Giải Hóa 10 Bài 5 ( Chân trời sáng tạo ): Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 5: Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Video giải Hóa lớp 10 Bài 5: Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Mở đầu trang 35 Hóa học 10: Cách đây hàng nghìn năm, người ta chỉ biết đến một số nguyên tố như đồng (copper), bạc (silver) và vàng (gold). Mãi đến năm 1700, cũng chỉ mới có 13 nguyên tố được xác định. Khi đó, các nhà hóa học nghi ngờ rằng vẫn còn nhiều nguyên tố bí ẩn khác chưa được khám phá. Bằng việc sử dụng các phương pháp khoa học hiện đại, chỉ trong một thập kỉ (1765 – 1775) đã có thêm 5 nguyên tố hóa học được xác định. Trong đó, có 3 khí không màu là hydrogen, nitrogen và oxygen. Tính đến năm 2016, tổng cộng đã có 118 nguyên tố hóa học được xác định trên bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp theo nguyên tắc nào và có mối liên hệ như thế nào với cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó?

Lời giải:

Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp theo nguyên tắc:

- Các nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.

- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử và cấu hình electron tương tự nhau được xếp cùng một chu kì.

- Các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau được xếp cùng một nhóm.

⇒ Biết cấu hình electron nguyên tử có thể xác định được vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn và ngược lại.

1. Lịch sử phát minh định luật tuần hoàn và bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Câu hỏi 1 trang 36 Hóa học 10: Quan sát hình 5.1, hãy mô tả bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev. Nhận xét về cách sắp xếp các nguyên tố hóa học theo chiều từ trên xuống dưới trong cùng một cột.

Lời giải:

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev gồm kí hiệu các nguyên tố hóa học và khối lượng nguyên tử của chúng.

Cách sắp xếp các nguyên tố theo Mendeleev: Các nguyên tố được sắp xếp vào các hàng và các cột theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử, bắt đầu mỗi hàng khi tính chất của nguyên tố bắt đầu lặp lại.

Câu hỏi 2 trang 36 Hóa học 10: Quan sát hai nguyên tố Te và I trong Hình 5.1, em nhận thấy điều gì khác thường?

Lời giải:

Quan sát hai nguyên tố Te và I trong Hình 5.1 ta thấy: Nguyên tố Te có khối lượng nguyên tử (bằng 128) lớn hơn khối lượng nguyên tử I (bằng 127) nhưng được xếp trên I.

Câu hỏi 3 trang 36 Hóa học 10: Hãy cho biết các dấu chấm hỏi trong bảng tuần hoàn ở hình 5.1 có hàm ý gì?

Lời giải:

Các dấu chấm hỏi trong bảng tuần hoàn ở hình 5.1 (cụ thể 10 dấu chấm hỏi) là các dự đoán của Mendeleev về các nguyên tố mới (gồm 10 nguyên tố). Trong đó có 3 nguyên tố (sau này chính là Sc; Ga và Ge) được ông miêu tả khá tỉ mỉ về tính chất vật lí của đơn chất và một số hợp chất của chúng, 7 nguyên tố còn lại do vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn không thuận lợi cho việc tiên đoán, nên ông mới chỉ ước lượng được khối lượng nguyên tử của chúng.

Câu hỏi 4 trang 36 Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, hãy cho biết 3 nguyên tố Sc, Ga và Ge nằm ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1)

Lời giải:

- Dựa vào bảng tuần hoàn (Hình 5.2) ta thấy:

+ Sc có khối lượng nguyên tử bằng 44,96 (≈ 45) ⇒ Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1) Sc nằm giữa Ca (khối lượng nguyên tử bằng 40) và Er (khối lượng nguyên tử bằng 56).

+ Ga có khối lượng nguyên tử bằng 69,72 và đứng ngay sau Al, cạnh Zn ⇒ Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1) Ga được dự đoán có khối lượng nguyên tử bằng 68 và nằm ngay dưới Zn (khối lượng nguyên tử bằng 65,2), cạnh Al.

+ Ge có khối lượng nguyên tử bằng 72,64 ⇒ Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1) Ge được dự đoán có khối lượng nguyên tử bằng 70, nằm ngay trên As (khối lượng nguyên tử bằng 75) và nằm dưới Ga.

2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Câu hỏi 5 trang 38 Hóa học 10: Quan sát hình 5.3, em hãy nêu các thông tin có trong ô nguyên tố aluminium.

Lời giải:

Các thông tin có trong ô nguyên tố aluminium:

Số hiệu nguyên tử: 13

Kí hiệu hóa học: Al

Tên nguyên tố: Aluminium

Nguyên tử khối trung bình: 26,98

Độ âm điện: 1,61

Cấu hình electron: [Ne]3s²3p¹

Số oxi hóa: 3

Luyện tập trang 38 Hóa học 10: Quan sát Hình 5.3, cho biết số electron lớp ngoài cùng, số proton của nguyên tử aluminium

Lời giải:

Dựa vào cấu hình electron xác định nguyên tử aluminium có 3 electron lớp ngoài cùng.

Dựa vào số hiệu nguyên tử (Z) = 13, xác định nguyên tử aluminium có 13 electron.

Câu hỏi 6 trang 38 Hóa học 10: Quan sát hình 5.4, hãy nhận xét về số lớp electron trong nguyên tử của các nguyên tố cùng chu kì

Lời giải:

Các nguyên tố thuộc chu kì 2 đều có 2 lớp electron.

Các nguyên tố thuộc chu kì 3 đều có 3 lớp electron.

⇒ Các nguyên tố trong cùng chu kì có cùng số lớp electron trong nguyên tử.

Luyện tập trang 38 Hóa học 10: Dựa vào cấu hình electron, em hãy cho biết nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 20 thuộc chu kì nào trong bảng tuần hoàn.

Lời giải:

Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có Z = 20 là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

⇒ Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 4.

Câu hỏi 7 trang 38 Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, nhận xét đặc điểm cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm A.

Lời giải:

Các nguyên tố trong cùng một nhóm A có số electron lớp ngoài cùng bằng nhau.

Câu hỏi 8 trang 38 Hóa học 10: Quan sát nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn, cho viết nhóm này có đặc điểm gì khác biệt so với các nhóm còn lại.

Lời giải:

Bảng tuần hoàn hiện nay có 18 cột, chia thành 8 nhóm A (từ IA đến VIIIA) và 8 nhóm B (IB đến VIIIB). Mỗi cột tương ứng với một nhóm, riêng nhóm VIIIB có 3 cột.

Câu hỏi 9 trang 39 Hóa học 10: Quan sát Hình 5.5, nhận xét mỗi quan hệ giữa số electron hóa trị của nguyên tử với số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm A.

Lời giải:

Với các nguyên tố nhóm A: Số electron hóa trị của nguyên tử bằng số thứ tự nhóm.

Câu hỏi 10 trang 39 Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, dựa vào cấu hình electron nguyên tử, hãy nhận xét mối quan hệ giữa số electron hóa trị của nguyên tử các nguyên tố với số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm B. Nêu rõ các trường hợp đặc biệt.

Lời giải:

Các nguyên tố nhóm B: Số thứ tự của nhóm bằng tổng số electron thuộc hai phân lớp (n -1)d và ns. Nếu tổng số electron trên hai phân lớp này của nguyên tử là 8, 9, 10 thì nguyên tố đó thuộc nhóm VIIIB; là 11 thì thuộc nhóm IB; là 12 thì thuộc nhóm IIB.

Câu hỏi 11 trang 39 Hóa học 10: Dựa vào cấu hình electron, cho biết nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 6, 8, 18, 20 thuộc khối nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn. Chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Lời giải:

Luyện tập trang 40 Hóa học 10: Nitrogen là thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng, phát triển và sinh sản của thực vật. Biết nitrogen có số hiệu nguyên tử là 7.

a) Viết cấu hình electron của nitrogen

b) Nitrogen là nguyên tố s, p, d hay f?

c) Nitrogen là kim loại, phi kim hay khí hiếm?

Lời giải:

a) Cấu hình electron của nitrogen: 1s²2s²2p³ hay [He] 2s²2p³.

b) Nitrogen thuộc nhóm VA ⇒ nitrogen là nguyên tố p.

Hoặc dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng có dạng ns²np^a xác định.

c) Nitrogen có 5 electron lớp ngoài cùng ⇒ là phi kim.

Câu hỏi 12 trang 40 Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, nhận xét chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố trong chu kì và nhóm.

Lời giải:

+ Trong một chu kì, theo chiều từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng dần;

+ Trong một nhóm, theo chiều từ trên xuống dưới, điện tích hạt nhân tăng dần;

Vận dụng trang 40 Hóa học 10: Silicon là một nguyên tố phổ biến và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Silicon siêu tinh khiết là chất bán dẫn, được dùng trong kĩ thuật vô tuyến và điện tử. Ngoài ra, nguyên tố này còn được sử dụng để chế tạo pin mặt trời nhằm mục đích chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện để cung cấp cho các thiết bị trên tàu vũ trụ. Xác định vị trí của nguyên tố silicon (Z = 14) trong bảng tuần hoàn.

Lời giải:

Cấu hình electron của nguyên tố silicon (Z = 14): 1s²2s²2p^6­3s²3p² hay [Ne]3s²3p².

Vậy silicon ở:

+ Ô thứ 14 do Z = 14;

+ Chu kì 3 do có 3 lớp electron;

+ Nhóm IVA do có 4 electron lớp ngoài cùng, nguyên tố p.

Bài tập (trang 42)

Bài 1 trang 42 Hóa học 10: Viết cấu hình electron và xác định vị trí của các nguyên tố sau trong bảng tuần hoàn. Cho biết chúng thuộc khối nguyên tố nào (s, p, d, f) và chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm:

a) Neon tạo ra ánh sáng màu đỏ khi sử dụng trong các ống phóng điện chân không, được sử dụng rộng rãi trong các biển quảng cáo. Cho biết Ne có số hiệu nguyên tử là 10.

b) Magnesium được sử dụng để làm cho hợp kim bền nhẹ, đặc biệt được sử dụng cho ngành công nghiệp hàng không. Cho biết Mg có số hiệu nguyên tử là 12.

Lời giải:

a) Cấu hình electron Ne (Z = 10): 1s²2s²2p⁶

+ Ne thuộc khối nguyên tố p;

+ Ne có 8 electron lớp ngoài cùng ⇒ là khí hiếm.

b) Cấu hình electron của Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s² hay [Ne]3s².

+ Mg thuộc khối nguyên tố s;

+ Mg có 2 electron lớp ngoài cùng ⇒ là kim loại.

Bài 2 trang 42 Hóa học 10: Dãy nào gồm các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau? Vì sao?

a) Oxygen (Z = 8), nitrogen (Z = 7), carbon (Z = 6).

b) Lithium (Z = 3), sodium (Z = 11), potassium (Z = 19).

c) Helium (Z = 2), neon (Z = 10), argon (Z = 18).

Lời giải:

Dãy (b) và (c) gồm các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau.

Giải thích: Các nguyên tố thuộc cùng một nhóm trong bảng tuần hoàn có tính chất hóa học tương tự nhau:

+ Dãy (b) gồm các nguyên tố thuộc nhóm IA;

+ Dãy (c) gồm các nguyên tố thuộc nhóm VIIIA.

Bài 3 trang 42 Hóa học 10: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố sau:

a) Nguyên tố thuộc chu kì 4, nhóm IIA

b) Nguyên tố khí hiếm thuộc chu kì 3

Lời giải:

a) Nguyên tố thuộc chu kì 4 ⇒ có 4 lớp electron

Thuộc nhóm IIA ⇒ Có 2 electron lớp ngoài cùng, nguyên tố s.

⇒ Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² hay [Ar]4s².

b) Nguyên tố khí hiếm ⇒ Thuộc nhóm VIIIA

Thuộc chu kì 3 ⇒ Có 3 lớp electron

⇒ Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

Lý thuyết Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

I. Lịch sử phát minh định luật tuần hoàn và bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

- Năm 1869, nhà hóa học Mendeleev đã công bố bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, trong đó, các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự tăng dần khối lượng nguyên tử.

- Bảng tuần hoàn hiện đại ngày nay được xây dựng trên cơ sở mối liên hệ giữa số hiệu nguyên tử và tính chất của nguyên tố, các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự tăng dần số hiệu nguyên tử.

II. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

1. Ô nguyên tố

- Mỗi nguyên tố hóa học được xếp vào một ô trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, gọi là ô nguyên tố.

- Số thứ tự của một ô nguyên tố bằng số hiệu nguyên tử của nguyên tố hóa học trong ô đó.

- Ví dụ: Ô nguyên tố aluminium

2. Chu kì

- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng, gọi là chu kì.

- Số thứ tự của chu kì bằng số lớp electron của nguyên tử các nguyên tố trong chu kì.

- Bảng tuần hoàn gồm 7 chu kì:

+ Các chu kì 1, 2 và 3 là các chu kì nhỏ.

+ Các chu kì 4, 5, 6 và 7 là các chu kì lớn.

3. Nhóm

- Nhóm là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau (trừ nhóm VIIIB), do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp theo cột.

- Số thứ tự của nhóm A bằng số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố trong nhóm.

- Bảng tuần hoàn hiện nay có 18 cột, chia thành 8 nhóm A (IA đến VIIIA) và 8 nhóm B (IB đến VIIIB). Mỗi cột tương ứng với một nhóm, riêng nhóm VIIIB có 3 cột.

- Electron hóa trị là những electron có khả năng tham gia hình thành liên kết hóa học. Chúng thường nằm ở lớp ngoài cùng hoặc cả ở phân lớp sát lớp ngoài cùng nếu phân lớp đó chưa bão hòa. Những nguyên tố có cùng số electron hóa trị thường có tính chất hóa học tương tự nhau.

4. Phân loại nguyên tố dựa theo cấu hình electron và tính chất hóa học

- Các nguyên tố hóa học cũng có thể được chia thành các khối như sau:

+ Khối các nguyên tố s gồm các nguyên tố thuộc nhóm IA và nhóm IIA, có cấu hình electron: [Khí hiếm] ns^1-2.

+ Khối các nguyên tố p gồm các nguyên tố thuộc nhóm IIIA đến VIIIA (trừ nguyên tố He), có cấu hình electron: [Khí hiếm] ns²np^1-6.

+ Khối các nguyên tố d gồm các nguyên tố nhóm B, có cấu hình electron: [khí hiếm] (n – 1)d^1-10ns^1-2.

+ Khối các nguyên tố f gồm các nguyên tố xếp thành 2 hàng ở cuối bảng tuần hoàn, có cấu hình electron: [Khí hiếm] (n – 2)f^0-14(n – 1)d^0-2ns² (trong đó n = 6 và n = 7)

- Dựa vào tính chất hóa học, người ta phân loại các nguyên tố hóa học thành:

+ Nguyên tố kim loại;

+ Nguyên tố phi kim;

+ Khí hiếm.

5. Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn:

+ Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.

+ Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp vào cùng một chu kì.

+ Các nguyên tố có cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp vào cùng một nhóm, trừ nhóm VIIIB.

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 6: Xu hướng biến đổi một số tính chất của nguyên tử các nguyên tố, thành phần và một số tính chất của hợp chất trong một chu kì và nhóm

Bài 7: Định luật tuần hoàn – Ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Bài 8: Quy tắc octet

Bài 9: Liên kết ion

Bài 10: Liên kết cộng hóa trị

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 5: Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học