Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 3: Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 3: Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử

Mở đầu trang 21 Hóa học 10: Trong nguyên tử các electron chuyển động như thế nào? Sự sắp xếp các electron ở các lớp, các phân lớp tuân theo nguyên lí và quy tắc nào?

Lời giải:

- Theo mô hình hành tinh nguyên tử: Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử theo những quỹ đạo tròn hay bầu dục, giống như quỹ đạo của các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.

- Theo mô hình hiện đại: Trong nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh, không theo quỹ đạo xác định. Tuy nhiên, người ta có thể xác định được vùng không gian xung quanh hạt nhân mà ở đó xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron là lớn nhất (khoảng 90%). Vùng không gian xung quanh hạt nhân tìm thấy electron có thể hình dung như một đám mây electron, được gọi là orbital nguyên tử (kí hiệu là AO).

- Cấu hình electron của nguyên tử và cách viết cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn tuần theo: nguyên tí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

+ Nguyên lí vững bền: Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s ...

+ Nguyên lí Pauli: Các phân lớp 1s, 2s, 2p, 3s đều chứa tối đa các electron nên trong mỗi AO có 2 electron (kí hiệu ↑, ↓) có chiều quay ngược nhau được viết là ↑↓.

+ Quy tắc Hund: Phân lớp 3p chỉ có 2 electron nên các electron phải phân bố sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau (↑).

I. Chuyển động của electron trong nguyên tử

Câu hỏi 1 trang 22 Hóa học 10: Mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử như thế nào?

Lời giải:

Theo mô hình hiện đại: Trong nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh, không theo quỹ đạo xác định. Tuy nhiên, người ta có thể xác định được vùng không gian xung quanh hạt nhân mà ở đó xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron là lớn nhất (khoảng 90%). Vùng không gian xung quanh hạt nhân tìm thấy electron có thể hình dung như một đám mây electron, được gọi là orbital nguyên tử (kí hiệu là AO).

Câu hỏi 2 trang 22 Hóa học 10: Orbital s có dạng

A. hình tròn.                                 

B. hình số tám nổi.

C. hình cầu.                                   

D. hình bầu dục.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Orbital s có dạng hình cầu.

Câu hỏi 3 trang 22 Hóa học 10: Quan sát Hình 3.3 và nêu sự định hướng của các AO p trong không gian.

Lời giải:

Orbital p có dạng hình số 8 nổi và có 3 sự định hướng:

+ Orbital p_x định hướng theo trục x.

+ Orbital p_y định hướng theo trục y.

+ Orbital p_z định hướng theo trục z.

II. Lớp và phân lớp electron

Câu hỏi 4 trang 23 Hóa học 10: Hãy cho biết tổng số electron tối đa chứa trong:

a) Phân lớp p.                                 b) Phân lớp d.

Lời giải:

a) Phân lớp p có 3 AO p_x, p_y, p_z  

Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

⇒ Tổng số electron tối đa chứa trong phân lớp p là 2.3 = 6 electron

b) Phân lớp d có 5 AO 

Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

⇒ Tổng số electron tối đa chứa trong phân lớp d là 2.5 = 10 electron

Câu hỏi 5 trang 23 Hóa học 10: Lớp electron có số electron tối đa gọi là lớp electron bão hòa. Tổng số electron tối đa có trong các lớp L và M là

A. 2 và 8.                                      

B. 8 và 10.

C. 8 và 18.                                    

D. 18 và 32.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Em cần nhớ:

- Trong lớp electron thứ n có n² AO (n ≤ 4)

- Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

Lớp L (n = 2) có 2² = 4 AO ⇒ Tổng số electron tối đa bằng 4.2 = 8 electron

Lớp M (n = 3) có 3² = 9 AO ⇒ Tổng số electron tối đa bằng 9.2 = 18 electron.

III. Cấu hình electron của nguyên tử

Câu hỏi 6 trang 24 Hóa học 10: Cấu hình electron của nguyên tử có Z = 16 là

A. 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

B. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

C. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

D. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Nguyên tử có Z = 16 nên nguyên tử có 16 electron.

⇒ Cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

Câu hỏi 7 trang 24 Hóa học 10: Biểu diễn cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 8 và Z = 11 theo ô orbital.

Lời giải:

- Cấu hình electron của nguyên tử có Z = 8 là 1s²2s²2p⁴, được biểu diễn theo ô orbital là:

- Cấu hình electron của nguyên tử có Z = 11 là 1s²2s²2p⁶3s¹, được biểu diễn theo ô orbital là:

Câu hỏi 8 trang 25 Hóa học 10: Silicon được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: gốm, men sứ, thủy tinh, luyện thép, vật liệu bán dẫn, … Hãy biểu diễn cấu hình electron của nguyên tử silicon (Z = 14) theo ô orbital, chỉ rõ việc áp dụng các nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

Lời giải:

Ta có: Z = 14 ⇒ Nguyên tử silicon có 14 electron.

- Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng của năng lượng:

1s 2s 2p 3s 3p 4s …

- Điền các electron vào các phân lớp electron theo nguyên lí vững bền cho đến electron cuối cùng

1s²2s²2p⁶3s²3p².

⇒ Cấu hình electron của nguyên tử silicon có Z = 14: 1s²2s²2p⁶3s²3p², được biểu diễn theo ô orbital là:

Lưu ý:

- Nguyên lí vững bền: Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s ...

- Nguyên lí Pauli: Các phân lớp 1s, 2s, 2p, 3s đều chứa tối đa các electron nên trong mỗi AO có 2 electron (kí hiệu ↑, ↓) có chiều quay ngược nhau được viết là ↑↓.

- Quy tắc Hund: Phân lớp 3p chỉ có 2 electron nên các electron phải phân bố sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau (↑).

Câu hỏi 9 trang 25 Hóa học 10: Chlorine (Z = 17) thường được sử dụng để khử trùng nước máy trong sinh hoạt. Viết cấu hình electron của nguyên tử chlorine và cho biết tại sao chlorine là phi kim.

Lời giải:

Chlorine có Z = 17 nên nguyên tử chlorine có 17 electron.

- Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng của năng lượng:

1s 2s 2p 3s 3p 4s …

- Điền các electron vào các phân lớp electron theo nguyên lí vững bền:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

⇒ Cấu hình electron của nguyên tử chlorine là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

⇒ Lớp ngoài cùng có 7 electron.

⇒ Chlorine là phi kim.

Em có thể trang 25 Hóa học 10: Viết được cấu hình electron nguyên tử của một số nguyên tố hóa học quen thuộc trong thực tế như: nitrogen, oxygen, aluminium, … và dự đoán được tính chất hóa học cơ bản của chúng.

Lời giải:

- Cấu hình electron nguyên tử của nitrogen (Z = 7) là 1s²2s²2p³.

⇒ Lớp ngoài cùng có 5 electron.

⇒ Nitrogen là phi kim.

- Cấu hình electron nguyên tử của oxygen (Z = 8) là 1s²2s²2p⁴.

⇒ Lớp ngoài cùng có 6 electron.

⇒ Oxygen là phi kim.

- Cấu hình electron nguyên tử của aluminium (Z = 13) là 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.

⇒ Lớp ngoài cùng có 3 electron.

⇒ Aluminium là kim loại.