Chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” bao gồm hai chủ đề nhỏ là Nguyên tử và Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trong chủ đề Nguyên tử, HS được học về cấu tạo của nguyên tử, gồm hạt nhân nguyên tử và lớp vỏ nguyên tử; và nguyên tố hóa học, gồm đồng vị, nguyên tử khối trung bình,… Trong chủ đề Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, HS được học về nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, những đại lượng và tính chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân và định luật tuần hoàn.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
Xây dựng bài tập chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học”
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ 2
NỘI DUNG 3
1 Tóm tắt kiến thức chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” 3
1.1 Tóm tắt kiến thức chủ đề “Nguyên tử” 3
1.2 Tóm tắt kiến thức chủ đề “Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” 4
2 Phân loại dạng bài tập chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” 5
2.1 Dạng 1: Cấu tạo nguyên tử 5
2.2 Dạng 2: Cấu hình electron nguyên tử 7
2.3 Dạng 3: Đồng vị 8
2.4 Dạng 4: Vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn 10
2.5 Dạng 5: Sự biến đổi tuần hoàn các tính chất 12
2.6 Dạng 6: Bài tập về oxit cao nhất và hợp chất khí với hiđro 13
3 Phát triển một số dạng bài tập mới chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” 14
4 Vận dụng trong dạy học bài tập chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” 17
5 Kiểm tra, đánh giá chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” 21
5.1 Ma trận đề kiểm tra 45 phút 21
5.2 Đề kiểm tra 45 phút 22
KẾT LUẬN 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO 27
Trang 3LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ
Hoá học là một môn khoa học vừa lý thuyết, vừa thực nghiệm Vì vậy, bêncạnh việc nắm vững lý thuyết, người học còn phải biết vận dụng linh hoạt, sáng tạokiến thức thu được thông qua hoạt động thực nghiệm, thực hành, giải bài tập Việcgiải bài tập hoá học không những giúp rèn luyện kĩ năng vận dụng, đào sâu, mởrộng kiến thức đã học mà còn có tác dụng phát triển năng lực tư duy tích cực, độclập sáng tạo
Chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” thuộc phầnkiến thức mở đầu của bộ môn Hóa học THPT Đây là chuyên đề chiếm phần lớn là
lý thuyết, chứa nhiều nội dung khó và trừu tượng Bên cạnh đó, đây cũng là mộtnội dung quan trọng vì kiến thức trong chuyên đề sẽ gắn liền với các phần nội dungtrong bộ môn Hóa học THPT và được dùng để giái thích cho tính chất hóa học củacác đơn chất, hợp chất sẽ được học sau này Vì vậy, vậy xây dựng nội dung chuyên
đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” sẽ giúp giáo viên (GV)
có một hệ thống nội dung lý thuyết, bài tập, từ đó dễ dàng hơn trong việc truyền tảicác nội dung kiến thức đó đến với học sinh (HS)
Bài tiểu luận gồm có các phần chính:
- Tóm tắt kiến thức chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóahọc”
- Phân loại dạng bài tập chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tốhóa học”
- Phát triển một số dạng bài tập mới chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàncác nguyên tố hóa học”
- Vận dụng trong dạy học bài tập chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học”
- Kiểm tra, đánh giá trong dạy học chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn cácnguyên tố hóa học”
Trang 4NỘI DUNG
1 Tóm tắt kiến thức chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học”
Chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” bao gồm hai
chủ đề nhỏ là Nguyên tử và Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Trong chủ đề Nguyên tử, HS được học về cấu tạo của nguyên tử, gồm hạt nhân nguyên tử và lớp
vỏ nguyên tử; và nguyên tố hóa học, gồm đồng vị, nguyên tử khối trung bình,…
Trong chủ đề Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, HS được học về nguyên tắc
sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tốhóa học, những đại lượng và tính chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điệntích hạt nhân và định luật tuần hoàn
proton (p) nơtron (n) electron (e)
Số khối của hạt nhân (A) bằng tổng số proton(Z) và tổng số nơtron (N)
A=Z+N+1,6.10−19 C Không mang điện −1,6.10−19 C
Điện tích
Nguyên tử trung hòa về điện nên:
Số đơn vị điện tích hạt nhân (Z)
= số proton = số electronĐiện tích của hạt nhân bằng Z+
Khối lượng 1,6726.10−27 kg 1,6748.10−27 kg 9,1094.10−31 kg
Trang 5Khối lượng của nguyên tử tập trung hầu hết ở hạt nhân, khối lượng của các electron là không đáng kể.
Đơn vị khối lượng nguyên tử được dùng để biểu thị khối lượng củanguyên tử, ký hiệu là u hay đvC
1u = 1,6605.10−27 kgNguyên tử có đường kính khoảng 10−10 m, hay là 1 Å
Đường kính của hạt nhân bé hơn đường kính của nguyên tử
Đường kính của electron còn nhỏ hơn nhiều Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân trong không gian rỗng của nguyên tử
b) Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân Những
nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân đều có tính chất hóa học giống nhau
Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố được gọi là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó
e) Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc
các lớp khác nhau
Các electron lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố
1.2 Tóm tắt kiến thức chủ đề “Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học”
a) Các nguyên tố hóa học được xếp vào một bảng, gọi là bảng tuần hoàn, dựa trên các nguyên tắc sau:
Trang 6− Các nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.
− Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng
− Các nguyên tố có cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp thành một cột b) Cấu tạo bảng tuần hoàn:
− Ô nguyên tố: Số thứ tự của mỗi ô nguyên tố bằng số hiệu nguyên tử của nguyên
tố đó
Số thứ tự ô = Z = số electron = số proton
− Chu kỳ (hàng): Bảng tuần hoàn có 7 chu kỳ Chu kỳ gồm những nguyên tố mànguyên tử của chúng có cùng số lớp electron Số thứ tự của chu kỳ bằng số lớpelectron
− Nhóm: Bảng tuần hoàn có 8 nhóm A (gồm các nguyên tố s, p) và 8 nhóm B (gồmcác nguyên tố d, f) Số thứ tự của nhóm bằng số electron hóa trị
c) Những đại lượng và tính chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt
nhân:
− Bán kính nguyên tử
− Năng lượng ion hóa thứ nhất
− Độ âm điện
− Tính kim loại, tính phi kim
− Tính axit – bazơ của oxit và hiđroxit
− Hóa trị cao nhất của nguyên tố với oxi và hóa trị của nguyên tố phi kim với hiđro
d) Định luật tuần hoàn: Tính chất của các nguyên tố và đơn chất cũng như thànhphần và tính chất của các hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó biến đổi tuần hoàntheo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử
2 Phân loại dạng bài tập chuyên đề “Nguyên tử − Bảng tuần hoàn các nguyên
tố hóa học”
2.1 Dạng 1: Cấu tạo nguyên tử
Đây là dạng bài tập khi đề bài cho biết một số đại lượng quan hệ giữa các số hạttrong một nguyên tử và yêu cầu tìm số hạt cụ thể của nguyên tử đó Để giải được bài
toán này, chúng ta phải sử dụng phương pháp ghép ẩn số vì dựa vào đề bài, số
Trang 7phương trình tối đa thiết lập được luôn nhỏ hơn số ẩn cần tìm là số hạt electron, sốhạt proton và số hạt nơtron trong nguyên tử Đặt ẩn là số hạt proton và số hạtnơtron, và vì trong nguyên tử, số hạt proton bằng số hạt electron nên ta có số ẩnbằng số phương trình, từ đó giải được hệ phương trình.
Một số bài tập trong dạng này chỉ đưa ra một đại lượng quan hệ giữa các số
hạt Lúc này, ta bắt buộc phải sử dụng thêm phương pháp biện luận theo giới hạn.
Với các nguyên tử của nguyên tố có điện tích hạt nhân nhỏ hơn 82, ta có:
N
1≤Z≤1,5
Từ đó, giải bất phương trình và biện luận được ẩn trong khoảng giới hạn
VD1: Nguyên tử của một nguyên tố X có tổng số các loại hạt bằng 115 Trong đó
số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 25 hạt Kí hiệu nguyên tử của X là
VD3: Hợp chất A được tạo thành từ ion M+ và ion X2− Tổng số 3 loại hạt trong A
là 164 Tổng số các hạt mang điện trong ion M+ lớn hơn tổng số hạt mang điệntrong ion X2− là 3 Trong nguyên tử M, số hạt proton ít hơn số hạt nơtron là 1,trong nguyên tử X số hạt proton bằng số hạt nơtron M và X là
Trang 8Phân tích đề bài: Để tìm được nguyên tố X, ta cần phải biết được số hạt proton của nguyên tử Bài toán có 3 ẩn cần tìm là số hạt proton, số hạt nơtron và số hạt
electron của nguyên tử mà đề bài chỉ cho biết 1 số liệu Vậy nên, ta phải sử dụngphương pháp ghép ẩn số để thu gọn số ẩn về 2 Tuy nhiên phương trình có 2 ẩn làphương trình vô định, không thể giải được Vậy nên cần sử dụng thêm phươngpháp biện luận theo giới hạn để giới hạn khoảng giá trị của một ẩn Vì số các hạt làmột số nguyên dương nên có thể kết luận được từ khoảng giới hạn
GiảiGọi số hạt proton = số hạt electron = Z
2.2 Dạng 2: Cấu hình electron nguyên tử
Đây là dạng bài toán viết cấu hình electron của nguyên tử (hoặc ion) khi biết số hiệu của nguyên tử Để viết được cấu hình electron của nguyên tử (hoặc ion), cần tuân theo nguyên lý Pau-li, nguyên lý vững bền, quy tắc Hun
và trật tự các mức năng
lượng obitan nguyên tử
VD1: Cho Na (Z = 11) Cấu hình electron của Na là
A 1s22s22p7 B 1s22s22p63s1 C 1s32s32p5 D 1s22s22p6
Đáp án: B.
VD2: Cho Cr (Z = 24) Ion Cr3+ có cấu hình electron là
A [Ne]4s23d1 B [Ne]3d3 C [Ar]4s23d1 D [Ar]3d3
Đáp án: D.
Trang 9Phân tích đề bài: Để có thể viết được cấu hình electron của các ion, đầu tiên phải
viết được cấu hình electron của nguyên tử tương ứng Xác định số electron mànguyên tử thêm/bớt để thu được ion âm/dương như đề bài Thêm/bớt số electron
đó vào phân lớp ngoài cùng của nguyên tử để thu được cấu hình electron của ion.
GiảiCấu hình electron của Cr là: [Ar]3d44s2
Để thu được ion Cr3+, cần bớt đi 3 electron của nguyên tử Cr
VD3: Cho 2 ion Xn+ và Yn− đều có cấu hình electron là 1s22s22p6 Tổng số hạt
mang điện của Xn+ nhiều hơn của Yn− là 4 hạt Cấu hình electron của nguyên tử X
Bên cạnh đó, chúng ta có thể áp dụng phương pháp đường chéo để giải nhanh
bài toán này Gọi A1 là nguyên tử khối của đồng vị thứ nhất, A2 là nguyên tử khối
Trang 10Phân tích đề bài: Đây là một bài toán điển hình của dạng bài tập này Để giải bài
toán này, có thể áp dụng hai cách là giải theo công thức tính nguyên tử khối trungbình của nguyên tố hoặc sử dụng phương pháp đường chéo
Giải
Cách 1: Sử dụng công thức tính nguyên tử khối trung bình:
Gọi tỉ lệ phần trăm số nguyên tử của đồng vị 63 Cu là x%
có:
x 63 + (100 − x) 65 = 63,54 ⇔ x = 73 100
Vậy phần trăm số nguyên tử của đồng vị 63 Cu là 73%
Cách 2: Áp dụng phương pháp đường chéo:
Trang 111,46 + 0,54 ∙ 100% = 73%
Phần trăm số nguyên tử của đồng vị 65
29 Cu là: 100% − 73% = 27%
Kết luận: Trong bài toán này, cả hai cách đều cho ra kết quả tương tư nhau nhưng
sử dụng phương pháp đường chéo sẽ nhanh hơn, tiết kiệm được thời gian làm bàihơn và tránh tình trạng giải phương trình sai dẫn đến đưa ra kết quả sai
VD2: Tỉ lệ về số nguyên tử của 2 đồng vị A và B trong tự nhiên của một nguyên tố
X là 27:23 Trong đó đồng vị A có 35 proton và 44 nơtron, đồng vị B có nhiều hơnđồng vị A là 2 nơtron Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố X là
Đáp án: A.
Phân tích đề bài: Đây là bài toán ngược lại với ví dụ trên khi mà đề bài cho biết tỉ
lệ phần trăm số nguyên tử của đồng vị và yêu cầu tính nguyên tử khối trung bìnhcủa nguyên tố Đối với bài toán này, cũng có thể giải bằng hai cách là sử dụngcông thức tính nguyên tử khối trung bình hoặc phương pháp đường chéo Tuynhiên trong bài này, sử dụng công thức tính nguyên tử khối trung bình sẽ khiến choviệc tính toán trở nên đơn giản, thuận tiện hơn, tránh giải phương trinh sai dẫn đếnsai kết quả Từ đó, có thể thấy rằng, với mỗi một bài toán khác nhau thì sẽ cónhững cách giải tối ưu khác nhau
VD3: Nguyên tử khối trung bình của clo bằng 35,5 đvC Clo có hai đồng vị 35 Cl và
35
15 Cl Phần trăm khối lượng của 3517 Cl có trong axit pecloric là (cho nguyên tử khối của H = 1, O = 16)
A 26,92% B 26,12% C 30,12% D 27,2%
Đáp án: B.
2.4 Dạng 4: Vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn
Từ cấu hình electron, ta suy ra được vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn:
− Số thứ tự ô = số proton = số electron
− Số thứ tự chu kỳ = số lớp electron
− Số thứ tự nhóm = số electron hóa trị
Trang 12
-10-VD1: Nguyên tử M có cấu hình electron là [Ar]4s23d8 Vị trí của M trong bảng
tuần hoàn các nguyên tố hóa học là
A Chu kỳ 4, nhóm VIIIB B Chu kỳ 3, nhóm VIIIA
C Chu kỳ 4, nhóm VIIIA D Chu kỳ 3, nhóm VIIIB
Đáp án: A.
VD2: Ion X3+ có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d5 Vị trí của X trong bảngtuần hoàn các nguyên tố hóa học là
A Chu kỳ 3, nhóm VIB B Chu kỳ 4, nhóm VIIIB
C Chu kỳ 4, nhóm IIA D Chu kỳ 4, nhóm VIIIA
Đáp án: B.
Phân tích đề bài: Để tìm được vị trí của X trong bảng tuần hoàn, cần phải suy được
⇒ Vị trí của X trên bảng tuần hoàn là chu kỳ 4, nhóm VIIIB
VD3: Cation X3+ và anion Y2− đều có cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng là
2p6 Vị trí của X và Y trong bảng tuần hoàn lần lượt là
A X ở chu kỳ 2, nhóm IIIA và Y ở chu kỳ 2, nhóm IVA
B X ở chu kỳ 3, nhóm IIA và Y ở chu kỳ 3, nhóm VIA
C X ở chu kỳ 2, nhóm IIA và Y ở chu kỳ 3, nhóm IVA
D X ở chu kỳ 3, nhóm IIIA và Y ở chu kỳ 2, nhóm VIA
Trang 132.5 Dạng 5: Sự biến đổi tuần hoàn các tính chất
Dựa vào quy luật biến đổi tính chất của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, cóthể so sánh tính chất hóa học của một nguyên tố với các nguyên tố lân cận Nhữngtính chất có thể so sánh được gồm: bán kính nguyên tử, năng lượng ion hóa thứ nhất,
độ âm điện, tính kim loại – phi kim, tính axit – bazơ của oxit và hiđroxit,…
VD1: Tính chất nào sau đây không biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn?
A Bán kính nguyên tử B Nguyên tử khối
C Năng lượng ion hóa thứ nhất D Độ âm điện
Đáp án: B.
VD2: Trong một chu kỳ (với các nguyên tố thuộc nhóm A, trừ nhóm VIIIA), theo
chiều tăng dần của điện tích hạt nhân thì
A Bán kính nguyên tử giảm dần, độ âm điện tăng dần
B Tính phi kim mạnh dần, năng lượng ion hóa thứ nhất tăng dần
C Tính bazơ, tính axit của các oxit mạnh dần
D Tính kim loại giảm dần, độ âm điện tăng dần
Đáp án: D.
VD3: Dãy chất nào sau đây được sắp xếp đúng theo thứ tự tính axit giảm dần?
A H2SiO3, HAlO2, H3PO4, H2SO4, HClO4
B H2SO4, HClO4, H3PO4, H2SiO3, HAlO2
C HClO4, H2SO4, H3PO4, H2SiO3, HAlO2
D HClO4, H3PO4, H2SO4, HAlO2, H2SiO3
Đáp án: C.
VD4: Cho các nguyên tố M (Z = 11), X (Z = 17), Y (Z = 9) và R (Z = 19) Độ âm
điện của các nguyên tố tăng dần theo thứ tự là
A.Y<M<X<R B.M<X<R<Y
C.R<M<X<Y D.M<X<Y<R
Đáp án: C.
Trang 14VD5: Cho các ion sau: Cl−, S2−, Ca2+, K+ Thứ tự tăng dần bán kính của các ion
2.6 Dạng 6: Bài tập về oxit cao nhất và hợp chất khí với hiđro
Trong một chu kỳ, đi từ trái sang phải, hóa trị cao nhất của các nguyên tố với oxi tăng lần lượt từ 1 đến 7, còn hóa trị với hiđro của các phi kim giảm từ 4 đến 1.
Hợp chất với oxi X2O XO X2O3 XO2 X2O5 XO3 X2O7
Dạng bài tập về oxit cao nhất và hợp chất khí với hiđro yêu cầu tìm nguyên tố
đó nếu biết công thức tổng quát của hợp chất và tỉ lệ phần trăm về khối lượng củamột nguyên tố trong chất đó
VD1: Oxit cao nhất của nguyên tố Y là YO3 Trong hợp chất với hiđro của Y, hiđrochiếm 5,88% về khối lượng Y là nguyên tố
Đáp án: C.
GiảiOxit cao nhất của nguyên tố Y là YO3 ⇒ Y thuộc nhóm VIA ⇒ Hợp chất khí với hiđro của Y là YH 2
Trang 15%m H = M Y + 2 ∙ 100% = 5,88% ⇔ M Y = 32 ⇒ Y là lưu huỳnh (S).
VD2: Công thức phân tử của hợp chất khí tạo bởi nguyên tố R và hiđro là RH3.
Trong oxit mà R có hóa trị cao nhất thì oxi chiếm 74,07% về khối lượng Nguyên tố
A 50,00% B 27,27% C 60,00% D 40,00%
Đáp án: D.
VD4: Phần trăm về khối lượng của nguyên tố R trong oxit cao nhất và trong hợp
chất khí với hiđro tương ứng là a% và b%, với a : b = 0,425 Tổng số electron trêncác phân lớp p của nguyên tử R là
VD1: Argon là một khí hiếm thuộc nhóm VIIIA Nó thường được sử dụng trong bóng đèn do không phản ứng với dây tóc
nguyên tử lần