Bài giảng Hóa học 10 Bài 3: Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử - Kết nối tri thức

Nhận biết

Bài 3.1 trang 7 SBT Hóa học 10: Orbital nguyên tử là

A. Đám mây chứa electron dạng hình cầu.

B. Đám mây chứa electron có dạng hình số 8 nổi.

C. Khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt electron lớn nhất.

D. Quỹ đạo chuyển động của electron quay quanh hạt nhân có kích thước và năng lượng xác định.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Orbital nguyên tử làkhu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt electron lớn nhất.

Bài 3.2 trang 8 SBT Hóa học 10: Sự phân bố electron trong một orbital dựa vào nguyên lí hay quy tắc nào sau đây?

A. Nguyên lí vững bền.

B. Quy tắc Hund

C. Nguyên lí Pauli

D. Quy tắc Pauli

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Sự phân bố electron trong một orbital dựa vào nguyên lí Pauli: Trong 1 orbital chỉ chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau.

Bài 3.3 trang 8 SBT Hóa học 10: Sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp electron dựa vào nguyên lí hay quy tắc nào sau đây?

A. Nguyên lí vững bền và nguyên lí Pauli.

B. Nguyên lí vững bền và quy tắc Hund.

C. Nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

D. Nguyên lí vững bền và quy tắc Pauli

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp electron dựa vào nguyên lí vững bền 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 …

+ Quy tắc Hund: Trong cùng một lớp, các electron sẽ phân bố trên các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau.

Bài 3.4 trang 8 SBT Hóa học 10: Sự phân bố electron vào các lớp và phân lớp căn cứ vào

A. nguyên tử khối tăng dần.

B. điện tích hạt nhân tăng dần.

C. số khối tăng dần.

D. mức năng lượng electron.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Sự phân bố electron vào các lớp và phân lớp căn cứ vàomức năng lượng electron.

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 …

Bài 3.5 trang 8 SBT Hóa học 10: Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử, electron chiếm các mức năng lượng

A. lần lượt từ cao đến thấp.

B. lần lượt từ thấp đến cao.

C. bất kì.

D. từ mức thứ hai trở đi.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử, electron chiếm các mức năng lượng lần lượt từ thấp đến cao.

Bài 3.6 trang 8 SBT Hóa học 10: Các lớp electron được đánh số từ trong ra ngoài bằng các số nguyên dương: n = 1, 2, 3, ... với tên gọi là các chữ cái in hoa là

A. K, L, M, O, ...

B. L, M, N, O, ...

C. K, L, M, N, ...

D. K, M, N, O, ...

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Bài 3.7 trang 8 SBT Hóa học 10: Các phân lớp trong mỗi lớp electron được kí hiệu bằng các chữ cái viết thường theo thứ tự là

A. s, d, p, f, ...

B. s, p, d, f, ..

C. s, p, f, d, ...

D. f, d, p, s, ...

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Các phân lớp trong mỗi lớp electron được kí hiệu bằng các chữ cái viết thường theo thứ tự làs, p, d, f, …

Bài 3.8 trang 8 SBT Hóa học 10: Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Những electron ở lớp K có mức năng lượng thấp nhất.

B. Những electron ở gần hạt nhân có mức năng lượng cao nhất.

C. Electron ở orbital 3p có mức năng lượng thấp hơn electron ở orbital 3s.

D. Các electron trong cùng một lớp có năng lượng bằng nhau.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

- Những electron ở lớp gần hạt nhân bị hút mạnh hơn về phía hạt nhân, vì thế có năng lượng thấp hơn so với những electron ở lớp xa hạt nhân.

⇒ B sai, A đúng vì lớp K là lớp gần hạt nhân nhất.

- Electron ở orbital 3p có mức năng lượng cao hơn electron ở orbital 3s⇒ C sai

- Các electron thuộc cùng một lớp có mức năng lượng gần bằng nhau ⇒ D sai

Bài 3.9 trang 8 SBT Hóa học 10: Mỗi orbital nguyên tử chứa tối đa

A. 1 electron

B. 2 electron

C. 3 electron

D. 4 electron

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Mỗi orbital nguyên tử chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau (nguyên lí loại trừ Pauli)

Bài 3.10 trang 8 SBT Hóa học 10: Số orbital trong các phân lớp s, p, d lần lượt bằng

A. 1, 3, 5.

B. 1, 2, 4.

C. 3, 5, 7.

D. 1, 2, 3.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Phân lớp s có 1 AO

Phân lớp p có 3 AO

Phân lớp d có 5 AO

Thông hiểu

Bài 3.11 trang 9 SBT Hóa học 10: Phân lớp 3d có số electron tối đa là

A. 6

B. 18

C. 14

D. 10

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Phân lớp d có 5 AO. Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

⇒Phân lớp 3d có số electron tối đa là 5.2 = 10 electron.

Bài 3.12 trang 9 SBT Hóa học 10: Lớp L có số phân lớp electron bằng

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp (n ≤ 4)

Phân lớp L (n = 2) có 2 phân lớp là 2s và 2p.

Bài 3.13 trang 9 SBT Hóa học 10: Lớp M có số orbital tối đa bằng

A. 3

B. 4

C. 9

D. 18

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

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

Lớp M (n = 3) có 3² = 9 AO

Bài 3.14 trang 9 SBT Hóa học 10: Lớp M có số electron tối đa bằng

A. 3

B. 4

C. 9

D. 18

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

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

Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

⇒Lớp M (n = 3) có số electron tối đa bằng 2.3² =18 electron.

Bài 3.15 trang 9 SBT Hóa học 10: Các electron của nguyên tử nguyên tố X được phân bố trên ba lớp, lớp thứ ba có 6 electron. Số đơn vị điện tích hạt nhân của nguyên tử nguyên tố X là

A. 6

B. 8

C. 14

D. 16

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Theo chiều tăng của mức năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s …

Lớp thứ 3 có 6 electron ⇒ 2 electron được điền vào 3s và 4 electron được điền vào 3p

Cấu hình electron của X là: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

Bài 3.16 trang 9 SBT Hóa học 10: Nguyên tố X có Z = 17. Electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố X thuộc lớp

A. K

B. L

C. M

D. N

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Xcó Z = 17 nên nguyên tử X 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 X là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

⇒ Electron lớp ngoài cùng của X thuộc lớp thứ 3 (lớp M)

Bài 3.17 trang 9 SBT Hóa học 10: Cách biểu diễn electron trong AO nào sau đây không tuân theo nguyên lí Pauli?

Lời giải:

Đáp án đúng là: B và D

Nguyên lí Pauli: Trong 1 orbital chỉ chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau.

Nếu orbital có 1 electron thì biểu diễn bằng 1 mũi tên đi lên, nếu orbital có 2 electron thì được biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều nhau, mũi tên đi lên viết trước.

Bài 3.18 trang 9 SBT Hóa học 10: Sự phân bố electron theo ô orbital nào dưới đây là đúng?

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Sự phân bố electron theo ô orbital trên các lớp và phân lớp cần tuân theo nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

Nguyên lí Pauli: Trong 1 orbital chỉ chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau.

⇒ A, D sai.

+ Quy tắc Hund: Trong cùng một lớp, các electron sẽ phân bố trên các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau.

⇒ B đúng, C sai (vì số electron độc thân chưa đạt tối đa)

Bài 3.19 trang 9 SBT Hóa học 10: Dùng ô orbital để mô tả cách sắp xếp electron trong orbital s.

Lời giải:

Nếu orbital s chỉ chứa 1 electron:

Nếu orbital s chứa 2 electron:

Chú ý: Trong 1 orbital chỉ chứa i đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau (nguyên lí Pauli). Nếu orbital có 1 electron thì biểu diễn bằng 1 mũi tên đi lên (), nếu orbital có 2 electron thì được biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều nhau, mũi tên đi lên viết trước ()

Bài 3.20 trang 9 SBT Hóa học 10: Trường hợp trong orbital p có chứa hai electron thì có những cách nào biểu diễn electron trong orbital đó? Cách nào tuân theo quy tắc Hund?

Lời giải:

Trường hợp orbital p có chứa 2 electron, có rất nhiều cách để biểu diễn 2 electron trong AO_p. Ví dụ một số cách:

Tuy có nhiều cách biểu diễn nhưng chỉ có trường hợp (2) tuân theo quy tắc Hund (số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau).

Chú ý: Theo nguyên lí Pauli: Trong 1 orbital chỉ chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau. Nếu orbital có 1 electron thì biểu diễn bằng 1 mũi tên đi lên (), nếu orbital có 2 electron thì được biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều nhau, mũi tên đi lên viết trước ()

Bài 3.21 trang 9 SBT Hóa học 10: Nêu mối quan hệ về năng lượng của electron trên các orbital, các phân lớp, các lớp electron.

Lời giải:

Mối quan hệ về năng lượng:

- Những electron ở lớp gần hạt nhân bị hút mạnh hơn về phía hạt nhân, vì thế có năng lượng thấp hơn so với những electron ở lớp xa hạt nhân. Mức năng lượng tăng dần theo lớp electron: K < L < M < N < O < …

- Các electron thuộc cùng một lớp có mức năng lượng gần bằng nhau. Mức năng lượng tăng dần theo AO: s < p < d < f.

- Các electron trên cùng một phân lớp có mức năng lượng bằng nhau.

Bài 3.22 trang 9 SBT Hóa học 10: Cho biết tổng số electron tối đa chứa trong:

a) Phân lớp p;

b) Phân lớp d;

c) Lớp K;

d) Lớp M.

Lời giải:

Chú ý:

+ Lớp electron thứ n có n² AO (n ≤ 4)

+ Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

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

c) Lớp K (n = 1) có 1² = 1 AO.

⇒ Số electron tối đa trong lớp K là 2.1 = 2 electron.

d) Lớp M (n = 3) có 3² = 9 AO

⇒ Số electron tối đa trong lớp M là 2.9 = 18 electron.

Vận dụng

Bài 3.23 trang 10 SBT Hóa học 10: Nguyên tố X có Z = 12 và nguyên tố Y có Z = 17.

Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố X và Y. Khi nguyên tử của nguyên tố X nhường đi hai electron và nguyên tử của nguyên tố Y nhận thêm một electron thì lớp electron ngoài cùng của chúng có đặc điểm gì?

Lời giải:

– Nguyên tử X (Z = 12) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²

X nhường đi 2 electron: X → X²⁺ + 2e

Cấu hình electron của ion X²⁺ là 1s²2s²2p⁶

- Nguyên tử Y (Z = 17) có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Y nhận thêm 1 electron: Y + e → Y^-

Cấu hình electron của Y^- là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

- Cấu hình electron của ion X²⁺ giống khí hiếm Ne, có 8 electron lớp ngoài cùng.

- Cấu hình electron của ion Y^- giống với cấu hình electron của khí hiếm Ar, có 8 electron lớp ngoài cùng.

Bài 3.24 trang 10 SBT Hóa học 10: Viết cấu hình electron theo ô orbital của nguyên tử các nguyên tố có Z = 9, Z = 14 và Z = 21. Chúng là nguyên tố kim loại, phi kim hay khí hiếm?

Lời giải:

+) Z = 9 (1s²2s²2p⁵): nguyên tử có 7 electron hóa trị, dễ thu electron, là phi kim.

Cấu hình electron theo ô orbital:

+) Z = 14 (1s²2s²2p⁶3s²3p²): nguyên tử có 4 electron hóa trị nên có thể thu electron hoặc nhường electron, là phi kim.

Cấu hình electron theo ô orbital:

+) Z = 21 (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²): nguyên tử có 3 electron hóa trị, dễ nhường electron, là kim loại.

Bài 3.25 trang 10 SBT Hóa học 10: Hợp chất A có công thức M₄X₃. Tổng số hạt proton, electron và neutron trong phân tử A là 214. Tổng số hạt proton, neutron, electron của [M]₄ nhiều hơn so với [X]₃ trong A là 106.

a) Xác định công thức hóa học của A.

b) Viết cấu hình electron của các nguyên tử tạo nên A.

Lời giải:

a) Coi tổng số hạt trong [M] là x và [X] là y

Theo bài ra ta có: 4x + 3y = 214 (I)

và 4x – 3y = 106 (II)

Giải hệ (I) và (II), ta được: x = 40 và y = 18.

Số p = số e nên ta có:

2p_M + n_M = 40 với $1\le \frac{n_M}{p_M}\le 1,5$ và p_M < 20

⇒ p_M = 13 và n_M = 14

⇒ M là ₁₃Al.

2p_X + n_X = 18 với $1\le \frac{n_X}{p_X}\le 1,5$ và p_X < 9

⇒ p_X = 6 và n_X = 6

⇒ X là ₆C.

Công thức hóa học của A là Al₄C₃.

b) Cấu hình electron: ₁₃Al (1s²2s²2p⁶3s²3p¹) và ₆C (1s²2s²2p²)