Giải Hóa 10 Bài 5 (Kết nối tri thức): Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

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

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

Mở đầu trang 30 Hóa học 10: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học có cấu tạo như thế nào? Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp theo nguyên tắc nào?

Lời giải:

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

+ Ô nguyên tố: cho biết số hiệu nguyên tử, kí hiệu nguyên tố, tên nguyên tố và nguyên tử khối trung bình.

+ Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được sắp xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần.

+ Nhóm gồm các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau do đó có tính chất hóa học gần giống nhau.

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

Các nguyên tố trong bảng tuần hoàn được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, thành các hàng và các cột.

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

Câu hỏi 1 trang 31 Hóa học 10: Theo tiến trình lịch sử, các nhà khoa học đã phân loại các nguyên tố hóa học dựa trên các cơ sở nào?

Lời giải:

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

- Năm 1829, J.W. 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 của khối lượng nguyên tử thành các octave (quãng tám), trong đó nguyên tố thứ 8 lặp lại tính chất của nguyên tử đầu tiên.

- Năm 1869, hai nhà hóa học, D. I. Mendeleev và J. L. Meyer đã sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng khối lượng nguyên tử vào các hàng và cột, bắt đầu mỗi hàng (bảng của Mendeleev) hoặc cột mới (bảng của Meyer) khi các tính chất của nguyên tố bắt đầu lặp lại. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của mình. Mendeleev đã thay đổi vị trí một số nguyên tố để tính chất của nguyên tố phù hợp với quy luật, đồng thời để trống một số chỗ cho các nguyên tố chưa biết. Sau này, các nguyên tố ở vị trí còn trống đó được tìm ra và tính chất của chúng đều phù hợp với dự đoán của Mendeleev.

- Đến năm 2016, với những hiểu biết về cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hiện đại sắp xếp 118 nguyên tố theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.

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

Câu hỏi 2 trang 31 Hóa học 10: Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố hóa học được sắp xếp theo ba nguyên tắc, nguyên tắc nào sau đây là đúng?

A. Nguyên tử khối tăng dần.

B. Cùng số lớp electron xếp cùng cột.

C. Điện tích hạt nhân tăng dần.

C. Cùng số electron hóa trị xếp cùng hàng.

Lời giải:

Đáp án dúng là: C

Bảng tuần hoàn được sắp xếp theo các nguyên tắc sau:

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

- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng.

- Các nguyên tố có cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp thành một cột.

III. Cấu tạo của bảng tuần hoàn

Câu hỏi 3 trang 33 Hóa học 10: Ô nguyên tố trong bảng tuần hoàn cho ta biết những thông tin gì? Lấy ví dụ minh họa.

Lời giải:

Tùy theo từng loại bảng, ô nguyên tố cho ta biết một số thông tin như:

- Số hiệu nguyên tử

- Kí hiệu nguyên tố

- Tên nguyên tố

- Nguyên tử khối trung bình.

Ngoài ra: Số hiệu nguyên tử = Số đơn vị điện tích hạt nhân = số thứ tự ô nguyên tố = số proton = số electron.

Ví dụ: Ô nguyên tố aluminium (Al) cho biết:

- Số hiệu nguyên tử là 13

- Kí hiệu nguyên tố: Al

- Tên nguyên tố: Aluminium

- Nguyên tử khối trung bình bằng 26,982 amu

Ngoài ra: Số hiệu nguyên tử = Số đơn vị điện tích hạt nhân = số thứ tự ô nguyên tố = số proton = số electron = 13

Câu hỏi 4 trang 33 Hóa học 10: Dựa vào bảng tuần hoàn, hãy cho biết cấu hình electron và số electron hóa trị của các nguyên tố: C, Mg và Cl.

Lời giải:

- Cấu hình electron của nguyên tố C (Z = 6) là: 1s²2s²2p²

⇒ Số electron hóa trị là 4

- Cấu hình electron của nguyên tố Mg (Z = 12) là: 1s²2s²2p⁶3s²

⇒ Số electron hóa trị là 2

- Cấu hình electron của nguyên tố Cl (Z = 17) là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

⇒ Số electron hóa trị là 7

Câu hỏi 5 trang 33 Hóa học 10: Dựa vào bảng tuần hoàn, hãy cho biết: $M_{12}g,P_{15},F_{26}e,\text{Ar}_{18}$thuộc loại nguyên tố nào sau đây.

a) s, p, d hay f?

b) phi kim, kim loại hay khí hiếm?

Lời giải:

a) Mg thuộc nhóm IIA nên là nguyên tố s.

P thuộc nhóm VA, Ar thuộc nhóm VIIIA nên là nguyên tố p.

Fe thuộc nhóm VIIIB nên là nguyên tố d.

b) Mg thuộc nhóm IIA nên là kim loại.

P thuộc nhóm VA nên là phi kim.

Fe thuộc nhóm VIIIB nên là kim loại (kim loại chuyển tiếp)

Ar thuộc nhóm VIIIA nên là khí hiếm.

Câu hỏi 6 trang 33 Hóa học 10: Nguyên tố phosphorus có Z = 15, có trong thành phần của một loại phân bón, diêm, pháo hoa; nguyên tố calcium có Z = 20, đóng vai trò rất quan trọng đối với cơ thể, đặc biệt là xương và răng. Xác định vị trí của hai nguyên tố trên trong bảng tuần hoàn và cho biết chúng thuộc loại nguyên tố s, p hay d; là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Lời giải:

- Nguyên tố phosphorus có Z = 15

+ Có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p³

+ Nguyên tố phosphorus thuộc ô số 15, chu kì 3, nhóm VA trong bảng tuần hoàn.

+ Là nguyên tố p và là phi kim.

- Nguyên tố calcium có Z = 20

+ Có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

+ Nguyên tố calcium thuộc ô số 20, chu kì 4, nhóm IIA trong bảng tuần hoàn.

+ Là nguyên tố s. Là kim loại.

Câu hỏi 7 trang 33 Hóa học 10: Sulfur (lưu huỳnh) là chất rắn, xốp, màu vàng nhạt ở điều kiện thường. Sulfur và hợp chất của nó được sử dụng trong acquy, bột giặt, thuốc diệt nấm; do dễ cháy nên sulfur còn được dùng để sản xuất các loại diêm, thuốc súng, pháo hoa, … Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố sulfur nằm ở chu kì 3, nhóm VIA.

a) Nguyên tử của nguyên tố sulfur có bao nhiêu electron thuộc lớp ngoài cùng?

b) Các electron lớp ngoài cùng thuộc những phân lớp nào?

c) Viết cấu hình electron nguyên tử của sulfur.

d) Sulfur là nguyên tố kim loại hay phi kim?

Lời giải:

a) Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố sulfur thuộc nhóm VIA ⇒ Có 6 electron lớp ngoài cùng.

b) Có 6 electron lớp ngoài cùng ⇒ 2 electron được điền vào phân lớp s, 4 electron được điền vào phân lớp p của chu kì 3.

⇒ Các electron lớp ngoài cùng thuộc phân lớp s và p

c) Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố sulfur nằm ở chu kì 3, nhóm VIA nên ta viết được cấu hình electron của sulfur là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

d) Sulfur có 6 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là phi kim.

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

Khi đã biết một số đáng kể các nguyên tố hóa học, người ta đã tìm cách phân loại chúng. Cách phân loại đầu tiên được A. Lavoisier (La-voa-di-ê, người Pháp) thực hiện năm 1789, xếp 33 nguyên tố hóa học thành nhóm các chất khí, kim loại, phi kim và “đất”.

Năm 1829, J. W. Dobereiner (Đô-be-rai-nơ, người Đức) phân loại các nguyên tố thành các nhóm có tính chất hóa học giống nhau.

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, hai nhà hóa học, D. I. Mendeleev (Men-đê-lê-ép, người Nga) và J. L. Mayer (May-ơ, người Đức) đều sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng khối lượng nguyên tử vào 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. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của mình, Mendeleev đã thay đổi vị trí một số nguyên tố để tính chất của nguyên tố phù hợp với quy luật, đồng thời để trống một số chỗ cho các nguyên tố chưa biết.

Sau này, các nguyên tố ở vị trí còn trống đó được tìm ra và tính chất của chúng đều phù hợp với dự đoán của Mendeleev.

Đến năm 2016, với những hiểu biết về cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học sắp xếp 118 nguyên tố theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử.

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

Bảng tuần hoàn chứa 118 nguyên tố được sắp xếp theo các nguyên tắc sau:

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

- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng.

- Các nguyên tố có cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp thành một cột.

III. Cấu tạo của bảng tuần hoàn

1. Ô nguyên tố

Trong bảng tuần hoàn, mỗi nguyên tố được xếp vào một ô, gọi là ô nguyên tố. Số thứ tự của ô là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.

Tùy theo từng loại bảng, các thông tin của một ô nguyên tố có thể là số hiệu nguyên tử, kí hiệu nguyên tố, tên nguyên tố, nguyên tử khối trung bình, …

Ví dụ: Nguyên tử nguyên tố sodium có Z = 11. Nguyên tố sodium ở ô 11 trong bảng tuần hoàn.

2. Chu kì

Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần.

Bảng tuần hoàn hiện nay có 7 chu kì. Số thứ tự chu kì bằng số lớp electron của nguyên tử các nguyên tố trong chu kì.

Ví dụ: Cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố oxygen (Z = 8): 1s²2s²2p⁴.

Nguyên tử oxygen có 2 lớp electron.

Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 2.

$\to$Nguyên tố oxygen thuộc chu kì 2 trong bảng tuần hoàn.

3. Nhóm nguyên tố

Nhóm nguyên tố gồm các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành một cột.

Bảng tuần toàn hiện nay có 18 cột, chia thành 8 nhóm A (IA đến VIIIA) và 8 nhóm B (IB đến VIIIB). Mỗi nhóm là một cột, riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột.

Ví dụ: Nhóm kim loại kiềm – nhóm IA, nhóm halogen – nhóm VIIA.

Nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm A có số electron hóa trị bằng nhau và bằng số thứ tự của nhóm (trừ He).

4. Phân loại nguyên tố

a) Theo cấu hình electron

Các nguyên tố s, p, d, f là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp s, p, d, f tương ứng.

Ví dụ: ₁₁Na: 1s²2s²2p⁶3s¹ (nguyên tố s).

Các nhóm A: gồm các nguyên tố s và nguyên tố p.

Các nhóm B: gồm các nguyên tố d và nguyên tố f.

b) Theo tính chất hóa học

Các nhóm IA, IIA, IIIA: gồm các nguyên tố s và p là kim loại (trừ H và B).

Các nhóm VA, VIA, VIIA: gồm các nguyên tố p, thường là phi kim.

Nhóm VIIIA: gồm các nguyên tố khí hiếm.

Các nhóm B: gồm các nguyên tố d và f đều là kim loại chuyển tiếp.

Ví dụ: Nguyên tố chlorine có Z = 17. Xác định vị trí của nguyên tố chlorine trong bảng tuần hoàn và cho biết chúng thuộc loại nguyên tố s, p hay d; là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Hướng dẫn giải:

Cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố chlorine (Z = 17): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

Số thứ tự ô = số electron = 17.

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

Nguyên tử chlorine có electron cuối cùng điền vào phân lớp p nên chlorine là nguyên tố p và thuộc nhóm A.

Số thứ tự nhóm A = số electron hóa trị = 7 $\to$nhóm VIIA.

Vậy, nguyên tố chlorine thuộc ô 17, chu kì 3, nhóm VIIA.

Nguyên tố chlorine thuộc nhóm VIIA $\to$ Chlorine là nguyên tố phi kim