Dạng 2: Mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí, cấu tạo - Chuyên đề Hóa 10
A. Phương pháp & Ví dụ
Lý thuyết và Phương pháp giải
Những kiến thức cần nhớ:
- Số thứ tự ô nguyên tố = tổng số e của nguyên tử.
- Số thứ tự chu kì = số lớp e.
- Số thứ tự nhóm:
+ Nếu cấu hình electron lớp ngoài cùng có dạng nsanpb (a = 1 → 2 và b = 0 → 6): Nguyên tố thuộc nhóm (a + b)A.
+ Nếu cấu hình electron kết thúc ở dạng (n - 1)dxnsy(x = 1 → 10; y = 1 → 2): Nguyên tố thuộc nhóm B:
* Nhóm (x + y)B nếu 3 ≤ (x + y) ≤ 7.
* Nhóm VIIIB nếu 8 ≤ (x + y) ≤ 10.
* Nhóm (x + y - 10)B nếu 10 < (x + y).
Ví dụ minh họa
Ví dụ 1. Xác định vị trí (số thứ tự, chu kỳ, nhóm, phân nhóm) các nguyên tố sau đây trong bảng tuần hoàn, cho biết cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố đó như sau:
1.1s22s22p63s23p64s2
2.1s22s22p63s23p63d54s2
Bài giải:
1. Tổng số e nguyên tử = 2+2+6+2+6+2 = 20
=> Số thứ tự 20, chu kì 4, nhóm IIA.
2. Tương tự, có số e nguyên tử = 25 => Số thứ tự 25, chu kì 4, nhóm VIIB.
Ví dụ 2. Giả sử nguyên tố M ở ô số 19 trong bảng tuần hoàn chưa được tìm ra và ô này vẫn còn được bỏ trống. Hãy dự đoán những đặc điểm sau về nguyên tố đó:
a. Tính chất đặc trưng.
b. Công thức oxit. Oxit đó là oxit axit hay oxit bazơ?
Bài giải:
a, Cấu hình electron của nguyên tố đó là: 1s22s22p63s23p64s1
⇒ Electron lớp ngoài cùng là 1 nên tính chất đặc trưng của M là tính kim loại.
b, Nguyên tố đó nằm ở nhóm IA nên công thức oxit là M2O => Đây là một oxit bazơ.
Ví dụ 3. Ion M3+có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s23p63d5.
a, Xác định vị trí (gồm: số thứ tự, chu kỳ, nhóm) của M trong bảng tuần hoàn. Xác định kim loại M?
b, Trong điều kiện không có không khí, cho M cháy trong khí clo thu được một chất A và nung hỗn hợp bột (M và S) được một hợp chất B. Bằng các phản ứng hóa học, hãy nhận biết thành phần và hóa trị của các nguyên tố trong A và B.
Bài giải:
a, Tổng số e của nguyên tử M là 26 => M có số thứ tự 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.
Vậy M là sắt (Fe).
b, Fe cháy trong khí clo, phương trình phản ứng như sau:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Hòa tan sản phẩm vào nước thu được dung dịch. Lấy vài ml dung dịch cho tác dụng với AgNO3, thấy xuất hiện kết tủa trắng chứng tỏ có gốc clorua.
PTPƯ:
FeCl3 + 3AgNO3 → Fe (NO3) 3 + 3AgCl
Lặp lại thí nghiệm với dung dịch NaOH, có kết tủa nâu đỏ chứng tỏ đó là: Fe (III):
FeCl3 + 3NaOH → Fe (OH) 3 + 3NaCl
- Nung hỗn hợp bột Fe và bột S:
Fe + S → FeS
Cho B vào dung dịch H2SO4 loãng, có khí mùi trứng thối bay ra chứng tỏ có gốc sunfua:
FeS + H2 SO4 → FeSO4 + H2S (trứng thối)
Nhỏ dung dịch NaOH vào dung dịch thu được, có kết tủa trắng xanh chứng tỏ có Fe (II):
FeSO4 + 2NaOH → Na2 SO4 + Fe (OH) 2 (trắng xanh)
Ví dụ 4. Ở trạng thái cơ bản, cấu hình e lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 3s2. Xác định số hiệu nguyên tử của nguyên tố X.
A. 12.
B. 13.
C. 11.
D. 14.
Bài giải:
Ở trạng thái cơ bản, cấu hình e lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 3s2
Ta có, cấu hình e của X là: 1s22s22p63s2
X có 12 e nên có 12 p => Số hiệu nguyên tử của nguyên tố X là 12.
⇒ Đáp án đúng là: A.
Ví dụ 5. Cho biết tổng số e trong anion AB32-là 42. Trong các hạt nhân A và B đều có số proton bằng số nơtron.
a. Tìm số khối của A và B
b. Cho biết vị trí của A, B trong bảng tuần hoàn.
Bài giải:
a. Gọi số hạt proton của A là P và của B là P’, ta có:
P + 3P’ = 42 - 2.
Ta thấy: 3P’ < P + 3P’ = 40 => P’ < 30/3 = 13,3.
Do B tạo được anion nên B là phi kim.
Mặt khác P’ < 13,3 nên B chỉ có thể là nitơ, oxi hay flo.
Nếu B là nitơ (P’ = 7) → P = 19 (K). Anion là KN32- -: loại
Nếu B là oxi (P’ = 8) → P = 16 (S). Anion là SO32- -: thỏa mãn
Nếu B là flo (P’ = 9) → P = 13 (Al). Anion là AF32- -: loại
Vậy A là lưu huỳnh, B là oxi.
b. O (P’ = 8): 1s22s22p4 ⇒ ô số 8, chu kỳ 2, nhóm VIA.
S (P = 16): 1s22s22p63s23p4 ⇒ Ô số 16, chu kỳ 3, nhóm VIA.
Ví dụ 6. Nguyên tử R tạo được Cation R+. Cấu hình e của R+ở trạng thái cơ bản là 3p6. Tổng số hạt mang điện trong R là.
A. 18
B. 22
C. 38
D. 19
Bài giải:
Cấu hình của R+ là 3p6
⇒ R sẽ là 3p64s1
⇒ Cấu hình đầy đủ của R là: 1s22s22p63s23p64s1
⇒ Tổng hạt mang điện trong R là (p + e) = 38
⇒ Đáp án đúng là: C.
Ví dụ 7. Một hợp chất có công thức XY2 trong đó X chiếm 50% về khối lượng. Trong hạt nhân của X và Y đều có số proton bằng số notron. Tổng số proton trong phân tử XY2 là 32.
a. Viết cấu hình e của X và Y.
b. Xác định vị trí của X và Y trong bảng tuần hoàn.
Bài giải:
a. Gọi số hạt proton, nơtron, electron của nguyên tử X là P, N, E và của Y là P’, N’, E’.
Theo bài ra ta có: P = N = E và P’ = N’ = E’ ⇒ Mx = 2P, My = 2P’
Trong hợp chất XY2, X chiếm 50% về khối lượng
=> Mx / (2. My) = 50/50 = 1
⇒ 2P /2.2P’ = 1
⇒ P = 2P’.
Tổng số proton trong phân tử XY2 là 32 => P + 2P’ = 32.
⇒ P = 16 (S) và P’ = 8 (O)
⇒ Hợp chất cần tìm là SO2.
Cấu hình e của S là: 1s22s22p63s23p4 và của O: 1s22s22p4
b. Lưu huỳnh ở ô số 16, chu kỳ 3, nhóm VIA.
Oxi ở ô số 8, chu kỳ 2, nhóm VIA.
Ví dụ 8. Cho biết cấu hình e lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố (thuộc chu kỳ 3) A, M, X lần lượt là ns1, ns2np1, ns2np5. Xác định vị trí của A, M, X trong bảng tuần hoàn và gọi tên của chúng.
Bài giải:
A, M, X thuộc chu kỳ 3 nên n = 3.
Cấu hình e, vị trí và tên nguyên tố như sau:
A: 1s22s22p63s1(ô số 11, nhóm IA), A là kim loại Na.
M: 1s22s22p63s23p1(ô số 13, nhóm IIIA), M là kim loại Al.
X: 1s22s22p63s23p5(ô số 17, nhóm VIIA), X là phi kim Cl.
B. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1. Cho các nguyên tố có cấu hình e như sau:
1s22s22p2, 1s22s22p5, 1s22s22p63s23p6, 1s22s22p63s1
a) Xác định số electron hóa trị của từng nguyên tử.
b) Xác định vị trí của các nguyên tố trên (chu kì, nhóm, phân nhóm trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học).
a) Xác định số electron hóa trị:
1s22s22p2: có 4 electron hóa trị.
1s22s22p5: có 7 electron hóa trị.
1s22s22p63s23p6: có 8 electron hóa trị.
1s22s22p63s1: có 1 electron hóa trị.
b) Xác định vị trí của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn:
1s22s22p2: Nguyên tố thuộc chu kì 2, nhóm IVA
1s22s22p5: Nguyên tố thuộc chu kì 2, nhóm VIIA
1s22s22p63s23p6: Nguyên tố thuộc chu kì 3, nhóm VIIIA
1s22s22p63s1: Nguyên tố thuộc chu kì 3, nhóm IA
Câu 2. Cho các hạt vi mô X+, Y-, Z2- và Q có cấu hình e như sau: ls22s22p6. Xác định vị trí các nguyên tố X, Y, Z và Q trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
- Nguyên tố Q cấu hình electron: ls22s22p6 nên Z = 10 là nguyên tố khí hiếm thuộc ô thứ 10, chu kì 2 nhóm VIIIA.
- Cation X+ hình thành do: X → X+ + 1e nên Z = 11; X có cấu electron: ls22s22p63s1. Vậy X ở ô thứ 11, chu kì 3 nhóm IA.
- Anion Y- hình thành do: Y + 1e → Y- nên Z = 9; Y có cấu hình electron: ls22s22p6. Vậy Y ở ô thứ 9, chu kì 2 nhóm VIIA.
- Anion Z2- hình thành do: Z + 2e → Z2- nên Z = 8. Z có cấu hình electron: ls22s22p4. Vậy Z ở ô thứ 8, chukì 2 nhóm VIA.
Câu 3. 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 nhiên e ở lớp ngoài cùng?
b. Các e ngoài cùng nằm ở lớp thứ mấy?
c. Viết cấu hình e nguyên tử của nguyên tố trên?
a) Vì nguyên tố đó thuộc nhóm VA nên nguyên tố có 5 electron ở lớp ngoài cùng.
b) Vì nguyên tố đã cho thuộc chu kì 2 nên các electron ngoài cùng nằm ở lớp thứ hai.
c) Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố trên: 1s22s22p3
Câu 4. Xác định vị trí của nguyên tố có Z = 20 và nguyên tố có Z = 29.
- Với nguyên tố có Z = 20 thì cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s2 trong bảng tuần hoàn nguyên tố đó ở
+) Ô thứ 20.
+) Chu kì 4: vì có 4 lớp electron.
+) Nhóm IIA vì có 2 electron cuối cùng chiếm obitan 4s2 ở lớp ngoài cùng.
- Với nguyên tố có Z = 29 thì cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s1 trong bảng tuần hoàn nguyên tố đó ở.
+) Ô thứ 29.
+) Chu kì 4 vì có 4 lớp electron.
+) Nhóm IB vì có electron ứng với mức năng lượng cao nhất chiếm obitan 3d; tổng số electron ở (n - l)d và ns là 11 nên thuộc nhóm 11 - 10 = 1.
Câu 5. Biết nguyên tố R thuộc chu kì 2 nhóm VA của bảng tuần hoàn. Hãy viết cấu hình electron của nguyên tử R.
R thuộc chu kì 2 ⇒ Có 2 lớp electron.
R thuộc nhóm VA ⇒ Có 5 electron lớp ngoài cùng
⇒ Cấu hình electron của R: ls32s22p3.
Câu 6. Cho một số nguyên tố có cấu hình electron nguyên tử như sau:
1s22s22p4; 1s22s22p3;
1s22s22p63s23p1; 1s22s22p63s23p5.
a) Hãy xác định số electron hóa trị của từng nguyên tố.
b) Hãy xác định vị trí của chúng (chu kì, nhóm) trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
a) số electron hóa trị của từng nguyên tố:
+) 1s2 2s2 2p4: Có 6 electron hóa trị.
+) 1s2 2s2 2p3: Có 5 electron hóa tri
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1: Có 3 electron hóa trị
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5: Có 7 electron hóa trị
b) Ví trí (chu kỳ, nhóm) cửa các nguyên tố:
Dựa vào cấu hình electron của nguyên tử cho biết:
Số lớp electron suy ra số thứ tự của chu kì.
Các electron lớp ngoài cùng là electron s và electron p nên chúng đều là nguyên tố p, do vậy chúng thuộc nhóm A, vì thế số electron ngoài cùng cho biết số thứ tự của nhóm.
+) 1s2 2s2 2p4: Thuộc chu kì 2, nhóm VIA.
+) 1s2 2s2 2p3: Thuộc chu kì 2, nhóm VA.
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1: Thuộc chu kì, nhóm IIIA
+) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5: Thuộc chu kì 3, nhóm VIIA
Câu 7. Nguyên tử X, anion Y-, cation Z- đều có cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 4s24p6. Xác định vị trí (chu kì, nhóm) và tính chất (phi kim hay kim loại) của X, Y, Z trong bảng hệ thống tuần hoàn.
Từ cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 4s24p6 suy ra cấu hình electron đầy đủ là: ls22s22p63s23p63d104s24p6.
+) Nguyên tố X: ls22s22p63s23p63d104s24p6.
Thuộc chu kì 4, nhóm VIIIA; có 8e lớp ngoài cùng X là khí hiếm.
+) Nguyên tố Y: Từ Y + 1e = Y-
Nên cấu hình của Y là: ls22p22p63s23p63d104s24p6, thuộc chu kì 4, nhóm VIIA; có 7e lớp ngoài cùng ⇒ Y là phi kim.
+) Nguyên tố Z: Từ z = z+ + le
Nên cấu hình của z là: 1s22s22p63s23p63d104s24p65s1, thuộc chu kì 5, nhóm IA; có 1e lớp ngoài cùng z là kim loại.
Câu 8. Cation (ion dương) X+ có cấu hình e ở phân lớp ngoài cùng là 2p6.
a) Viết cấu hình e và sự phân bố electron theo obitan của nguyên tố X.
b) Xác định vị trí của X.
a) Cấu hình electron và sự phân bố electron vào obitan.
Vì cation X+ là do nguyên tử X mất đi 1 electron nên cấu hình electron của X: 1s22s22p62s2 3s1 và sự phân bố các obitan như sau:
b) X thuộc chu kì 3 vì có 3 lớp electron.
X thuộc nhóm IA vì có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
X thuộc ô 11 vì có tổng điện tích 11.