Dạng 1: Mối liờn hệ giữa vị trớ nguyờn tố và tớnh chất húa học

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

3.2.1. Dạng 1: Mối liờn hệ giữa vị trớ nguyờn tố và tớnh chất húa học

Phương phỏp giải

- Nắm rừ kiến thức: Nhúm IA, IIA, IIIA: kim loại; nhúm IVA, VA: vừa kim loại vừa phi kim; nhúm: VIA, VIIA: phi kim; nhúm VIIIA: khớ hiếm (khớ trơ).

Bài tập vận dụng

Bài 1: (Đề thi HSG TP Đà Nẵng lớp 10 năm học 2004-2005)

Năng lượng ion húa thứ nhất (I1- kJ/mol) của cỏc nguyờn tố chu kỳ 2 cú giỏ trị (khụng theo trật tự) 1402, 1314, 520, 899, 2081, 801, 1086, 1681. Gỏn cỏc giỏ trị này cho cỏc nguyờn tố tương ứng. Giải thớch.

Bài giải: Giỏ trị năng lượng ion húa tương ứng với cỏc nguyờn tố:

IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA

Li Be B C N O F Ne

2s1 2s2 2p1 2p2 2p3 2p4 2p5 2p6

I1(kJ/mol) 520 899 801 1086 1402 1314 1681 2081

Nhỡn chung từ trỏi qua phải trong một chu kỳ năng lượng ion húa I1 tăng dần, phự hợp với sự biến thiờn nhỏ dần của bỏn kớnh nguyờn tử.

Cú hai biến thiờn bất thường xảy ra ở đõy là:

- Từ IIA qua IIIA, năng lượng I1 giảm do cú sự chuyển từ cấu hỡnh bền ns2 qua cấu hỡnh kộm bền hơnns2np1(electron p chịu ảnh hưởng chắn của cỏc electron s nờn liờn kết với hạt nhõn kộm bền chặt hơn).

- Từ VA qua VIA, năng lượng I1giảm do cú sự chuyển từ cấu hỡnh bềnns2np3qua cấu hỡnh kộm bền hơnns2np4(trong p3chỉ cú cỏc electron độc thõn, p4cú một cặp ghộp đụi, xuất hiện lực đẩy giữa cỏc electron).

Bài 2: Nguyờn tử của nguyờn tốXcú tổng cỏc loại hạt là 180, trong đú tổng cỏc hạt mang

a) Viết cấu hỡnh electron của nguyờn tửX. Xỏc định chu kỡ, nhúm củaXtrong bảng hệ thống tuần hoàn. Cho biết tờn nguyờn tốX?

b) Viết phương trỡnh phản ứng xảy ra khi cho dạng đơn chất củaXlần lượt tỏc dụng với mỗi dung dịch sau:

- Dung dịchAgNO3( dung mụi khụng phải là nước) - Dung dịchKOH. - Dung dịchKI. Bài giải: a) P + E + N =180 (1) mà trong nguyờn tử thỡ P = E nờn : (1) 2P+N=180 (2) Và P + E =1,432N2P=1,432N (3)

Thay (3) vào (2)⇔ N=74 và E = P = 53. Nguyờn tốIot

Cấu hỡnh : 1s22s22p63s23p64s23d104p64d105s25p5. Vậy X là nguyờn tố iot ở chu kỡ 5, nhúm VIIA. b) Phương trỡnh phản ứng:

I2+AgNO3→AgI(kt) + INO3. 3I2+ 6KOH → 5KI + KIO3+3H2O. I2+ KI → KI3.

Đõy là phản ứng oxi húa khử .

Bài 3:Tổng số hạt mang điện ionAB32-bằng 82. Số hạt mang điện trong hạt nhõn của nguyờn tử Anhiều hơn số hạt mang điện trong hạt nhõn của nguyờn tửBlà 8. Xỏc định số hiệu nguyờn tử của hai nguyờn tốAvàB. Viết cấu hỡnh electron của hai nguyờn tửAvàB.

Xỏc định vị trớ của hai nguyờn tốAvàBtrong bảng tuần hoàn cỏc nguyờn tố húa học. Bài giải:

Gọi số proton, electron trong hai nguyờn tửAvàBtương ứng làPA,EAvàPB,EB.

Theo đề bài ra ta cú:PA+EA + 3(PB+EB) + 2= 82(*)

Trong nguyờn tử thỡPA=EA,PB=EBnờn: (*)(2PA+3.2PB) + 2 = 82 (1)

và cúPA−PB= 8 (2)

Giải hệ phương trỡnh (1), (2) được:PA= 16,PB= 8

⇒Số hiệu nguyờn tử củaAlàZA=16 và củaBlàZB=8 ZA=16⇒cấu hỡnh electron củaAlà: 1s22s22p63s23p4

ZB=8⇒cấu hỡnh electron củaBlà: 1s22s22p4

Dựa vào cấu hỡnh electron của nguyờn tửAvàB, suy ra:

-Aở ụ thứ 16, chu kỡ 3, nhúmVIA

-Bở ụ thứ 8, chu kỡ 2, nhúmVIA

Bài 4:Hợp chấtAcú cụng thứcMXxtrong đúMchiếm 46,67% về khối lượng;Mlà kim

loại,Xlà phi kim ở chu kỳ 3. Trong hạt nhõn củaMcúN−Z=4; của X cúN′=Z’trong đúN, N′,Z,Z′ là số nơtron và proton. Tổng số proton trongMXxlà 58. Hóy xỏc định tờn số khối củaMvà vị trớ của nguyờn tốXtrong bảng tuần hoàn.

Bài giải: Trong nguyờn tửXcú: N′ = Z′

Vỡ nguyờn tử khối thực tế = khối lượng hạt nhõn = Z + N. Vậy nguyờn tử khối M = Z + N = 2Z + 4

Và nguyờn tử khối của nhúm xX = (Z’+N’)x = 2Z′x Ta lại cú: 2 + 4 2  =46,6753,33 53,37(Z+2) = 46,67x Z’(1) Mặt khỏc ta cú: Z + x Z’= 58(2) Giải hệ pt (1), (2) ta được: Z′x= 32 , Z= 26 Trong hạt nhõn củaMcú:Z= 26 ;N= 26+4= 30.

VậyMở ụ 26(Fe) cú số khốiA= Z + N= 56.

Ta cú Z’x= 32 và X là phi kim ở chukỳ 3: từ ụ 14 →ụ 17. Với giỏ trị của x từ 1 – 4, ta cú:

X 1 2 3 4

p’ 32 16 10,6 8

Vậy chọn nghiệm phự hợp làx=2, Z’=16→ Nguyờn tốXlàS. Cấu hỡnh electron của X: 1s2

2s22p63s23p4

Và MXxlà FeS2

Bài 5: Một hợp chấtAcấu tạo từ hai ionM2+vàX-. Cỏc ion được tạo ra từ cỏc nguyờn tử

tương ứng. Trong phõn tửAcú tổng số hạt (p,n,e) là 116 hạt trong số đú hạt mang điện nhiều hơn hạt khụng mang điện là 36 hạt. Số khối củaM2+lớn hơn số khối củaX-là 21. Tổng số hạt trongMnhiều hơn số khối củaXlà 41 hạt. Xỏc định vị trớ củaM,Xtrong bảng tuần hoàn.

Bài giải: Theo dầu bàiAcú cụng thứcMX2

(2ZM+NM)+2(2ZX+NX)= 116 (1) (2ZM+4ZX)−(NM+2NX)= 36 (2) (ZM+NM)−(ZX+NX)= 21 (3)

(2ZM+NM)−(ZX+NX)= 41 (4)

Giải (3)và (4) được ZM= 20→M là Ca.

(1) và (2) ta được 4ZM+ 8ZX= 152ZX= 9 →X là F Vậy Acú cụng thức làCaF2.

M : 1s22s22p63s23p64s2→M ở ụ 20, chu kỡ 4, nhúm IIA. X : 1s22s22p5→ X ở ụ thứ 9, chu kỡ 2, nhúm VIIA.

Bài 6:Cho phõn tử MX2cú tổng số cỏc hạt (p, n, e) là 186. Hợp chất ion này được cấu tạo

từ M2+và X-cú đặc tớnh sau:

- Trong tổng số cỏc hạt của phõn tử thỡ số hạt mang điện nhiều hơn số hạt khụng mang điện là 54 hạt.

- Số khối của ion M2+lớn hơn số khối của ion X-là 21 - Tổng số hạt trong ion M nhiều hơn trong X là 30 hạt. a) Viết cấu hỡnh electron của cỏc ion M2+và X-?

b) Xỏc định số thứ tự, số chu kỡ, số nhúm (A hoặc B) của M và X trong bảng tuần hoàn? Bài giải:

a) Gọi số hạt proton, electron, notron trong nguyờn tử M và X lần lượt là p, e, n, p’, e’, n’. Trong nguyờn tử thỡ cú p = e, p’= e’.

Theo đầu bài ta cú cỏc phương trỡnh sau:

- Tổng số hạt trong MX2:( 2p + n) + 2(2p’+ n’) = 186 (1) - Tổng số hạt mang điện nhiều hơn số hạt khụng mang điện

- Số khối của M2+lớn hơn số khối của X-là: (p+n) - (p’ + n’) = 21 (3) - Tổng số hạt trong M nhiều hơn trong X là:

(2p+n) - (2p’+ n’) = 30 (4) Giải hệ (1, 2, 3, 4) → p = 26, n = 30, p’= 17, n’ = 18. →M là Fe, X là Cl M: 1s22s22p63s23p63d64s2 → M2+: 1s22s22p63s23p63d6 X: 1s22s22p63s23p5 →X-: 1s22s22p63s23p6 b) M: 1s22s22p63s23p63d64s2→ M ở ụ 26, chu kỡ 4, nhúm VIIIB X: 1s22s22p63s23p5→ X ở ụ 17, chu kỡ 3, nhúm VIIA. 3.2.2. Dạng 2: Xỏc định cụng thức phõn tử hợp chất Phương phỏp giải

- Đặt cụng thức phõn tử của hợp chất, sau đú từ giả thiết đề bài lập được tỉ lệ số nguyờn tử cỏc nguyờn tố trong phõn tử hợp chất đú, từ đú xỏc định được cụng thức phõn tử hợp chất.

Bài tập vận dụng

Bài 1: Một nguyờn tố ở nhúm A của BTH tạo ra được hai clorua và hai oxit. Khi húa trị

nguyờn tố trong clorua và trong oxit như nhau cú tỷ số giữa cỏc thành phần % của clo trong clorua và của oxi trong oxit lần lượt bằng 1: 1,099 và 1:1,291

a) Xỏc định nguyờn tố đú

b) Viết cụng thức phõn tử và cụng thức cấu tạo của clorua và cỏc oxit. Bài giải:

Gọi cụng thức của cỏc clorua và cỏc oxit là XCln, X2On,XClm,X2Om. -Tỉ số giữa thành phần % của clo trong cỏc clorua :

, , , , =1,0991 ( + 35,5 ) ( + 35,5 ) =1,0991 1,099(nX+35,5mn)= mX+35,5nm X(1,099n-m)= -3,5145nm (1) -Tỉ số thành phần % oxi trong cỏc oxit :

=1,2911 ( + 8 ) ( + 8 ) = 1 1,291 1,291(nX+8mn) = mX +8mn X(1,291n-m)= -2,328mn (2) Từ (1) và (2) : 1,099 − 1,291 − = 3,5145 2,328 2,328(1,099n-m) = 3,5145(1,291n-m) 1,9787n= 1,1865m m= 1,667n = (5/3)n Vỡ n,m nguyờn và n, m < 7 →n= 3 và m= 5 →X= 31→X là P. →Cụng thức cỏc hợp chất là PCl3, P2O3, PCl5, P2O5.

Bài 2:Hai nguyờn tố M, X cựng thuộc 1chu kỡ, đều thuộc nhúm A

Tổng số proton của M và X là 28

Hợp chất của M và X với Hiđro đều cú cựng số nguyờn tử hiđro trong phõn tử. Biết khối lượng của M nhỏ hơn khối lượng nguyờn tử của X.

a) Hóy cho biết trạng thỏi vật lớ cỏc hợp chất của M và X với hiđro.

b) Cho biết húa trị cao nhất của M với oxi là m. Viết cụng thức oxit và hiđroxit cú húa trị cao nhất của M và X, cụng thức tạo bởi hai oxit này.

c) Xỏc định M và X, biết hợp chất Y tạo bởi oxit trờn cú % khối lượng oxi trong phõn tử là 53,33% và % của một trong hai nguyờn tố M, X trong Y là 20%.

Bài giải:

a) Theo đề bài: M, X cựng thuộc 1chu kỡ, đều thuộc nhúm A. ZM+ ZX= 28→ ̅=14→ ZM< 14

Và hợp chất của M và X với Hidro đều cú cựng số nguyờn tử hidro trong phõn tử.

→M là kim loại, X là phi kim, đối xứng nhau qua nhúm IVA. Hợp chất với hiđro là:MHm:

Chất rắn;HmX: Chất khớ.

b) Oxit và hiđroxit M:M2Om;M(OH)m; của X:X2Ox;HmXO4

c)% của nguyờn tố cũn lại = 100− (53,33+20 ) = 26,67 vỡ M < X M:20% X:26,67% O:53,33% Trong MXO4: hay : 20 :53.3316 = 1: 4  M= 24→M làMg Tương tự ta được X= 32 → X làS Hợp chất:MgSO4

Bài 3:Tỉ lệ khối lượng phõn tử giữa hợp chất khớ với hidro của nguyờn tố R so với oxit cao

nhất của nú là 17 :40. Hóy biện luận xỏc định nguyờn tố R. Bài giải:

Gọi n là húa trị của R đối với hidro thỡ (8-n) là húa trị cao nhất của R đối với oxi, và hợp chất khớ với hidro của R là RHn

Cú 2 khả năng xảy ra đối với oxit cao nhất của R :

 (8-n) là một số lẻ

cụng thức oxit cao nhất của R là R2O(8-n)

Ta cú : + 2 + 16(8 − )= 17 40 40 (R+n) = 34R + 272 (8-n) Suy ra : =2176 − 3126 Xột bảng sau,chỳ ý (8-n) là một số lẻ nờn n phải lẻ N 1 3 5 7 R 310 258 102,6 õm

Khụng cú giỏ trị nào phự hợp (loại).

Cụng thức oxit cao nhất của R là RO(8-n)/2 Ta cú : + + 8(8 − )= 17 40 40R + 40n = 17R + 136(8-n) Suy ra : =1088 − 17623 Xột bảng sau, với chỳ ý n là số chẵn: N 2 4 6 R 32 16,7 1,4

Chỉ cú n=2 ứng với R=32 (lưu huỳnh) là phự hợp Vậy R là lưu huỳnh.

Bài 4: Hũa tan hoàn toàn 2,73g một kim loại kiềm vào nước thu được một dung dịch cú

khối lượng lớn hơn so với lượng nước đó dựng là 2,66g. Xỏc định tờn kim loại. Bài giải:

Giả sử lượng nước đó dựng là a gam, như vậy: 2,73g kim loại + a g nước= mdd+ mH2

Suy ra : mdd– a g nước=2,73 –mH2 2,66 =2,73 –mH2 mH2= 0,07g hay 0,035 mol H2 Phản ứng xảy ra M + H2O = MOH + ẵ H2 0,07mol 0.035mol

Phõn tử lượng của kim loại M = 2,73/0,07=39

M là Kali.

Bài 5:Một hợp chất AB2cú tổng số hạt ( p, n, e) bằng 106, trong đú số hạt mang điện nhiều

hơn số hạt khụng mang điện là 34. Tổng số hạt ( p, n, e) trong nguyờn tử A nhiều hơn trong nguyờn tử B cũng là 34. Số khối của A lớn hơn số khối của B là 23. Xỏc định tờn hợp chất?

A cú số proton=số electron= ZA,và số notron= NA B cú số proton=số electron= ZB, và số notron= NB Theo đề bài ta cú :

(2ZA+ NA) +2*(2ZB+ NB)= 106 (1) (2ZA+ 2*2ZB)- (NA+ 2NB)= 34 (2) (2ZA+ NA) - (2ZB+ NB)= 34 (3) (ZA+ NA) - (ZB+ NB)= 23 (4)

Từ (1) và (2) ta giải được : 2ZA+ 4ZB= 70 ( 5) NA+ 2NB= 36 (6) Từ (3) và (4) ta giải được : ZA- ZB=11 (7)

NA- NB= 12 (8) Từ (5) và (7) ta giải được ZA= 19, ZB=8 Vậy hợp chất là KO2: Kalisupeoxit

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