2. 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

>> Xem chi tiết: Lý thuyết 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

Lời giải chi tiết:

(a) Trong cùng 1 chu kì, điện tích hạt nhân càng lớn, độ âm điện tăng nên lực hút giữa hạt nhân với electron lớp ngoài cùng càng mạnh.

(b) Khoảng cách giữa electron và hạt nhân càng lớn thì electron bị hạt nhân hút càng yếu.

Phương pháp giải:

- Dựa vào liên hệ giữa cấu hình electron nguyên tử với vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn, xác định các nguyên tố chu kì 2 có mấy lớp electron.

- Vẽ mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr của Li và F.

- Giải thích sự khác biệt bán kính nguyên tử dựa vào điện tích hạt nhân nguyên tử.

Lời giải chi tiết:

- Các nguyên tố chu kì 2 có 2 lớp electron.

- Mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr của:

- Nguyên tố Li và F đều có 2 lớp electron nên cùng chu kì 2, số đơn vị điện tích hạt nhân của Li nhỏ hơn F. Vì vậy bán kính nguyên tử Li lớn hơn nguyên tử F.

Phương pháp giải:

Quan sát bán kính nguyên tử các nguyên tố chu kì 3, 4, 5 theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân.

Lời giải chi tiết:

Các nguyên tố chu kì 3, 4,5 theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử giảm dần từ trái quá phải.

Phương pháp giải:

Dựa vào quy luật biến đổi bán kính nguyên tử trong cùng một chu kì.

Lời giải chi tiết:

Nguyên tử He (Z = 2) và H (Z = 1) cùng thuộc chu kì 1, mà số đơn vị điện tích hạt nhân của He lớn hơn H. Vì vậy, bán kính nguyên tử của He nhỏ hơn H và nhỏ nhất trong bảng tuần hoàn.

Phương pháp giải:

Dựa vào giá trị độ âm điện các nguyên tố trong hình 7.5, nhận xét quy luật chung về sự biến đổi độ âm điện.

Lời giải chi tiết:

Trong cùng một chu kì của các nguyên tố nhóm A, giá trị độ âm điện tăng dần theo chiều tăng điện tích hạt nhân.

Phương pháp giải:

- Phân tử H₂ được tạo bởi 2 nguyên tử H.

- Dựa vào giá trị độ âm điện của H, giải thích cặp electron liên kết của phân tử H₂ có bị lệch không.

Lời giải chi tiết:

- Phân tử H₂ được tạo bởi 2 nguyên tử H, đều có độ âm điện là 2,2.

- Như vậy lực hút electron của 2 nguyên tử H bằng nhau. Vậy trong phân tử H₂ cặp electron sẽ không bị lệch về nguyên tử nào.

Phương pháp giải:

- Tính tỉ lệ chênh lệch độ âm điện giữa N : H và O : H.

- Tỉ lệ chênh lệch độ âm điện càng lớn thì cặp electron liên kết càng bị lệch nhiều.

Lời giải chi tiết:

- Trong phân tử NH₃: độ âm điện của H và N lần lượt là 2,2 và 3,0

⟹ Nguyên tử N hút electron liên kết mạnh hơn H gấp 3,0 : 2,2 = 1,36 lần.

- Trong phân tử H₂O: độ âm điện của H và O lần lượt là 2,2 và 3,4

⟹ Nguyên tử O hút electron liên kết mạnh hơn H gấp 3,4 : 2,2 = 1,54 lần.

Vậy cặp electron liên kết trong phân tử H₂O bị lệch nhiều hơn trong phân tử H₂O.

Phương pháp giải:

Bước 1: Viết cấu hình electron, xác định vị trí của X và Y

Bước 2: So sánh độ âm điện của X và Y

Độ âm điện phụ thuộc đồng thời vào hai yếu tố: điện tích hạt nhân và bán kính nguyên tử:

- Trong 1 chu kì, từ trái sang phải, theo chiều điện tích hạt nhân tăng, bán kính nguyên tử giảm ⟹ độ âm điện càng cao.

- Trong 1 nhóm, từ trên xuống dưới, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, lực hút electron của hạt nhân giảm ⟹ độ âm điện giảm.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Viết cấu hình electron, xác định vị trí của X và Y

- X (Z = 14): 1s²2s²2p⁶3s²3p²

- Y (Z = 16): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

⟹ X và Y thuộc chu kì 3.

Bước 2: So sánh độ âm điện của X và Y

Điện tích hạt nhân của X nhỏ hơn Y ⟹ bán kính nguyên tử của X lớn hơn Y

⟹ Độ âm điện của X nhỏ hơn Y

Phương pháp giải:

- Tính phi kim đặc trưng bởi khả năng nhận electron của nguyên tử.

⟹ Giải thích quy luật biến đổi tính phi kim trong một nhóm, một chu kì dựa vào sự biến đổi của điện tích hạt nhân và bán kinh nguyên tử.

Lời giải chi tiết:

- Trong một chu kì, từ trái sáng phải, điện tích hạt nhân tăng dần ⟹ bán kính nguyên tử giảm dần nên lực hút của hạt nhân tới electron tăng ⟹ tăng khả năng nhận electron.

⟹ Tính phi kim của nguyên tố tăng dần.

- Trong một nhóm A, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nhưng do bán kính nguyên tử nguyên tố tăng nhanh ⟹ lực hút của hạt nhân tới electron giảm ⟹ giảm khả năng nhận electron.

⟹ Tính phi kim của nguyên tố giảm dần.

Phương pháp giải:

Dựa vào điện tích hạt nhân và vị trí của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn để sắp xếp các nguyên tố.

- Nếu trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân ⟹ Tính phi kim tăng.

- Nếu trong một nhóm, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân ⟹ Tính phi kim giảm.

Lời giải chi tiết:

O (Z = 8): chu kì 2 nhóm VIA

S (Z = 16): chu kì 3 nhóm VIA

F (Z = 9): chu kì 2 nhóm VIIA

- O và F cùng ở chu kì 2, theo chiều tăng của Z tính phi kim của O < F

- O và S cùng thuộc nhóm VIA, theo chiều tăng của Z tính phi kim của O > S

Vậy tính phi kim tăng dần từ trái sang phải là S < O < F

Phương pháp giải:

- Xác định nhóm của các nguyên tố chu kì 2, từ Li đến N.

- Oxide cao nhất của một nguyên tố là oxide mà nguyên tố trong đó có hóa trị cao nhất. Các nguyên tố thuộc nhóm IA đến VIIA (trừ fluorine) có hóa trị cao nhất đúng bằng số thứ tự nhóm.

Lời giải chi tiết:

- Li thuộc nhóm IA ⟹ Li có hóa trị cao nhất là I, oxide cao nhất là Li₂O

- Be thuộc nhóm VIIA ⟹ Be có hóa trị cao nhất là II, oxide cao nhất là BeO

- B thuộc nhóm IIIA ⟹ B có hóa trị cao nhất là III, oxide cao nhất là B₂O₃

- C thuộc nhóm IVA ⟹ C có hóa trị cao nhất là IV, oxide cao nhất là CO₂

- N thuộc nhóm VA ⟹ N có hóa trị cao nhất là V, oxide cao nhất là N₂O₅

Phương pháp giải:

- Chậu làm bằng nhốm có lớp oxide Al₂O₃ bám ở bên ngoài bảo vệ, vì vậy khá bền trong nước và không khí.

- Dựa vào tính chất hóa học của Al và Al₂O₃ (có tính lưỡng tính tác dụng được với cả dung dịch acid và dung dịch base) để giải thích vì sao không dùng chậu nhôm đựng nước vôi tôi.

Lời giải chi tiết:

- Chậu làm bằng nhốm có lớp oxide Al₂O₃ bám ở bên ngoài bảo vệ, vì vậy khá bền trong nước và không khí. Nước vôi tôi có thành phần là Ca(OH)₂

- Tuy nhiên, khi ta dùng khi ta dùng để đựng vôi, nước vôi thì xô, chậu, nhôm bị mòn, thủng vì:

Thành phần của vôi, nước vôi Ca(OH)₂, chất này có thể tác dụng được với Al₂O₃, phá hủy lớp oxide bảo vệ bên ngoài, sau đó tác dụng được với lớp nhôm bên trong gây mòn, thủng.

Vì vậy không dùng đồ dùng bằng nhôm để đựng vôi, nước vôi.

- Phương trình hóa học:

Al₂O₃ + Ca(OH)₂ → Ca(AlO₂)₂ + H₂O

2Al + Ca(OH)₂ + 2H₂O → Ca(AlO₂)₂ + 3H₂

Phương pháp giải:

- Al(OH)₃ thể hiện tính acid khi tác dụng với dung dịch base.

- Al(OH)₃ thể hiện tính base khi tác dụng với dung dịch acid.

Lời giải chi tiết:

- Al(OH)₃ thể hiện tính acid khi tác dụng với dung dịch NaOH:

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

- Al(OH)₃ thể hiện tính base khi tác dụng với dung dịch HCl

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Phương pháp giải:

6.

- Nguyên tố kim loại phân bố ở khu vực bên trái trong bảng tuần hoàn: dựa vào quy luật biến đổi tính kim loại của các nguyên tố trong cùng một chu kì, một nhóm A nêu và giải thích nguyên tố có tính kim loại mạnh nhất.

- Nguyên tố phi kim phân bố ở khu vực bên phảitrong bảng tuần hoàn: dựa vào quy luật biến đổi tính phi kim của các nguyên tố trong cùng một chu kì, một nhóm A nêu và giải thích nguyên tố có tính phi kim mạnh nhất.

7.

- Nguyên tố chu kì 2 gồm: Li, Be, B, C, N, O, F và Ne.

- Viết công thức hydroxide (nếu có) của các nguyên tố trên. Dựa vào xu hướng biến đổi tính acid, tính base của hydroxide so sánh tính acid, tính base của chúng.

Lời giải chi tiết:

6.

- Nguyên tố kim loại phân bố ở khu vực bên trái trong bảng tuần hoàn, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân trong một chu kì và một nhóm A: Caesium (Cs) có tính kim loại mạnh nhất (Francium là nguyên tố phóng xạ).

- Nguyên tố phi kim phân bố ở khu vực bên phải trong bảng tuần hoàn, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân trong cùng một chu kì, một nhóm A: Fluorine (F) có tính phi kim mạnh nhất.

7.

- Nguyên tố chu kì 2 gồm: Li, Be, B, C, N, O, F và Ne.

- Li và Be là kim loại nên hydroxide của chúng là: LiOH và Be(OH)₂.

- Tính acid của LiOH < Be(OH)₂, tính base của LiOH > Be(OH)₂.

Phương pháp giải:

Dựa vào lý thuyết các quy luật biến đổi về tính acid, base của oxide và hydroxide; quy luật biến đổi về bán kính nguyên tử trong cùng một nhóm.

Lời giải chi tiết:

a) Trong một chu kì, theo chiểu ... (1)... điện tích hạt nhân, độ âm điện của các nguyên tố có xu hướng tăng dần, tính base của các hydroxide ... (2)... dần.

(1) tăng ; (2) giảm

b) Trong một nhóm, theo chiều ... (3)... điện tích hạt nhân, bán kính các nguyên tử có xu hướng giảm dần, tính acid của các oxide cao nhất ... (4)... dần.

(3) tăng ; (4) giảm

c) Nhóm ...(5)... là nhóm chứa các nguyên tố đứmg đầu mỗi chu kì trong bảng tuần hoàn. Trong nhóm này, nguyên tử nguyên tố ...(6)... có bán kính lớn nhất. Số lượng các nguyên tố là kim loại của nhóm này là ...(7)...

(5) IA ; (6) Cs ; (7) 5

Phương pháp giải:

Dựa vào quy luật biến đổi tính phi kim và kim loại, tính acid - base của oxide cao nhất của nguyên tố trong cùng một chu kì và một nhóm A.

Lời giải chi tiết:

- Đặc trưng của kim loại là:

(1) Dễ nhường electron                                             

(3) Oxide cao nhất có tính base

- Đặc trưng của phi kim là:

(2) Dễ nhận electron                                                  

(4) Oxide cao nhất có tính acid

Phương pháp giải:

 Điều kiện để phản ứng xảy ra: acid mới yếu hơn acid phản ứng

Lời giải chi tiết:

a) H₂SO₄ có tính acid mạnh hơn H₃PO₄

=> Phản ứng không xảy ra

b) H₂CO₃ có tính acid yếu hơn HNO₃

=> Phản ứng xảy ra:

HNO₃ + Na₂CO₃ → NaNO₃ + H₂O + CO₂

Lời giải chi tiết:

a)

- Ở chu kì 2: theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân

⟹ Số lớp electron ngoài cùng tăng từ 2s¹ đến 2s²2p⁶

- Ở chu kì 3: tương tự chu kì 2, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân

⟹ Số lớp electron ngoài cùng tăng từ 3s¹ đến 3s²3p⁶

Vậy sự lặp lại tuần hoàn về cấu hình electron lớp ngoài cùng của các nguyên tố ở chu kì 2 và 3 thể hiện như sau: đầu chu kì nguyên tố có cấu hình electron là ns¹, cuối mỗi chu kì nguyên tố có cấu hình electron là ns²np⁶.

b*) - Sự biến đổi tuần hoàn về cấu hình electron lớp ngoài cùng là nguyên nhân quyết định đến sự biến đổi tuần hoàn về tính chất hóa học của các đơn chất và hợp chất các nguyên tố chu kì 2 và 3.

Vì cấu hình electron lớp ngoài cùng quyết định khả năng nhường và nhận e để đạt cấu hình của nguyên tố khí hiếm bền vững, dẫn tính kim loại hay phi kim của đơn chất. Trong 1 chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân thì tính kim loại giảm dần, tính phi kim giảm dần.

Từ đó, có sự biến đổi tuần hoàn tính acid, base của oxide cao nhất và hydroxide của các nguyên tố (ở hóa trị cao nhất) trong một chu kì.

+ Đơn chất: theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân thì tính kim loại tăng dần từ và tính phi kim tăng dần (trừ Ar).- Ví dụ sự biến đổi tính chất hóa học của đơn chất và hợp chất của nguyên tố chu kì 3:

Na chỉ cần nhường 1 electron để đạt cấu hình khí hiếm.

⟹ Na là kim loại mạnh nhất, có khả năng tác dụng với H₂O ở điều kiện thường:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Mg chỉ tác dụng với H₂O khi đun nóng:

Mg + 2H₂O Mg(OH)₂ + H₂

+ Hợp chất: theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân thì tính base của oxide và hydroxide giảm dần.

Na₂O tan trong nước ở điều kiện thường tạo dung dịch base:

Na₂O + H₂O → 2NaOH

MgO và Al₂O₃ không tan được trong nước.