Xây dựng hệ thống bài tập cơ sở lý thuyết hóa vô cơ phần bảng tuần hoàn, chiều hƣớng diễn biến của phản ứng hóa học và axit – bazơ (2017)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2KHOA HÓA HỌC --- --- NGUYỄN THỊ NGỌC HÂN XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA VÔ CƠ PHẦN BẢNG TUẦN HOÀN, CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN ỨNG HÓA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC -  -

NGUYỄN THỊ NGỌC HÂN

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CƠ SỞ

LÝ THUYẾT HÓA VÔ CƠ PHẦN BẢNG TUẦN HOÀN, CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN

ỨNG HÓA HỌC VÀ AXIT – BAZƠ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

TS Nguyễn Văn Quang

HÀ NỘI - 2017

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo

-TS Nguyễn Văn Quang - Giảng viên trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 - người

trực tiếp hướng dẫn luôn nhiệt tình, tận tâm chỉ bảo và tạo mọi điều kiện để đề tàicủa em hoàn thành

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2,Ban chủ nhiệm khoa Hóa học và các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện cho

em nghiên cứu và hoàn thiện đề tài này

Do thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế, nên khóa luận này không tránhkhỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy,

cô giáo, các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 27 tháng 4 năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Ngọc Hân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÀI TẬP VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP

31.1 Bài tập hóa học 31.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóahọc 31.2 Hệ thống bài tập hóa học 41.2.1 Ý nghĩa của hệ thống bài tập

41.2.2 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập hóahọc 4CHƯƠNG II: BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

52.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết 62.1.1 Nguyên tắc sắp xếp

62.1.2 Cấu trúc bảng tuần hoàn

62.1.3 Quy luật biến đổi tuần hoàn một số tính chất

72.2 Hệ thống bài tập 152.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải

152.2.2 Bài tập tự giải

27CHƯƠNG III: CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC VÀ

CÂNBẰNG HÓA HỌC 303.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết 303.1.1 Các yếu tố phản ứng quy định chiều hướng diến biến của phản ứng hóa học

303.1.2 Hiệu ứng nhiệt

303.1.3 Entropi 32

3.1.4 Năng lượng tự do Gibbs và chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa

học 323.1.5 Cân bằng hóa học

333.2 Hệ thống bài tập 363.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải

363.2.2 Bài tập tự giải

48

CHƯƠNG IV: AXIT – BAZƠ 524.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết 524.1.1 Một số thuyết axit – bazơ trước Arenius 52

4.1.2 Thuyết axit – bazơ Arenius (còn gọi là thuyết axit – bazơ cổ

4.2.2 Bài tập tự giải 64

KẾT LUẬN 67TÀI LIỆU THAM KHẢO 68PHỤ LỤC (Đáp án một số bài tập tự giải) 69

đó là điểm mốc khai sinh học chế tín chỉ.

Phương pháp đào tạo theo hệ thống tín chỉ hay gọi tắt là Hệ thống tín chỉ làmột phương thức đào tạo tiên tiến trong nền giáo dục của nhiều quốc g ia trênthế

g i ớ i, được áp dụng ở cả g iáo dục phổ thô n g v à g iáo dục đại họ c Cùng với xu thếphát triển của thế giới, phương pháp đào tạo theo hệ thống tín chỉ dần được áp dụngvào nhiều trường đại học ở Việt Nam, trong đó bao gồm trường Đại học Sư phạm

Hà Nội 2 Phương pháp đào tạo hệ thống tín chỉ đòi hỏi mỗi sinh viên phải có nănglực tự học, năng lực tự tổng hợp tích lũy kiến thức Vì phần lớn các môđun tronghọc chế tín chỉ được quy định tương đối nhỏ, cỡ 3 hoặc 4 tín chỉ, do đó không đủthời gian để trình bày kiến thức một cách đầy đủ, bài bản theo một trình tự diễn biếnliên tục

Với đặc thù bộ môn hóa học và phương pháp đào tạo hệ thống tín chỉ thì việc

đề xuất những hệ thống bài tập liên quan đến nội dung trong chương trình hóa vô cơbậc đại học với các dạng và các mức độ khác nhau (kèm theo hướng dẫn) là mộtcông việc cần thiết nhằm giúp sinh viên nắm vững những kiến thức được trang bịtrong chương trình hóa học vô cơ, đồng thời đó còn là một tài liệu giúp cho sinhviên trong việc tự học và rèn luyện để nâng cao tầm nhìn về mối quan hệ giữ lýthuyết và thực nghiệm

Xuất phát từ những lí do trên em đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập

cơ sở lý thuyết hóa vô cơ phần bảng tuần hoàn, chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học và axit – bazơ”.

3 Nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu cơ sở lý luận về bài tập và cơ sở lý thuyết hóa học

Xây dựng hệ thống bài tập phần bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; chiềuhướng diễn biến của phản ứng hóa học, cân bằng hóa học và axit – bazơ

Đề xuất bài tập nhằm giúp sinh viên thực hiện quá trình tự bồi dưỡng

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã sử dụng kết hợp nhiều phươngpháp:

- Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo: Tìm hiểu tài liệu có liên quan

đến đề tài: Sách, báo, nội dung chương trình, các đề thi olympic sinh viên hóa họctrong nước và quốc tế

- Phương pháp thực nghiệm: Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy của giảng viên và

học tập của sinh viên nhằm phát hiện vấn đề khó trong bộ môn Hóa vô cơ

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của các giảng viên có nhiều

kinh nghiệm trong nghiên cứu và giảng dạy

5 Những đóng góp của đề tài

Về mặt lí luận: Bước đầu đề tài góp phần xây dựng được một hệ thống bài tập

vô cơ bậc đại học phần bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, chiều hướng diễnbiến của phản ứng hóa học, cân bằng hóa học và axit – bazơ

Về mặt thực tiễn: Nội dung của khóa luận giúp sinh viên có thêm nhiều tư liệu

tham khảo hữu ích trong quá trình học tập và nghiên cứu về bộ môn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÀI TẬP VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP

1.1 Bài tập hóa học

1.1.1 Định nghĩa

Theo nghĩa chung nhất, thuật ngữ “bài tập”, Tiếng Anh - “Exercise”, TiếngPháp - “Exercice” dùng để chỉ một loạt hoạt động rèn luyện thể chất và tinh thần (trítuệ)

Ở Việt Nam khái niệm “bài tập” được dùng theo nghĩa rộng, bài tập có thể làcâu hỏi hay bài toán

Bài tập hoá học là một dạng bài làm gồm những bài toán, những câu hỏi hayđồng thời cả bài toán và câu hỏi thuộc về hoá học mà trong khi hoàn thành chúng,người học nắm được một tri thức hay kĩ năng nhất định

Nội dung của bài tập hoá học bao gồm các kiến thức chính yếu trong bàigiảng Đó có thể là những câu hỏi lý thuyết đơn giản chỉ yêu cầu người học tái hiệnlại kiến thức vừa học hoặc đã học xong nhưng cũng có thể là những bài tập tínhtoán liên quan đến đến cả kiến thức hoá học lẫn toán học, đôi khi bài toán tổng hợpyêu cầu người học phải vận dụng các kiến thức đã học từ trước kết hợp với nhữngkiến thức vừa học để giải

1.1.2 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học

 Làm cho người học hiểu sâu và khắc sâu kiến thức đã học

Bài tập hoá học giúp người học nhớ lại tính chất các chất, phương trình phảnứng, hiểu sâu hơn về các nguyên lý và định luật hóa học Những kiến thức (kháiniệm, định nghĩa,…) chưa vững thì thông qua giải bài tập sẽ giúp người học hiểusâu, nhớ lâu hơn

 Cung cấp thêm những kiến thức mới

Ngoài tác dụng củng cố kiến thức đã học, bài tập hoá học còn cung cấp thêmnhững kiến thức mới, mở rộng sự hiểu biết của người học một cách phong phú, sinhđộng

 Hệ thống hoá các kiến thức đã học

Đòi hỏi người học phải vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học Người học tự

mình làm bài tập sẽ củng cố kiến thức cũ một cách thường xuyên.

 Thường xuyên rèn luyện các kĩ năng kĩ xảo về hoá học

Trong quá trình giải bài tập hoá học, người học đã tự rèn luyện việc lập công thức, cân bằng phương trình, các thủ thuật tính toán Nhờ việc thường xuyên giải bài tập, lâu dần các kĩ năng sẽ phát triển thành kĩ xảo giúp người học có thể ứng xử nhanh trước những tình huống xảy ra

 Phát triển kĩ năng (so sánh,quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp, loại

suy,khái quát hoá,…)

Mỗi bài tập hoá học đều có những điểm nút, để mở những điểm đó người họcbắt buộc phải tư duy để sử dụng hoặc phương pháp quy nạp, diễn dịch, loại suy,

…Nhờ vậy tư duy của người học được phát triển, năng lực làm việc độc lập đượcnâng cao

Trong quá trình giải các bài toán hoá học, người học buộc phải tái hiện lại kiếnthức cũ, xác định mối liên hệ giữa các điều kiện đã có và yêu cầu của đề bài thôngqua các hoạt động như phân tích, tổng hợp, phán đoán,…để tìm lời giải

 Giáo dục tư tưởng đạo đức

Việc tự mình thường xuyên giải các bài tập hoá học góp phần rèn luyện chongười học tinh thần kỉ luật, tính kiên nhẫn, tự kiềm chế, cẩn thận, cách suy nghĩ vàtrình bày chính xác khoa học, qua đó nâng cao lòng yêu thích bộ môn

1.2 Hệ thống bài tập hóa học

1.2.1 Ý nghĩa của hệ thống bài tập

Trong những năm trở lại đây, nổi lên một vấn đề mới là đó là “việc giảng dạyphải đảm bảo cho người học trở thành một công dân có trách nhiệm và hoạt độnghiệu quả” Như vậy mục đích của việc học tập đã phát triển từ học để hiểu đến học

để hành rồi mới đến học để trở thành một con người tự chủ, sáng tạo, năng độngtrong mọi hoạt động Vì vậy việc học tập sẽ giải quyết vấn đề trong học tập, trongthực tế đòi hỏi con người phải có cả kiến thức và phương pháp tư duy

1.2.2 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập hóa học

 Đảm bảo tính chính xác khoa học

Tính chính xác, khoa học là nguyên tắc cơ bản quyết định một bài tập hóa học

có đạt yêu cầu hay không Theo nguyên tắc này nội dung bài tập hóa học phải đảm

bảo tính chính xác về ngữ pháp, về chính tả, đảm bảo đúng các thuật ngữ hóa học.Nội dung bài tập hóa học cần phải ngắn gọn, súc tích nhưng vẫn đảm bảo tính logic

 Đảm bảo tính đa dạng

Mỗi một bài tập hóa học chỉ rèn luyện được một hoặc một số, do đó ta cầnphải đa dạng các bài tập để giúp người học hình thành hệ thống kĩ năng toàn diện.Theo nguyên tắc này hệ thống bài tập hóa học sẽ giúp người học rèn luyện được hầuhết các kĩ năng giải bài tập ở 3 mức độ nhận thức: hiểu, biết, vận dụng Bên cạnh đó

hệ thống bài tập còn rèn luyện cho người học các thao tác tư duy như: phân tích,tổng hợp, so sánh, hệ thống hóa, khái quát hóa, trừu tượng hóa …

 Có các bài tập điển hình cho các dạng bài tập

Để giúp người học định hướng phương pháp giải một dạng bài tập nào đó cầnphải có các bài tập điển hình

 Giúp người học củng cố và khắc sâu kiến thức

Mỗi bài tập hóa học ứng với một mảng kiến thức nhất định, do đó việc giảiquyết các bài tập này sẽ giúp người học khắc sâu mảng kiến thức đó

CHƯƠNG II: BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

2.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết

2.1.1 Nguyên tắc sắp xếp

Có 3 nguyên tắc sắp xếp:

- Theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử

- Các nguyên tố mà nguyên tử có cùng số lớp electron được xếp vào cùng một hàng ngang (chu kì).

- Các nguyên tố mà nguyên tử của nó có cùng số electron hoá trị (cấu hình electron nguyên tử tương tự nhau) được xếp vào cùng một cột dọc (nhóm).

٭Chú ý: Electron hóa trị là những electron tham gia hình thành liên kết hóa học,

thường nằm sau lớp bão hòa hoặc giả bão hòa Cách xác định electron hóa trị:

+ Nhóm A (s, p): số electron hóa trị = số electron lớp ngoài cùng.+ Nhóm B (d, f): (n-1)dcnsd

Nếu 3 c + d 7: số electron hóa trị = c + d

Nếu c + d = 8 → 10: số electron hóa trị = 8

Nếu c + d 10: số electron hóa trị = c + d – 10

2.1.2 Cấu trúc bảng tuần hoàn

Bảng tuần hoàn gồm các ô nguyên tố, các chu kì và các nhóm.

Mỗi chu kì bắt đầu bằng một kim loại kiềm và kết thúc bằng một khí hiếm (trừchu kì 1)

- Chu kì 1: Cấu hình electron 1sa Gồm 2 nguyên tố

- Chu kì 2: Cấu hình electron 2sa2pb Gồm 8 nguyên tố

- Chu kì 3: Cấu hình electron 3sa3pb Gồm 8 nguyên tố

- Chu kì 4: Cấu hình electron 3dc4sa4pb Gồm 18 nguyên tố

- Chu kì 5: Cấu hình electron 4dc5sa5pb Gồm 18 nguyên tố

- Chu kì 6: Cấu hình electron 4fd5dc6sa6pb Gồm 32 nguyên tố

Chu kì 1, 2, 3 là chu kì nhỏ (ngắn) Chu kì 4, 5, 6 là chu kì lớn (dài) Chu kì 7 đangxây dựng

Có 2 loại nhóm: nhóm A (phân nhóm chính) và nhóm B (phân nhóm phụ).

- Nhóm A: Gồm những nguyên tố mà nguyên tử của chúng đang được điền electron vào phân lớp ns hoặc np (n là lớp electron ngoài cùng).

2.1.3 Quy luật biến đổi tuần hoàn một số tính chất

2.1.3.1 Năng lượng ion hoá

Năng lượng ion hoá I1 là năng lượng cần thiết, tối thiểu để tách 1 electron ra khỏi nguyên tử khí ở trạng thái cơ bản

Trong đó: E∞ là năng lượng của e ở xa vô cùng đối với nguyên tử, E∞ = 0

Ee là năng lượng của e bị tách ra khỏi nguyên tử khi bị ion hoá

I là năng lượng ion hoá ứng với sự tách e xét có mức năng lượng E∞

Z٭ là điện tích hạt nhân hiệu dụngNguyên tử chỉ có 1 electron và hạt nhân: I phụ thuộc vào điện tích hạt nhân(Z) và số lớp e (n)

Nguyên tử có nhiều electron: I còn phụ thuộc vào hiệu ứng chắn (tương tác đẩy giữa các electron) và hiệu ứng xâm nhập (hình dạng của obitan).

Mức độ xâm nhập càng lớn thì e càng khó tách.

Mức độ xâm nhập của electron s > p > d > f

b) Quy luật biến đổi

Trong một chu kì nói chung, I1 tăng dần từ trái sang phải và đạt giá trị cao nhất

ở khí trơ Vì trong một chu kì từ trái qua phải Z tăng 1 đơn vị đồng thời hằng sốchắn b tăng 0,35 đơn vị làm Z٭ tăng Mà n٭ không đổi nên lực hút giữa hạt nhân vớielectron ngoài cùng tăng, khả năng tách electron ngoài cùng khó Ngoại lệ trườnghợp năng lượng ion hoá của bo (Z = 5) và oxi (Z = 8) có giảm đi chút ít so với nănglượng ion hoá của nguyên tố đứng trước

Trong một nhóm A từ trên xuống dưới I1 giảm dần Theo chiều Z tăng mạnhđồng thời hằng số chắn b cũng tăng mạnh vì vậy Z* tăng ít hoặc không thay đổi Mà

n* tăng nên lực hút giữa hạt nhân với electron ngoài cùng giảm, khả năng táchelectron ngoài cùng khó

Các nguyên tố chuyển tiếp I1 ít thay đổi và có trị số lớn hơn nguyên tố nhómA

2.1.3.2 Bán kính nguyên tử, bán kính ion

a) Bán kính nguyên tử

Bán kính nguyên tử bằng nửa khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tử củacùng một nguyên tố tạo thành liên kết cộng hoá trị đơn (trong các đơn chất khí hayrắn)

r là khoảng cách từ tâm hạt nhân đến chỗ có mật độ e nhiều

Quy luật biến đổi:

- Trong một chu kì bán kính nguyên tử giảm từ trái sang phải cho đến khi đạt cấu

Những yếu tố ảnh hưởng tới kích thước ion:

Nguyên tử → Cation + ne

- Khi mất e làm cho tác dụng chắn của các e giảm đi nên Z٭ tăng Vì vậy bán kính giảm

Nguyên tử + ne → Anion

- Khi kết hợp e vào nguyên tử thì tác dụng chắn của các e tăng lên làm Z٭ giảm Vì vậy bán kính tăng

Quy luật biến đổi:

- Đối với các ion có cùng điện tích và lớp vỏ e có kiến trúc như nhau, nếu số lớp e càng nhiều thì bán kính càng lớn

Nguyên tố là kim loại nếu nguyên tử của nó có số e ở lớp ngoài cùng nhỏ hơn

4 (trừ B) Như vậy, tất cả các nguyên tố nhóm IA, IIA, IIIA (trừ Bo) và tất cả các nguyên tố nhóm B đều là kim loại

Một số nguyên tố ở chu kì 5 và 6, nguyên tử của chúng có số e lớp ngoài cùnglớn hơn 3 cũng là kim loại Đó là Sn và Pb ở nhóm IVA, Sb và Bi ở nhóm VA, Po ởnhóm VIA Ge ở chu kì 4 nhóm IVA có vị trí trung gian giữa kim loại và phi kim.Nguyên tử các nguyên tố phi kim có số e lớp ngoài cùng lớn hơn 3, trừ B vàcác nguyên tố kim loại kể trên Vậy tất cả các nguyên tố nhóm VIIA, bốn nguyên tốđầu nhóm VIA, ba nguyên tố đầu nhóm VA và hai nguyên tố đầu nhóm IVA là phikim

Trong một chu kì theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần, tính kim loại giảm dần và tính phi kim tăng dần

Trong phân nhóm A theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần, tính kim loại giảmdần và tính phi kim tăng dần

Trong nhóm B, tính kim loại giảm dần từ trên xuống.

2.1.3.4 Độ âm điện

Độ âm điện đặc trưng cho khả năng của một nguyên tử trong phân tử hút electron về phía mình khi tạo liên kết hoá học

Cách xác định độ âm điện theo Pauling:

- Trong phân tử AB, nếu liên kết giữa A và B là liên kết cộng hoá trị thuần tuý thìnăng lượng liên kết đơn: EA – B = 1 (EA - A + EB - B)

Trong đó: χ là độ âm điện của mỗi nguyên tử

Đơn vị của ∆ là kcal / mol

- Pauling đề nghị lấy độ âm điện của flo bằng 4,0 làm trị số chuẩn để so sánh xác định độ âm điện của các nguyên tố khác

Quy luật biến đổi:

- Trong 1 nhóm A: Độ âm điện giảm dần từ trên xuống dưới khi Z tăng

- Trong 1 chu kì: Độ âm điện tăng từ trái sang phải khi Z tăng

- Đối với các nguyên tố chuyển tiếp: Độ âm điện tăng khi Z tăng

2.1.3.5 Ái lực với electron

Ái lực với e của một nguyên tố là năng lượng toả ra (hay thu vào) khi nguyên

tử ở trạng thái tự do nhận e để tạo thành ion âm

Nguyên tử (khí) + e → ion- + EHay: X + e → X- + E (eV, kcal/mol, kJ/mol)

Khi tạo anion bền thì quá trình giải phóng năng lượng E < 0

E1 thường có giá trị âm, E2, E3… bao giờ cũng có giá trị dương vì cần cungcấp năng lượng để thắng lực đẩy ion âm.

Các hợp chất khí hidrua:

Hoá trị cao nhất trong hợp chất với O = STT nhóm.

Quy tắc xác định số oxi hoá:

- Quy tắc 1: Trong các đơn chất, số oxi hoá của các nguyên tố bằng không

- Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số số oxi hoá của các nguyên tố nhân với sốnguyên tử của từng nguyên tố bằng không

- Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hoá, số oxi hoá của hidro bằng +1

và số oxi hoá của O bằng -2

2.1.3.7 Tính axit của hiđrua (H n X)

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Độ phân liên kết H – X : phụ thuộc vào độ âm điện của X Nếu X có độ âm điện

càng lớn thì độ phân cực liên kết H – X càng lớn Vì vậy tính axit càng mạnh vàngược lại

- Độ bền liên kết H – X: phụ thuộc vào mật độ điện tích âm = đ ệ í Nếu

liên kết H – X càng bền thì tính axit càng giảm và ngược lại

Quy luật biến đổi:

- Chu kì (nhóm A) theo chiều điện tích hạt nhân tăng thì tính axit tăng

2.1.3.8 Tính axit – bazơ của hiđroxit (MOH)

M – O – H → MO - + H + tính axit (1)

M – O – H → M + + OH - tính bazơ (2)

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Độ phân cực của liên kết M –O và O - H: phụ thuộc vào độ âm điện của M

+ Độ phân cực M – O lớn hơn độ phân cực của O – H thì thể hiện tínhbazơ

axit

+ Độ phân cực M – O nhỏ hơn độ phân cực của O – H thì thể hiện tính

+ Độ phân cực M – O bằng độ phân cực của O – H thì thể hiện tính axithay bazơ tuỳ vào môi trường

- Độ bền liên kết M – O và O – H: phụ thuộc vào mật độ điện tích dương của M.

Nếu mật độ điện tích dương của M càng lớn thì liên kết M – O càng bền làm tínhbazơ giảm, tính axit tăng (khả năng đẩy H+ tăng) và ngược lại

Quy luật biến đổi:

- Với MOx(OH)y:

+ x = 0: axit yếu Ví dụ: HClO, H3PO3,…

+ x = 1: axit trung bình Ví dụ: H2CO3, H2SO3, HClO2,…

+ x = 2: axit mạnh Ví dụ: HNO3, H2SO4, HClO3,…

+ x = 3: axit rất mạnh Ví dụ: HClO4, HMnO4,…

- Trong một chu kì theo chiều điện tích hạt nhân tăng thì tính bazơ giảm, tính axittăng

- Trong một nhóm A theo chiều điện tích hạt nhân tăng thì tính bazơ tăng, tính axit giảm

- Đối với các hidroxit của nguyên tố có nhiều số oxi hoá, nếu số oxi hoá dương của nguyên tố đó tăng thì tính axit tăng và tính bazơ giảm

2.2 Hệ thống bài tập

2.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải

Dạng 1: Xác định tên nguyên tố, vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Câu 1: Không viết cấu hình electron, không dựa vào bảng tuần hoàn mà chỉ dựa vào cách sắp xếp lớp, phân lớp hãy xác định vị trí nguyên tố có số hiệu nguyên

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 17, chu kì 3, nhóm VIIA b) 18 < Z = 25 < 36

→ Nguyên tố thuộc chu kì 4 (Vì 18Ar kết thúc chu kì 3 và 36Kr kết thúc chu kì 4).

2e 4s

→ Số electron điền vào lớp ngoài cùng là : 25 – 18 = 7e 5e 3d

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 25, chu kì 4, nhóm VIIB

→ Nguyên tố thuộc chu kì 5 (Vì 36Kr kết thúc chu kì 4 và 54Xe kết thúc chu kì 5)

→ Số electron điền vào lớp ngoài cùng là : 54 – 53 = 1e

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 53, chu kì 5, nhóm IB

Câu 2: Chỉ ra nguyên tố có đặc điểm:

Mo: [Kr]4d55s1+ TH3: a = 10 Có 2 nguyên tố: Cu: [Ar]3d104s1

Ag: [Kr]4d105s1b) Nguyên tố có 2 electron chưa ghép đôi ở phân lớp 3p:

↑↓ ↑↓ ↑ ↑3s 3p

↑↓ ↑ ↑3s 3pc) Nguyên tố có 1 eletron hoá trị ở lớp 5:

+ n = 3 → Electron cuối cùng được xếp vào lớp 3

+ l = 2 → Electron cuối cùng được xếp vào phân lớp d

+ ml = - 2 → Electron cuối cùng được xếp vào ô thứ nhất của phân lớp d

+ ms = - 1/2 → Electron cuối cùng hướng xuống

↑

↓

-2 -1 0 +1 +2Như vậy, phân lớp 3d có tất cả 6 electron

→ Cấu hình: 1s22s22p63s23p63d64s2

→ Nguyên tố Fe

b)

+ n = 3 → Electron cuối cùng được xếp vào lớp 3

+ l = 1 → Electron cuối cùng được xếp vào phân lớp p

+ ml = 0 → Electron cuối cùng được xếp vào ô thứ hai của phân lớp p

+ ms = - 1/2 → Electron cuối cùng hướng xuống.

↑↓ ↑↓

↑-1 0 +1Như vậy, phân lớp 3p có tất cả 5 electron

→ Cấu hình: 1s22s22p63s23p5

→ Nguyên tố Cl

c)

+ n = 2 → Electron cuối cùng được xếp vào lớp 3

+ l = 1 → Electron cuối cùng được xếp vào phân lớp p

+ ml = 0 → Electron cuối cùng được xếp vào ô thứ hai của phân lớp p

+ ms = + 1/2 → Electron cuối cùng hướng lên

↑ ↑-1 0 +1Như vậy, phân lớp 2p có tất cả 2 electron

Cấu hình: 1s22s22p2 → Nguyên tố C

Câu 5: Hợp chất A tạo từ hai đơn ion X và Y đều có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s 2 3p 6 Tổng số các loại hạt cơ bản trong A là 164 Xác định X, Y và A.

Dạng 2: Bài tập liên quan đến năng lượng ion hoá

Câu 6: Tính hằng số chắn: b 3p , b 3d , b 4s của 29 Cu

Câu 7: Trên cơ sở so sánh năng lượng ion hoá, viết cấu hình electron của ion

Năng lượng ion hóa càng nhỏ càng dễ tách electron.

Câu 8: Sự biến đổi năng lượng ion hoá thứ nhất của các nguyên tố chu kì 2 có như sau:

Ngoại lệ trường hợp năng lượng ion hoá của bo (Z = 5) và oxi (Z = 8) có giảm

đi chút ít so với năng lượng ion hoá của nguyên tố đứng trước Sở dĩ như vậy là vì:

Dạng 3: Bài tập liên quan đến bán kính nguyên tử, bán kính ion

Câu 9: a) So sánh bán kính nguyên tử Na và bán kính cation Na + Giải thích?

b) So sánh bán kính nguyên tử Cl và bán kính anion Cl - Giải thích? Hướng dẫn

Anion Cl- có cấu hình giả bão hoà có tính đối xứng cầu

- Xét các nguyên tử của các nguyên tố cùng chu kì: 13Al, 11Na, 12Mg:

Trong một chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân (chiều điện tích hiệudụng

tăng) thì bán kính nguyên tử giảm

٭

= = = 0,74 (1٭ ’)

Mặt khác theo đề bài:

+ = 2,31 Aᴼ (2)+ = 3,14 Aᴼ (2’) Giảicác hệ phương trình (1), (2) và (1’), (2’) ta được:

٭ Chú ý: Ta có: = ٭ ٭ với điều kiện cấu hình electron của anion và cation

b) Ái lực với electron thứ nhất của oxi bằng - 142 kJ/mol với electron thứ hai bằng 844 kJ/mol Giải thích Tính tổng ái lực hai electron Kết quả này có mâu thuẫn gì với sự tồn tại thực tế của ion O 2- không?

Hướng dẫn

a)

(k

(k

(k )

Dạng 5: So sánh tính axit của các hidurua và tính axit – bazơ của các hidroxit

Câu 14: Lực axit (xét K 1 ) thay đổi thế nào trong các dãy sau:

a) HMnO 4 , H 2 SeO 4 , H 6 TeO 6

b) HBrO, HClO 2 , HMnO 4 , H 2 SO 4 c)

HNO 3 , HNO 2 , H 3 BO 3 , HClO 4

NO(OH): x = 1

B(OH)3: x = 0

ClO3(OH): x =3

→ Lực axit giảm dần theo thứ tự: HClO4, HNO3, HNO2, H3BO3

Câu 15: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit của dãy hợp chất sau:

a) CH 4 , NH 3 , H 2 O, HF b)

HF, HCl, HBr, HI.

Hướng dẫn

Giải thích tính axit của hiđrua H – X:

a) Trong cùng chu kì 2 theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân (từ C đến F):

- Độ âm điện tăng → độ phân cực liên kết H – X tăng → khả năng tách H+tăng

- Độ bền liên kết H- X giảm (do điện tích âm giảm, bán kính thay đổi khôngđáng kể) → khả năng tách H+ tăng → tính axit tăng

b) Trong nhóm VIIA theo chiều tăng điện tích hạt nhân (từ F đến Cl):

- Mặc dù, độ phân cực liên kết giảm (do độ âm điện giảm) nhưng độ bền liênkết H – X giảm (do điện tích âm không đổi và bán kính tăng) → khả năng tách H+tăng → tính axit tăng

Câu 16: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit – bazơ của dãy hợp chất sau:

a) LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH

b) NaOH, Mg(OH) 2 , Al(OH) 3 , Si(OH) 4 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HClO 4

c) Mn(OH) 2 , Mn(OH) 3 , H 2 MnO 4 , HMnO 4

Hướng dẫn

Giải thích tính axit – bazơ của hidroxit M-O-H:

a) Trong nhóm IA theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần (từ Li đến Cs):

- Độ âm điện giảm → độ phân cực liên kết M - O nói chung tăng (độ phân cựcliên kết O – H giảm) → tính bazơ tăng (tính axit giảm).

- Bán kính tăng → mật độ điện tích dương của M giảm → độ bền M – O càngkém bền → tính bazơ tăng ; khả năng đẩy H+ giảm → tính axit giảm

b) Trong chu kì 3 theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần (từ Na đến Cl):

- Độ âm điện tăng → độ phân cực liên kết M - O giảm (độ phân cực liên kếtO-H tăng) → tính bazơ giảm (tính axit tăng)

- Mật độ điện tích dương của M tăng (bán kính thay đổi không nhiều, điện tíchdương M tăng) → độ bền M – O càng bền → tính bazơ giảm; khả năng tách H+ tăng

Câu 19 (Trích đề thi olympic các trường đại học Việt Nam lần thứ ba, 2005, phần Hóa cơ sở, bảng B)

Hãy dự đoán số nguyên tố của chu kì 7 nếu nó được điền đầy đủ các ô nguyên

tố Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có Z = 107 và 117 và cho biếtchúng được xếp vào những phân nhóm nào trong bảng tuần hoàn ?

Câu 20 (Trích đề thi olympic hóa học sinh viên các trường đại học và cao đẳng toàn quốc lần thứ VII, phần thi lý thuyết, bảng C)

Tính số electron cực đại có thể có trong một nguyên tử thỏa mãn những điều kiện sau:

a) Các electron này có cùng số lượng tử chính n = 3

b) Các electron này có cùng số lượng tử chính n = 3 và số lượng tử phụ l = 1

c) Các electron này có cùng các số lượng tử: n = 3, l = 1 và số lượng tử từ ml = -1 d) Các electron này có cùng 4 số lượng tử: n = 3, l = 1, ml = -1 và ms = -1/2

Câu 21: Xác định tên nguyên tố có electron cuối cùng có bộ 4 số lượng tử như sau:

Câu 24 : Viết tên các nguyên tố được mô tả như sau:

- Các nguyên tố với 2 electron phân lớp 6p chưa ghép đôi

- Một kim loại kiềm với 1 electron hoá trị ở lớp n = 5

- Nguyên tố với năng lượng ion hoá thứ nhất thấp nhất

- Nguyên tử của nguyên tố A có cấu hình: [khí hiếm](n – 1)dans1

Câu 25: Hai nguyên tố A và B ở hai nhóm A liên tiếp của bảng tuần hoàn có tổng

ZA + ZB = 19 Chúng tạo hợp chất có tổng số proton là 70 Xác định A, B và hợpchất của chúng

Câu 26: Hợp chất A tạo từ Cation X+, anion X2- Cation X+ gồm 5 nguyên tử của 2nguyên tố có tổng số electron là 10 Anion Y2- gồm 5 nguyên tử của 2 nguyên tố kếtiếp nhau trong nhóm A có tổng số electron là 500 Xác định X, Y, A

Câu 27: Trên cơ sở so sánh năng lượng ion hoá, viết cấu hình electron của ion Cu+,

Cu2+

Câu 28 (Trích đề thi olympic hóa học sinh viên các trường đại học và cao đẳng toàn quốc lần thứ VII, phần thi lý thuyết, bảng B)

Năng lƣợng ion hóa thứ nhất (I1)

từ mức năng lượng có n = 3 xuống mức có n = 1

Câu 29: Theo phương pháp cặp electron các phân tử sau tồn tại hay không? Giải

thích?

NCl5, SF6, ClF3, OF6, I7F, SiF6

Câu 30: Sắp xếp theo chiều tăng bán kính rồi giải thích: 37Rb+, 39Y3+, 36Kr, 35Br-,

34Se2-, 38Sr2+

Câu 31: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của

nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit của dãyhợp chất sau:

a) H2O, H2S, H2Se, H2Te

b) PH3, H2S, HCl

Câu 32: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của

nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit – bazơcủa dãy hợp chất sau:

a) HClO, HClO2, HClO3, HClO4 b)

HClO4, HBrO4, HIO4

c) H2SO4, H2SeO4, H2TeO4

CHƯƠNG III: CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC VÀ CÂN

Hầu hết các phản ứng xảy ra theo chiều phản ứng toả nhiệt (∆Hᴼ <

0) Một số phản ứng thu nhiệt tự xảy ra

trong phản ứng đó.