Giải Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3: Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử

Mở đầu

Hoạt động Mở đầu SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 21): Trong nguyên tử các electron chuyển động như thế nào? Sự sắp xếp các electron ở các lớp, các phân lớp tuân theo nguyên lí và quy tắc nào?

- Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh, không theo quỹ đạo xác định.

- Trong nguyên tử, các electron sắp xếp thành từng lớp và phân lớp theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

I. Chuyển động của electron trong nguyên tử

Câu hỏi 1 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 22): Mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử như thế nào?

Trả lời:

- Theo mô hình hiện đại, trong nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh, không theo quỹ đạo xác định. Người ta có thể xác định được vùng không gian xung quanh hạt nhân mà ở đó xác suất có mặt electron là lớn nhất (khoảng 90%)

Câu hỏi 2 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 22): Orbital s có dạng

A. hình tròn.

B. hình số tám nổi.

C. hình cầu.

D. hình bầu dục.

Trả lời:

Đáp án: C. hình cầu.

Câu hỏi 3 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 22): Quan sát Hình 3.3 và nêu sự định hướng của các AO p trong không gian.

Trả lời:

 AO p gồm 3 orbital, có dạng hình số 8 nổi:

- AO p_x định hướng theo trục x.

- AO p_y định hướng theo trục y.

- AO p_z định hướng theo trục z.

II. Lớp và phân lớp Electron

Câu hỏi 4 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 23): Hãy cho biết tổng số electron tối đa chứa trong

a) Phân lớp p

b) Phân lớp d

Trả lời:

a) Phân lớp p có 3 AO px, py, pz. Trong đó mỗi AO chứa tối đa 2 electron

=> Số electron tối đa chứ trong phân lớp p = 3 x 2 = 6 electron

b) Phân lớp d có 5 AO. Trong đó mỗi AO chứa tối đa 2 electron

=> Số electron tối đa chứ trong phân lớp d = 5 x 2 = 10 electron

Câu hỏi 5 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 23): Lớp electron có số electron tối đa gọi là lớp electron bão hòa. Tổng số electron tối đa có trong các lớp L và M là

A. 2 và 8.

B. 8 và 10.

C. 8 và 18

D. 18 và 32.

Đáp án C

- Lớp L (n = 2) có 2 phân lớp là 2s và 2p nên lớp L có tổng số electron tối đa là 8.

- Lớp M (n = 3) có 3 phân lớp là 3s, 3p, 3d nên lớp M có tổng số electron tối đa là 18.

III. Cấu hình electron của nguyên tử

2. Biểu diễn cấc hình electron theo ô orbital

Câu hỏi 6 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 24): Cấu hình electron của nguyên tử có Z = 16 là:

A. 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P³               

B. 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁵ 

C. 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁴                   

D. 1S² 2S² 2P⁵ 3S² 3P⁴ 

Trả lời:

Đáp án: C. 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁴       

Câu hỏi 7 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 24): Biểu diễn cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 8 và Z = 11 theo ô orbital

Trả lời:

- Nguyên tử có Z = 8 => Có 8 electron

- Điền các electron: 1s²2s²2p⁴

- Nguyên tử có Z = 11 => Có 11 electron

- Điền các electron: 1s²2s²2p⁶3s¹

3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

Câu hỏi 8 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 24): Silicon được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: gốm, men sứ, thủy tinh, luyện thép, vật liệu bán dẫn, … Hãy biểu diễn cấu hình electron của nguyên tử silicon (Z = 14) theo ô orbital, chỉ rõ việc áp dụng các nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

Ta có: Z = 14 ⇒ Nguyên tử silicon có 14 electron.

- Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng của năng lượng:

1s 2s 2p 3s 3p 4s …

- Điền các electron vào các phân lớp electron theo nguyên lí vững bền:

1s²2s²2p⁶3s²3p².

⇒ Cấu hình electron của nguyên tử silicon có Z = 14: 1s²2s²2p⁶3s²3p², được biểu diễn theo ô orbital là:

Giải thích:

+ Theo nguyên lí Pauli: Các phân lớp 1s, 2s, 2p, 3s đều chứa tối đa các electron nên trong mỗi AO có 2 electron (kí hiệu ↑, ↓) có chiều quay ngược nhau được viết là ↑↓.

+ Theo quy tắc Hund: Phân lớp 3p chỉ có 2 electron nên các electron phải phân bố sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau (↑).

Câu hỏi 8 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 25): Silicon được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: gốm, men sứ, thủy tinh, luyện thép, vật liệu bán dẫn, …. Hãy biểu diễn cấu hình electron của nguyên tử silicon (Z = 14) theo ô orbital, chỉ rõ việc áp dụng các nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

Trả lời:

Cấu hình electron của nguyên tử silicon: 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P²      

Nguyên lí vững bền: Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao. Do vậy ta viết thứ tự các lớp electron theo chiều tăng của năng lượng: 1s 2s 2p 3s…rồi điền các electron vào các phân lớp theo nguyên lí vững bền cho đến electron cuối cùng.

Biểu diễn cấu hình electron:

Nguyên lí Pauli: Các ô orbital 1s, 2s và 2p, 3s có đủ electron được biểu diễn bằng hai mũi tên ngược chiều nhau ở mỗi ô.

Quy tắc Hund: 2 electron còn lại được sắp xếp vào 2 ô orbital 3p bằng 2 mũi tên đi lên để số electron độc thân là tối đa.

Câu hỏi 9 SGK Hóa 10 Kết nối tri thức Bài 3 (trang 25): Chlorine (Z = 17) thường được sử dụng để khử trùng nước máy trong sinh hoạt. Viết cấu hình electron của nguyên tử chlorine và cho biết tại sao chlorine là phi kim

Trả lời:

- Nguyên tử chlorine có Z = 17 => Có 17 electron

- Viết theo thứ tự: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d… (trong đó phân lớp s chứa tối ta 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)

- Điền các electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

- Nguyên tố chlorine có 7 electron lớp ngoài cùng (lớp 3)

=> Nguyên tố phi kim

Em có thể?

Viết được cấu hình electron nguyên tử của một số nguyên tố hóa học quen thuộc trong thực tế như: nitrogen, oxygen, aluminium, … và dự đoán được tính chất hóa học cơ bản của chúng.

Lời giải:

- Cấu hình electron nguyên tử của nitrogen (Z = 7) là 1s²2s²2p³.

⇒ Lớp ngoài cùng có 5 electron.

⇒ Nitrogen là phi kim.

- Cấu hình electron nguyên tử của oxygen (Z = 8) là 1s²2s²2p⁴.

⇒ Lớp ngoài cùng có 6 electron.

⇒ Oxygen là phi kim.

- Cấu hình electron nguyên tử của aluminium (Z = 13) là 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.

⇒ Lớp ngoài cùng có 3 electron.

⇒ Aluminium là kim loại.