ = 9) p = 13 (Al) Anion AlF32− : loại Vậy A lưu huỳnh, số khối A = 32 B oxi, số khối A = 16 O (p’ = 8) : 1s22s22p4 (ô số 8, chu kỳ 2, nhóm VIA) S (p = 16) : 1s22s22p63s23p4 (ơ số 16, chu kỳ 3, nhóm VIA) Ví dụ 3: Một hợp chất ion cấu tạo từ M+ X2- Trong phân tử M2X có tổng số hạt proton, nơtron, electron 140 hạt Trong số hạt mang điện nhiều số hạt không mang điện 44 hạt Số khối ion M+ lớn số khối ion X2- 23 Tổng số hạt proton, nơtron, electron ion M+ nhiều ion X2- 31 Viết cấu hình electron M X Xác định vị trí M X bảng tuần hoàn Hướng dẫn giải Gọi tổng số hạt proton, nơtron, electron nguyên tử M p, n, e nguyên tử X p’, n’, e’ Ta có p = e p’ = e’ Theo giả thiết ta có : 2(p + n + e) + p’ + n’ + e’ = 140 4p + 2p’ + 2n + n’ = 140 (1) 2(p + e) + p’ + e’ - 2n - n’ = 44 4p + 2p’ - 2n - n’ = 44 (2) p + n - p’ - n’ = 23 p + n - p’ - n’ = 23 (3) (p + n + e - 1) - (p’ + n’ + e’ + 2) = 31 p + n - p’ - n’ = 34 (4) Từ (1) (2) ta có : 2p + p’ = 46 2n + n’ = 48 Từ (3), (4) ta có: p - p’ = 11 n - n’ = 12 Giải ta p = 19 (K); n = 20 ; p’ = (O); n’ = Vậy X K2O Cấu hình electron : K (p = 19): 1s22s22p63s23p64s1 (chu kỳ 4, nhóm IA) O (p’ = 8): 1s22s22p4 (chu kỳ 2, nhóm VIA) Ví dụ 4: A B hai nguyên tố nhóm thuộc hai chu kì liên tiếp bảng tuần hồn Tổng số proton hai hạt nhân nguyên tử A B 32 Hãy viết cấu hình electron A , B ion mà A B tạo thành Hướng dẫn giải A B hai nguyên tố phân nhóm thuộc hai chu kì liên tiếp bảng tuần hoàn nên số thứ tự chúng 18 đơn vị (đúng số nguyên tố chu kỳ) Theo ra, tổng số proton hai hạt nhân nguyên tử A B 32 nên ZA + ZB = 32 ● Trường hợp 1: ZB - ZA = Ta tìm ZA = 12; ZB = 20 Cấu hình electron : A : 1s22s22p63s2 (chu kỳ 3, nhóm IIA) B: 1s22s22p63s23p64s2 (chu kỳ 4, nhóm IIA) Ion A2+: 1s22s22p6 B2+: 1s22s22p63s23p6 ● Trường hợp 2: ZB - ZA = 18 Ta tìm ZA = 7; ZB = 25 Cấu hình electron : A : 1s22s22p3 (chu kỳ 2, nhóm VA) B: 1s22s22p63s23p63d54s2 (chu kỳ 4, nhóm VIIB) Trường hợp A, B khơng nhóm nên khơng thỏa mãn ... kim loại kiềm M M 2CO3 MHCO3 Phương trình phản ứng hóa học : M 2CO3 2HCl → 2MCl + CO2 + H2O + HCl → MCl + CO2 + H2O MHCO3 + Theo phản ứng ta thấy: Tổng số mol hỗn hợp muối = số mol CO2 = 0,02 mol... 40 = 13,3 Do B tạo anion nên B phi kim Mặt khác p’ < 13,3 nên B nitơ, oxi hay flo ● Nếu B nitơ (p’ = 7) p = 19 (K) Anion KN 32− : loại ● Nếu B oxi (p’ = 8) p = 16 (S) Anion SO 32− : thỏa... loại M tan hết vào H2O thu dung dịch có khối lượng lớn khối lượng H2O ban đầu 0,95a gam Xác định kim loại M Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng : 2M mol: → + 2nH2O a M Khối 2M(OH)n + nH2 an 2M