2.4.1. Hệ thống bài tập phần Cấu tạo nguyên tử A. Vỏ electron của nguyên tử
2.4.1.1. Bài tập tự luận
Dạng 1: Bài tập về các loại hạt trong nguyên tử
Bài 1: Nguyên tử của nguyên tố hóa học X có tổng số các hạt proton, nơtron, electron bằng 180. Trong đó tổng số các hạt mang điện gấp 1,432 lần số nơtron.
b) Dự đoán tính chất hóa học của X ở trạng thái đơn chất và viết phương trình hóa học của các phản ứng chứng minh.
c) Khi cho dạng đơn chất của X tác dụng với AgNO3 trong dung dịch (dung môi không phải là nước) ở điều kiện thường chỉ tạo ra 2 hợp chất trong đó 1 chất là AgX. Viết phương trình hóa học của phản ứng.
Bài 2: Người ta biết rằng nguyên tử argon tồn tại ở ba loại đồng vị khác nhau ứng với các số khối 36; 38 và A. Phần trăm số nguyên tử tương ứng của ba đồng vị đó lần lượt bằng: 0,34%; 0,06% và 99,6%. Nguyên tử khối chiếm bởi 125 nguyên tử Ar là 4997,5. Hãy xác định:
a) Nguyên tử khối trung bình của Ar. b) Số khối A của đồng vị thứ ba.
Bài 3: Cho 3 nguyên tố X, Y, R (ZX < ZY < ZR).
– X, Y cùng một nhóm A và ở 2 chu kỳ kiên tiếp trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
– Y, R là 2 nguyên tố kế cận nhau trong 1 chu kỳ. – Tổng số proton trong 2 hạt nhân X, Y là 24.
Xác định X, Y, R và vị trí của X, Y, R trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Bài 4: Cấu hình electron nguyên tử của phân lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố X là 5p5. Tỉ số nơtron và số đơn vị điện tích hạt nhân bằng 1,3962. Số nơtron của X bằng 3,7 lần số nơtron của nguyên tử nguyên tố Y. Khi cho 4,29g Y tác dụng với lượng dư X thì thu được 18,26g sản phẩm có công thức là XY. Hãy xác định điện tích hạt nhân của X, Y và viết cấu hình electron nguyên tử của Y.
Bài 5: Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong nguyên tử của hai nguyên tố M và X lần lượt bằng 82 và 52. M và X tạo thành hợp chất MXa, trong phân tử của hợp chất đó có tổng số hạt proton của các nguyên tử bằng 77.
Xác định công thức phân tử MXa.
Bài 6: Cho các nguyên tử R và M. R có số khối là 54; tổng số hạt proton, nơtron, electron trong R2+ là 78. Số hạt mang điện của R nhiều hơn số hạt mang điện của M là 18 hạt. Số hạt nơtron của R nhiều hơn số hạt nơtron của M là 8.
Xác định R, M và phân tử khối của phân tử RM3.
Bài 7: Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt proton, electron, nơtron bằng 93; trong đó, tổng các hạt mang điện gấp 1,657 lần số hạt không mang điện.
a) Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố X và xác định vị trí của X trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
b) Y là nguyên tố cùng nhóm và cùng chu kì với X. Hãy so sánh bán kính nguyên tử của X và Y.
Bài 8: Nguyên tử của hai nguyên tố X, Y có đặc điểm sau: - Tổng số hạt không mang điện của X và Y là 7. - Tổng số hạt mang điện dương của X và Y là 8.
- Số khối của nguyên tử Y gấp 14 lần số khối của nguyên tử X. a) Viết cấu hình electron nguyên tử và gọi tên nguyên tố X, Y.
b) Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, nguyên tố X có thể được xếp vào vị trí IA (cùng với các kim loại kiềm) và nhóm VIIA (cùng với các halogen). Hãy nêu 3 lí do chính (cho mỗi trường hợp) để giải thích: vì sao có thể xếp nguyên tố X vào 2 nhóm trên.
Bài 9: X, Y, R, A, B theo thứ tự là 5 nguyên tố liên tiếp trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Tổng điện tích hạt nhân là 90 (X có số điện tích hạt nhân nhỏ nhất).
a) Xác định X, Y, R, A, B.
b) Viết cấu hình electron nguyên tử của X2–, Y–, R, A+, B2+. So sánh bán kính của chúng và giải thích.
Bài 10: Mỗi phân tử XY3 có tổng số các hạt proton, nơtron, electron bằng 196; trong đó, số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 60, số hạt mang điện của X ít hơn số hạt mang điện của Y là 76.
a) Hãy xác định kí hiệu hoá học của X, Y. b) Viết cấu hình electron của nguyên tử X, Y.
c) Dựa vào phản ứng oxi hoá - khử và phản ứng trao đổi, hãy viết phương trình hóa học của phản ứng (ghi rõ điều kiện, nếu có) các trường hợp xảy ra tạo thành XY3.
Bài 11: Một hợp chất cấu tạo từ cation M+ và anion X2–. Trong phân tử M2X có tổng số hạt p, n, e là 140. Trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 44 hạt. Số khối của ion M+
lớn hơn số khối của ion X2–
là 23. Tổng số hạt trong ion M+ nhiều hơn trong ion X2– là 31.
Viết cấu hình electron của các ion M+
và X2–.
Bài 12: Một hợp chất vô cơ B được tạo nên tử ion M3+
và ion X-. Tổng số hạt trong hợp chất là 196, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 60. Nguyên tử khối của X lớn hơn nguyên tử khối của M là 8. Tổng số hạt trong ion X-nhiều hơn tổng số hạt trong ion M3+ là 16. Tìm công thức hợp chất B.
Bài 13: Hợp chất A được tạo thành từ cation R+ và anion Q2-. Mỗi ion đều do 5 nguyên tử của 2 nguyên tố tạo nên. Tổng số proton trong R+
là 11, còn tổng số electron trong Q2- là 50. Hãy xác định công thức phân tử và gọi tên A, biết rằng 2 nguyên tố trong Q2-
thuộc cùng một nhóm và thuộc 2 chu kỳ liên tiếp.
Bài 14: A, B, C, D, E, F là các hợp chất có oxi của nguyên tố X và khi cho tác dụng với NaOH đều cho ra chất Z và H2O. X có tổng số proton và nơtron bé hơn 35, có tổng đại số số oxi hóa dương cực đại và 2 lần số oxi hóa âm là -1.
Lập luận để xác định các chất trên và viết phương trình hóa học của các phản ứng. Biết rằng dung dịch A, B, C làm quỳ tím hóa đỏ, dung dịch E, F phản ứng với axit mạnh và bazơ mạnh.
Bài 15: Một hợp chất ion A được cấu tạo từ cation M+ và anion X22-. Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong A là 164; trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 52. Số khối của M+
lớn hơn số khối của X22- là 7. Tổng số hạt trong ion M+ nhiều hơn trong ion X22- là 7. Tìm công thức phân tử của A.
Bài 16: A, B là hai nguyên tố không thuộc chu kì 1 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Hợp chất ABn có tổng số hạt cơ bản nhiều hơn so với AnB là 3. Trong phân tử ABn, thành phần khối lượng của B là 69,565% và số hạt mang điện của A ít hơn so với B là 18. Xác định A, B biết n nguyên dương.
Bài 17: Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong các phân tử AxB, BA’x, AxA’, AxA’x lần lượt là 52, 96, 28 và 52 (A, A’, B là 3 nguyên tố và x là chỉ số).
a) Xác định nguyên tố A, A’, B và công thức hóa học của các phân tử trên. b) Hoàn thành các phương trình hóa học của các phản ứng sau:
MxA’x + dung dịch Ax+1XA’x+2 (dư) → … (1) Ax+1XA’x+1 → ? + ? (2) 1 trong 2 sản phẩm thích hợp của (2) + ? + AxA’ → Ax+1XA’x+1 + ? (3) AxB + AYA’x+1 → ….. (4)
Với M là kim loại kiềm cùng chu kì với B, X là nguyên tố phi kim cùng chu kì với B, Y là nguyên tố cùng phân nhóm với X. Tỉ lệ mol AxB : AYA’x+1 trong phản ứng đã hoàn thành là 3:8. A, A’, B, x là các nguyên tố và chỉ số đã nêu trên. Mỗi dấu ? tương ứng với 1 chất.
Dạng 2: Bài tập về các số lượng tử
Bài 18: Vì sao mỗi bộ 4 số lượng tử dưới đây không thể là bộ 4 số lượng tử của một electron trong một nguyên tử nào đó?
a) n = 3, l = 3, ml = +1, ms = +1/2. b) n = 3, l = 1, ml = +2, ms = +1/2. c) n = 2, l = 1, ml = -1, ms = 0. d) n = 4, l = 3, ml = -4, ms = -1/2.
Bài 19: Electron cuối (electron có năng lượng cao nhất) của các nguyên tử a, b, c ở trạng thái cơ bản được đặc trưng bởi các số lượng tử sau:
a) n = 2, l = 1, ml =0, ms = +1/2 b) n = 2, l = 1, ml =0, ms = -1/2 c) n = 3, l = 2, ml =1, ms = +1/2
Hãy xác định số thứ tự của các nguyên tố a, b, c trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nguyên tố đó trội tính kim loại hay phi kim? Mức oxi hóa cao nhất và thấp nhất của các nguyên tố đó là bao nhiêu? Quy ước: ml nhận giá trị từ +l, …, 0, …, - l.
Bài 20: Xác định bộ số lượng tử mô tả trạng thái của các electron ở lớp ngoài cùng của cation 26Fe3+. Quy ước: ml nhận giá trị từ +l, …, 0, …, - l.
Bài 21: Nguyên tử của các nguyên tố X, Y, Z có đặc điểm như sau:
- X: electron cuối cùng có các số lượng tử n = 3, l = 1, ml = -1, ms =
2 1
- Y: ở trạng thái cơ bản chỉ có 1 electron độc thân, electron độc thân này có các số lượng tử n = 3, l = 1, ml = +1, ms =
2 1
+ .
- Z: electron cuối cùng có các số lượng tử n = 2, l = 1, ml = -1, ms = 2 1
− .
a) Xác định X, Y, Z biết các electron lần lượt chiếm các obitan bắt đầu từ ml
có trị số nhỏ nhất.
b) So sánh năng lượng ion hóa thứ nhất của X, Y, Z.
Bài 22: Nguyên tử của hai nguyên tố A và B có electron cuối cùng ứng với 4 số lượng tử: A (n = 3, l = 1, ml = 0, ms = 2 1 − ) B (n = 4, l = 1, ml = -1, ms = 2 1 − )
a) Viết cấu hình electron nguyên tử, xác định vị trí của A và B trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Gọi tên A, B biết rằng các electron chiếm obitan bắt đầu từ ml có trị số nhỏ nhất trước.
b) Hai nguyên tố này có thể có những số oxi hóa nào? Vì sao có sự khác biệt đó (nếu có)?
Bài 23: Ba nguyên tố A, B, C có electron cuối cùng mang 4 số lượng tử: A: n = 1, l = 0, ml = 0, ms = 2 1 + B: n = 2, l = 1, ml = +1, ms = 2 1 + C: n = 2, l = 1, ml = -1, ms = 2 1 − a) Xác định tên 3 nguyên tố A, B, C.
b) Xác định công thức phân tử và viết công thức cấu tạo các hợp chất có thể tạo thành từ A, B, C. (quy ước: số lượng tử từ nhận giá trị từ -l; …0; …; +l)
Bài 24: Cho nguyên tử của 3 nguyên tố A, B, D có electron ngoài cùng mang bộ 4 số lượng tử lần lượt sau: (quy ước: ml nhận giá trị từ -l; …0; …; +l)
n = 4, l = 0, ml = 0, ms =
2 1
n = 3, l = 1, ml = -1, ms = 2 1 − n = 3, l = 1, ml = 0, ms = 2 1 −
a) Dùng các ô lượng tử biểu thị cấu hình electron nguyên tử của A, B và các trạng thái ứng với các số oxi hóa có thể có của A, B.
Xác định vị trí của A, B trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nguyên tố nào là kim loại, phi kim?
b) X và Y là 2 đồng vị của nguyên tố D có tổng số khối là 72. Hiệu số nơtron của X, Y bằng 1/8 số hạt mang điện dương của B. Tỉ lệ số nguyên tử của X và Y là 32,75 : 98,25. Hãy tính số khối của 2 đồng vị trên và suy ra khối lượng mol trung bình của D.
Bài 25: Cho bộ 4 số lượng tử của electron cuối cùng trên 3 nguyên tử A, X, Z và 2 ion Y+, T2-như sau:
Nguyên tố n l ml ms A 2 0 0 + ½ X 3 0 0 + ½ Y+ 3 1 +1 - ½ Z 2 0 0 - ½ T2+ 2 1 +1 - ½ a) Xác định A, X, Y, Z, T.
b) Trong các ion A+, X+, Y+, Z2+, T2+, ion nào có bán kính lớn nhất? Giải thích.
Quy ước: ml nhận giá trị từ -l; …0; …; +l.
Bài 26: A, B, C, D, E theo thứ tự là 5 nguyên tố liên tiếp nhau trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Biết B có electron cuối cùng có bộ 4 số lượng tử là n = 3, l = 1, ml = 0, ms =
2 1
− . Hãy viết cấu hình electron của các ion được tạo ra từ các nguyên tố A, B, D, E; so sánh bán kính của chúng với nhau và với C. Quy ước: ml nhận giá trị từ -l; …0; …; +l.
Bài 27: Hãy xác định tên của nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng điền vào cấu hình electron có bộ 4 số lượng tử như sau:
Nguyên tử n l ml ms
A 3 0 0 +1/2
B 4 0 0 +1/2
X 3 1 0 -1/2
Y 4 1 0 -1/2
a) Viết công thức phân tử các chất tạo nên từ: A và X; A và Y; B và Y. b) Hãy so sánh nhiệt độ nóng chảy của các chất trên. Giải thích.
Bài 28: Cho 3 nguyên tố A, B, C. Nguyên tử của nguyên tố A có electron cuối cùng ứng với 4 số lượng tử n = 3, l = 1, ml = 0, ms =
2 1
− . Nguyên tử của hai nguyên tố B, C tạo thành cation X+ chứa 5 nguyên tử, có tổng số hạt mang điện trong ion là 21.
a) Viết cấu hình electron nguyên tử và xác định tên, vị trí của A, B, C trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
b) Nguyên tử của hai nguyên tố B, C tạo thành hợp chất M. N là hợp chất khí của A với hidro. Dẫn hợp chất khí N vào nước thu được dung dịch axit N. M tác dụng với dung dịch N tạo thành hợp chất R. Hãy viết phương trình hóa học của các quá trình xảy ra.
Bài 29: Có 3 nguyên tố A, B, C ứng với ZA < ZB < ZC (Z là điện tích hạt nhân). Biết:
Tích ZA.ZB.ZC = 952.
Tỉ số (ZA + ZC)/ZB = 3.
Nguyên tử C có electron cuối cùng ứng với 4 số lượng tử n = 3, l = 1, ml
= 0, ms =
2 1
− .
a) Viết cấu hình electron nguyên tử của C. Xác định vị trí của C trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Biết rằng các electron chiếm obitan bắt đầu từ ml có trị số lớn nhất trước.
b) Tính ZA, ZB và xác định tên nguyên tố A, B.
c) Xác định trạng thái vật lý của hợp chất với hiđro của A, B, C. Giải thích sự khác nhau giữa các trạng thái này.
d) Hợp chất X tạo bởi 3 nguyên tố A, B, C có công thức ABC. Viết công thức cấu tạo và gọi tên X.
e) Ở trạng thái lỏng, X có tính dẫn điện. Hãy cho biết loại liên kết trong phân tử X.
Bài 30: Một phi kim R có electron cuối cùng ứng với 4 số lượng tử có tổng đại số bằng 2,5. Hãy xác định tên của R, cấu hình electron nguyên tử và vị trí của R trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Qui ước: ml = +l; …; 0 ;…; -l .
Bài 31: Cho hai nguyên tố A, B kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học có tổng số (n + l) bằng nhau; trong đó số lượng tử chính của A lớn hơn số lượng tử chính của B. Tổng đại số của bộ 4 số lượng tử của electron cuối cùng