Giải sách bài tập Hóa học lớp 10 Bài 4: Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử - Cánh diều

Bài 4.1 trang 10 SBT Hóa học 10: Dựa vào mô hình nguyên tử Rutherford – Bohr, hãy cho biết phát biểu nào sau đây là đúng.

A. Số lượng electron tối đa trên các lớp là như nhau.

B. Năng lượng của các electron trên các lớp khác nhau có thể bằng nhau.

C. Khi quay quanh hạt nhân theo một quỹ đạo xác định, năng lượng của electron là không đổi.

D. Electron ở gần hạt nhân nhất có năng lượng cao nhất.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

A sai vì số electron tối đa trên các lớp là khác nhau, ví dụ lớp thứ nhất có tối đa 2 electron; lớp thứ hai có tối đa 8 electron.

B sai vì năng lượng của các electron trên các lớp khác nhau là khác nhau.

D sai vì electron ở gần hạt nhân nhất có năng lượng thấp nhất.

Bài 4.2 trang 10 SBT Hóa học 10: Theo mô hình Rutherford - Bohr, khi một nguyên tử H hấp thụ một năng lượng đủ lớn, electron sẽ

A. chuyển từ lớp electron gần hạt nhân sang lớp xa hạt nhân hơn.

B. chuyển từ lớp electron xa hạt nhân về lớp gần hạt nhân hơn.

C. không thay đổi trạng thái.

D. có thể chuyển sang lớp khác bất kì.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Theo mô hình Rutherford - Bohr, khi một nguyên tử H hấp thụ một năng lượng đủ lớn, electron sẽ chuyển từ lớp electron gần hạt nhân sang lớp xa hạt nhân hơn (hay electron sẽ chuyển từ lớp có năng lượng thấp hơn lên lớp có năng lượng cao hơn).

Bài 4.3 trang 10 SBT Hóa học 10: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về mô hình Rutherford – Bohr?

A. Electron trên lớp K có năng lượng cao hơn trên lớp L.

B. Electron trên lớp M có năng lượng cao hơn trên lớp K.

C. Electron ở lớp K gần hạt nhân hơn so với electron ở lớp L.

D. Electron ở lớp M xa hạt nhân hơn so với electron ở lớp L.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Phát biểu A sai vì: Electron trên lớp K có năng lượng thấp hơn trên lớp L.

Bài 4.4 trang 10 SBT Hóa học 10: Nguyên tử F có 9 electron. Theo mô hình Rutherford – Bohr, tỉ lệ số lượng electron trên lớp thứ hai so với số lượng electron trên lớp thứ nhất là

A. 2 : 12.

B. 7 : 2.

C. 5 : 2.

D. 2 : 7.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Số lượng electron tối đa trên một lớp là 2.n² (với n ≤ 4).

Lớp thứ nhất của F chứa tối đa 2 electron.

Lớp thứ hai của F chứa 7 electron (lớp thứ hai tối đa chứa 2.2² = 8 electron).

Vậy tỉ lệ số lượng electron trên lớp thứ hai so với số lượng electron trên lớp thứ nhất là

7 : 2.

Bài 4.5 trang 11 SBT Hóa học 10: Điền từ/ cụm từ thích hợp vào chỗ trống trong mô tả sau đây về mô hình hành tinh nguyên tử theo Rutherford – Bohr.

Khối lượng nguyên tử tập trung ở ...(1)... Electron quay xung quanh hạt nhân theo những ...(2)... xác định. Electron ở càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng ...(3)... Khi nguyên tử hấp thụ năng lượng phù hợp, electron sẽ chuyển ...(4)... hạt nhân hơn.

Lời giải:

Khối lượng nguyên tử tập trung ở (1) hạt nhân. Electron quay xung quanh hạt nhân theo những (2) quỹ đạo xác định. Electron ở càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng (3) cao. Khi nguyên tử hấp thụ năng lượng phù hợp, electron sẽ chuyển (4) ra xa hạt nhân hơn.

Bài 4.6 trang 11 SBT Hóa học 10: Nguyên tử O có 8 electron. Theo mô hình Rutherford – Bohr, nguyên tử O có số electron có cùng năng lượng ở lớp thứ nhất là

A. 2.

B. 4.

C. 6.

D. 8.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

O có số electron tối đa ở lớp thứ nhất là: 2.

Bài 4.7 trang 11 SBT Hóa học 10: Theo mô hình nguyên tử hiện đại, xác suất tìm thấy electron lớn nhất là ở

A. bên ngoài các orbital nguyên tử.

B. trong các orbital nguyên tử.

C. bên trong hạt nhân nguyên tử.

D. bất kì vị trí nào trong không gian.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Theo mô hình nguyên tử hiện đại, xác suất tìm thấy electron lớn nhất là ở trong các orbital nguyên tử (xác suất tìm thấy khoảng 90%).

Bài 4.8 trang 11 SBT Hóa học 10: Vùng nào sau đây ứng với xác suất tìm thấy electron trong nguyên tử bằng 100%?

A. Bên ngoài các orbital nguyên tử.

B. Trong các orbital nguyên tử.

C. Trong toàn bộ khoảng không gian xung quanh hạt nhân.

D. Ở bên trong hạt nhân.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Trong toàn bộ khoảng không gian xung quanh hạt nhân xác suất tìm thấy electron trong nguyên tử bằng 100%.

Bài 4.9 trang 11 SBT Hóa học 10: Mỗi phát biểu sau đây về mô hình nguyên tử hiện đại là đúng hay sai?

(1) Theo mô hình nguyên tử hiện đại, electron chuyển động không theo những quỹ đạo xác định trong cả khu vực không gian xung quanh hạt nhân.

(2) Tất cả các AO nguyên tử đều có hình dạng giống nhau.

(3) Mỗi AO nguyên tử chỉ có thể chứa được 1 electron.

(4) Các electron s chuyển động trong các AO có hình số tám nổi.

Lời giải:

Phát biểu (1) đúng.

Phát biểu (2) sai vì AO s có dạng hình cầu, AO p có dạng hình số tám nổi.

Phát biểu (3) sai vì mỗi AO chứa tối đa 2 electron.

Phát biểu (4) sai vì AO s có dạng hình cầu.

Bài 4.10 trang 11 SBT Hóa học 10: Hình ảnh bên mô tả AO p với hai thùy.

Những phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Xác suất tìm thấy electron ở mỗi thùy là khoảng 45%.

B. Xác suất tìm thấy electron ở mỗi thùy là khoảng 90%.

C. Xác suất tìm thấy electron trong AO p là khoảng 90%.

D. Xác suất tìm thấy electron trong AO p là khoảng 45%.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A và C

Xác suất tìm thấy electron trong AO p là khoảng 90% nên xác suất tìm thấy electron ở mỗi thùy là khoảng 45%.

Bài 4.11 trang 11 SBT Hóa học 10: Nếu 5 electron được điền vào 3 AO thì số lượng electron độc thân là

A. 0.

B. 1.

C. 2.

D. 5.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Mỗi AO chứa tối đa 2 electron, như vậy nếu 5 electron được điền vào 3 AO thì sẽ có 2 AO đã chứa đủ electron tối đa, 1 AO chỉ chứa 1 electron (electron độc thân).

Bài 4.12 trang 12 SBT Hóa học 10: Fluorine là nguyên tố hóa học có mặt trong nhiều hợp chất được ứng dụng trong nha khoa, y tế. Nguyên tố F có 9 electron. Hãy đề xuất phương án sắp xếp những electron này vào 5 orbital nguyên tử. Cho biết số cặp electron ghép đôi và số lượng electron độc thân trong trường hợp đó.

Lời giải:

Mỗi orbital nguyên tử chứa tối đa 2 electron nên 9 electron sẽ được xếp vào 5 orbital. Trong đó có 4 orbital chứa 2 electron và 1 orbital chứa 1 electron.

Như vậy, có 4 cặp electron ghép đôi và 1 electron độc thân.

Bài 4.13 trang 12 SBT Hóa học 10: Cần ít nhất bao nhiêu orbital nguyên tử để chứa được: 2, 8, 18 electron?

Lời giải:

Do mỗi orbital nguyên tử chứa tối đa hai electron nên số electron tối thiểu tương ứng để chứa được 2, 8, 18 electron lần lượt là 1, 4 và 9.

Bài 4.14* trang 12 SBT Hóa học 10: Theo mô hình Rutherford – Bohr, electron trong nguyên tử hydrogen chuyển động trên các quỹ đạo xác định xung quanh tâm là hạt nhân nguyên tử. Mỗi quỹ đạo được đặc trưng bởi một giá trị n (n = 1, 2, 3 …). Giá trị của n cũng chính là số thứ tự của lớp electron. Bán kính của quỹ đạo thứ n (kí hiệu là r_n) của nguyên tử hydrogen có thể tính theo công thức: r_n = n² × 0,529 ($\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}$). Hãy tính bán kính quỹ đạo thứ nhất và thứ hai (tương ứng với n = 1 và n = 2) của nguyên tử hydrogen.

Lời giải:

Bán kính quỹ đạo thứ nhất của nguyên tử hydrogen là:

r₁ = 1² × 0,529 = 0,529 ($\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}$).

Bán kính quỹ đạo thứ hai của nguyên tử hydrogen là:

r₂ = 2² × 0,529 = 2,116 ($\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}$).

Bài 4.15* trang 12 SBT Hóa học 10: Bán kính của quỹ đạo thứ n (r_n) của các ion chỉ chứa 1 electron như He⁺, Li²⁺, Be³⁺ có thể tính theo công thức:

                 ${\mathrm{r}}_{\mathrm{n}}={\mathrm{n}}^2\times \frac{0,529}{{\mathrm{Z}}^2}\left(\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}\right)$, trong đó Z là điện tích hạt nhân.

Hãy so sánh (có giải thích) bán kính quỹ đạo thứ nhất của các ion He⁺, Li²⁺, Be³⁺.

Lời giải:

Bán kính quỹ đạo thứ nhất của ion He⁺ là:

${\mathrm{r}}_{1\left({\mathrm{He}}^{+}\right)}=1^2\times \frac{0,529}{2^2}=0,13225\left(\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}\right)$

Bán kính quỹ đạo thứ nhất của ion Li²⁺ là:

${\mathrm{r}}_{1\left({\mathrm{Li}}^{2+}\right)}=1^2\times \frac{0,529}{3^2}=0,059\left(\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}\right)$

Bán kính quỹ đạo thứ nhất của ion Be³⁺ là:

${\mathrm{r}}_{1\left({\mathrm{Be}}^{3+}\right)}=1^2\times \frac{0,529}{4^2}=0,033\left(\stackrel{\mathrm{o}}{\mathrm{A}}\right)$

Như vậy, khi điện tích hạt nhân tăng, bán kính quỹ đạo thứ nhất giảm dần. Điều này được giải thích là khi Z tăng, lực hút giữa hạt nhân với electron cũng sẽ tăng nên electron chuyển động về phía gần hạt nhân hơn.

(Lưu ý: Xét cho cùng một lớp).

Bài 4.16* trang 12 SBT Hóa học 10: Năng lượng của electron trong hệ gồm 1 electron và 1 hạt nhân (như H, He⁺, …) theo mô hình Rutherford – Bohr cũng như mô hình hiện đại đều phụ thuộc vào số thứ tự của lớp (n) và điện tích hạt nhân (Z) như sau:

                             ${\mathrm{E}}_{\mathrm{n}}=-2,18\times {10}^{-18}\times \frac{{\mathrm{Z}}^2}{{\mathrm{n}}^2}\left(\mathrm{J}\right)$

trong đó Z là điện tích hạt nhân; n = 1, 2, 3, … là số thứ tự của lớp electron.

Hãy tính và so sánh (có giải thích) năng lượng của electron lớp thứ nhất của H, He⁺, Li²⁺.

Lời giải:

Năng lượng của electron lớp thứ nhất của H:

${\mathrm{E}}_{1\left(\mathrm{H}\right)}=-2,18\times {10}^{-18}\times \frac{1^2}{1^2}=-2,18\times {10}^{-18}\left(\mathrm{J}\right)$

Năng lượng của electron lớp thứ nhất của He⁺:

${\mathrm{E}}_{1\left({\mathrm{He}}^{+}\right)}=-2,18\times {10}^{-18}\times \frac{2^2}{1^2}=-8,72\times {10}^{-18}\left(\mathrm{J}\right)$

Năng lượng của electron lớp thứ nhất của Li²⁺:

${\mathrm{E}}_{1\left({{\mathrm{Li}}^2}^{+}\right)}=-2,18\times {10}^{-18}\times \frac{3^2}{1^2}=-1,962\times {10}^{-17}\left(\mathrm{J}\right)$

Theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, năng lượng của electron lớp thứ nhất của H, He⁺, Li²⁺ trở lên âm hơn. Điều này được giải thích là khi Z tăng, lực hút giữa hạt nhân với electron cũng sẽ tăng lên.