Giải Hóa 10 Bài 3 (Cánh diều): Nguyên tố hóa học

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 3: Nguyên tố hóa học

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 3: Nguyên tố hóa học

Mở đầu trang 16 Hóa học 10: Những nguyên tử nào dưới đây thuộc cùng một nguyên tố hóa học?

Trả lời:

Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

⇒ Nguyên tử ở hình a) và c) thuộc cùng một nguyên tố hóa học vì cùng có 3 proton (hạt màu đỏ) trong hạt nhân.

Nguyên tử ở hình b) và d) thuộc cùng một nguyên tố hóa học vì cùng có 2 proton (hạt màu đỏ) trong hạt nhân.

I. Nguyên tố hóa học

1. Khái niệm nguyên tố hóa học

Câu hỏi 1 trang 16 Hóa học 10: Nguyên tử lithium (Li) có 3 proton trong hạt nhân. Khi Li tác dụng với khí chlorine (Cl₂) sẽ thu được muối lithium chloride (LiCl), trong đó, Li tồn tại ở dạng ion Li⁺. Ion Li⁺ có bao nhiêu proton trong hạt nhân?

Trả lời:

Khi hình thành muối lithium chloride (LiCl) nguyên tử Li cho đi 1 electron ở lớp ngoài cùng trở thành ion mang điện tích dương, kí hiệu là Li⁺.

Như vậy nguyên tử Li chỉ nhường electron ở lớp vỏ, số proton không thay đổi. Hay ion Li⁺ có 3 proton trong hạt nhân.

2. Số hiệu nguyên tử, số khối, kí hiệu nguyên tử

Luyện tập 1 trang 17 Hóa học 10: Phân tử S₈ có 128 electron, hỏi số hiệu nguyên tử của lưu huỳnh (S) là bao nhiêu?

Trả lời:

Số hiệu nguyên tử = số proton = số electron = $\frac{128}{8}=16$.

Luyện tập 2 trang 17 Hóa học 10: Một nguyên tử có Z hạt proton, Z hạt electron và N hạt neutron. Tính khối lượng (gần đúng theo amu) và số khối của nguyên tử này. Nhận xét về kết quả thu được.

Trả lời:

Khối lượng nguyên tử (gần đúng) ≈ khối lượng hạt nhân nguyên tử = Z + N (amu)

Số khối = Z + N

Ta thấy: Khối lượng nguyên tử xấp xỉ bằng số khối.

Câu hỏi 2 trang 17 Hóa học 10: Một loại nguyên tử lithium có 3 proton và 4 neutron. Viết kí hiệu nguyên tử của lithium đó.

Trả lời:

Lithium có:

+ Số hiệu nguyên tử (Z) = số proton = 3.

+ Số khối (A) = 3 + 4 = 7.

Kí hiệu nguyên tử Li là ${}_3{}^{7}Li$

Luyện tập 3 trang 17 Hóa học 10: Hoàn thành bảng sau:

Trả lời:

Chú ý:

+ Số hiệu nguyên tử (Z) = số proton

+ Số neutron = số khối (A) – số proton.

II. Đồng vị, nguyên tử khối trung bình

1. Đồng vị

Câu hỏi 3 trang 18 Hóa học 10: Cho các nguyên tử sau: ${}_2{}^{5}X;{}_3{}^{7}Y;{}_4{}^{9}Z;{}_5{}^{11}M;{}_5{}^{12}T$. Những nguyên tử nào là đồng vị của nhau?

Trả lời:

Nguyên tử ${}_5{}^{11}M$và ${}_5{}^{12}T$ là đồng vị của nhau vì cùng có 5 proton trong hạt nhân nhưng khác nhau về số neutron (M có 6 neutron còn T có 7 neutron).

Vận dụng 1 trang 18 Hóa học 10: Nguyên tố oxygen có 17 đồng vị, bắt đầu từ ${}_8{}^{12}O$ kết thúc là ${}_8{}^{28}O$. Các đồng vị oxygen có tỉ lệ giữa số hạt neutron (N) và số hiệu nguyên tử thỏa mãn 1 ≤ $\frac{N}{Z}$ ≤ 1,25 thì bền vững. Hỏi trong tự nhiên thường gặp những đồng vị nào của oxygen?

Trả lời:

Ta có: 1 ≤ $\frac{N}{Z}$ ≤ 1,25

⇔ Z ≤ N ≤ 1,25Z

⇔ Z + Z ≤ N + Z ≤ 1,25Z + Z

⇔ 8 + 8 ≤ A ≤ 1,25.8 + 8

⇔ 16 ≤ A ≤ 18

Vậy trong tự nhiên thường gặp các đồng vị: ${}_8{}^{16}O;{}_8{}^{17}O;{}_8{}^{18}O$của oxygen.

Vận dụng 2 trang 18 Hóa học 10: Em hãy tìm hiểu đồng vị nào của oxygen chiếm tỉ lệ lớn nhất trong tự nhiên.

Trả lời:

Trong tự nhiên oxygen có các đồng vị là ${}_8{}^{16}O;{}_8{}^{17}O;{}_8{}^{18}O$. Trong đó đồng vị ${}_8{}^{16}O$ chiếm nhiều nhất trong tự nhiên (khoảng 99,762%).

2. Nguyên tử khối trung bình

Luyện tập 4 trang 18 Hóa học 10: Trong tự nhiên, argon có các đồng vị ${}_{40}Ar$, ${}_{38}Ar$, ${}_{36}Ar$ chiếm tương ứng khoảng 99,604%, 0,063% và 0,333% số nguyên tử. Tính nguyên tử khối trung bình của Ar.

Trả lời:

Nguyên tử khối trung bình của argon là:

$\frac{40\times 99,604+38\times 0,063+36\times 0,333}{99,604+0,063+0,333}$ ≈ 39,99

Câu hỏi 4 trang 18 Hóa học 10: Chlorine có hai đồng vị bền là ${}_{35}Cl$ và ${}_{37}Cl$. Nguyên tử khối trung bình của chlorine là 35,45. Tính tỉ lệ phần trăm số nguyên tử mỗi đồng vị của chlorine trong tự nhiên.

Trả lời:

Đặt phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{35}Cl$ là x

Đặt phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{37}Cl$ là y

Ta có: x + y = 100 (1)

Nguyên tử khối trung bình của chlorine là:

$\frac{35\times x+37\times y}{100}=35,45$ (2)

Giải hệ (1) và (2) ta được: x = 77,5 và y = 22,5

Vậy phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{35}Cl$ là 77,5%

Phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{37}Cl$ là 22,5%

Bài tập (trang 20)

Bài 1 trang 20 Hóa học 10: Hoàn thành bảng sau đây:

Trả lời:

Chú ý:

+ Số hiệu nguyên tử (Z) = số proton = số electron.

+ Số neutron (N) = số khối (A) – số hiệu nguyên tử (Z)

+ Kí hiệu nguyên tử: ${}_Z{}^{A}X$

Bài 2 trang 20 Hóa học 10: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Những nguyên tử có cùng số electron thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

B. Hai nguyên tử A và B đều có số khối là 14. Vậy hai nguyên tử này thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

C. Những nguyên tử có cùng số neutron thì thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

Trả lời:

Đáp án đúng là: A

A. Đúng. Những nguyên tử có cùng số proton thì thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

Mà nguyên tử trung hòa về điện nên số proton = số electron

Bài 3 trang 20 Hóa học 10: Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là ${}_{63}Cu$ và ${}_{65}Cu$. Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Tính số mol mỗi loại đồng vị có trong 6,354 gam đồng.

Trả lời:

Đặt phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{63}Cu$ là x

Đặt phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{65}Cu$ là y

Ta có: x + y = 100 (1)

$\frac{63\times x+65\times y}{100}=63,54$ (2)

Giải hệ (1) và (2) ta được: x = 73 và y = 27

Vậy phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{63}Cu$ là 73%

Phần trăm số nguyên tử của đồng vị ${}_{65}Cu$ là 27%

Số mol tương ứng với 6,354 gam đồng là $\frac{6,354}{63,54}$ = 0,1 mol

Số mol đồng vị ${}_{63}Cu$ trong 6,354 gam đồng là $\frac{73.0,1}{100}$ = 0,073 mol

Số mol đồng vị ${}_{65}Cu$ trong 6,354 gam đồng là $\frac{27.0,1}{100}$ = 0,027 mol

Bài 4 trang 20 Hóa học 10: Phổ khối lượng (MS: Mass Spectrum) chủ yếu được sử dụng để xác định phân tử khối, nguyên tử khối của các chất và hàm lượng các đồng vị bền của một nguyên tố. Phổ khối của neon được biểu diễn như ở Hình 3.5.

Trục tung biểu thị hàm lượng phần trăm về số nguyên tử của từng đồng vị, trục hoành biểu thị tỉ số của nguyên tử khối (m) của mỗi đồng vị với điện tích của các ion đồng vị tương ứng (điện tích z của các ion đồng vị neon đều bằng +1).

a) Neon có bao nhiêu đồng vị bền?

b) Tính nguyên tử khối trung bình của neon.

Trả lời:

a) Neon có 3 đồng vị bền: ${}_{20}Ne(90,9\%),{}_{21}Ne(0,3\%),{}_{22}Ne(8,8\%)$

b) Nguyên tử khối trung bình của neon là

$\frac{20\times 90,9+21\times 0,3+22\times 8,8}{100}$ = 20,179

Lý thuyết Nguyên tố hóa học

I. Nguyên tố hóa học

1. Khái niệm nguyên tố hóa học

- Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng số hạt proton.

Ví dụ: Ba loại nguyên tử trong hình dưới đây đều có một proton (hạt màu xanh) trong hạt nhân nên thuộc cùng một nguyên tố hóa học, nguyên tố hydrogen (H).

Hình 3.1. Minh họa cấu tạo một số loại nguyên tử của nguyên tố hydrogen

2. Số hiệu nguyên tử, số khối, kí hiệu nguyên tử

- Số proton trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử, kí hiệu là Z.

Ví dụ: Hạt nhân nguyên tử lithium (Li) có 3 proton, vậy số hiệu nguyên tử của Li là 3 (Z_Li = 3).

- Tổng số proton (Z) và neutron (N) trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số khối, kí hiệu là A.

A = Z + N

Như vậy, số khối chính bằng tổng số hạt có trong hạt nhân nguyên tử. Giá trị này xấp xỉ bằng giá trị khối lượng nguyên tử (tính theo đơn vị amu).

Ví dụ: Một loại nguyên tử sodium (Na) có 11 hạt proton, 11 electron và 12 hạt neutron. Số khối của nguyên tử Na = Z + N = P + N = 11 + 12 = 23 (amu)

- Kí hiệu nguyên tử ${}_Z{}^{A}Z$ cho biết kí hiệu hóa học của nguyên tố (X), số hiệu nguyên tử (Z) và số khối (A).

Hình 3.2. Kí hiệu nguyên tử của helium

Lưu ý: Đôi khi, người ta viết tắt kí hiệu nguyên tử.

Ví dụ: Sử dụng ⁴He thay cho ${}_2{}^{4}He$ , bởi kí hiệu He đã cho biết đây là nguyên tử nguyên tố helium, hạt nhân có 2 proton.

II. Đồng vị, nguyên tử khối trung bình

1. Đồng vị

- Các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có số neutron khác nhau là đồng vị của nhau.

Do đó, đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học (có cùng số proton) khác nhau về số khối do đó số neutron khác nhau.

Ví dụ: Helium có hai đồng vị bền là ${}_2{}^{3}He$ và ${}_2{}^{4}He$.

Hình 3.3. Minh họa cấu tạo nguyên tử hai đồng vị của nguyên tố helium

- Tất cả các nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị.

Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị là ${}_1{}^{1}H$(kí hiệu là H), ${}_1{}^{2}H$(kí hiệu là D), ${}_1{}^{3}H$(kí hiệu là T), oxygen có 17 đồng vị bắt đầu từ ${}_8{}^{12}O$ và kết thúc là ${}_8{}^{28}O$, ...

2. Nguyên tử khối trung bình

a) Nguyên tử khối

- Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của một nguyên tử, cho biết khối lượng của một nguyên tử nặng gấp bao nhiêu lần 1 amu.

Ví dụ: Nguyên tử khối của ¹⁶O là 16 do khối lượng của một nguyên tử ¹⁶O là 16 amu.

b) Nguyên tử khối trung bình

- Mỗi nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị.

- Trong tự nhiên, một nguyên tố hóa học dù ở dạng đơn chất hay hợp chất thì tỉ lệ giữa các đồng vị của nguyên tố này là không đổi.

- Nguyên tử khối của nguyên tố hóa học có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị (kí hiệu là ), có tính đến tỉ lệ số nguyên tử các đồng vị tương ứng (xác định từ phổ khối lượng).

- Công thức tính nguyên tử khối trung bình như sau:

$\overline{A}$ = $\frac{X\times x+Y\times y+Z\times z+\mathrm{...}}{x+y+z+\mathrm{...}}$

Trong đó:

+ X, Y, Z, ... lần lượt là số khối của các đồng vị.

+ x, y, z, ... là phần trăm số nguyên tử các đồng vị tương ứng.

Ví dụ: Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là ⁶³Cu và ⁶⁵Cu chiếm tương ứng khoảng 73% và 27% về số nguyên tử. Nguyên tử khối trung bình của đồng là:

$\overline{A}$ = $\frac{63\times 73+65\times 27}{73+27}$= 63,64

Lưu ý: Nguyên tử khối của một nguyên tố hóa học ghi trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị trong tự nhiên.

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Bài 5: Lớp, phân lớp và cấu hình electron

Bài 6: Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Bài 7: Xu hướng biến đổi một số tính chất của đơn chất, biến đổi thành phần và tính chất của hợp chất trong một chu kì và trong một nhóm

Bài 8: Định luật tuần hoàn và ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 3: Nguyên tố hóa học

Trắc nghiệm Bài 3. Nguyên tố hóa học