Giải sgk hóa học 10 – chân trời sáng tạo bài (4)

Bài 4 Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử A/ Câu hỏi đầu bài Mở đầu trang 26 Hóa học 10 Trong nguyên tử, các electron chuyển động như thế nào và chiếm những mức năng lượng nào? Trình tự sắp xếp các[.]

Bài 4 Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử A/ Câu hỏi đầu bài

Mở đầu trang 26 Hóa học 10: Trong nguyên tử, các electron chuyển động như thế

nào và chiếm những mức năng lượng nào? Trình tự sắp xếp các mức năng lượng này

ra sao? Việc phân bố các electron trong nguyên tử tuân theo những nguyên lí và quy tắc nào?

Trả lời:

- Sự chuyển động của electron trong nguyên tử:

+ Theo mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr, các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân

+ Theo mô hình hiện đại, trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định, tạo thành đám mây electron

- Trong nguyên tử các electron được sắp xếp thành từng lớp và phân lớp theo mức năng lượng từ thấp đến cao

- Trình tự sắp xếp các mức năng lượng:

+ Các electron trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau

+ Các electron trên cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau

B/ Câu hỏi giữa bài

1 Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

Hình thành kiến thức mới 1 trang 26 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.1 và 4.2,

so sánh điểm giống và khác nhau giữa mô hình Rutherford - Bohr với mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử

Trả lời:

Mô hình Rutherford – Bohr Mô hình hiện đại Giống nhau Electron chuyển động quanh hạt nhân

Khác nhau Hạt nhân nằm ở giữa, electron

chuyển động quanh hạt nhân trên quỹ đạo đường đi xác định

có hình tròn hoặc hình bầu dục

Electron chuyển động hỗn loạn không có quỹ đạo xác định quanh hạt nhân ⇒ Chỉ xác định được khoảng không gian mà electron chuyển động trong đó, khoảng không gian

đó gọi là Orbital nguyên tử

Vận dụng trang 27 SGK Hóa học 10: Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời ở trung tâm và

các thiên thể quay quanh theo những quỹ đạo xác định Hãy cho biết mô hình nguyên tử của nhà khoa học nào được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử, tương tự

như hệ Mặt Trời?

Trả lời:

- Các thiên thể quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định

- Theo Rutherford – Bohr: các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân

⇒ Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr được gọi là mô hình hành tinh nguyên

tử, tương tự như hệ Mặt Trời

Hình thành kiến thức mới 2 trang 27 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.3, phân

biệt khái niệm đám mây electron và khái niệm orbital nguyên tử

Trả lời:

- Đám mây nguyên tử được tạo thành khi các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân với xác suất tìm thấy không giống nhau

- Orbital nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất

có mặt electron khoảng 90%

Hình thành kiến thức mới 3 trang 27 SGK Hóa học 10: Cho biết khái niệm orbital

nguyên tử xuất phát từ mô hình nguyên tử của Rutherford - Bohr hay mô hình nguyên

tử hiện đại

Trả lời:

Khái niệm orbital nguyên tử xuất phát từ mô hình nguyên tử hiện đại

Hình thành kiến thức mới 4 trang 27 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.4, hãy

cho biết điểm giống và khác nhau giữa các orbital p (px, py, pz)

Trả lời:

- Điểm giống nhau giữa các orbital p (px; py; pz): đều có dạng hình số tám nổi

- Điểm khác nhau: Sự định hướng trong không gian, cụ thể:

+ Orbital px có dạng hình số tám nổi, định hướng theo trục x

+ Orbital py có dạng hình số tám nổi, định hướng theo trục y

+ Orbital pz có dạng hình số tám nổi, định hướng theo trục z

2 Lớp và phân lớp electron

Hình thành kiến thức mới 5 trang 28 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 4.5, nhận

xét cách gọi tên các lớp electron bằng các chữ cái tương ứng với các lớp từ 1 đến 7

Trả lời:

Trong nguyên tử, các electron được sắp xếp thành từng lớp kí hiệu K, L, M, N, O,

P, Q từ gần đến xa hạt nhân theo thứ tự từ lớp n = 1 đến n = 7

Hình thành kiến thức mới 6 trang 28 SGK Hóa học 10: Từ hình 4.5, cho biết lực

hút của hạt nhân với electron ở lớp nào là lớn nhất và lớp nào là nhỏ nhất

Trả lời:

Từ hình 4.5 ta thấy: Lực hút của hạt nhân với lớp K là lớn nhất, lớp Q là nhỏ nhất

Hình thành kiến thức mới 7 trang 28 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.6, nhận

xét về số lượng phân lớp trong các lớp từ 1 đến 4

Trả lời:

Với 4 lớp đầu (1, 2, 3, 4) số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó

3 Cấu hình electron nguyên tử

Hình thành kiến thức mới 8 trang 29 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.7, nhận

xét chiều tăng năng lượng của các electron trên các AO ở trạng thái cơ bản (trạng thái có năng lượng thấp nhất)

Trả lời:

Ở trạng thái cơ bản, các electron trong nguyên tử chiếm lần lượt những orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p …

Lưu ý: Khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơn 4d,

Hình thành kiến thức mới 9 trang 30 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.8, cho

biết cách biểu diễn 2 electron trong một orbital dựa trên cơ sở nào?

Trả lời:

Cách biểu diễn 2 electron trong một orbital dựa trên nguyên lí Pauli:

+ Để biểu diễn orbital nguyên tử, người ta sử dụng các ô vuông, gọi là ô lượng tử, mỗi ô lượng tử ứng với một AO, mỗi AO chứa tối đa 2 electron và có chiều tự quay ngược nhau

+ Nếu trong AO chỉ chứa một electron thì electron đó gọi là electron độc thân (kí hiệu bởi một mũi tên hướng lên ↑) Ngược lại, nếu AO chứa đủ hai electron thì các electron đó gọi là electron ghép đôi (kí hiệu bởi hai mũi tên ngược chiều nhau ↑↓)

Hình thành kiến thức mới 10 trang 30 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.9, hãy

cho biết nguyên tử oxygen có bao nhiêu electron ghép đôi vào bao nhiêu electron độc thân?

Trả lời:

Nguyên tử oxygen có 6 electron ghép đôi và 2 electron độc thân

Hình thành kiến thức mới 11 trang 31 SGK Hóa học 10: Từ Bảng 4.1, hãy chỉ ra

mối quan hệ giữa số thứ tự lớp và số electron tối đa trong mỗi lớp

Trả lời:

Từ bảng 4.1 ta có mối quan hệ: lớp n có tối đa 2n 2 electron (với n ≤ 4)

Luyện tập trang 31 SGK Hóa học 10: Nguyên tử nitrogen có 2 lớp electron trong

đó có 2 phân lớp s và 1 phân lớp p Các phân lớp s đều chứa số electron tối đa, còn phân lớp p chỉ chứa một nửa số electron tối đa Nguyên tử nitrogen có bao nhiêu

electron

Trả lời:

Số electron tối đa trong phân lớp p là 6

Trong nguyên tử nitrogen, phân lớp 2p chỉ chứa một nửa số electron tối đa ⇒ phân lớp 2 p chứa 3 electron

Nitrogen có 2 phân lớp s đều chứa electron tối đa ⇒ tổng số các electron trên các phân lớp s là 2 × 2 = 4

Nguyên tử nitrogen có 3 + 4 = 7 electron

Hình thành kiến thức mới 12 trang 31 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 4.10, hãy

nhận xét số lượng electron độc thân ở mỗi trường hợp

Trả lời:

Trường hợp a) không có electron độc thân ⇒ Phân lớp bão hòa chứa đủ số electron tối đa

Trường hợp b) có 3 electron độc thân ⇒ Phân lớp nửa bão hòa chứa một nửa số electron tối đa

Trường hợp hợp c) có 2 electron độc thân ⇒ Phân lớp chưa bão hòa chưa đủ số electron tối đa

Hình thành kiến thức mới 13 trang 31 SGK Hóa học 10: Hãy đề nghị cách phân

bố electron vào các orbial để số electron độc thân là tối đa

Trả lời:

Cách phân bố electron vào các orbial để số electron độc thân là tối đa:

Biểu diễn các electron bằng mũi tên đi lên vào lần lượt các orbital trước, sau đó mới quay lại biểu diễn các electron bằng mũi tên đi xuống vào các orbital

Luyện tập trang 31 SGK Hóa học 10: Trong các trường hợp (a) và (b) dưới đây,

trường hợp nào có sự phân bố electron vào các orbital tuân theo và không tuân theo quy tắc Hund

Trả lời:

Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp chưa bão hòa, các electron sẽ phân bố vào

các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa Vậy:

+ Trường hợp (a) tuân theo quy tắc Hund vì số electron độc thân đã tối đa

+ Trường hợp (b) không tuân theo quy tắc Hund vì số electron độc thân chưa tối đa

Hình thành kiến thức mới 14 trang 32 SGK Hóa học 10: Cấu hình electron của

một nguyên tử cho biết những thông tin gì?

Trả lời:

Cấu hình electron của một nguyên tử cho biết sự phân bố electron trong vỏ nguyên

tử trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau

Luyện tập trang 32 SGK Hóa học 10: Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên

tố aluminium (Z = 13) và biểu diễn cấu hình electron của aluminium theo ô orbital

Từ đó, xác định số electron độc thân của nguyên tử này

Trả lời:

Z = 13 ⇒ nguyên tử aluminium có 13 electron

Cấu hình electron nguyên tử aluminium là: 1s22s22p63s23p1 hoặc viết gọn [Ne]3s23p1

Cấu hình electron theo ô orbital:

⇒ Nguyên tử aluminium có 1 electron độc thân

Hình thành kiến thức mới 15 trang 33 SGK Hóa học 10: Quan sát Bảng 4.2, hãy

cho biết dựa trên cơ sở nào để dự đoán phosphorus là nguyên tố phi kim

Trả lời:

Dựa vào Bảng 4.2, cấu hình electron của phosphorus (Z = 15): 1s22s22p63s23p3 hay [Ne]3s23p3

Cơ sở để dự đoán phosphorus (Z = 15) là nguyên tố phi kim: có 5 electron lớp ngoài

cùng

Vận dụng trang 33 SGK Hóa học 10: Lithium là một nguyên tố có nhiều công

dụng, được sử dụng trong chế tạo máy bay và trong một số loại pin nhất định Pin Lithium - Ion (pin Li- Ion) đang ngày càng phổ biến, nó cung cấp năng lượng cho

cuộc sống của hàng triệu người mỗi ngày thông qua các thiết bị như máy tính xách tay, điện thoại di động, xe Hybrid, xe điện, … nhờ trọng lượng nhẹ, cung cấp năng lượng cao và khả năng sạc lại Dựa vào cấu hình electron nguyên tử (Bảng 4.2), hãy

dự đoán lithium là kim loại, phi kim hay khí hiếm?

Trả lời:

Dựa vào Bảng 4.2, cấu hình electron của lithium (Z = 3) là 1s22s1 hay [He]2s1

Nguyên tử lithium có 1 electron lớp ngoài cùng ⇒ là kim loại

Bài tập

Bài tập 1 trang 34 SGK Hóa học 10: Trong các cách biểu diễn electron vào các

orbital của phân lớp 2p ở trạng thái cơ bản, hãy chọn cách phân bố đúng:

Trả lời:

Chọn (1) phân bố đúng vì chứa tối đa electron độc thân và các electron độc thân được biểu diễn bằng mũi tên hướng lên trên

Bài tập 2 trang 34 SGK Hóa học 10: Cho nguyên tố X có 2 lớp eletron, lớp thứ 2

có 6 electron Xác định số hiệu nguyên tử của X

Trả lời:

Số electron của nguyên tử của X là 2 + 6 = 8 electron

⇒ X có 8 proton, số hiệu nguyên tử của X là 8

Bài tập 3 trang 34 Hóa học 10: Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của những nguyên

tố nào dưới đây có electron độc thân?

a) Boron

b) Oxygen

c) Phosphorus

d) Chlorine

Trả lời:

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của tất cả các nguyên tố trên đều chứa electron độc thân Cụ thể:

Nguyên tử Cấu hình electron Orbital lớp ngoài cùng Số electron độc

thân

Boron

(Z = 5)

1s22s22p1 hay [He] 2s22p1

1

Oxygen

(Z = 8)

1s22s22p4 hay [He] 2s22p4

2

Phosphorus

(Z = 15)

1s22s22p63s23p3 hay [Ne] 3s23p3

3

Chlorine

(Z = 17)

1s22s22p63s23p5 hay [Ne] 3s23p5

1

Bài tập 4 trang 34 Hóa học 10: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên

tố: carbon (Z = 6), sodium (Z = 11) và oxygen (Z = 8) Cho biết số electron lớp ngoài cùng trong nguyên tử các các nguyên tố trên Chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm?

Trả lời:

Cấu hình electron carbon (Z = 6): 1s22s22p2 hay [He] 2s22p2

⇒ Nguyên tử carbon có 4 electron lớp ngoài cùng ⇒ là phi kim

Cấu hình electron sodium (Z = 11): 1s22s22p63s1 hay [Ne] 3s1

⇒ Nguyên tử sodium có 1 electron lớp ngoài cùng ⇒ là kim loại

Cấu hình electron oxygen (Z = 8): 1s22s22p4 hay [He] 2s22p4

⇒ Nguyên tử oxygen có 6 electron lớp ngoài cùng ⇒ là phi kim