Giải Hóa 10 Bài 6 ( Cánh diều): Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 6: Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 6: Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Mở đầu trang 31 Hóa học 10: Chu kì 2 gồm các nguyên tố cùng có hai lớp electron. Hỏi các nguyên tố nào sau đây thuộc về chu kì 2: Mg (Z = 12), Li (Z = 3), P (Z = 15), F (Z = 9)?

Trả lời:

Cấu hình electron của các nguyên tử nguyên tố:

Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s²

Li (Z = 3): 1s²2s¹

P (Z = 15): 1s²2s²2p⁶3s²3p³

F (Z = 9): 1s²2s²2p⁵

⇒ Có Li và F có 2 lớp electron. Vậy các nguyên tố thuộc chu kì 2 là:

Li (Z = 3), F (Z = 9).

I. Lịch sử phát minh

Câu hỏi 1 trang 32 Hóa học 10: Mendeleev sắp xếp 9 nguyên tố như bảng 6.1 theo những nguyên tắc nào?

Bảng 6.1. Cách sắp xếp 9 nguyên tố hóa học theo khối lượng nguyên tử của Mendeleev

Trả lời:

Mendeleev sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử và nhận thấy các nguyên tố trong một hàng có tính chất tương tự nhau: dãy halogen (Cl, Br và I), kim loại kiềm (K, Rb, Cs) và kim loại kiềm thổ (Ca, Sr, Ba).

Câu hỏi 2 trang 32 Hóa học 10: Hãy chỉ ra nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố vào bảng tuần hoàn năm 1869 của Mendeleev (nguyên tắc theo hàng ngang, theo cột dọc).

Trả lời:

Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố vào bảng tuần hoàn năm 1869 của Mendeleev:

Các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau được sắp xếp vào cùng một hàng.

Theo hàng dọc, các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự tăng dần khối lượng nguyên tử

Luyện tập 1 trang 32 Hóa học 10: Trong hình 6.1, Mendeleev có ghi: Au = 197? và Bi = 210? Theo em ý nghĩa của dấu hỏi chấm ở đây là gì?

Trả lời:

Dấu hỏi chấm biểu thị dự đoán của Mendeleev về những nguyên tố này.

II. Nguyên tắc sắp xếp của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Câu hỏi 3 trang 33 Hóa học 10: Quan sát bảng tuần hoàn ở Phụ lục 1 và cho biết trong bảng có bao nhiêu hàng, bao nhiêu cột và bao nhiêu nguyên tố hóa học.

Trả lời:

Quan sát bảng tuần hoàn xác định được, bảng tuần hoàn có 7 hàng, 18 cột và 118 nguyên tố hóa học.

III. Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

1. Ô nguyên tố

Câu hỏi 4 trang 34 Hóa học 10: Hãy cho biết những thông tin thu được từ ô nguyên tố vanadium.

Trả lời:

Từ ô nguyên tố vanadium ta biết:

+ Số hiệu nguyên tử (Z) : 23

+ Kí hiệu hóa học: V

+ Tên nguyên tố: Vanadium

+ Nguyên tử khối trung bình: 50,942.

2. Chu kì

Vận dụng 1 trang 34 Hóa học 10: Nguyên tố phổ biến nhất Trái Đất nằm ở ô số bao nhiêu trong bảng tuần hoàn?

Trả lời:

Oxygen (kí hiệu là O) là nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất.

Quan sát bảng tuần hoàn xác định được, oxygen nằm ở ô số 8 trong bảng tuần hoàn.

Vận dụng 2 trang 34 Hóa học 10: Nguyên tố được bổ sung vào muối ăn để giảm nguy cơ bướu cổ thuộc chu kì nào trong bảng tuần hoàn?

Trả lời:

Nguyên tố được bổ sung vào muối ăn để giảm nguy cơ bướu cổ là iodine (kí hiệu là I).

Iodine thuộc chu kì 5 trong bảng tuần hoàn.

3. Nhóm

Câu hỏi 5 trang 34 Hóa học 10: Sử dụng bảng tuần hoàn (Phụ lục 1) và cho biết các nguyên tố nhóm IA có đặc điểm về cấu hình electron tương tự nhau như thế nào.

Trả lời:

Các nguyên tố nhóm IA đều có 1 electron ở lớp ngoài cùng. Do đó, cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng ns¹

IV. Liên hệ giữa cấu hình electron nguyên tử với vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Câu hỏi 6 trang 35 Hóa học 10: Viết cấu hình electron nguyên tử Na. Cho biết trong bảng tuần hoàn, Na nằm ở ô số 11, chu kì 3, nhóm IA. Nêu mối liên hệ giữa số hiệu nguyên tử, số lớp electron, số electron lớp ngoài cùng và vị trí của Na trong bảng tuần hoàn.

Trả lời:

Cấu hình electron nguyên tử Na là 1s²2s²2p⁶3s¹.

Na có:

Số hiệu nguyên tử = số thứ tự ô nguyên tố trong bảng tuần hoàn = 11

Số lớp electron = số thứ tự chu kì = 3

Số electron lớp ngoài cùng = số thứ tự nhóm = 1.

Luyện tập 2 trang 35 Hóa học 10: Từ cấu hình electron của Fe là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s². Hãy xác định vị trí của Fe trong bảng tuần hoàn.

Trả lời:

Từ cấu hình electron của Fe ta thấy, Fe thuộc:

+ Ô số 26 trong bảng tuần hoàn (do Z = số electron = 26)

+ Chu kì 4 (do có 4 lớp electron)

+ Nhóm VIIIB (do cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và sát ngoài cùng là 3d⁶4s²).

Lưu ý: Các nguyên tố nhóm B có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và sát ngoài cùng dạng (n – 1)d^1-10ns^1-2.

V. Phân loại nguyên tố hóa học

1. Dựa theo cấu hình electron

Luyện tập 3 trang 36 Hóa học 10: Dựa theo cấu hình electron, hãy phân loại các nguyên tố có số hiệu nguyên tử lần lượt là 11, 20, 29.

Trả lời:

+ Nguyên tố có Z = 11 có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s¹ ⇒ Là nguyên tố s.

+ Nguyên tố có Z = 20 có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² ⇒ Là nguyên tố s

+ Nguyên tố có Z = 29 có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d¹⁰4s¹ ⇒ thuộc nhóm B ⇒ Là nguyên tố d.

2. Dựa theo tính chất hóa học

Câu hỏi 7 trang 37 Hóa học 10: Thu thập thông tin để cho biết hiện nay có khoảng bao nhiêu nguyên tố là kim loại, phi kim, khí hiếm.

Trả lời:

Hiện nay có khoảng hơn 90 nguyên tố kim loại, gần 20 nguyên tố phi kim và 7 nguyên tố khí hiếm.

Vận dụng 3 trang 37 Hóa học 10: Hãy thu thập thông tin về các vấn đề sau:

1. Ngoài Mendeleev, còn có những nhà khoa học nào cũng có đóng góp vào việc xây dựng bảng và quy luật tuần hoàn, dù ở những mức độ khác nhau?

2. Mendeleev đã tiên đoán chi tiết về ba nguyên tố nào? Nêu cụ thể những tiên đoán đó.

3. Sưu tầm hình ảnh các bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học khác nhau.

Trả lời:

1. Ngoài Mendeleev, một số nhà khoa học cũng có đóng góp vào việc xây dựng bảng và quy luật tuần hoàn, ở những mức độ khác nhau như:

- Năm 1789, A. Lavoisier (La-voa-die, người Pháp) đã thực hiện xếp 33 nguyên tố hóa học thành các nhóm chất khí, kim loại, phi kim và “đất”.

- Năm 1829, J, Ư, Dobereiner (Đô-be-rai-nơ, người Đức) phân loại các nguyên tố thành các nhóm có tính chất hóa học giống nhau. Ví dụ: Lithium, sodium và potassium là nhóm các kim loại mềm, dễ phản ứng.

- Năm 1866, J Newlands (Niu-lan, người Anh) đã xếp các nguyên tố hóa học theo chiều tăng khối lượng nguyên tử thành các octave (quãng tám), trong đó nguyên tố thứ tám lặp lại tính chất của nguyên tố đầu tiên.

- Năm 1869, ngoài Mendeleev thì J.L. Meyer (May-ơ, người Đức) cũng sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng khối lượng nguyên tử và các hàng và cột, bắt đầu mỗi hàng (bảng của Mendeleev) hoặc cột mới (bảng của Mayer) khi các tính chất của nguyên tố bắt đầu lặp lại.

2. Nhờ định luật tuần hoàn của mình, 3 nguyên tố Sc, Ga và Ge đã được Mendeleev tiên đoán khá tỉ mỉ về tính chất của đơn chất và hợp chất của chúng.

- Năm 1871, Mendeleev đã dự đoán một nguyên tố hóa học cùng “nhóm của nhôm (aluminium)”, có nguyên tử lượng (nguyên tử khối) khoảng 68, tỉ trọng là 5,9 – 6,0.

Đến năm 1875, một nhà khoa học người Pháp đã tạo ra được một nguyên tố mới trong quặng kẽm (zinc) trắng và đặt tên là Galium (Ga). Sau một thời gian nghiên cứu chính xác, nhà khoa học người Pháp này đã kết luận các chỉ số của nguyên tố Ga đúng như những dự đoán của Mendeleev.

- Năm 1871, Mendeleev đã dự đoán một nguyên tố hóa học nằm trong “nhóm của Bo”.

Đến năm 1879, tại Thụy Điển người ta đã sử dụng phương pháp phân tích quang phổ và tìm thấy một nguyên tố mới trong các khoáng chất euxenit và gadolinit. Nguyên tố này được đặt tên là Scandium (Sc), nó có những tính chất hóa học phù hợp với dự đoán của Mendeleev.

- Năm 1871, germanium (Ge) là một trong các nguyên tố mà Mendeleev dự đoán tồn tại như là nguyên tố tương tự nhưng còn thiếu của nhóm silicon (silic) (Mendeleev gọi nó là "eka-silicon"). Sự tồn tại của nguyên tố này được Clemens Winkler (nhà hóa học người Đức) chứng minh năm 1886.

3. Một số hình ảnh các bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học khác nhau:

Bài tập (trang 37)

Bài 1 trang 37 Hóa học 10: Mendeleev sắp xếp các nguyên tố hóa học vào bảng tuần hoàn dựa theo quy luật về

A. khối lượng nguyên tử

B. cấu hình electron

C. số hiệu nguyên tử

D. số khối

Trả lời:

Đáp án đúng là A

Mendeleev sắp xếp các nguyên tố hóa học vào bảng tuần hoàn dựa theo quy luật về khối lượng nguyên tử.

Bài 2 trang 37 Hóa học 10: Nguyên tố X và Y có số hiệu nguyên tử lần lượt là 21 và 35. Viết cấu hình electron, từ đó xác định vị trí của X, Y (số thứ tự của ô nguyên tố, chu kì và nhóm) trong bảng tuần hoàn.

Trả lời:

- Cấu hình electron của nguyên tố X (Z = 21) là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d¹4s². X thuộc:

+ Ô thứ 21 (do số hiệu nguyên tử là 21)

+ Chu kì 4 (do có 4 lớp electron)

+ Nhóm IIIB (do cấu hình electron lớp ngoài cùng và sát ngoài cùng là 3d¹4s² ).

- Cấu hình electron của nguyên tố Y (Z = 35) là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d¹⁰4s²4p⁵. Y thuộc:

+ Ô thứ 35 (do số hiệu nguyên tử là 35)

+ Chu kì 4 (do có 4 lớp electron)

+ Nhóm VIIA (do có 7 electron lớp ngoài cùng, nguyên tố p).

Bài 3 trang 37 Hóa học 10: Bằng cách viết cấu hình electron, hãy xác định trong các nguyên tố thuộc chu kì 2 trong bảng tuần hoàn, những nguyên tố nào thuộc khối s, những nguyên tố nào thuộc khối p.

Trả lời:

Chu kì 2 gồm các nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 3 đến 10.

Vậy trong chu kì 2 có 2 nguyên tố Li (Z = 3); Be (Z = 4) thuộc khối nguyên tố s; 6 nguyên tố còn lại: B, C, N, O, F, Ne thuộc khối nguyên tố p.

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

I. Lịch sử phát minh

- D. I. Mendeleev (1834 – 1907), một nhà Hóa học người Nga, được coi là cha đẻ của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

- Mendeleev nhận thấy có mối liên hệ giữa khối lượng nguyên tử và tính chất các nguyên tố tương ứng qua dãy một số nguyên tố có tính chất tương tự nhau: dãy halogen (Cl, Br, I), kim loại kiềm (K, Rb, Cs), kim loại kiềm thổ (Ca, Sr, Ba). Ông sắp xếp chúng vào một bảng với khối lượng nguyên tử tương ứng như sau:

Bảng 6.1. Cách sắp xếp 9 nguyên tố hóa học theo khối lượng nguyên tử của Mendeleev

- Sau đó bằng cách thêm các nguyên tố khác theo mô hình này Mendeleev đã công bố phiên bản mở rộng của bảng tuần hoàn vào năm 1869, bao gồm tất cả các nguyên tố đã biết, cũng như dự đoán nhiều nguyên tố mới. Ông cho rằng “Nếu các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự tăng dần khối lượng nguyên tử, sẽ xuất hiện sự tuần hoàn về các tính chất của chúng”.

Hình 6.1. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev năm 1869

- Năm 1871, Mendeleev đã đưa ra định luật tuần hoàn “Tính chất của các đơn chất, cấu tạo và tính chất các hợp chất của chúng có tính tuần hoàn theo khối lượng nguyên tử của các nguyên tố”. Nhờ định luật này, Mendeleev đã dự đoán tới 10 nguyên tố mới, trong đó có 3 nguyên tố được tiên đoán khá tỉ mỉ về tính chất của đơn chất và hợp chất của chúng (các nguyên tố Se, Ga và Ge).

- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hiện đại ngày nay được xây dựng trên cơ sở sử dụng mối liên hệ “số hiệu nguyên tử - tính chất” thay vì mối liên hệ “khối lượng nguyên tử - tính chất”. Cách xây dựng này không những giúp nhanh chóng so sánh, suy luận về tính chất của đơn chất và hợp chất, mà còn cung cấp thông tin phong phú về mỗi nguyên tố hóa học.

II. Nguyên tắc sắp xếp của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

- Các nguyên tố hóa học được sắp xếp từ trái sang phải và từ trên xuống dưới theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân của nguyên tử.

- Các nguyên tố mà nguyên tử có cùng số lớp electron được xếp vào cùng một hàng.

- Các nguyên tố mà nguyên tử có số electron hóa trị như nhau được xếp vào cùng một cột.

Lưu ý: Electron hóa trị là những electron có khả năng tham gia hình thành liên kết hóa học (thường là những electron ở lớp ngoài cùng).

III. Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hiện nay (gọi tắt là bảng tuần hoàn) gồm 118 nguyên tố hóa học. Vị trí của mỗi nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn được thể hiện qua số thứ tự ô nguyên tố, chu kì và nhóm.

1. Ô nguyên tố

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

- Mỗi ô chứa một số thông tin của một nguyên tố hóa học như: kí hiệu hóa học, tên nguyên tố, số hiệu nguyên tử và nguyên tử khối trung bình, ...

Hình 6.2. Các thông tin cơ bản trong một ô nguyên tố hóa học

- Số thứ tự của ô nguyên tố bằng số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.

Ví dụ: Nguyên tử O có số hiệu nguyên tử là 8 nên O nằm ở ô số 8 trong bảng tuần hoàn.

2. Chu kì

- Chu kì là tập hợp các nguyên tố hóa học mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được xếp thành hàng theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân từ trái sang phải.

Hình 6.3. Các chu kì nhỏ trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học

- Bảng tuần hoàn gồm 7 chu kì, được đánh số từ 1 đến 7.

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

Ví dụ: Nguyên tử của nguyên tố O có 2 lớp electron nên O thuộc chu kì 2 của bảng tuần hoàn.

3. Nhóm

- Nhóm là tập hợp các nguyên tố hóa học mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau, được xếp thành cột theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân từ trên xuống dưới.

- Các nguyên tố được chia thành nguyên tố nhóm A và nguyên tố nhóm B dựa theo sự khác nhau về đặc điểm cấu hình electron.

- Nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm A (hoặc nhóm B) có cấu hình electron tương tự nhau nên có tính chất hóa học tương tự nhau.

- Bảng tuần hoàn gồm 18 cột, được chia thành 8 nhóm A, đánh số từ IA đến VIIIA; 8 nhóm B, được đánh số từ IB đến VIIIB. Mỗi nhóm A hay B đều chỉ có một cột, trừ nhóm VIIIB có ba cột.

Hình 6.4. Một số nhóm nguyên tố trong bảng tuần hoàn

IV. Liên hệ giữa cấu hình electron nguyên tử với vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Từ cấu hình electron nguyên tử của một nguyên tố hóa học, có thể xác định được vị trí của nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn theo quy tắc sau:

- Số thứ tự của ô nguyên tố bằng số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.

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

- Nguyên tố nhóm A có cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng ns^1÷2 hoặc ns²np^1÷6 và nguyên tố nhóm B có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và phân lớp sát lớp ngoài cùng dạng ( n - 1)d^1÷10ns^1÷2.

Với nguyên tố nhóm A, số thứ tự của nhóm bằng số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố đó (trừ He).

Ví dụ: Nguyên tử Na (Z = 11) với cấu hình electron nguyên tử là 1s²2s²2p⁶3s¹ có:

+ Số electron = số hiệu nguyên tử = số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn = 11

+ Số lớp electron = số thứ tự chu kì = 3

+ Cấu hình electron lớp ngoài cùng của Na là 3s¹, có 1 electron nên nguyên tố Na thuộc nhóm IA.

Lưu ý:

- Nguyên tố nhóm B còn bao gồm các nguyên tố thuộc họ lanthanide và actinide.

- Với 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 của hai phân lớp (n - 1)d và ns là 8, 9, 10 thì nguyên tố đó thuộc nhóm VIIIB; là 11 thì thuộc nhóm IB; là 12 thì thuộc nhóm IIB.

Ví dụ: Nguyên tử Fe (Z = 26) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² có:

+ Số electron = số hiệu nguyên tử = số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn = 26

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

+ Cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng của Fe là 3d⁶4s², có 8 electron nên nguyên tố Fe thuộc nhóm VIIIB.

V. Phân loại nguyên tố hóa học

1. Dựa theo cấu hình electron

- Dựa vào cấu hình electron nguyên tử, người ta phân loại các nguyên tố hóa học thành các khối nguyên tố s, p, d, f.

- Nguyên tố s là nguyên tố nhóm A mà nguyên tử có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns^1÷2.

Ví dụ: Nguyên tử Na (Z = 11) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s¹ nên Na là nguyên tố s.

- Nguyên tố p là nguyên tố nhóm A mà nguyên tử có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns²np^1÷6.

Ví dụ: Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 2s²2p⁴ nên O là nguyên tố p.

- Nguyên tố d là nguyên tố nhóm B mà nguyên tử có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và phân lớp sát lớp ngoài cùng là (n-1)d^1÷10ns^1÷2.

Ví dụ: Nguyên tử Fe (Z = 26) có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và phân lớp sát lớp ngoài cùng là 3d⁶4s² nên Fe là nguyên tố d.

- Nguyên tố f là nguyên tố nhóm B mà nguyên tử có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và phân lớp sát lớp ngoài cùng là (n-2)f^0÷14 (n-1)d^0÷10ns^1÷2. Các nguyên tố f được xếp riêng bên dưới bảng tuần hoàn.

Chú ý: Các khối nguyên tố d và f đều là kim loại.

2. Dựa theo tính chất hóa học

- Dựa vào tính chất hóa học, các nguyên tố hóa học được phân loại thành kim loại, phi kim và khí hiếm.

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

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

Bài 9: Quy tắc octet

Bài 10: Liên kết ion

Bài 11: Liên kết cộng hóa trị

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

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

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