Bài 7: Năng lượng của các electron trong nguyên tử. Cấu hình electron trong nguyên tử – Bài 5 trang 32 SGK Hóa học 10 Nâng cao. Hãy cho biết số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tưt H, Li, Na, K, Ca, Mg, C, Si, O.
Hãy cho biết số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tưt H, Li, Na, K, Ca, Mg, C, Si, O.
Cấu hình electron của các nguyên tử:
\[\eqalign{ & H\left[ {Z = 1} \right]:\,\,1{s^1} \cr & Li\left[ {Z = 3} \right]:\,\,1{s^2}2{s^1} \cr & Na\left[ {Z = 11} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^1} \cr & K\left[ {Z = 19} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}4{s^1} \cr & Ca\left[ {Z = 20} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}4{s^2} \cr & Mg\left[ {Z = 12} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2} \cr & C\left[ {Z = 6} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^2} \cr & Si\left[ {Z = 14} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^2} \cr
& O\left[ {Z = 8} \right]:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^4} \cr} \]
Số electron lớp ngoài cùng:
Quảng cáo– Nguyên tử H, Li, Na, K đều có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
– Nguyên tử Ca, Mg đều có 2 electron ở lớp ngoài cùng.
– Nguyên tử C, Si đều có 4 electron ở lớp ngoài cùng.
– Nguyên tử O có 6 electron ở lớp ngoài cùng.
I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử
Cacbon ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn.
Cấu hình electron của nguyên tử cacbon là 1s2 2s2 2p2.
Các số oxi hóa của cacbon là -4, 0, +2 và +4.
II. Tính chất vật lí
Nguyên tố cacbon có một số dạng thù hình là kim cương, than chì, fuleren, ...
Cấu trúc của tinh thể kim cương [a], tinh thể than chì [b] và fuleren [c] như hình sau:
1. Kim cương
- Là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
- Có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất.
2. Than chì
- Là chất tinh thể màu xám đen.
- Tinh thể than chì có cấu trúc lớp nên mềm.
3. Fuleren
Fuleren gồm các phân tử C60, C70, ... Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng, gồm 32 mặt, với 60 đỉnh là 60 nguyên tử cacbon..
Các loại than điều chế nhân tạo như than gỗ, than xương, than muội, ... được gọi chung là cacbon vô định hình, có cấu tạo xốp nên hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.
II. Tính chất hóa học
Cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ, khi đun nóng nó phản ứng được với nhiều chất.
Trong các phản ứng oxi hóa - khử, đơn chất cacbon có thể tăng hoặc giảm số oxi hóa, nên nó thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa. Tuy nhiên, tính khử vẫn là tính chất chủ yếu của cacbon.
1. Tính khử
a. Tác dụng với oxi
Cacbon cháy được trong không khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, tạo ra CO2 và một ít khí CO:
$\mathop C\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}{O_2}{\text{ }}\xrightarrow{{{t^o}{\text{ }}}}\mathop C\limits^{ + 4} {O_2}$
$\mathop C\limits^{ + 4} {O_2} + \mathop C\limits^0 \xrightarrow{{{t^o}{\text{ }}}}2\mathop C\limits^{ + 2} O$
b. Tác dụng với hợp chất
Ở nhiệt độ cao, cacbon có thể khử được nhiều oxit, phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác như HNO3, H2SO4 đặc, KClO3,...
Thí dụ: $\mathop C\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}4HN{O_3}{\text{ }}\left[ {đặc} \right]{\text{ }}\xrightarrow{{{t^o}}}\mathop C\limits^{ + 4} {O_2}{\text{ }} + {\text{ }}4N{O_2}{\text{ }} + {\text{ }}2{H_2}O$
2. Tính oxi hóa
a. Tác dụng với hiđro
Ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác, C tác dụng với khí H2 tạo thành khí CH4:
$\mathop C\limits^0 {\text{ + }}2{H_2}{\text{ }}\xrightarrow{{{t^o},xt}}\mathop C\limits^{ - 4} {H_4}$
b. Tác dụng với kim loại
Ở nhiệt độ cao, C tác dụng được với một số kim loại tạo thành cacbua kim loại.
Thí dụ: $4Al + 3\mathop C\limits^0 {\text{ }}\xrightarrow{{{t^o}}}A{l_4}\mathop {{C_3}}\limits^{ - 4} $
nhôm cacbua
III. Ứng dụng
Kim cương được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài.
Than chì được dùng làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi trơn, làm bút chì đen.
Than cốc được dùng làm chất khử trong luyện kim, để luyện kim loại từ quặng.
Than gỗ được dùng để chế tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo, ...
Than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh được dùng trong mặt nạ phòng độc và trong công nghiệp hóa chất.
Than muội được dùng làm chất độn cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy, ...
IV. Trạng thái tự nhiên
- Trong thiên nhiên kim cương và than chì là cacbon tự do gần như tinh khiết.
- Cacbon còn chứa trong các khoáng sản như calcit [đá vôi, đá phấn, đá hoa đều có chứa CaCO3], Magiezit [MgCO3]. Đolomit [CaCO3, MgCO3];
- Cacbon là thành phần chính của than mỏ, khí thiên nhiên, dầu mỏ, cơ thể giới sinh vật.
Nước ta có mỏ than antraxit lớn ở Quảng Ninh, một số mỏ than nhỏ hơn ở Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Nam, ...
V. Điều chế
Kim cương nhân tạo được điều chế bằng cách nung than chì ở khoảng 2000oC, dưới áp suất 50 đến 100 nghìn atmotphe với chất xúc tác là sắt, crom hay niken.
Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 - 3000oC trong lò điện, không có mặt không khí.
Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ khoảng 1000oC trong lò cốc, không có không khí.
Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm ở các độ sâu khác nhau dưới mặt đất.
Than gỗ được tạo nên khi đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí.
Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan có chất xúc tác:
$C{H_4}{\text{ }}\xrightarrow{{{t^o},xt}}C + 2{H_2}$
Bài 7: Năng lượng của các electron trong nguyên tử. Cấu hình electron trong nguyên tử – Bài 4 trang 32 SGK Hóa học 10 Nâng cao. Hãy viết cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 20, Z = 21, Z = 22, Z = 24, Z = 29 và cho nhận xét cấu hình electron của các nguyên tử đó khác nhau thế nào?
Hãy viết cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 20, Z = 21, Z = 22, Z = 24, Z = 29 và cho nhận xét cấu hình electron của các nguyên tử đó khác nhau thế nào?
Cấu hình electron của các nguyên tử là:
\[\eqalign{ & Z = 20:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}4{s^2} \cr & Z = 21:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^1}4{s^2} \cr & Z = 22:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^2}4{s^2} \cr & Z = 24:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^5}4{s^1} \cr
& Z = 29:\,\,1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^{10}}4{s^1}. \cr} \]
Nhận xét:
– Cấu hình Z = 20 khác với các cấu hình còn lại ở chỗ không có phân lớp 3d.
Quảng cáo– Cấu hình Z = 24 và Z = 29 đều có 1 electron ở phân lớp 4s.
– Cấu hình Z = 21 và Z = 22 đều có 2 electron ở phân lớp 4s.
– Ở cấu hình của Z = 24, nếu đúng quy luật thì phải là \[\left[ {Ar} \right]3{d^4}4{s^2}\], nhưng do phân lớp 3d “vội giả bão hòa nửa phân lớp” nên mới có cấu hình như trên.
– Ở cấu hình của Z = 29, nếu đúng quy luật thì phải là \[\left[ {Ar} \right]3{d^9}4{s^2}\], nhưng do phân lớp 3d “vội bão hòa” nên mới có cấu hình như trên.
Như các em đã biết, nguyên tử được cấu tạo bởi các hạt proton, notron và electron [e]. Trong đó, các electron của nguyên tử các nguyên tố được sắp xếp và phân lớp theo chiều tăng của năng lượng theo thứ tự s, p, d, f.
Vậy cấu hình electron nguyên tử là gì? Cách viết cấu hình electron nguyên tử ra sao? lớp electron ngoài cùng của nguyên tử có đặc điểm gì và cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu như thế nào? chúng ta hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
I. Thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử
Bạn đang xem: Cách viết Cấu hình Electron [e] nguyên tử và bài tập vận dụng – hóa 10 bài 5
– Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao.
– Từ trong ra ngoài, mức năng lượng của các lớp tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và năng lượng của phân lớp theo thứ tự s, p, d, f.
Hình 1.10 sơ đồ phân bố năng lượng ở các lớp và các phân lớp
– Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự chèn mức năng lượng nên mức năng lượng 4s thấp hơn 3d.
– Thứ tự sắp xếp mức năng lượng [phân mức năn lượng]: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s…
– Thứ tự các lớp electron: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 3f 4s 4p 4d 4f…
II. Cấu hình Electron nguyên tử
1. Cấu hình Electron nguyên tử
– Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
• Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử:
– Số thứ tự lớp electron được ghi bằng chữ số [1, 2, 3,…]
– Phân lớp được ghi bằng các chữ cái thường [s, p, d, f].
– Số electron trong một phân lớp được ghi bằng số ở phía trên bên phải của phân lớp [s2,p5,…]
• Cách viết cấu hình electron nguyên tử bao gồm các bước:
– Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử.
– Bước 2: Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng trong nguyên tử [1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…] và tuân theo quy tắc sau:
- Phân lớp s chứa tối đa 2 electron;
- Phân lớp p chứa tối đa 6 electron;
- Phân lớp d chứa tối đa 10 electron;
- Phân lớp f chứa tối đa 14 electron.
– Bước 3: Viết cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
• Một số lưu ý khi viết cấu hình electron:
– Cần xác định đúng số e của nguyên tử hay ion [số electron[e] = số proton[p] = Z].
– Nắm vững các nguyên lí và quy tắc, kí hiệu của lớp và phân lớp.
– Quy tắc bão hòa và bán bão hòa trên d và f: Cấu hình e bền khi các e điền vào phân lớp d và f đạt bão hòa [d, f] hoặc bán bão hòa [d, f].
* Ví dụ: Viết cấu hình e nguyên tử của các nguyên tố sau:
° Nguyên tử Hidro có Z = 1, có 1e ⇒ Cấu hình electron của nguyên tử H là: 1s1
° Nguyên tử Heli có Z = 2, có 2e ⇒ Cấu hình electron của nguyên tử H là: 1s2 đã bão hòa.
° Nguyên tử Liti có Z = 3, có 3e ⇒ Cấu hình electron của nguyên tử H là: 1s22s1
° Nguyên tử Neon có Z = 10, có 10e ⇒ Cấu hình electron của nguyên tử Ne là: 1s22s22p6
° Nguyên tử Clo có Z = 17, có 17e ⇒ Cấu hình electron của nguyên tử Cl là: 1s22s22p63s23p5
– Cấu hình electron viết gọn của Clo: [Ne]3s23p5
– Electron cuối cùng của Clo điền vào phân lớp p ⇒ Clo là nguyên tố p.
– [Ne] là ký hiệu cấu hình e của nguyên tử Neon, là khí hiếm gần nhất đứng trước Clo.
° Nguyên tử sắt Fe có Z = 26, có 26e ⇒ Cấu hình electron của nguyên tử Fe là: 1s22s22p63s23p64s23d6
– Cấu hình electron viết gọn của Fe: [Ar]3d64s2
– Electron cuối cùng của Fe điền vào phân lớp d ⇒ Sắt [Fe] là nguyên tố d.
• Cách xác định nguyên tố s, p, d, f:
– Nguyên tố s: có electron cuối cùng điền vào phân lớp s
– Nguyên tố p: có electron cuối cùng điền vào phân lớp p
– Nguyên tố d: có electron cuối cùng điền vào phân lớp d
– Nguyên tố f: có electron cuối cùng điền vào phân lớp f
* Lưu ý trường hợp đặc biệt: Các nguyên tố có cấu hình nguyên tử bán bão hòa:
– Cr [Z = 24] 1s22s22p63s23p63d44s2 chuyển thành 1s22s22p63s23p63d54s1.
– Cu [Z = 29] 1s22s22p63s23p63d94s2 chuyển thành 1s22s22p63s23p63d104s1.
2. Cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu
| Z | Tên nguyên tố | Ký hiệu hóa học | Số lớp electron | Cấu hình e | |||
|
Lớp K [n=1] |
Lớp L [n=2] |
Lớp M [n=3] |
Lớp N [n=4] |
||||
| 1 | Hidro | H | 1 | 1s1 | |||
| 2 | Heli | He | 2 | 1s2 | |||
| 3 | Liti | Li | 2 | 1 | 1s22s1 | ||
| 4 | Beri | Be | 2 | 2 | 1s22s2 | ||
| 5 | Bo | B | 2 | 3 | 1s22s22p1 | ||
| 6 | Cacbon | C | 2 | 4 | 1s22s22p2 | ||
| 7 | Nitơ | N | 2 | 5 | 1s22s22p3 | ||
| 8 | Oxi | O | 2 | 6 | 1s22s22p4 | ||
| 9 | Flo | F | 2 | 7 | 1s22s22p5 | ||
| 10 | Neon | Ne | 2 | 8 | 1s22s22p6 | ||
| 11 | Natri | Na | 2 | 8 | 1 | 1s22s22p63s1 | |
| 12 | Magie | Mg | 2 | 8 | 2 | 1s22s22p63s2 | |
| 13 | Nhôm | Al | 2 | 8 | 3 | 1s22s22p63s23p1 | |
| 14 | Silic | Si | 2 | 8 | 4 | 1s22s22p63s23p2 | |
| 15 | Photpho | P | 2 | 8 | 5 | 1s22s22p63s23p3 | |
| 16 | Lưu huỳnh | S | 2 | 8 | 6 | 1s22s22p63s23p4 | |
| 17 | Clo | Cl | 2 | 8 | 7 | 1s22s22p63s23p5 | |
| 18 | Agon | Ar | 2 | 8 | 8 | 1s22s22p63s23p6 | |
| 19 | Kali | Ka | 2 | 8 | 8 | 1 | 1s22s22p63s23p64s1 |
| 20 | Canxi | Ca | 2 | 8 | 8 | 2 | 1s22s22p63s23p64s2 |
3. Đặc điểm của electron lớp ngoài cùng của nguyên tử
– Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp electron ngoài cùng có nhiều nhất là 8 electron.
– Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng và nguyên tử heli không tham gia vào các phản ứng há học [ trừ 1 số điều kiện đặc biệt] ví cấu hình electron của các nguyên tử này rất bền. Đó là các nguyên tố khí hiếm chỉ có một nguyên tử.
– Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng dễ NHƯỜNG electron là nguyên tử của các nguyên tố kim loại [trừ H, He, B].
– Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ NHẬN electron thường là nguyên tử của nguyên tố phi kim.
– Các nguyên tử có 4 electron ngoài cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim.
⇒ Như vậy, lớp electron ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố, và khi biết cấu hình electron của nguyên tử có thể dự đoán được loại nguyên tố.
III. Bài tập về cấu hình electron nguyên tử
* Bài 1 trang 27 SGK Hóa 10: Nguyên tử có Z = 11 thuộc loại nguyên tố:
A. s. B. p. C. d. D. f.
Chọn đáp án đúng.
° Lời giải bài 1 trang 27 SGK Hóa 10:
– Đáp án đúng: A. s.
– Ta thấy, nguyên tố có Z = 11 ⇒ cấu hình e: 1s22s22p63s1 ⇒ e cuối cùng xếp vào phân lớp s nên thuộc nguyên tố s.
* Bài 2 trang 27 SGK Hóa 10: Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây của lưu huỳnh [Z = 16]:
A. 1s22s22p53s23p5
B. 1s22s22p63s23p6
C. 1s22s22p63s23p4
D. 1s22s22p63s23p3
Chọn đáp án đúng.
° Lời giải bài 2 trang 27 SGK Hóa 10:
– Đáp án đúng: C : 1s22s22p63s23p4 có Z = 16.
* Bài 3 trang 28 SGK Hóa 10: Cấu hình electron của nguyên tử nhôm [Z = 13] là 1s22s22p63s23p1. Vậy:
A. Lớp thứ nhất [Lớp K] có 2 electron.
B. Lớp thứ hai [Lớp L] có 8 electron.
C. Lớp thứ ba [Lớp M] có 3 electron.
D. Lớp ngoài cùng có 1 electron.
Tìm câu sai.
° Lời giải bài 3 trang 28 SGK Hóa 10:
– Đáp án sai: D.Lớp ngoài cùng có 1 electron;
– Lớp ngoài cùng nguyên tử nhôm là 3s23p1 có 3 electron.
* Bài 4 trang 28 SGK Hóa 10: Tổng số hạt proton, notron và electron trong nguyên tử của một nguyên tố là 13.
a] Xác định nguyên tử khối.
b] Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó.
[Cho biết: các nguyên tố có số hiệu nguyên từ từ 2 đến 82 trong bảng tuần hoàn thì
]
° Lời giải bài 4 trang 28 SGK Hóa 10:
a] Gọi tổng số hạt proton, tổng số hạt notron, tổng số hạt electron lần lượt là Z, N, E.
– Ta có N + Z + E = 13 vì Z = E nên 2Z + N = 13 [*]
– Mặt khác từ nguyên tố số 2 đến nguyên tố 82 trong bảng tuần hoàn thì:
⇒ Z ≤ N ≤ 1,5Z; Từ [*] có N=13-2Z
⇒ Z ≤ 13-2Z ≤ 3,5Z
⇒ 3Z ≤ 13 ≤ 3,5Z ⇒ 3,7 ≤ Z ≤ 4,3
– Vì Z nguyên dương nên chọn Z = 4 ⇒ N = 13 – 2Z = 13 – 8 = 5. Vậy nguyên tử khối [A] của nguyên tố là: A = Z + N = 4 + 5 = 9.
b] Z = 4, có 4 electron, nên có cấu hình electron là: 1s22s2.
* Bài 5 trang 28 SGK Hóa 10: Có bao nhiêu electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử lầnl ượt bằng 3, 6, 9, 18?
° Lời giải bài 5 trang 28 SGK Hóa 10:
Số electron lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử bằng 3, 6, 9, 18 lần lượt là 1, 4, 7, 8. Do các nguyên tử có cấu hình electron như sau:
Z = 3: 1s22s1 ;
Z = 6 : 1s22s22p2;
Z = 9: 1s22s22p5 ;
Z = 18: 1s22s22p63s23p6.
* Bài 6 trang 28 SGK Hóa 10: Viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử có số proton là:
a] 1, 3. b] 8, 16. c] 7, 9.
Những nguyên tố nào là kim loại? là phi kim? Vì sao?
° Lời giải bài 6 trang 28 SGK Hóa 10:
– Hạt nhân nguyên tử cho biết số proton [nghĩa là cho biết số đơn vị điện tích hạt nhân] nên theo yêu cầu của đề bài ta có thể viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố như sau:
a] Z = 1 : 1s1 ; Z = 3 : 1s22s1;
b] Z = 8 : 1s22s22p4 ; Z = 16: 1s22s22p63s23p4;
c] Z = 7 : 1s22s22p3 ; Z = 9: 1s22s22p5.
– Nguyên tố kim loại có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng, nên nguyên tố có Z = 3 là kim loại, còn nguyên tố Z = 1 là H giống kim loại nhưng không phải là kim loại.
– Nguyên tố phi kim có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng nên các nguyên tố có Z = 8, 16, 7, 9 là phi kim.
Hy vọng với bài viết về Cấu hình Electon nguyên tử Cách viết và bài tập vận dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại nội dung dưới phần bình luận để HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
Đăng bởi: THPT Sóc Trăng
Chuyên mục: Giáo Dục