Các dạng bài toán Mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí, cấu tạo | Lý thuyết, công thức, các dạng bài tập và cách giải

Các dạng bài toán Mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí, cấu tạo

A. Phương pháp & Ví dụ

Lý thuyết và Phương pháp giải

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 e lớp ngoài cùng có dạng ns^anp^b (a = 1 → 2 và b = 0 → 6): Nguyên tố thuộc nhóm (a + b)A.

   + Nếu cấu hình e kết thúc ở dạng (n - 1)d^xns^y(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

Lời giải:

1. Số thứ tự 20, chu kì 4, nhóm IIA.

2. 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?

Lời 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 (số thứ tự, chu kỳ, nhóm) của M trong bảng tuần hoàn. Cho biết M là kim loại gì?

   b, Trong điều kiện không có không khí, cho M cháy trong khí Cl₂ 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.

Lời giải:

   a, Tổng số electron của nguyên tử M là 26. Số thứ tự 26, chu kì 4, nhóm VIIIB. M là Fe.

   b, Fe cháy trong khí clo:

      2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Hòa tan sản phẩm thu được vào nước thu được dung dịch. Lấy vài ml dung dịch cho tác dụng với dung dịch AgNO₃, có kết tủa trắng chứng tỏ có gốc clorua:

         FeCl₃ + 3AgNO₃ → Fe(NO₃ ) ₃ + 3AgCl

Lặp lại thí nghiệm với dung dịch NaOH, có kết tủa nâu đỏ chứng tỏ có Fe(III):

      FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH) ₃ + 3NaCl

- Nung hỗn hợp bột Fe và bột S:

      Fe + S → FeS

Cho B vào dung dịch H₂ SO₄ loãng, có khí mùi trứng thối bay ra chứng tỏ có gốc sunfua:

      FeS + H₂ SO₄ → FeSO₄ + H₂ S (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 electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 3s². Số hiệu nguyên tử của nguyên tố X là

A. 12.     B. 13.     C. 11.     D. 14.

Lời giải:

Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 3s²

Cấu hình e của X là: 1s²2s²2p⁶3s²

X có 12 e nên có 12 p nên số hiệu nguyên tử của nguyên tố X là 12.

⇒ Chọn A

Ví dụ 5. Cho biết tổng số electron trong anion AB₃^2-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

Lời 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 nên 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

Lời giải:

Cấu hình của R⁺là 3p⁶

⇒ R sẽ là 3p⁶4s¹

⇒ R có cấu hình đầy đủ là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

⇒ Tổng hạt mang điện trong R là ( p + e ) = 38

⇒ Chọn 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 electron của X và Y.

   b. Xác định vị trí của X và Y trong bảng tuần hoàn.

Lời giải:

   a. Gọi số hạt prroton, nơtron, electron của nguyên tử X là P, N, E và của Y là P’, N’, E’.

Theo bài: P = N = E và P’ = N’ = E’ ⇒ M_x = 2P, M_y = 2P’

Trong hợp chất XY2, X chiếm 50% về khối lượng nên:

M_x /(2. M_y )= 50/50 =1 ⇒ 2P /2.2P’ =1 ⇒ P = 2P’.

Tổng số proton trong phân tử XY₂ là 32 nên P + 2P’ = 32.

⇒ P = 16 (S) và P’ = 8 (O). ⇒ Hợp chất cần tìm là SO₂.

Cấu hình electron của S: 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 electron 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 cho biết tên của chúng.

Lời giải:

A, M, X thuộc chu kỳ 3 nên n = 3.

Cấu hình electron, vị trí và tên nguyên tố:

   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 electron như sau:

1s²2s²2p², 1s²2s²2p⁵, 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶, 1s²2s²2p⁶3s¹

a) Xác định số electron hóa trị của từng nguyên tử.

b) Xác định vị trí của chúng (chu kì, nhóm, phân nhóm trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học).

Lời giải:

Đáp án:

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^- , Z^2- và Q có cấu hình electron: ls²2s²2p⁶. Xác định vị trí các nguyên tố X, Y, Z và Q trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Lời giải:

Đáp án:

- 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 Z^2- hình thành do: Z + 2e → Z^2- 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 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?

Lời giải:

Đáp án:

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: 1s²2s²2p³

Câu 4. Xác định vị trí của nguyên tố có Z = 20 và nguyên tố có Z = 29.

Lời giải:

Đáp án:

- 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.

Lời giải:

Đáp án:

E 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. Một 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.

Lời giải:

Đáp án:

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. Cho biết vị trí (chu kì, nhóm) và tính chất (phi kim hay kim loại) của X, Y, Z trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Lời giải:

Đáp án:

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 electron ở phân lớp ngoài cùng là 2p⁶.

a) Viết cấu hình electron và sự phân bố electron theo obitan của nguyên tố X.

b) Cho biết vị trí của X.

Lời giải:

Đáp án:

a) Viết 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.

Xem thêm các dạng bài tập và công thức Hoá học lớp 10 hay, chi tiết khác:

50 bài tập về sự biến thiên tính chất của các nguyên tố hóa học

Các dạng bài toán xác định nguyên tố thuộc 2 nhóm A liên tiếp trong Bảng HTTH

Các dạng bài toán xác định 2 nguyên tố thuộc 2 nhóm A liên tiếp

Các dạng bài toán xác định nguyên tố thông qua nguyên tử khối

Các dạng bài toán xác định tên nguyên tố dựa vào đặc điểm chu kì, nhóm