Dạng 3: So sỏnh tớnh chất húa học cơ bản của cỏc nguyờn tố

2.2.2 .Cấu tạo bảngtuần hoàn cỏc nguyờn tố húa học

2.2.2.2 .Chu kỡ

2.4. Chuyờn đề 4: Liờn kết húa học

3.2.3. Dạng 3: So sỏnh tớnh chất húa học cơ bản của cỏc nguyờn tố

Phương phỏp giải

- Nắm rừ kiến thức: Nắm rừ sự biến đổi tuần hoàn cấu hỡnh electron nguyờn tử của cỏc nguyờn tố húa học về: bỏn kớnh nguyờn tử, năng lượng ion húa, ỏi lực electron, độ õm điện, tớnh kim loại, tớnh phi kim, tớnh axit bazơ và oxit, hiđroxit.

Bài tập vận dụng

Bài 1: (Đề thi HSGQG lớp 12 năm học 2000-2001 – Bảng A)

1. Phương phỏp sunfat cú thể điều chế được chất nào: HF , HCl , HBr , HI ? Nếu cú chất khụng điều chế được bằng phương phỏp này, hóy giải thớch tại sao?

Viết cỏc phương trỡnh phản ứng và ghi rừ điều kiện (nếu cú) để minh hoạ.

2. Trong dóy oxiaxit của clo, axit hipoclorơ là quan trọng nhất. axit hipoclorơ cú cỏc tớnh chất: a) Tớnh axit rất yếu, yếu hơn axit cacbonic; b) Cú tớnh oxi hoỏ mónh liệt; c) Rất dễ bị phõn tớch khi cú ỏnh sỏng mặt trời, khi đun núng. Hóy viết cỏc phương trỡnh phản ứng để minh hoạ cỏc tớnh chất đú.

Bài giải:

1. Phương phỏp sunfat là cho muối halogenua kim loại tỏc dụng với axit sunfuric đặc, núng để điều chế hiđrohalogenua dựa vào tớnh dễ bay hơi của hiđrohalogenua.

Phương phỏp này chỉ ỏp dụng để điều chế HF , HCl, khụng điều chế được HBr và HI vỡ axit H2SO4 là chất oxi hoỏ mạnh cũn HBr và HI trong dung dịch là những chất khử mạnh, do đú ỏp dụng phương phỏp sunfat sẽ khụng thu được HBr và HI mà thu được Br2, I2.

Cỏc phương trỡnh phản ứng:

CaF2 + H2SO4 đ, núng = 2 HF + CaSO4 NaCl + H2SO4 đ, núng = HCl + NaHSO4 2 NaCl + H2SO4 đ, núng = 2 HCl + Na2SO4

NaBr + H2SO4 đ, núng = NaHSO4 + HBr 2 HBr + H2SO4 đ, núng = SO2 + 2 H2O + Br2

NaI + H2SO4 đ, núng = NaHSO4 + HI 6 HI + H2SO4 đ, núng = H2S + 4 H2O + 4 I2 2. Axit hipoclorơ :

- Tớnh axit rất yếu, yếu hơn axit cacbonic

NaClO + CO2 + H2O = NaHCO3 + HClO Tớnh oxi hoỏ mónh liệt, đưa chất phản ứng cú số oxi hoỏ cao nhất

6

4 HClO + PbS-2 = 4 HCl + PbSO4

- Dễ bị phõn tớch :

a s to

HClO = HCl + O ; 3 HClO = 2 HCl + HClO3

Bài 2: (Đề thi HSG TP Đà Nẵng lớp 11 năm học 2006-2007)

So sỏnh (cú giải thớch) tớnh tan trong nước, tớnh bazơ và tớnh khử của hai hợp chất với hidro là amoniac (NH3) và photphin (PH3).

Bài giải: Tớnh tan :

NH3 tan tốt hơn PH3 trong nước, do phõn tử phõn cực hơn và cú khả năng tạo liờn kết hidro với nước.

H N H H H O H H N H H ... ... ... ...

Tớnh bazơ :

NH3 cú tớnh bazơ mạnh hơn PH3, do liờn kết N-H phõn cực mạnh hơn liờn kết P-H, làm cho nguyờn tử N trong phõn tử NH3 giàu electron hơn, dễ dàng nhận proton hơn (một nguyờn nhõn nữa giải thớch cho điều này là ion NH4+bền hơn PH4+).

Tớnh khử :

PH3 cú tớnh khử mạnh hơn nhiều so với NH3, do nguyờn tử P là một phi kim cú độ õm điện nhỏ và phõn tử PH3kộm bền hơn NH3.

Bài 3: (Đề thi HSG TP Đà Nẵng lớp 11 năm học 2007-2008)

Xột hợp chất với hidro của cỏc nguyờn tố nhúm VA. Gúc liờn kết HXH (X là kớ hiệu nguyờn tố nhúm VA) và nhiệt độ sụi được cho trong bảng dưới đõy.

Đặc điểm NH3 PH3 AsH3 SbH3

Gúc HXH 107o 93o 92o 91o

Nhiệt độ sụi (oC) -33,0 -87,7 -62,0 -18,0

So sỏnh và giải thớch sự khỏc biệt giỏ trị gúc liờn kết và nhiệt độ sụi của cỏc chất này. Bài giải:

Từ N đến Sb bỏn kớnh nguyờn tử tăng dần, đặc trưng lai húa sp3 của nguyờn tử X trong phõn tử XH3 giảm dần, nờn gúc liờn kết trở về gần với gúc giữa hai obitan p thuần khiết. (Cũng cú thể giải thớch là từ Sb đến N độ õm điện của nguyờn tử trung tõm tăng dần, bỏn kớnh nguyờn tử giảm dần, làm khoảng cỏch giữa cỏc cặp electron liờn kết giảm, lực đẩy giữa chỳng tăng, nờn gúc liờn kết tăng).

NH3 tạo được liờn kết H liờn phõn tử, cũn PH3 thỡ khụng, do vậy từ NH3 đến PH3 nhiệt độ sụi giảm. Từ PH3đến SbH3nhiệt độ sụi tăng do phõn tử khối tăng.

N H H H N H H H ... ... ...

Bài 4: (Đề thi HSG TP Đà Nẵng lớp 10 năm học 2010-2011)

a)MộtnguyờntốRtạođược4axittrongđúRthểhiệnsốoxihúa+1,+3,+5,+7.Phõntử

khốicủaaxitmàRcúsốoxihúa+7gấp1,9143lầnphõntửkhốicủaaxitmàRcúsốoxi húa +1.Xỏc địnhcụngthứcphõntử,viếtcụngthứccấutạocủa4axitvàgọitờn.

b)Sosỏnhtớnhaxitvàtớnhoxihúa của4axit,giảithớch. Bài giải: a)Theogiảthiết: PTK(HRO4)=1,9143PTK(HRO)

1,9143(R+17) 5,5.VậyR: Cl

Cụngthức4axitlà:HClO(axithipoclorơ),HClO2 (axitclorơ),HClO3 (axit cloric),HClO4(axitpecloric)

Cụngthứccấutạo:

HClO2 H-O-Cl=O

b) -ĐộmạnhtớnhaxitcủaHClO<HClO2<HClO3<HClO4

Giảithớch:Khisốnguyờn tửOkhụnghiđroxyltrongphõntửcỏcaxitHClOn tăng,độphõncựctrongnhúmO-Htăng,khảnăngtỏchH+ tăngnờnđộmạnh tớnhaxittăng.

-Tớnhoxihúa củaHClO>HClO2>HClO3>HClO4

Giảithớch:KhisốnguyờntửOkhụnghiđroxyltăng,độbộiliờnkếtCl-Otrong

cỏcaniongốcaxittăngdẫnđếnđộbềncủacỏcanionnày tăng,khảnăngnhận electrongiảmnờntớnhoxihúa giảm.

Bài 5:Vẽ sơ đồ obitan đối với cỏc electron húa trị, viết cấu hỡnh electron của nguyờn tử và

ion (đơn nguyờn tử) của nguyờn tố ứng với cỏc giỏ trị năng lượng ion húa sau (tớnh theo kJ/mol).

I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8

1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669 Bài giải:

Dựa vào giỏ trị năng lượng ion húa ta thấy sau I6cú bước nhảy đột ngột, vậy nguyờn tố cú 6 electron húa trị, nú thuộc nhúm VIA (cỏc nguyờn tố nhúm B đều là kim loại cú I1tương đối thấp).

b)Sosỏnhtớnhaxitvàtớnhoxihúa của4axit,giảithớch. Bài giải: a)Theogiảthiết: PTK(HRO4)=1,9143PTK(HRO)

1,9143(R+17) 5,5.VậyR: Cl

Cụngthức4axitlà:HClO(axithipoclorơ),HClO2 (axitclorơ),HClO3 (axit cloric),HClO4(axitpecloric)

Cụngthứccấutạo:

HClO2 H-O-Cl=O

b) -ĐộmạnhtớnhaxitcủaHClO<HClO2<HClO3<HClO4

Giảithớch:Khisốnguyờn tửOkhụnghiđroxyltrongphõntửcỏcaxitHClOn tăng,độphõncựctrongnhúmO-Htăng,khảnăngtỏchH+ tăngnờnđộmạnh tớnhaxittăng.

-Tớnhoxihúa củaHClO>HClO2>HClO3>HClO4

Giảithớch:KhisốnguyờntửOkhụnghiđroxyltăng,độbộiliờnkếtCl-Otrong

cỏcaniongốcaxittăngdẫnđếnđộbềncủacỏcanionnày tăng,khảnăngnhận electrongiảmnờntớnhoxihúa giảm.

Bài 5:Vẽ sơ đồ obitan đối với cỏc electron húa trị, viết cấu hỡnh electron của nguyờn tử và

ion (đơn nguyờn tử) của nguyờn tố ứng với cỏc giỏ trị năng lượng ion húa sau (tớnh theo kJ/mol).

I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8

1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669 Bài giải:

Dựa vào giỏ trị năng lượng ion húa ta thấy sau I6cú bước nhảy đột ngột, vậy nguyờn tố cú 6 electron húa trị, nú thuộc nhúm VIA (cỏc nguyờn tố nhúm B đều là kim loại cú I1tương đối thấp).

b)Sosỏnhtớnhaxitvàtớnhoxihúa của4axit,giảithớch. Bài giải: a)Theogiảthiết: PTK(HRO4)=1,9143PTK(HRO)

1,9143(R+17) 5,5.VậyR: Cl

Cụngthức4axitlà:HClO(axithipoclorơ),HClO2 (axitclorơ),HClO3 (axit cloric),HClO4(axitpecloric)

Cụngthứccấutạo:

HClO2 H-O-Cl=O

b) -ĐộmạnhtớnhaxitcủaHClO<HClO2<HClO3<HClO4

Giảithớch:Khisốnguyờn tửOkhụnghiđroxyltrongphõntửcỏcaxitHClOn tăng,độphõncựctrongnhúmO-Htăng,khảnăngtỏchH+ tăngnờnđộmạnh tớnhaxittăng.

-Tớnhoxihúa củaHClO>HClO2>HClO3>HClO4

Giảithớch:KhisốnguyờntửOkhụnghiđroxyltăng,độbộiliờnkếtCl-Otrong

cỏcaniongốcaxittăngdẫnđếnđộbềncủacỏcanionnày tăng,khảnăngnhận electrongiảmnờntớnhoxihúa giảm.

Bài 5:Vẽ sơ đồ obitan đối với cỏc electron húa trị, viết cấu hỡnh electron của nguyờn tử và

ion (đơn nguyờn tử) của nguyờn tố ứng với cỏc giỏ trị năng lượng ion húa sau (tớnh theo kJ/mol).

I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8

1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669 Bài giải:

Dựa vào giỏ trị năng lượng ion húa ta thấy sau I6cú bước nhảy đột ngột, vậy nguyờn tố cú 6 electron húa trị, nú thuộc nhúm VIA (cỏc nguyờn tố nhúm B đều là kim loại cú I1tương đối thấp).

[Khí hiếm]

ns2 np4

- Cấu hỡnh electron của nguyờn tử: [Khớ hiếm] ns2np4

- Cấu hỡnh electron của ion (đơn nguyờn tử): [Khớ hiếm]6+

3.2.4. Dạng 4: Xỏc định 2 nguyờn tố thuộc 2 nhúm A liờn tiếp hoặc 2 chu kỡ liờn tiếp trong HTTH

Phương phỏp giải

- Nắm rừ kiến thức: Biết được tớnh chất của cỏc nguyờn tố cỏc nhúm A cũng như mối liờn hệ về số điện tớch hạt nhõn của 2 nguyờn tố thuộc 2 chu kỳ kế tiếp nhau.

Bài tập vận dụng

Bài 1: (Đề thi HSG TP Đà Nẵng lớp 10 năm học 2010-2011)

Chodungdịchchứa6,79gamhỗnhợpgồm2muốiKX,KY(X,Ylà2nguyờntốcútrong tựnhiờn,ởhaichukỡliờntiếpthuộcnhúmVIIA,sốhiệuZX<ZY)vàodungdịchAgNO3 dưthu được8,61gamkếttủa.Tớnh%khốilượngcủaKXtronghỗnhợp Bài giải: -TrườnghợpAgX, AgYđềukếttủa: (1 )KX +AgNO3 AgX+KNO3 (2)KY +AgNO3 AgY+KNO3

Số mol hỗn hợp = (8,61-6,79)/(108-39) = 0,0264(mol)

Vậy Mhh= 6,79/0,0264 = 257,4 (g/mol) => M X,Y= 218,4 (g/mol) VậykhụngcúX,Yphựhợp.

-TrườnghợpXlàF,YlàCl:AgFtannờnchỉcúAgClkếttủa Từ (2):sốmolKCl=sốmolAgCl=8,61:143,5=0,06(mol) Vậy:mKCl=0,06x 74,5=4,47(gam),mKF=2,32(gam) %mKF= 2,32/6,79.100% = 34,17%

Bài 2: (Đề thi HSG TP Đà Nẵng lớp 10 năm học 2010-2011)

XvàYlà2nguyờn tốnhúmA,đều tạohợp chấtvớihiđrocúdạngRH(Rlà kớhiệucủa nguyờntốXhoặcY).Gọi AvàBlầnlượtlàhiđroxitứngvớihúatrịcaonhấtcủaXvàY. TrongB,Ychiếm22,977%khốilượng.Trunghũahoàn toàn50gam dungdịchA16,8%

cần150mL dungdịchB1mol/L.XỏcđịnhtờncủaX và Y. Bài giải:

Hợp chất với hiđro cú dạng RH nờn Y cú thể thuộc nhúm IA hoặc VIIA. Trường hợp 1: Nếu Y thuộc nhúm IA thỡ B cú dạng YOH.

Trong YOH, Y chiếm 35,323% về khối lượng → OH chiếm: 100-35,323=64,677%. Ta cú tỉ lệ: 9,284 677 , 64 323 , 35 17Y  Y  (loại, do khụng cú nghiệm thớch hợp). Trường hợp 2: Nếu Y thuộc nhúm VIIA thỡ B cú dạng HYO4.

Trong HYO4, Y chiếm 35,323% về khối lượng → HO4chiếm: 100-35,323=64,677%. Ta cú tỉ lệ: 35,5 677 , 64 323 , 35

65Y  Y  → Y là Clo. Cụng thức của B: HClO4, là axit. Dựng A trung hũa B nờn A là bazơ, cụng thức chung của A là XOH.

Số mol HClO4: n=0,15.1=0,15 (mol).

Khối lượng chất tan cú trong dung dịch A: 50gam 8,4gam 100

8 , 16

mA    .

Phương trỡnh phản ứng: XOH + HClO4  XClO4 + H2O 0,15mol 0,15mol → mol 15 , 0 gam 4 , 8 mol / gam 17 MX  

→ MX= 39 gam/mol, vậy X là nguyờn tố kali (K). Vậy X là kali (K), Y là clo (Cl).

Bài 3: Hai nguyờn tố M và X thuộc cựng một chu kỡ, đều thuộc nhúm A. Tổng số proton

của M và X là 28. M Và X tạo được hợp chất với hiđro trong đú số nguyờn tử hiđro bằng nhau và nguyờn tử khối M nhỏ hơn X. Trong đú X và M cú số proton khỏc số notron. Xỏc định cụng thức phõn tử của MX

Bài giải: Ta cú : ̅ = 14

Mà 2 nguyờn tố M và X thuộc cựng một chu kỡ, đều thuộc nhúm Ahai nguyờn tố đều thuộc chu kỡ 3.

Vỡ M, X tạo được hợp chất với hidro trong đú số nguyờn tử H bằng nhau và M < X nờn M, X lần lượt thuộc cỏc nhúm (I, VII), hoặc (II,VI), hoặc (III, V).

Mà ZM+ZX=28NaCl hoặc MgS.

Vỡ trong M và X số proton khỏc số notronMX là NaCl.

Bài 4:Hai nguyờn tốAvàBở hai phõn nhúm chớnh liờn tiếp nhau trong bảng hệ thống tuần

hoàn. Tổng số hiệu nguyờn tử củaAvàBlà 31. Xỏc định số hiệu nguyờn tử, viết cấu hỡnh electron của cỏc nguyờn tửAvàB. Nờu tớnh chất húa học đặc trưng của mỗi nguyờn tố và

viết cấu hỡnh electron của cỏc ion tạo thành từ tớnh chất húa học đặc trưng đú. Bài giải:

Vỡ 2 nguyờn tốAvàBở hai phõn nhúm chớnh liờn tiếp nhau nờn số hiệu nguyờn tử củaAlàZthỡ củaBlàZ+1. Ta cú:

Z+(Z+1)=31→Z=15.

Số hiệu nguyờn tử củaAbằng 15, củaBbằng 16 . →A là P ; B là S

Cấu hỡnh electron của:

P(Z=15): 1s22s22p63s23p3

S(Z=16): 1s22s22p63s23p4

Tớnh chất đặc trưng củaAvàB là tớnh oxi húa:

A+3e=A3-,B+2e=B2-

Ion A3-cú cấu hỡnh electron: 1s22s22p63s23p6. IonB2-cú cấu hỡnh electron: 1s22s22p63s23p6.

Bài 5: A và B là 2 nguyờn tố thuộc cựng chu kỡ và nằm ở hai phõn nhúm chớnh liờn tiếp

trong bảng tuần hoàn. Biết hạt nhõn nguyờn tử mỗi nguyờn tố chứa khụng quỏ 35 proton, ngoài ra hạt nhõn nguyờn tử này chứa nhiều hơn hạt nhõn nguyờn tử kia 11 proton. Lập luận xỏc định vị trớ A, B trong bảng tuần hoàn.

Bài giải:

Số proton trong hạt nhõn mỗi nguyờn tử khụng quỏ 35 cho thấy A và B chỉ cú thể thuộc cỏc chu kỳ 1; 2; 3; 4

Nhưng hiệu số số proton giữa hai hạt nhõn là 11 cho thấy A, B khụng thể ở cỏc chu kỡ 1; 2; 3 vỡ số nguyờn tố ở cỏc chu kỡ này tối đa chỉ là 8. Núi khỏc đi, sự chờnh lệch về số proton giữa 2 hạt nhõn là 11, chứng tỏ chỳng nằm cỏch nhau 10 nguyờn tố và đều nằm ở chu kỡ 4 Chu kỡ 4 mở đầu là nguyờn tố K cú 19 proton

Giả sử ZA< ZB,theo đề bài ZB– ZA=11 và Z ≤ 35 nờn ta cú bảng sau :

ZB 30 31 32 33 34 35

Tuy nhiờn cỏc nguyờn tố cú số proton từ 21 đến 30 do cú mức năng lượng cao nhất thuộc về phõn lớp d nờn chỳng đều thuộc cỏc phõn nhúm phụ

Vậy chỉ cú ZA=20 ; ZB= 31 là phự hợp

Thật vậy, xột sơ đồ mức năng lượng cỏc electron, ta cú :

A (Z=20) : 1s22s22p63s23p64s2→A là Ca, ở ụ thứ 20, chu kỡ 4, nhúm IIA.

B ( Z=31) : 1s22s22p63s23p64s23d104s24p1→B là Ga, ở ụ thứ 31, chu kỡ 4, nhúm IIIA.