Giải Hóa 10 Bài 9 ( Cánh diều): Quy tắc octet

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 9: Quy tắc octet

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 9: Quy tắc octet

Mở đầu trang 49 Hóa học 10:Quan sát hiện tượng tự nhiên sau:

Viên bi rơi từ trên cao (vị trí có năng lượng cao hơn) xuống dưới đất (vị trí có năng lượng thấp hơn) mà không tự lăn theo chiều ngược lại.

Hãy cho biết quá trình trên diễn ra theo xu hướng tạo nên hệ bền hơn (năng lượng thấp hơn) hay kém bền hơn (năng lượng cao hơn).

Trả lời:

Quá trình trên diễn ra theo xu hướng tạo nên hệ bền hơn (năng lượng thấp hơn).

I. Quy tắc octet

Câu hỏi 1 trang 49 Hóa học 10: Cho nguyên tử các nguyên tố sau: Na (Z = 11), Cl (Z = 17), Ne (Z = 10), Ar (Z = 18). Những nguyên tử nào trong các nguyên tử trên có lớp electron ngoài cùng bền vững?

Trả lời:

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố lần lượt là:

Na (Z = 11): 1s²2s²2p⁶3s¹

Cl (Z = 17): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Ne (Z = 10): 1s²2s²2p⁶

Ar (Z = 18): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Nguyên tử Ne (Z = 10) và Ar (Z = 18) có lớp electron ngoài cùng bền vững (lớp electron ngoài cùng đã bão hòa với 8 electron).

II. Vận dụng quy tắc octet trong quá trình hình thành liên kết hóa học của các nguyên tố nhóm A

Câu hỏi 2 trang 50 Hóa học 10: Oxygen có Z = 8, cho biết xu hướng cơ bản của nguyên tử oxygen khi hình thành liên kết hóa học. Hãy vẽ sơ đồ minh họa quá trình đó.

Trả lời:

Cấu hình electron O (Z = 8): 1s²2s²2p⁴

Oxygen có 6 electron lớp ngoài cùng có xu hướng nhận thêm 2 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài cùng (như của khí hiếm Ne) khi hình thành liên kết hóa học.

Sơ đồ nguyên tử O nhận thêm 2 electron vào lớp ngoài cùng:

Luyện tập 1 trang 50 Hóa học 10: Tính phi kim được đặc trưng bằng khả năng nhận electron. Xu hướng cơ bản của nguyên tử O và F trong các phản ứng hóa học là nhường hay nhận bao nhiêu electron?

Trả lời:

O và F đều có tính phi kim ⇒ Xu hướng cơ bản của nguyên tử O và F trong các phản ứng hóa học là nhận electron.

+ Ta có: Cấu hình electron O (Z = 8): 1s²2s²2p⁴ ⇒ Nguyên tử O sẽ nhận thêm 2 electron để được lớp vỏ có 8 electron lớp ngoài cùng bền vững.

+ Ta có: Cấu hình electron F (Z = 9): 1s²2s²2p⁵ ⇒ Nguyên tử F sẽ nhận thêm 1 electron để được lớp vỏ có 8 electron lớp ngoài cùng bền vững.

Luyện tập 2 trang 51 Hóa học 10: Hãy dự đoán xu hướng nhường, nhận electron của mỗi nguyên tử trong từng cặp nguyên tử sau. Vẽ sơ đồ (hoặc viết số electron theo lớp) quá trình các nguyên tử nhường, nhận electron để tạo ion.

a) K (Z = 19) và O (Z = 8)

b) Li (Z = 3) và F (Z = 9)

c) Mg (Z = 12) và P (Z = 15)

Trả lời:

a) Cấu hình electron K (Z = 19): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹. Vậy K có 1 electron lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử K có xu hướng nhường đi 1 electron để trở thành ion mang điện tích dương, kí hiệu là K⁺.

Cấu hình electron O (Z = 8): 1s²2s²2p⁴. Vậy O có 6 electron lớp vỏ ngoài cùng nên nguyên tử O có xu hướng nhận thêm 2 electron để trở thành ion mang điện tích âm, kí hiệu là O^2-

b) Cấu hình electron Li (Z = 3): 1s²2s¹. Vậy Li có 1 electron lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử Li có xu hướng nhường đi 1 electron để trở thành ion mang điện tích dương, kí hiệu là Li⁺.

Cấu hình electron F (Z = 9): 1s²2s²2p⁵. Vậy F có 7 electron lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử F có xu hướng nhận thêm 1 electron để trở thành ion mang điện tích âm, kí hiệu là F^-.

c) Cấu hình electron Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s². Vậy Mg có 2 electron lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử Mg có xu hướng nhường đi 2 electron để trở thành ion mang điện tích dương, kí hiệu là Mg²⁺.

+ Cấu hình electron P (Z = 15): 1s²2s²2p⁶3s²3p³. Vậy P có 5 electron lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử P có xu hướng nhận thêm 3 electron để trở thành ion mang điện tích âm, kí hiệu là P^3-.

Luyện tập 3 trang 51 Hóa học 10:Vì sao nguyên tử của các nguyên tố thuộc chu kì 2 chỉ có tối đa 8 electron ở lớp ngoài cùng (thỏa mãn quy tắc 8 electron khi tham gia liên kết)?

Trả lời:

Các nguyên tố thuộc chu kì 2, có 2 lớp electron. Lại có, lớp thứ 2 có 4 AO, mà mỗi AO có tối đa 2 electron nên các nguyên tố thuộc chu kì 2 chỉ có tối đa 8 electron.

Bài tập (trang 52)

Bài 1 trang 52 Hóa học 10: Nguyên tử nitrogen và nguyên tử nhôm có xu hướng nhận hay nhường lần lượt bao nhiêu electron để đạt được cấu hình electron bền vững?

A. Nhận 3 electron, nhường 3 electron.

B. Nhận 5 electron, nhường 5 electron.

C. Nhường 3 electron, nhận 3 electron.

D. Nhường 5 electron, nhận 5 electron.

Trả lời:

Đáp án đúng là: A

Nitrogen (Z = 7) có cấu hình electron là: 1s²2s²2p³

Lớp ngoài cùng của nguyên tử nitrogen có 5 electron, nên nguyên tử nitrogen có xu hướng nhận thêm 3 electron để đạt được cấu hình electron bền vững (8 electron ở lớp ngoài cùng).

Nhôm (Z = 13) có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

Lớp ngoài cùng của nguyên tử nhôm có 3 electron, nên nguyên tử nhôm có xu hướng nhường đi 3 electron để đạt được cấu hình electron bền vững (8 electron ở lớp ngoài cùng).

Bài 2 trang 52 Hóa học 10: Nguyên tử nguyên tố nào sau đây có xu hướng nhường đi 1 electron khi hình thành liên kết hóa học?

A. Boron

B. Potassium

C. Helium

D. Fluorine.

Trả lời:

Đáp án B

Cấu hình electron potassium (Z = 19): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

Potassium có 1 electron lớp ngoài cùng nên có xu hướng nhường đi 1 electron này khi hình thành liên kết hóa học.

Bài 3 trang 52 Hóa học 10: Xu hướng tạo lớp vỏ bền vững hơn của các nguyên tử thể hiện như thế nào trong các trường hợp sau đây?

a) Kim loại điển hình tác dụng với phi kim điển hình.

b) Phi kim tác dụng với phi kim.

Trả lời:

a) Trong trường hợp kim loại điển hình tác dụng với phi kim điển hình, các nguyên tử kimloại sẽ có xu hướng nhường electron còn các nguyên tử phi kim sẽ có xu hướng nhận electron để hình thành liên kết hóa học.

b) Trong trường hợp phi kim tác dụng với phi kim, hai nguyên tử phi kim thường có xu hướng góp chung electron. Sau khi hình thành liên kết mỗi nguyên tử phi kim sẽ có 8 electron lớp ngoài cùng, giống lớp vỏ bền vững của khí hiếm.

Bài 4 trang 52 Hóa học 10: Ở dạng đơn chất, sodium (Na) và chlorine (Cl) rất dễ tham gia các phản ứng hóa học, nhưng muối ăn được tạo nên từ hai nguyên tố này lại không dễ dàng tham gia các phản ứng mà có sự nhường hoặc nhận electron. Giải thích.

Trả lời:

- Ở dạng đơn chất, sodium (Na) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s¹. Na có 1 electron lớp ngoài cùng. Nguyên tử Na dễ dàng nhường đi 1 electron để tạo thành ion Na⁺

- Ở dạng đơn chất, chlorine (Cl) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. Cl có 7 electron lớp ngoài cùng. Nguyên tử Cl dễ dàng nhận thêm 1 electron để tạo thành ion Cl^-.

- Trong hợp chất NaCl (muối ăn) cả Na⁺ và Cl^- đều đã có cấu hình bền vững của khí hiếm (với 8 electron ở lớp ngoài cùng) nên không dễ dàng tham gia các phản ứng mà có sự nhường hoặc nhận electron.

Bài 5* trang 52 Hóa học 10: Cho một số hydrocarbon sau: H-C≡C-H, H₂C=CH₂ và H₃C-CH₃.

a) Những nguyên tử H và C nào trong các hydrocarbon trên thỏa mãn quy tắc octet?

Biết rằng mỗi gạch (-) trong các công thức trên biểu diễn hai electron hóa trị chung.

b) Một phân tử hydrocarbon có ba nguyên tử C và x nguyên tử H. Giá trị x lớn nhất có thể là bao nhiêu?

Trả lời:

a) Ta có, mỗi gạch trong các công thức H-C≡C-H, H₂C=CH₂ và H₃C-CH₃ biểu diễn hai electron hóa trị chung, do đó mỗi C đã đủ 8 electron ở lớp ngoài cùng; mỗi H đã đủ 2 electron ở lớp ngoài cùng (thõa mãn quy tắc octet).

b) Một phân tử hydrocarbon có ba nguyên tử C và x nguyên tử H.

Phân tử hydrocarbon có dạng: C₃H_x

- Số các nguyên tử có hoá trị ≥ 2 là 3 (tức 3 C) ⇒ tổng số electron hoá trị là 3.4 = 12.

- Tổng số liên kết đơn giữa các nguyên tử có hoá trị ≥ 2 là: 3 – 1 = 2 ⇒ tổng số electron tham gia tạo liên kết là 2.2 = 4.

- Số H tối đa: x = 12 – 4 = 8.

I. Quy tắc octet

Quy tắc octet lần đầu được đưa ra bởi Lewis (nhà hóa học, vật lí người Mỹ) để lí giải xu hướng các nguyên tử trở nên bền vững hơn trong phản ứng hóa học.

- Quy tắc octet: Trong phản ứng hóa học, các nguyên tử có xu hướng hình thành lớp vỏ bền vững như của khí hiếm.

- Các nguyên tử khí hiếm bền vững hơn rất nhiều so với các nguyên tử nguyên tố khác trong cùng chu kì nên rất khó tham gia các phản ứng hóa học. Điều này là do chúng có lớp electron ngoài cùng đã bão hòa với 8 electron (trừ He với 2 electron).

Hình 9.1. Mô hình cấu tạo nguyên tử của He và Ne

- Các nguyên tử liên kết với nhau theo xu hướng chung là tạo ra lớp electron ngoài cùng như của khí hiếm gần nhất để mỗi nguyên tử đó trở nên bền vững hơn.

II. Vận dụng quy tắc octet trong quá trình hình thành liên kết hóa học của các nguyên tố nhóm A

- Trong quá trình hình thành liên kết hóa học, các nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để đạt được cấu hình electron bền vững như của khí hiếm gần nhất với 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc có 2 electron ở lớp ngoài cùng như của He).

Ví dụ 1: O (Z = 8) có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴

Oxygen có 6 electron lớp ngoài cùng. Vậy xu hướng cơ bản của nguyên tử oxygen khi hình thành liên kết hóa học là nhận thêm 2 electron để đạt được lớp vỏ có 8 electron ở lớp ngoài cùng như của khí hiếm Ar.

Sơ đồ nguyên tử O nhận thêm 2 electron vào lớp ngoài cùng:

Hình 9.2. Sơ đồ nguyên tử oxygen nhận thêm 2 electron vào lớp ngoài cùng

Ví dụ 2: K (Z = 19) có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹. Vậy K có 1 electron lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử K có xu hướng nhường đi 1 electron để trở thành ion mang điện tích dương, kí hiệu là K⁺.

Hình 9.3. Sơ đồ nguyên tử potassium nhường đi 1 electron vào lớp ngoài cùng

Ví dụ 3: Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là 1s²2s²2p³

Nguyên tử H (Z = 1) có cấu hình electron là 1s¹

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, nguyên tử N cần thêm 3 electron, nguyên tử H cần thêm 1 electron. Vì vậy mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử N để tạo thành 3 cặp electron chung.

Các cặp electron chung cho phân tử NH₃

Hình 9.4. Sơ đồ góp chung electron của các nguyên tử trong phân tử NH₃

Nhận xét:

- Các kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng có xu hướng nhường bớt toàn bộ các electron này để tạo thành ion dương tương ứng có 8 electron ở lớp ngoài cùng.

- Trong cùng chu kì, nguyên tử có 1 electron ở lớp ngoài cùng (các kim loại kiềm) dễ nhường electron hơn nên có tính kim loại mạnh nhất.

- Ngoài cách các nguyên tử nhường và nhận electron để hình thành liên kết ion, quy tắc octet có thể đạt được bằng cách góp chung electron.