Đáp án Hóa học 10 chân trời sáng tạo Bài 4: Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử

BÀI 4: CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ

I. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ

Câu 1: 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:

Điểm giống nhau: electron chuyển động quanh hạt nhân

Khác nhau: 

• Theo Rutherford: 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
• Theo mô hình hiện đại: 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

Câu hỏi: Hệ Mặt Trời hôm 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 nguyên tử, tương tự như hệ Mặt Trời?

Trả lời:

Mô hình nguyên tử theo Rutherford - Bohr được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử vì nó giống hệ mặt trời của chúng ta:

• Hạt nhân là Mặt Trời
• Electron là Mặt Trăng, Trái Đất và các ngôi sao khác xoay quanh Mặt Trời.

Câu 2: Quan sát Hình 4.3, phân biết 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%.

Câu 3: 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 của Rutherford - Bohr

Câu 4: Quan sát Hình 4.4, hãy cho biết điểm giống và khác nhau giữa các orbital p (p_x, p_y, p_z)

Trả lời:

Giống nhau: đều có dạng hình số tám

Khác nhau giữa các orbital là: 

• Orbital px có dạng hình số tám hướng theo trục x
• Orbital py có dạng hình số tám hướng theo trục y
• Orbital pz có dạng hình số tám hướng theo trục z

II. LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON

Câu 5: 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:

Các lớp 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

Câu 6: 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:

Lực hút của hạt nhân với lớp K là lớn nhất, lớp Q là nhỏ nhất

Câu 7: Quan sát Hình 4.6, nhận xét về số lượng phân lớp trong các lớp từ 1 đến 4

Trả lời:

Số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó

III. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

Câu 8: Quan sát Hình 4.7, nhận xét chiều tăng năng lượng của các electron trên các A0 ở trạng thái cơ bản (trạng thái có năng lượng thấp nhất)

Trả lời:

• Trật tự các mức năng lượng tăng dần theo trình tự 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 
• Qua đó cho ta thấy khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơn 4d, ...

Câu 9: Quan sát Hình 4.8, cho biết cách biểu diễn 2 electron trong một orbital dựa trên cơ sở nào?

Trả lời:

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.

Câu 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 2 electron ghép đôi vào 2 electron độc thân.

Câu 11: 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:

• Mối quan hệ: lớp n có tối đa 2n²
• Câu hỏi bổ sung 1 : Số electron trong nguyên tử nitrogen là: 2 + 2 + 3 = 7 (electron)

Câu hỏi: 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 trong nguyên tử nitrogen là: 2 + 2 + 3 = 7 (electron)

Câu 12: 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

Trường hợp b) có 3 electron độc thân

Trường hợp hợp c) có 2 electron độc thân

Nhận xét:

Phân lớp bão hòa chứa đủ số electron tối đa.

Phân lớp nửa bão hòa chứa một nửa số electron tối đa.

Phân lớp chưa bão hòa chưa đủ số electron tối đa.

Câu 13: Hãy đề nghị cách phân bố electron vào các orbital để số electron độc thân là tối đa

Trả lời:

• Trường hợp a) không có electron độc thân
• Trường hợp b) có 3 electron độc thân
• Trường hợp hợp c) có 2 electron độc thân

Câu hỏi: 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:

Trường hợp (b) có sự phân bố electron vào các orbital tuân theo và không tuân theo quy tắc Hund.

Câu 14: 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

Câu hỏi: 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:

Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố aluminium (Z = 13): 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

Nguyên tử Al có 1 electron độc thân

Câu 15: Quan sát Bảng 4.2, hãy cho biết dựa trên cơ sở nào để dự đoán phosphorus là nguyên tố phi kim

Trả lời:

• Cơ sở nào để dự đoán phosphorus là nguyên tố phi kim:
• Có 5 electron lớp ngoài cùng

Câu hỏi: 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:

Dự đoán Lithium là kim loại

BÀI TẬP

Câu 1: Trong các cách biểu diễn electron vào các orbital của phần lớp 2p ở trạng thái cơ bản, hãy chọn cách phân bố đúng

Trả lời:

Chọn (1)

Câu 2: Cho nguyên tố X có 2 lớp eletron, lớp thứ 2 có 6 electron. Xác định số hiệu nguyên tử của X

Trả lời:

• Ta suy được nguyên tử nguyên tố X lớp thứ nhất có 2 electron, lớp thứ hai có 6 electron nên số electron của nguyên tử của X là 2 + 6 = 8 electron
• Do đó số hiệu nguyên tử của X là 8
• Cho nguyên tố X có 2 lớp eletron, lớp thứ 2 có 6 electron. Xác định số hiệu nguyên tử của X

Câu 3: Ở trạng thái cơ bản, nguyên tủ của những nguyên tố nào dưới đây có electron độc thân?

1. a) Boron
2. b) Oxygen
3. c) Phosphorus
4. d) Chlorine

Trả lời:

Cả 4 nguyên tử đều có electron độc thân

Câu 4: 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 tửu các các nguyên tố trên. Chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm?

Trả lời:

Carbon (Z = 6): 1s²2s²2p²

Từ cấu hình electron ⇒ Nguyên tử carbon có 4 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là phi kim.

Sodium (Z = 11): 1s²2s²2p⁶3s¹

Từ cấu hình electron ⇒ Nguyên tử sodium có 1 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là kim loại.

Oxygen (Z = 8): 1s²2s²2p⁴

Từ cấu hình electron ⇒ Nguyên tử oxygen có 6 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là phi kim.