Các phương pháp giải các dạng bài tập cơ bản

8. Những đóng góp mới của đề tài

2.2. Các phương pháp giải các dạng bài tập cơ bản

Dạng 1: Xác định một nguyên tố dựa vào các loại hạt trong nguyên tử của nguyên tố đó

Phương pháp: Nguyên tử của mỗi nguyên tố có một số Z đặc trưng nên để xác định nguyên tố ta cần xác định Z thông qua việc lập và giải phương trình về số hạt.

Cần nhớ:

- Trong nguyên tử: số proton trong hạt nhân = số electron trong phần vỏ nguyên tử: P = E = Z.

- Tổng số hạt trong nguyên tử S = P + E + N = 2Z + N. Trong đó: Số hạt mang điện là: P + E = 2Z

Và số hạt không mang điện là: N - Thông thường: Nếu Z ≤ 20 thì Z ≤ N ≤ 1,2Z hay 3S,2 ≤ Z ≤ 3 S Nếu Z ≤ 82 thì Z ≤ N ≤ 1,5 hay 5 , 3 S ≤ Z ≤ 3 S

Ví dụ 1: Cho nguyên tử X có tổng số hạt là 34 trong đó số hạt mang điện gấp 1,8333 lần số hạt không mang điện. Tìm điện tích hạt nhân và số khối của X ?

Bài giải:

Ta có tổng số hạt trong nguyên tử: P + N + E = 34. Mà P = E = Z ⇒ 2Z + N = 34

Mặt khác số hạt mang điện gấp 1,8333 lần số hạt không mang điện nên: 2Z = 1,8333N ⇒ 1,8333N + N = 34 ⇒ N = 12 ⇒ Z = 11

Vậy X có Z = 11 nên điện tích hạt nhân là 11+ Số khối của X: A = Z + N = 23

Ví dụ 2: Một nguyên tố A có tổng số hạt proton, nơtron, eletron là 52. Tìm nguyên tố A?

Bài giải:

Ta có 2Z + N = 52

Do bài toán có 2 ẩn nhưng chỉ có 1 dữ kiện để lập phương trình nên nên ta sử dụng thêm giới hạn: 1 ≤ Z N ≤ 1,222 hay 3,52222 ≤ Z ≤ 3 52 ⇒ 16,1 ≤ Z ≤ 17,3 Chọn Z = 17 ⇒ N = 18 ⇒ A = 35 (Nguyên tố Clo) Kí hiệu nguyên tử A: 35Cl 17

Dạng 2. Bài tập về đồng vị

- Xác định nguyên tử khối trung bình M khi biết thành phần của các đồng vị và ngược lại

- Xác định số khối của các đồng vị khi biết M và thành phần của các đồng vị

Phương pháp:

Áp dụng công thức tính nguyên tử khối (NTK) trung bình

M = xn x x xn Mn x M x M + + + + + + ... 2 1 . ... 2 . 2 1 . 1

Với: M1, M2,…, Mn: là nguyên tử khối (hay số khối) của các đồng vị.

x1, x2,…, xn là số nguyên tử hay thành phần số nguyên tử của các đồng vị.

Ví dụ 1: Nguyên tố clo có 2 đồng vị bền 35Cl

17 chiếm 75,77% và 37Cl

17 chiếm 24,23%. Tính nguyên tử khối trung bình của clo?

Bài giải:

Nguyên tử khối trung bình của clo là ACl= 35 100 77 , 75 + 37 100 23 , 24 Ví dụ 2: Một nguyên tố X gồm hai đồng vị là X1 và X2. Đồng vị X1 có tổng số hạt là 18. Đồng vị X2 có tổng số hạt là 20. Biết rằng % các đồng vị trong X bằng nhau và các loại hạt trong X1 cũng bằng nhau. Xác định nguyên tử khối trung bình của X?

Bài giải:

Các hạt trong đồng vị X1 là bằng nhau nên: P = N= E = 3 18 = 6 ⇒ Số khối của đồng vị X1 là 12 ⇒ Số khối của đồng vị X2 là 20 - 6 = 14 ⇒ M = 100 50 . 14 50 . 12 + = 13.

Dạng 3. Bài tập về kích thước, khối lượng riêng, bán kính nguyên tử

Cần nhớ:

- 1u = 1,6605. 10-27 kg - 1 A0

= 10-8 cm = 10-10 m

- Nguyên tử có dạng hình cầu nên Vnguyên tử = 3 4 πR3

(với R là bán kính nguyên tử)

- 1 mol nguyên tử chứa N = 6,02. 1023 nguyên tử

- Do me bé hơn nhiều so với mp, mn nên khối lượng nguyên tử chủ yếu tập trung ở hạt nhân.

Ví dụ 1: Nguyên tử khối của neon là 20,179đvC. Hãy tính khối lượng của một nguyên tử neon theo kg?

Bài giải:

Khối lượng của một nguyên tử neon theo kg M = 20,179. 1,6605. 10-27 kg ≈33,498. 10-27 kg

Ví dụ 2: Nguyên tử Fe ở 200C có khối lượng riêng là 7,87g/cm3, Fe là những hình cầu chiếm 75% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe rỗng giữa các quả cầu. Cho khối lượng nguyên tử của Fe là 55,847. Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Fe?

Bài giải:

Ta có thể tích 1 mol của nguyên tử Fe: V = 557,,87847 = 7,096 (cm3) Vậy thể tích của một nguyên tử sắt là:

V = 23 10 . 6 096 , 7 . 100 75 = 0,887. 10-23 = 8,87. 10-24 (cm3) Mà ta có: Vnguyên tử Fe = 3 4 πR3 Bán kính nguyên tử gần đúng của Fe R = 3 . 4 3 π V = 3 24 14 , 3 10 . 87 , 8 . 4 3 − = 1,2843. 10−8 (cm) = 1,2843 (A0)

Ví dụ 3: Cho nguyên tử kali có 19 proton, 20 nơtron và 19 electron. a) Tính khối lượng tuyệt đối của một nguyên tử K?

b) Tính số nguyên tử K có trong 0,975 gam kali? Bài giải :

a) Khối lượng 19p:

1,6726.10-27 kg. 19 = 31,794.10-27 kg Khối lượng 19e:

Khối lượng 20n:

1,6748.10-27 kg. 20 = 33,496.10-27 kg Khối lượng tuyệt đối của 1 nguyên tử K là:

31,7794.10-27 + 0,0173.10-27 + 33,496.10-27 = 65,2927.10-27 kg b) Số mol kali: nK = 39 975 , 0 = 0,025 (mol)

Số nguyên tử kali = 0,025. 6. 1023 = 0,15.1023 (nguyên tử).

Dạng 4: Bài tập về cấu hình electron nguyên tử và ion tương ứng. Mối quan hệ giữa cấu hình electron và tính chất của nguyên tử

Phương pháp:

- Nắm kỹ cách viết cấu hình electron nguyên tử dựa vào nguyên lý vững bền; Nguyên lý Pauli và quy tắc Hund.

- Dựa vào số electron ở lớp ngoài cùng để suy ra tính chất của nguyên tố hóa học.

Lưu ý:

- Dạng (n-1)d4ns2 chuyển thành (n - 1)d5ns1 (n-1)d9ns2 chuyển thành (n - 1)d10ns1

- Căn cứ vào số electron ở lớp ngoài cùng để xác định tính chất nguyên tố (là kim loại, phi kim hay khí hiếm).

* Khi nguyên tử kim loại nhường electron trở thành cation thì ưu tiên eletron ở lớp ngoài cùng nhường.

* Sơ đồ hình thành ion từ nguyên tử:

M → Mn+ + ne X + me → Xm-

Ví dụ 1: Hãy viết cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 20,

Z = 21, Z = 22, Z = 24, Z = 29 và cho nhận xét cấu hình electron của các nguyên tử đó khác nhau thế nào?

Bài giải:

Cấu hình electron:

Z = 20: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Z = 21: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 4s2

Z = 22: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 Z = 24: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 Z = 29: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 Nhận xét:

Cấu hình Z = 20 khác với cấu hình còn lại ở chỗ không có phân lớp 3d. Cấu hình Z = 24, Z = 29 có 1 electron ở phân lớp 4s (phân lớp 4s chưa bão hòa nhưng đã có electron điền vào 3d).

Ví dụ 2: Nguyên tử Fe có Z = 26. Hãy viết cấu hình electron của Fe. Nếu nguyên tử Fe bị mất hai electron, mất ba electron thì các cấu hình electron tương ứng sẽ như thế nào?

Bài giải:

Fe (Z = 26): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 - Fe mất 2e biến thành ion Fe2+

Cấu hình electron của ion Fe2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 - Fe mất 3e biến thành ion Fe3+

Cấu hình electron của ion Fe3+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

Dạng 5: Xác định số công thức phân tử hợp chất tạo nên từ các đồng vị của các loại nguyên tố

Phương pháp: Khi viết công thức phân tử các hợp chất, ta cố định đồng vị của một loại nguyên tố (A), cho kết hợp với các đồng vị của nguyên tố khác, giả sử được n công thức phân tử.

Như vậy nếu nguyên tố (A) có x đồng vị thì suy ra có n.x công thức phân tử hợp chất.

Ví dụ 1: Trong tự nhiên oxi có 3 đồng vị 16O

8 , 17O

8 , 18O

8 Cacbon có 2 đồng vị là 12C

6 , 13C

6 . Hỏi có thể tạo thành bao nhiêu phân tử khí CO2? Tính phân tử khối của chúng (lấy giá trị NTK) bằng số khối.

Bài giải: Kí hiệu đồng vị 12C là C và đồng vị 13C là C’. Kí hiệu đồng vị 16O là O; 17O là O’ và 18O là O’’. Với 12C

Sau đó tương tự ta thay 12C

bằng 13C

ta được 6 phân tử ⇒ Có 12 loại phân tử CO2 và phân tử khối như sau:

CO2 C’O2 CO’2 C’O’2 CO’’2 C’O’’2 COO’ 44 45 46 47 48 49 45 C’O’’ C’OO’ C’OO’’ CO’O’’ C’O’O’’ 46 46 47 47 48

Dạng 6: Từ cấu hình electron nguyên tử suy ra vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn và ngược lại, từ vị trí suy ra cấu hình electron

Phương pháp: Viết đúng cấu hình electron, từ đó suy ra vị trí của 1 nguyên tố theo 3 ý:

- Số thứ tự ô nguyên tố = Z (tức cũng bằng số proton trong hạt nhân và bằng số electron ở phần vỏ)

- Số thứ tự của chu kì = số lớp electron - Nhóm

* Nếu electron cuối cùng điền vào phân lớp s hoặc p thì thuộc nhóm A. Lúc đó: Số thứ tự của nhóm A = số electron ở lớp ngoài cùng (đó cũng là số electron hóa trị)

* Nếu electron cuối cùng điền vào phân lớp d hoặc f thì thuộc nhóm B. Lúc đó: Số thứ tự của nhóm B = số electron ở lớp ngoài cùng cộng với số electron ở phân lớp d chưa bão hòa sát lớp ngoài cùng (đó cũng là số electron hóa trị).

Ví dụ 1: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố selen

(Z = 34), kripton (Z = 36) và xác định vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn.

Bài giải:

Se (Z = 34): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4 Ô nguyên tố: 34

Có 4 lớp electron nên tuộc chu kì 4.

Có electron cuối cùng điền vào phân lớp p nên thuộc nhóm A, đồng thời có 6 electron ở lớp ngoài cùng nên thuộc nhóm VIA

Ô nguyên tố: 36

Có 4 lớp electron nên thuộc chu kì 4

Có electron cuối cùng điền vào phân lớp p nên thuộc nhóm A, đồng thời có 8 electron ở lớp ngoài cùng nên thuộc nhóm VIIIA

Ví dụ 2: Một nguyên tố ở chu kì 2, nhóm VA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Hỏi:

a. Nguyên tử của nguyên tố đó có bao nhiêu electron ở lớp ngoài cùng? b. Các electron ngoài cùng nằm ở lớp thứ mấy?

c. Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố trên. Bài giải :

a. Vì thuộc nhóm VA nên nguyên tố có 5 electron ở lớp ngoài cùng. b. Vì thuộc chu kì 2 nên các electron ngoài cùng nằm ở lớp thứ hai c. Cấu hình electron: 1s2 2s2 2p3

Dạng 7: Xác định tính chất của các nguyên tố và công thức hợp chất dựa vào đặc điểm lớp electron ngoài cùng hoặc dựa vào vị trí trong bảng tuần hoàn

Phương pháp: Dựa vào số electron ở lớp electron ngoài cùng - Lớp electron ngoài cùng có 1; 2; 3e: ⇒ Kim loại (trừ H, He, B) - Lớp electron ngoài cùng có 5; 6; 7e: ⇒ Phi kim

- Lớp electron ngoài cùng có 8e: ⇒ Khí hiếm

- Lớp electron ngoài cùng có 4e: ⇒ C và Si là phi kim; còn lại là kim loại. Các nguyên tố còn lại (như Sn, Pb,…) là kim loại.

Nhóm

Hợp chất IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

Oxit cao nhất R2O RO R2O3 RO2 R2O5 RO3 R2O7

Hợp chất với hidro RH RH2 RH3 RH4 RH3 RH2 RH

Ví dụ 1:

a. Nguyên tố clo thuộc chu kì 3 và nhóm VIIA, hãy cho biết đặc điểm về cấu hình electron nguyên tử và tính chất hóa học cơ bản của clo?

b. Nguyên tố natri thuộc chu kì 3 và nhóm IA, hãy cho biết đặc điểm về cấu hình electron nguyên tử và tính chất hóa học cơ bản của natri?

Bài giải:

* Cấu hình electron nguyên tử của clo: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 - Tính chất hóa học cơ bản:

+ Là phi kim điển hình.

+ Hóa trị cao nhất với oxi là 7; công thức oxit cao nhất: Cl2O7. + Hóa trị với hidro là 1; Công thức hợp chất khí với hidro: HCl. + Oxit Cl2O7 là oxit axit. Axit HClO4 là axit mạnh.

* Cấu hình electron nguyên tử của natri: 1s2 2s2 2p6 3s1 - Tính chất hóa học cơ bản:

+ Là phi kim điển hình.

+ Hóa trị cao nhất với oxi là 1: Công thức oxit cao nhất: Na2O. + Công thức hợp chất hidroxit: NaOH.

+ Oxit và hidroxit có tính bazơ mạnh.

Ví dụ 2: Hai nguyên tố A, B đứng kế tiếp nhau trong cùng một chu kì của bảng tuần hoàn các nguyên tố và có tổng số điện tích hạt nhân là 25.

a. Xác định số hiệu của A, B

b. Viết cấu hình electron nguyên tử A, B và cho biết vị trí A, B trong bảng tuần hoàn.

c. So sánh tính chất hóa học. Bài giải:

a. Gọi điện tích hạt nhân của A và B lần lượt là ZA, ZB Ta có: ZB = ZA + 1 (1)

ZA + ZB = 25 (2)

Giải (1) và (2) ta được ZA = 12 và ZB = 13 Vậy số hiệu của A là 12 và B là 13

b. Cấu hình electron:

A (Z = 12): 1s2 2s2 2p6 3s2: Nguyên tố A thuộc chu kì 3, nhóm IIA. B (Z = 13): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1: Nguyên tố B thuộc chu kì 3, nhóm IIIA.

Dạng 8. Xác định một nguyên tố khi biết thành phần nguyên tố đó trong công thức hợp chất oxit, hidroxit, hợp chất với hidro

Phương pháp: Xác định nguyên tử khối (NTK) M

Ví dụ 1: Hợp chất khí với hidro của một nguyên tố là RH4. Oxit cao nhất của nó chứa 53,3% oxi về khối lượng. Tìm nguyên tử khối của nguyên tố đó?

Bài giải:

Hợp chất khí với hidro của một nguyên tố là RH4, theo bảng tuần hoàn suy ra công thức oxit cao nhất của nó là RO2. Trong phân tử RO2 có 53,3% oxi về khối lượng, nên R có 100 - 53,3 = 46,7% về khối lượng.

Trong phân tử RO2 có: 53,3% O là 32 phần khối lượng, 46,7% R là R phần khối lượng.

R = 3253.46,3,7 ≈ 28. Nguyên tử khối của R = 28. Vậy R là Si.

Công thức oxit cao nhất là SiO2 và hợp chất với hidro là SiH4.

Ví dụ 2: Oxit cao nhất của một nguyên tố ứng với công thức R2O5. Hợp chất của nó với hidro là một chất có thành phần không đổi với R chiếm 82,35% và H chiếm 17,65% về khối lượng. Tìm nguyên tố R.

Bài giải:

Nguyên tố có oxit cao nhất là R2O5 vậy nó ở nhóm VA, hợp chất với hirdo có dạng RH3. H R M M 3 = 10082−,8235,35 ⇒ MR = 14. Đó là nguyên tố N.

Dạng 9. Xác định hai nguyên tố thuộc hai chu kỳ liên tiếp của cùng một nhóm A thông qua nguyên tử khối trung bình (___

M )

Phương pháp: Do 2 nguyên tố thuộc cùng một nhóm nên tính chất tương tự nhau, vì vậy ta thay hỗn hợp bằng một công thức chung, sau đó tìm M___rồi chọn hai nguyên tố thuộc chu kì của cùng nhóm sao cho:

MA < ___M < MB (giả sử MA < MB).

Ví dụ 1: Cho 8,8 gam một hỗn hợp hai kim loại nằm ở hai chu kì liên tiếp nhau và thuộc nhóm IIIA, tác dụng với HCl dư thì thu được 6,72 lít khí hidro ở điều kiện chuẩn. Dựa vào bảng tuần hoàn cho biết tên của hai kim loại đó.

Bài giải:

Kí hiệu hai kim loại nhóm IIIA là M, nguyên tử khối trung bình là ___M . Phương trình hóa học có dạng: 2M + 6HCl → 2MCl3 + 3H2 nH2 = 226,72,4 = 0,3 (mol) nM = 3 2 nH2 = 3 2 .0,3 = 0,2 (mol)

Theo đầu bài: ___M . 0,2 = 8,8 ⇒ ___

M = 44.

Hai kim loại thuộc hai chu kì liên tiếp, một kim loại có nguyên tử khối nhỏ hơn 44 và một kim loại có nguyên tử khối lớn hơn 44.

Dựa vào bảng tuần hoàn hai kim loại đó là Al (M = 27 < 44) và Ga (M = 69,72 > 44).

Dạng 10. Xác định hai nguyên tố thuộc hai nhóm A iên tiếp thông qua số đơn vị điện tích hạt nhân trung bình___