3. Bài 8. Định luật tuần hoàn và ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Định luật tuần hoàn phát biểu rằng tính chất của các đơn chất cũng như thành phần và tính chất của hợp chất tạo nên từ các nguyên tố biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của yếu tố nào sau đây?

A. Điện tích hạt nhân nguyên tử.        

B. Khối lượng nguyên tử.

C. Bán kính nguyên tử.                       

D. Số lớp electron.

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: A

Sulfur được sử dụng trong quá trình lưu hoá cao su, làm chất diệt nấm và có trong thuốc nổ đen. Sulfur là nguyên tố nhóm VIA. Công thức oxide cao nhất của sulfur là

A. SO2.                 

B. SO3.                 

C. SO6.                 

D. SO4.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức oxide cao nhất và hợp chất khí với hydrogen của các nguyên tố từ IA đến VIIA

Lời giải chi tiết:

- Sulfur thuộc nhóm VIA → Công thức oxide cao nhất của sulfur là SO3

→ Đáp án: B

Magnesium là nguyên tố có khối lượng riêng nhỏ hơn một phần ba so với nhôm. Magnesium giúp cải thiện các đặc tính cơ học của nhôm khi được sử dụng làm chất tạo hợp kim. Những hợp kim này rất hữu ích trong chế tạo máy bay và ô tô. Cấu hình electron của magnesium là 1s22s22p63s2. Công thức hydroxide của magnesium là

A. Mg(OH).          

B. Mg(OH)2.         

C. MgO(OH).       

D. Mg(OH)3.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Từ cấu hình electron của nguyên tử

+ Số lớp electron = số chu kì

+ Số electron lớp ngoài cùng = số nhóm (đối với các nguyên tố nhóm A)

+ Ô số thứ tự = điện tích hạt nhân = số proton = số electron

- Công thức oxide cao nhất và hợp chất khí với hydrogen của các nguyên tố từ IA đến VIIA

Lời giải chi tiết:

- Cấu hình electron của magnesium là 1s22s22p63s2

→ Công thức hydroxide của magnesium là Mg(OH)2

→ Đáp án: B

Hydroxide của nguyên tố X (thuộc nhóm A) có tính base mạnh. 1 mol hydroxide này tác dụng vừa đủ với 3 mol HCl. Phương án nào sau đây dự đoán về vị trí nhóm của nguyên tố X trong bảng tuần hoàn là đúng?

A. Nhóm IA.         

B. Nhóm IIA.       

C. Nhóm IIIA.      

D. Không xác định được.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức oxide cao nhất và hợp chất khí với hydrogen của các nguyên tố từ IA đến VIIA

Lời giải chi tiết:

- Gọi công thức của hydroxide là M(OH)x (x là hóa trị của M)

- Có phương trình: M(OH)x + xHCl → MClx + xH2O

- Tỉ lệ phản ứng là 1:3 → x = 3 → M là kim loại nhóm A và có hóa trị III

→ M thuộc nhóm IIIA

→ Đáp án: C

Hai nguyên tố X và Y thuộc nhóm A, tạo thành hai oxide cao nhất có công thức tương tự nhau. Khi tan trong nước, các oxide này tạo dung dịch làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ. Khối lượng nguyên tử của X nhỏ hơn của Y. Hãy cho biết những phát biểu nào sau đây về X và Y là đúng.

A. X, Y là phi kim.

B. X, Y là kim loại.

C. X, Y thuộc cùng một chu kì.

D. X, Y thuộc cùng một nhóm.

E. Số hiệu nguyên tử của X lớn hơn Y.

G. Số hiệu nguyên tử của X nhỏ hơn Y.

Lời giải chi tiết:

- Hai nguyên tố X và Y thuộc nhóm A, tạo thành hai oxide cao nhất có công thức tương tự nhau → X và Y thuộc cùng 1 nhóm A

- Khi tan trong nước, các oxide này tạo dung dịch làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ. → X và Y đều là phi kim

- Khối lượng nguyên tử của X nhỏ hơn của Y → Y thuộc chu kì lớn hơn so với X và số hiệu nguyên tử của Y lớn hơn X

→ Đáp án: A, D và G

Nếu potassium chlorate có công thức phân tử là KClO₃, công thức của sodium bromate sẽ là

A. NaBrO₃.           

B. NaBrO₂.          

C. Na₂BrO₃.          

D. Không xác định được.

Phương pháp giải:

Dựa vào các nguyên tố có cùng nhóm A sẽ có hóa trị trong các hợp chất gần như giống nhau

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: A

Giả sử em đang cố gắng tìm một ion thay thế cho ion K⁺ trong dây thần kinh truyền tín hiệu. Em sẽ bắt đầu tìm kiếm nguyên tố ở nhóm nào trong bảng tuần hoàn? Những ion nào sẽ có tính chất tương tự ion K⁺ nhất? Đối với mỗi ion em đề xuất, hãy giải thích những điểm tương tự như K⁺ và những điểm khác biệt so với K⁺.

Phương pháp giải:

Dựa vào những ion có tính chất tương tự với ion K⁺ thì nguyên tố phải cùng là kim loại mạnh và nằm cùng nhóm IA với K

Lời giải chi tiết:

- Trong cùng nhóm IA, Na⁺ và Rb⁺ sẽ có cùng số electron hóa trị và tính chất tương tự như K⁺ nhưng bán kính của Na⁺ sẽ nhỏ hơn, còn bán kính của Rb⁺ lại lớn hơn nhiều so với K⁺.

Carbon là nguyên tố có mặt trong tất cả các hợp chất hữu cơ trên Trái Đất. Sử dụng những hiểu biết về định luật tuần hoàn, hãy đề xuất nguyên tố mà em cho là có những tính chất tương tự như carbon nhất.         

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Mối liên hệ giữa cấu hình electron và vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn

+ Số lớp electron = số chu kì

+ Số electron lớp ngoài cùng = số nhóm (đối với các nguyên tố nhóm A)

+ Ô số thứ tự = điện tích hạt nhân = số proton = số electron

- Nguyên tố có những tính chất tương tự carbon là nguyên tố cùng nhóm A và ngay sát chu kì của carbon

Lời giải chi tiết:

- Cấu hình electron nguyên tử carbon: 1s²2s²2p²

→ C ở chu kì 2, nhóm IVA

→ Nguyên tố có những tính chất tương tự như carbon nhất là silicon (Si) thuộc chu kì 3 nhóm IVA

Xem xét số liệu về bán kính nguyên tử và khối lượng riêng của các khí hiếm trong bảng sau:

a) Krypton là một khí trơ được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng. Em hãy ước tính khối lượng riêng của krypton bằng cách suy luận từ dữ liệu, liên hệ giữa khối lượng riêng và bán kính nguyên tử. Hãy tìm kiếm số liệu về giá trị khối lượng riêng của khí krypton qua tài liệu, internet và so sánh với kết quả mà em ước tính được.

b) Biết rằng 1 mol neon có khối lượng là 20,18 gam. Hãy tính khối lượng của nguyên tử neon. Sau đó sử dụng bán kính nguyên tử của neon để tính khối lượng riêng của nguyên tử neon (coi nguyên tử là hình cầu có bán kính bằng bán kính nguyên tử cho trong bảng). So sánh giá trị khối lượng riêng tính được này với khối lượng riêng của khí Ne trong bảng. Kết quả này có cho em gợi ý gì về bản chất của khí neon?

Lời giải chi tiết:

- Có thể xây dựng đồ thị phụ thuộc khối lượng riêng vào bán kính nguyên tử. Sau đó, dựa vào đồ thị để tìm ra bán kính Kr khoảng 3,4.

- Khi tăng bán kính nguyên tử từ 71 pm lên 108 pm thì khối lượng riêng tăng từ 1,78 g L-1 đến 5,85 g L-1. Vậy khi bán kính nguyên tử tăng lên 1 đơn vị, khối lượng riêng tăng thêm một lượng là:

\(\frac{{5,85 - 1,78}}{{108 - 71}} = 0,11\)

- Khối lượng riêng của Kr có thể tính từ khối lượng riêng của Ar là:

 1,78 + 0,11 × (88 – 71) = 3,65 (g L-1).

- Kết quả thực nghiệm, khối lượng riêng của Kr là 3,7 g.L-1. Như vậy, kết quả ước tính khá gần với thực nghiệm.

b) - Khối lượng của một nguyên tử Ne là: \(\frac{{20,18}}{{6,{{02.10}^{23}}}} = 3,{35.10^{ - 23}}(g)\)

- Thể tích của một nguyên tử Ne là:

\(V = \frac{4}{3}\pi {r^3} = \frac{4}{3}\pi .{(38 \times 10 - 12)^3} = 2,3 \times {10^{ - 31}}({m^3}) = 2,3 \times {10^{ - 28}}\left( L \right)\;\)

- Khối lượng riêng của nguyên tử Ne là:

\(\frac{{3,{{35.10}^{ - 23}}}}{{2,{{3.10}^{ - 28}}}} = 1,46 \times {10^5}\left( {g{L^{ - 1}}} \right)\)

- Khối lượng riêng của nguyên tử Ne lớn hơn rất nhiều so với khối lượng riêng của khí Ne. Điều đó cho thấy, trong khí Ne, các nguyên tử phải ở rất xa nhau.

Dự đoán về vị trí trong bảng tuần hoàn, tính chất hoá học điển hình của đơn chất các nguyên tố X có Z = 119 và Y có Z = 120. Cho biết cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tố X là 8s¹.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Mối liên hệ giữa cấu hình electron và vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn

+ Số lớp electron = số chu kì

+ Số electron lớp ngoài cùng = số nhóm (đối với các nguyên tố nhóm A)

+ Ô số thứ tự = điện tích hạt nhân = số proton = số electron

Lời giải chi tiết:

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tố X là 8s¹.

→ X thuộc nhóm IA chu kì 8 → X là kim loại điển hình

- Nguyên tố Y có Z_Y = Z_X + 1 → Y thuộc chu kì 8 nhóm IIA → Y là kim loại điển hình