tổng hợp kiến thức hóa học lớp 10

Hệ thống kiến thức hóa học lớp 10 – Chương trình Cơ bản và Nâng cao – Luyện thi đại học và Cao đẳng Trần Hoàng TuấnChương 1 + 2: NGUYÊN TỬ - BẢNG TUẦN HOÀN HÓA HỌC A/ KIẾN THỨC CẦN NHỚ I

Trang 1

Hệ thống kiến thức hóa học lớp 10 – Chương trình Cơ bản và Nâng cao – Luyện thi đại học và Cao đẳng Trần Hoàng Tuấn

Chương 1 + 2: NGUYÊN TỬ - BẢNG TUẦN HOÀN HÓA HỌC

A/ KIẾN THỨC CẦN NHỚ

I/ THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ

1/ Cấu tạo nguyên tử - đặc tính các hạt: Nguyên tử có cấu tạo gồm:

- Hạt nhân ở giữa nguyên tử, gồm các hạt proton (p) (mang điện tích dương) và các hạt nơtron (n) (khôngmang điện)

- Vỏ nguyên tử gồm các hạt electron (e) (mang điện tích âm) chuyển động xung quanh hạt nhân

1, 6726.10

18369,1094.10

p

e

m m



+ Nguyên tử trung hòa về điện, nên số p = số e

2/ Kích thước và khối lượng nguyên tử

lan D

D hatnhan

nguyentu 4

5

1

10 10

D electron

nguyentu 7

8

1

10 10

D electron

8

5

10 10

10





Vì vậy electron chuyển động xung quanh hạt nhân trong không gian rỗng của nguyên tử

b/ Khối lượng nguyên tử: rất nhỏ, được tính bằng u (hoặc đvC).

Với 1u = 12

1

12 m = C 1

12 19,9265.10

-27 kg → 1u = 1,6605.10-27 kg

II/ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

1/ Điện tích hạt nhân (Z+) Điện tích hạt nhân chính là tổng điện tích của proton.

Z = số proton = số electron = E (Nguyên tử trung hòa về điện)

2/ Số khối hạt nhân (A) Số khối của hạt nhân bằng tổng số proton (Z) với tổng số nơtron (N).

Trang 2

III/ ĐỒNG VỊ NGUYÊN TỬ KHỐI NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH

1/ Đồng vị: Đồng vị là những nguyên tử của cùng một nguyên tố có cùng số proton, khác số nơtron.

2/ Nguyên tử khối Nguyên tử khối trung bình

a/ Nguyên tử khối (M) Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử, bằng số khối hạt nhân

cC bB aA M

Với a, b, c: là số nguyên tử (hoặc % số nguyên tử) của mối đồng vị

A, B, C: là nguyên tử khối (hay số khối) của mỗi đồng vị

k i i

n M M

ni : % hay số mol hay thể tích của chất thứ i ( khi ni là thể tích thì chỉ sử dụng cho chất khí)

Mi : Khối lượng mol của chất thứ iNếu trong hỗn hợp chỉ có hai chất , ta có thể gọi x là số mol (% hay thể tích) của chất thứ nhất trong

1 mol hỗn hợp, khi đó suy ra số mol của chất thứ hai là (1 – x) mol

- Phân biệt nguyên tử và nguyên tố:

+ Nguyên tử là loại hạt vi mô gồm hạt nhân và các hạt electron quanh hạt nhân

+ Nguyên tố là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

- Tính chất hóa học nguyên tố là tính chất hóa học các nguyên tử của nguyên tố đó

- Mối quan hệ giữa các hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử:

+ Số hạt cơ bản = 2.Z + N (mang điện: 2.Z, không mang điện: N)

+ Số hạt mang điện = số electron + số proton = 2.Z

+ Số hạt ở hạt nhân = số proton + số nơtron = Z + N

+ Điều kiện bền của hạt nhân nguyên tử là

Trang 3

- Tất cả các nguyên tử có cùng số điện tích hạt nhân Z đều thuộc cùng một nguyên tố hóa học

- Công thức tính thể tích của một nguyên tử:

III/ Sự chuyển động của e trong nguyên tử Obitan nguyên tử.

1/ Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo quỹ đạo xácđịnh nào và tạo thành đám mây electron

2/ Obitan nguyên tử (AO)

a/ Định nghĩa: Obitan nguyên tử là khu vực đám mây electron xung quanh hạt nhân mà xác suất có mặtelectron khoảng 90%

b/ Hình dạng obitan nguyên tử: Dựa trên sự khác nhau về trạng thái electron trong nguyên tử ta có:

- Obitan s: dạng hình cầu

- Obitan p: gồm 3 obitan px, py, pz có hình dạng số 8 nổi, định hướng theo 3 trục Ox, Oy, Oz của hệ tọa độ

IV/ Lớp và phân lớp e:

1/ Lớp electron: Lớp electron gồm các electron có mức năng lượng gần bằng nhau Các lớp electron xếp

theo thứ tự mức năng lượng từ thấp đến cao (từ gần nhân ra ngoài):

- Trong 1 lớp electron thì số phân lớp = số thứ tự lớp:

- Phân lớp electron chứa electron tối đa gọi là phân lớp electron bão hòa

V/ Năng lượng – Cấu hình e trong nguyên tử :

1/ Các nguyên lý và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử

a/ Nguyên lý Pauli: Trên 1 obitan có tối đa 2e và 2e này chuyển động tự quay khác chiều nhau:

1 obitan có 2e: 2e ghép đôi  

Trang 4

1 obitan có 1e: 1e độc thân

b/ Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần lượt các obitan có mức

năng lượng từ thấp đến cao

c/ Quy tắc Hund: Trong 1 phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là

tối đa và có chiều tự quay giống nhau

Ví dụ: 7N ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑

1s2 2s2 2p3

d/ Trật tự các mức năng lượng nguyên tử: Trong nguyên tử, các electron trên các obitan khác nhau, nhưng

cùng 1 phân lớp có mức năng lượng như nhau Các mức năng lượng nguyên tử tăng dần theo trình tự:

2/ Cấu hình electron nguyên tử: Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các

phân lớp của các lớp electron khác nhau

a/ Cách viết cấu hình electron nguyên tử

- Xác định số electron trong nguyên tử.

- Phân bố các electron theo trật tự mức năng lượng AO tăng dần.

- Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp electron trong một lớp.

Ví dụ: 26Fe Viết theo trật tự mức năng lượng AO tăng dần: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

- Sau đó viết lại theo thứ tự các phân lớp electron trong 1 lớp: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

- Viết gọn: [Ar] 3d6 4s2

* Chú ý: Khi viết cấu hình electron để dễ nhớ trật tự các mức năng lượng, ta viết theo thứ tự lớp với 2 phân

lớp s, p như sau:

1s 2s2p 3s3p 4s 4p 5s 5p 6s 6p 7s 7p

- Sau đó thêm 3d vào giữa lớp 4s 4p

- Thêm 4d vào giữa lớp 5s 5p

- Thêm 4f 5d vào giữa lớp 6s 6p

- Thêm 5f 6d vào giữa lớp 7s 7p

- Ta sẽ được 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

b/ Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

- Các electron lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố

- Số electron lớp ngoài cùng tối đa là 8e

+ Các nguyên tử kim loại có: 1e, 2e, 3e lớp ngoài cùng.

+ Các nguyên tử phi kim có: 5e, 6e, 7e lớp ngoài cùng.

+ Các nguyên tử khí hiếm có: 8e (He có 2e) lớp ngoài cùng.

+ Các nguyên tử có 4e lớp ngoài cùng có thể là kim loại (Ge, Sn, Pb) có thể là phi kim (C, Si)



Trang 5

VI Một số vấn đề bổ sung:

Xác định vị trí của nguyên tố X trong bảng tuần hoàn hóa học: (phân biệt e cuối cùng và e lớp ngoài cùng)

1 Phân nhóm chính ( nhóm A ) : khi các e cuối cùng được điền vào phân lớp s hay p, cụ thể: ns a np b

(với điều kiện a,b є số nguyên và a ≥ 1 , 0 ≤ b ≤ 6)

2 Phân nhóm phụ ( nhóm B ) : khi các e cuối cùng được điền vào phân lớp d hay f, cụ thể: (n-1)d a ns b

(với điều kiện a,b є số nguyên và b = 2 , 1 ≤ a ≤ 10)

 Trong cùng một chu kỳ: đi từ trái sang phải theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, bán

kính nguyên tử của các nguyên tố giảm dần Nguyên nhân là do số lớp e ngoài cùng như

nhau, khi đi từ ô này sang ô sau liền kề với nó thì e lớp này tăng lên và điện tích hạt nhân cũng tăng làm lực hút giữa hạt nhân và e tăng → bán kính nguyên tử giảm.

 Trong cùng một phân nhóm chính (nhóm A): đi từ trên xuống dưới theo chiều tăng dần của

điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng dần Nguyên nhân là do số lớp

e tăng dần khi đi từ trên xuống và e lớp ngoài cùng giống nhau làm lực hút giữa hạt nhân với

e lớp ngoài cùng giảm dần, mặc dù điện tích hạt nhân có tăng.

    

cation anion

 Khi một ngtử mất e để tạo thành ion dương (cation) thì kích thước giảm đi rất nhiều

→ bán kính của cation bao giờ cũng nhỏ hơn bán kính của nguyên tử tương ứng Cùngmột nguyên tử, nếu điện tích ion càng lớn thì bán kính càng nhỏ

 Nói một cách tóm tắt: năng lượng ion hóa là năng lượng tối thiểu cần tiêu thụ để tách một e ra khỏi

nguyên tử ở thể khí và biến thành ion dương

 Cụ thể, năng lượng ion hóa của một nguyên tử hay một phân tử là năng lượng cần thiết để tách một

điện tử từ nguyên tử hay phân tử đó ở trạng thái cơ bản Một cách tổng quát hơn, năng lượng ion hóa

Trang 6

thứ n là năng lượng cần thiết để tách điện tử thứ n sau khi đã tách (n-1) điện tử đầu tiên Trạng thái

cơ bản chính là trạng thái mà tại đó, nguyên tử không chịu ảnh hưởng của bất kỳ một từ trường ngoài

nào cả Tức là một nguyên tử kim loại ở trạng thái cơ bản sẽ có dạng khí, và cấu hình electron của nócũng là cấu hình cơ bản: tuân theo nguyên lí Pauli, Nguyên lí vững bền và qui tắc Hund

 Theo từ điển Giáo khoa Vật lí của các tác giả Vũ Thanh Khiết, , Nhà Xuất bản Giáo dục- năm 2007

thì năng lượng ion hoá được định nghĩa như sau: năng lượng ion hóa của một nguyên tử, phân tử

hoặc ion là năng lượng cần thiết để tách êlectron liên kết yếu nhất ra khỏi một hạt ở trạng thái cơ bảnsao cho ion dương được tạo thành cũng ở trạng thái cơ bản Đó là năng lượng ion hoá thứ nhất Cácgiai đoạn ion hoá tiếp theo sẽ ứng với các năng lượng ion hoá thứ hai, thứ ba,

 Nguyên tử càng dễ nhường e (tính kim loại càng mạnh) thì giá trị I càng nhỏ

 Phân biệt năng lượng ion hóa thứ nhất I1 , thứ hai I2 , …

 Ion là một nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị mất hay thu nhận thêm được một hay nhiều điện

tử Một ion mang điện tích âm,khi nó thu được một hay nhiều điện tử, được gọi là anion, vàmột ion mang điện tích dương khi nó mất một hay nhiều điện tử, được gọi là cation Quá trìnhtạo ra các ion gọi là ion hóa

 Các nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị ion hóa được biểu diễn dưới dạng các số viết nhỏ lêntrên, bên phải ký hiệu của nguyên tử hay nhóm nguyên tử, thể hiện số lượng điện tử mà nóthu được hay mất đi (nếu lớn hơn 1) và dấu + hay − tùy theo nó mất hay thu được (các) điện

tử Trong trường hợp mất hay thu được chỉ một điện tử thì không cần ghi giá trị số Ví dụ H+

về hóa học năm 1903

 Từ ion đã được đặt tên bởi Michael Faraday, từ tiếng Hy Lạp ἰόν, động tính từ thời hiện tạicủa ἰέναι, –chuyển động–, vì thế là –người đi lại– Danh pháp này dựa trên xu hướng của cácanion chuyển động về phía anốt, và của các cation chuyển động về phía catốt Vì thế, anion(ἀνιόν) và cation (κατιόν) có nghĩa là –(một thứ) đi lên– và –(một thứ) đi xuống–, một cáchtương ứng, và anốt, ἄνοδος, và catốt, κάθοδος, có nghĩa là –đi lên– và –đi xuống–, tương ứng

từ ὁδός, –đường–

Trang 7

 Ái lực e càng là năng lượng giải phóng khi một nguyên tử ở thể khí kết hợp một e vào để biếnthành ion âm

M + 1e → M- , E < 0

 Trong cùng một chu kỳ, nói chung ái lực e càng âm theo chiều tăng dần của điện tích hạtnhân Ngoại trừ các khí hiếm lại có ái lực e dương

 Trong cùng một phân nhóm chính, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, phần lớn ái lực

e kém âm dần (giá trị tuyệt đối của E giảm dần) Ái lực e của các nguyên tố nhóm II.A,II.B cógiá trị dương

 Độ âm điện của một nguyên tử đặc trưng cho khả năng hút e của nguyên tử đó khi tạo thànhliên kết hóa học

 Độ âm điện của một nguyên tử càng lớn thì tính phi kim của nguyên tố đó càng mạnh Ngượclại, độ âm điện càng nhỏ, tính kim loại của nguyên tố đó càng mạnh

 Trong cùng một chu kỳ, đi từ trái sang phải theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, độ âmđiện của các nguyên tố nói chung tăng dần

 Trong cùng một phân nhóm chính, đi từ trên xuống dưới theo chiều tăng dần của điện tích hạtnhân, độ âm điện của các nguyên tố nói chung giảm dần

 Nguyên tố flo (F) có độ âm điện lớn nhất là 3,98

5 Tính kim loại, tính phi kim:

 Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhường e để trở thànhion dương

M – n.e → Mn+

→ Nguyên tử của nguyên tố càng dễ nhường e, tính kim loại càng mạnh

 Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó để nhận thêm e để trở thànhion âm

M + n.e → M

n-→ Nguyên tử của nguyên tố càng dễ nhận e, tính phi kim càng mạnh

 Trong cùng một chu kỳ, đi từ trái sang phải theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tínhkim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần (của các nguyên tố)

 Trong cùng một phân nhóm chính, đi từ trên xuống dưới theo chiều tăng dần của điện tích hạtnhân, tính kim loại tăng dần, tính phi kim giảm dần (của các nguyên tố)

 Trong Bảng THHH, kim loại chiếm phần dưới bến trái và phi kim chiếm phần trên bên phải,giới hạn này không rõ rệt là đường chéo kể từ góc trên bên phải

6 Sự biến đổi về hóa trị của các nguyên tố:

 Hóa trị cao nhất của một nguyên tố với oxi, với hidro của các phi kim biến đổi tuần hoàn theochiều tăng dần của điện tích hạt nhân

 Trong một chu kỳ, đi từ trái sang phải theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, hóa trị caonhất của các nguyên tố với Oxi tăng lần lượt từ 1 → 7, còn hóa trị với hidro của các phi kimgiảm từ 4 → 1

 Bảng biến đổi tuần hoàn hóa trị của các nguyên tố nhóm A

II

III

IV

V

VI

VIITổng quát hóa trị cao

nhất với Oxi

R2O RO R2O3 RO2 R2O5 RO3 R2O7

Trang 8

Chó ý : Ho¸ trÞ cao nhÊt víi oxi + ho¸ trÞ víi hi®ro = 8 ( chØ ¸p dông cho nguyªn tè nhãm A )

 TÝnh chÊt nguyªn tè nhãm IA vµ IIA:

a) Nhãm IA ( nhãm kim lo¹i kiÒm )

- T¸c dông víi níc ë ®k thêng cho kiÒm t¬ng øng vµ gi¶i phãng hi®ro

2M + 2H2O → 2MOH + H2

- T¸c dông m¹nh víi oxi cho ra oxit baz¬ kiÒm, c¸c oxit nµy t¸c dông m¹nh víi níc cho kiÒm

4M + O2 → 2M2O ( chó ý t¹o ra peoxit vµ supeoxit )

M2O + H2O → 2MOH

- T¸c dông víi phi kim cho muèi

- ë ®k thêng t¸c dông víi níc ( trõ Mg t¸c dông chËm víi níc l¹nh, Be kh«ng pø )

R + 2H2O → R(OH)2 + H2

- T¸c dông m¹nh víi oxi cho oxit, oxit t¸c dông m¹nh víi níc cho dung dÞch kiÒm

2R + O2 → 2RO

RO + H2O → R(OH)2

 Oxit và hidroxit của kim loại thể hiện tính bazo

 Oxit và hidroxit của phi kim thể hiện tính axit

 Tính axit – bazo của chúng mạnh yếu phụ thuộc vào độ mạnh yếu của kim loại và phi kimtương ứng

 Hidroxit kim loại M(OH)n có tính bazo vì: M là nguyên tố kim loại, có xu hướng nhường e,tương đương với tác dụng đẩy e mạnh → sự phân cực liên kết M – O tăng và sự phân cựcliên kết O – H giảm → liên kết M – O phân cực mạnh hơn, kém bền, dễ đứt để cho ion OH-

 Cấu hình bền của phân lớp d ứng với trạng thái bão hòa (10e) hay nửa bão hòa (5e) Vì vậy,khi vỏ ngoài của nguyên tử, ở phân lớp d có 9 hoặc 4 e thì có sự nhảy e từ phân lớp s của lớpliền bên ngoài để phân lớp d đạt trạng thái bão hòa hay nửa bão hòa bền vững Hiện tượngnày gọi là bão hòa sớm và nửa bão hòa sớm

 Hiện tượng này thường xãy ra đối với một số nguyên tố thuộc nhóm I.B và VI.B trong bảngtuần hoàn

Trang 9

Thí dụ: Cu ( Z = 29 ): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2

→ thực tế là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 → Bảo hòa sớmThí dụ: Cr ( Z = 24 ): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s2

→ thực tế là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 → Nửa bảo hòa sớm

9 Bảng tuần hoàn các nguyên tố nhóm A:

H 1

Hỏi

He 2

Hễ

Li 3

Ar 18

Ai

K 19

Kr 36

Khùng

Rb 37

Rót (bia)

Sr 38

Sỏ (rỗ)

In 49

Ít (nhiều)

Xe 54 Xê

Cs 55

Cà (sa)

Fê (rồi)

Ra 88

Ra

Ở nhóm V.A, các chu kỳ 4,5,6 : chữ cuối của nguyên tố này là chữ đầu của nguyên tố kia.

***Các ví dụ:

Vd 1: Tổng số hạt proton, notron, và e của một nguyên tử X trong một nguyên tố bằng 21

a) Xác định số proton, notron và số khối của nguyên tử.

Trang 10

b) Viết cấu hình e của nguyên tử và biểu diễn sự sắp xếp chúng trên các obitan Suy ra vị trí của nguyên

tử trong bảng tuần hoàn.

N Z N Z

N ở ô thứ 7 trong bảng tuần hoàn và thuộc chu kỳ 2

N có 3 e cuối cùng điền vào phân lớp p nên N là nguyên tố p và có 5e thuộc lớp 2

→ N thuộc nhóm V.A

Vd 2: Hai nguyên tử A và B có phân lớp ngoài cùng là 3p và 4s tương ứng Biết tổng số e của 2 phân lớp là

5 và hiệu số là 3 Hãy viết cấu hình e của hai nguyên tử đó và định giá trị Z của A và B.

Trang 11

mCl = (17.1,6726.10-24) + (18.1,6748.10-24) + (17.9,1094.10-28) = 58,596.10-24g

trong tinh thể chỉ chiếm 74% thể tích.

a) Tính tỉ số khối lượng của các e trong nguyên tử so với khối lượng của toàn nguyên tử Từ đó có thể coi khối lượng nguyên tử thực tế bằng khối lượng hạt nhân được không?

26.9,1094.10

2,5284.1093,6736.10

e

ngtu

m m

→ có thể xem thực tế khối lượng nguyên tử bằng khối lượng hạt nhân

b) Khối lượng mol của sắt: MFe = 93,6736.10-24.6,02.1023 = 56,391 g

7,9

M V D

Giải:

Gọi x là % của số nguyên tử đồng vị thứ nhất

y là % của số nguyên tử đồng vị thứ hai → y = 100 – x

35 (100 ).37

35,5100

1 1 2 1

: 99, 2%

: 0,8%

H H

Trang 12

Ta có: ZA + 3.ZB = 42 – 2 = 40 → ZB < 40 13,33

3 

→ B Є chu kỳ 2 và vì là phi kim (do tạo anion) nên B chỉ có thể là Flo, Oxi, hoặc Nito

Mặt khác: AA = ZA + NA = 2 ZA (do số p = số n trong hạt nhân A cũng như trong hạt nhân B)

 (vì thỏa mãn yêu cầu đề) → A là Lưu huỳnh (S), B là Oxi (O)

94,12% về khối lượng Xác định nguyên tố R.

Giải:

Oxit cao nhất của R có CTTQ: RO3

→ R ở nhóm VI nên hợp chất R ứng với hidro có CTTQ : RH2

R  ↔ R = 32 (đvC) → R là nguyên tố lưu huỳnh (S)

lớp ngoài cùng đều có 2 e Từ đó hãy xác định số thứ tự chu kỳ và phân nhóm chính của Ni và Fe.

 Tương tự, Ni (Z = 28) cũng thuộc chu kỳ IV, phân nhóm phụ nhóm VIII

 Theo cấu hình e: nhận thấy lớp ngoài cùng của nguyên tố Fe và Ni đều có 2e (4s2) trong khi

đó lớp e thứ hai (tính từ ngoài vào) là lớp 3d lại chứa số e chưa đầy đủ (chưa bão hòa) códạng: (n – 1)d1→9ns2, vì vậy Fe và Ni đều là hai kim loại chuyển tiếp, thuộc phân nhóm phụnhóm VIII (vì có cấu hình … 3d64s2 và …3d84s2) và chu kỳ 4, cuối hàng chẵn chu kỳ này Cụthể :

 a + b = 6 + 2 = 8 → Fe Є VIII.B

 a + b = 8 + 2 = 10 → Ni Є VIII.B

Ví dụ 10:

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	646 KB