CHUƠNG 2 BẢNG TUẦN HOÀN

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 ngun 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 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng 35 Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ Trong nhóm A, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử tăng dần, số lớp electron tăng dần Năng lượng ion hoá (I) : Trong chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, lượng ion hóa nguyên 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 ( χ : 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 nguyên 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 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 P2O5 SO3 Cl2O7 oxi Hóa trị cao với oxi Hợp chất khí SiH4 PH3 H2S HCl 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 ngun tố bảng tuần hồn tóm tắt sau : 36 Trên bước đường thành công dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ Bán kính nguyên tử Độ âm điện Năng lượng ion hóa Tính kim loại Tính phi kim Tính axit Tính oxit bazơ hiđroxit oxit hiđroxit Tăng dần Giảm dần Giảm dần Tăng dần Trong chu kì Giảm dần Tăng dần Tăng Giảm dần Tăng dần (trái → phải) dần Trong nhóm Tăng dần Giảm dần Giảm Tăng dần Giảm (trên → 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 (lớp cùng) x y ns ns np x ns y ns np x Nhóm A Nhóm : xA Nhóm : (2+y)A Chu kì n n y (n-1)d ns 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]4s , có số electron hóa trị Với nguyên tố phân nhóm phụ (nhóm B) : Số electron hóa trị số electron lớp số electron phân lớp d sát lớp ngồi phân lớp chưa bão hịa Ví dụ : Fe : [Ar]3d 4s : số electron hóa trị 10 Ag : [Ar]3d 4s : số electron hóa trị (do lớp d bão hịa khơng tính số electron phân lớp d) Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng 37 Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ 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 (đối với nguyên tố s, p) ►Các ví dụ minh họa◄ Ví dụ 1: Nguyên 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 ngun tử R có electron lớp ngồi Vậy cấu hình lớp electron ngồi R 3s 3p 2 Cấu hình electron R 1s 2s 2p 3s 3p R thuộc nhóm V nên hóa trị cao R oxit V Công thức oxit R2O5 2R 43, 66 ⇒ R = 31 (photpho) Theo giả thiết : %R = 43,66% nên = 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 1 Hãy cho biết hóa trị cao R oxit mR Trong hợp chất R với hiđro có tỉ lệ khối lượng: m H 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: mR = 16 nên R = 32 mH Gọi tổng số hạt proton, nơtron R p, n Ta có p + n = 32 ≤ n  1, ⇒ ≤ 32 − ≤ 1, ⇒ 12, ≤ p  16 Ta có : p pp 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: 31 26 R 38 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ 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 32 50 ⇒ x = Công thức Y SO2 Do %S = 50% nên = 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 : n ≤ p ≤ 1, 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 ngun tố s, p (thuộc nhóm A) : + Ơ nguyên 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 ô nguyên tố chu kì tương tự nguyên tố s, p ≥ 4) : x y + Số thứ tự nhóm phụ thuộc vào số electron phân lớp (n-1)d ns (n x + y < ngun tố thuộc nhóm (x + y) ≤ x + y ≤ 10 nguyên tố thuộc nhóm VIII x + y >10 ngun tố thuộc nhóm [(x + y) – 10] ►Các ví dụ minh họa◄ Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng 39 Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ Ví dụ 1: Tổng số hạt proton, nơtron, electron nguyên tử nguyên 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 2 lớp ngồi Suy p = :1s 2s 2p Vậy p = e = 9; n = 10 Số khối A = n + p = 19 Ký hiệu nguyên tử: 99 R Nguyên tố cho flo Ví dụ 2: Cho biết tổng số electron anion AB proton số nơtron Tìm số khối A B Cho biết vị trí A, B bảng tuần hoàn 2− 42 Trong hạt nhân A B có số Hướng dẫn giải Gọi số hạt proton A p B p’, ta có : 40 p + 3p’ = 42 - Ta thấy 3p’ < p + 3p’ = 40 nên p’ < = 13,3 Do B tạo anion nên B phi kim Mặt khác p’ < 13,3 nên B nitơ, oxi hay flo 2− ● Nếu B nitơ (p’ = 7) ⇒ p = 19 (K) Anion KN3 : loại ● Nếu B oxi (p’ = 8) ⇒ p = 16 (S) Anion SO : thỏa mãn 2− 2− ● Nếu B flo (p’ = 9) ⇒ p = 13 (Al) Anion AlF3 : loại Vậy A lưu huỳnh, số khối A = 32 B oxi, số khối A = 16 2 2 O (p’ = 8) : 1s 2s 2p (ơ số 8, chu kỳ 2, nhóm VIA) S (p = 16) : 1s 2s 2p 3s 3p (ơ số 16, chu kỳ 3, nhóm VIA) + 2Ví dụ 3: Một hợp chất ion cấu tạo từ M X Trong phân tử M2X có tổng số hạt proton, nơtron, electron 140 hạt Trong số hạt mang điện nhiều số hạt khơng mang điện 44 hạt + 2Số khối ion M lớn số khối ion X 23 Tổng số hạt proton, nơtron, electron ion + 2M nhiều ion X 31 Viết cấu hình electron M X Xác định vị trí M X bảng tuần hồn 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 40 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ 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 2 6 (p = 19): 1s 2s 2p 3s 3p 4s (chu kỳ 4, nhóm IA) 2 O (p’ = 8): 1s 2s 2p (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 : 2 A : 1s 2s 2p 3s (chu kỳ 3, nhóm IIA) 2 6 B: 1s 2s 2p 3s 3p 4s (chu kỳ 4, nhóm IIA) 2+ 2 2+ 2 6 Ion A : 1s 2s 2p B : 1s 2s 2p 3s 3p ● Trường hợp 2: ZB - ZA = 18 Ta tìm ZA = 7; ZB = 25 Cấu hình electron : 2 A : 1s 2s 2p (chu kỳ 2, nhóm VA) 2 6 B: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s (chu kỳ 4, nhóm VIIB) Trường hợp A, B khơng nhóm nên khơng thỏa mãn Ví dụ 5: Hai nguyên tố A B hai nhóm A liên tiếp bảng tuần hồn, B thuộc nhóm VA, trạng thái đơn chất A, B không phản ứng với Tổng số proton hạt nhân nguyên tử A B 23 Viết cấu hình electron nguyên tử A, B Từ đơn chất A, B hóa chất cần thiết, viết phương trình hóa học (ghi rõ điều kiện) điều chế hai axit A B có số oxi hóa cao Hướng dẫn giải Hai nguyên tố A B hai nhóm A liên tiếp bảng tuần hồn, B thuộc nhóm VA, A thuộc nhóm IVA nhóm VIA Theo giả thiết : ZA + ZB = 23 Vì: ZA + ZB = 23 B thuộc nhóm V, cịn A thuộc nhóm IV nhóm VI nên A, B thuộc chu kì nhỏ (chu kỳ chu kỳ 3) Mặt khác, A B chu kỳ hai ngun tố thuộc hai nhóm A chu kỳ proton, nghĩa ô số 11 12 (tổng số proton 23), khơng thuộc nhóm IV V hay V VI ● Trường hợp 1: B thuộc chu kỳ Theo bài, B nhóm VA nên ZB = (nitơ) Vậy ZA = 23 - = 16 (lưu huỳnh) Trường hợp thỏa mãn trạng thái đơn chất nitơ không phản ứng với lưu huỳnh Cấu hình electron A B : 2 2 1s 2s 2p 3s 3p B: 1s 2s 2p ● Trường hợp 2: B thuộc chu kỳ Theo giả thiết, B nhóm VA nên Z B = 15 (phopho) Vậy ZA = 23 - 15 = (oxi) Trường hợp khơng thỏa mãn trạng thái đơn chất oxi phản ứng với phopho 41 Trên bước đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng A: Biên soạn giảng dạy : Thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn – Tổ Hóa – Trường THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ Điều chế HNO3 từ N2 H2SO4 từ S → NO2 → HNO3 Điều chế HNO3: N2 → NH3 → NO xt, to → N2 + 3H2 ← 2NH3 4NH3 + 5O2 → o 850 C, Pt 2NO + O2 → 2NO2 4NO↑ + 6H2O 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 → H2SO4 Điều chế H2SO4: S → SO2 → SO3 S + O2 to→ SO2 xt, to 2SO2 + O2 ←→ 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 III Bài tập tìm kim loại Phương pháp giải Tìm kim loại : Nếu đề cho biết hóa trị kim loại ta cần tìm khối lượng mol Trường hợp khơng tìm trực tiếp khối lượng mol ta tìm giới hạn khối lượng mol M (M khối - Nếu đề chưa cho biết hóa trị kim loại ta tìm giá trị biểu thức lượng n mol kim loại, n hóa trị nó) Lần lượt xét giá trị n= 1; 2; để tìm M ● Tìm kim loại ● - Phương pháp hay sử dụng phương pháp trung bình : Thay kim loại kim loại M Dựa vào giả thiết tính chất giá trị trung bình có khối lượng mol trung bình (M1 M