Bài học

Ôn tập tổng hợp: từ cấu hình electron đến xu hướng biến đổi tính chất

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống hoá được toàn bộ chuỗi suy luận của khoá học — cấu hình electron → vị trí (ô, chu kì, nhóm A) → xu hướng bán kính/tính kim loại-phi kim → tính acid-base của oxide/hydroxide — và áp dụng chuỗi đó để giải một bài toán tổng hợp hoàn chỉnh, đúng dạng đề kiểm tra cuối chương.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này không giới thiệu khái niệm mới, mà ôn lại có hệ thống bốn chương đã học: Chương 1 (ô, chu kì, nhóm), Chương 2 (hai chiều cấu hình ↔ vị trí), Chương 3 (bán kính, tính kim loại/phi kim), Chương 4 (tính acid-base của oxide/hydroxide). Bốn mảnh kiến thức này không độc lập — chúng nối với nhau thành một chuỗi suy luận duy nhất, và bài ôn tập này luyện chính chuỗi đó.

Khởi động

Nếu đề thi chỉ cho em MỘT dữ kiện duy nhất — ví dụ cấu hình electron của một nguyên tử — em có thể suy ra được cả vị trí, cả xu hướng tính chất, cả công thức oxide và hydroxide của nguyên tố đó hay không? Đó chính là năng lực mà toàn bộ khoá học này rèn luyện.

Kiến thức trọng tâm

Toàn bộ khoá học đi theo một chuỗi suy luận duy nhất, mỗi mắt xích dựa vào đúng một quy tắc đã học:

Cấu hình electron (Course 2 và Chương 2) → vị trí (ô = Z; chu kì = số lớp; nhóm A = electron lớp ngoài cùng) → bán kính nguyên tử (giảm trong chu kì, tăng trong nhóm, do Z và số lớp electron) → tính kim loại/phi kim (biến đổi cùng chiều với bán kính: bán kính lớn → dễ nhường electron → tính kim loại mạnh) → tính acid-base của oxide và hydroxide (oxide/hydroxide của nguyên tố có tính kim loại mạnh → base; tính phi kim mạnh → acid).

Nắm chắc chuỗi này, em không cần học thuộc lòng bảng tuần hoàn — mọi con số, mọi xu hướng đều suy ra được từ đúng năm bước trên, áp dụng nhất quán cho bất kì nguyên tố nhóm A nào có Z ≤ 20.

Phần còn lại của bài học luyện hai bài toán tổng hợp mức độ đề kiểm tra, đi qua đầy đủ chuỗi suy luận này.

Toàn bộ khoá học đi theo một chuỗi suy luận duy nhất, mỗi mắt xích dựa vào đúng một quy tắc đã học: **Cấu hình electron** (Course 2 và Chương 2) → **vị trí** (ô = Z; chu kì = số lớp; nhóm A = electron lớp ngoài cùng) → **bán kính nguyên tử** (giảm trong chu kì, tăng trong nhóm, do Z và số lớp electron) → **tính kim loại/phi kim** (biến đổi cùng chiều với bán kính: bán kính lớn → dễ nhường electron → tính kim loại mạnh) → **tính acid-base của oxide và hydroxide** (oxide/hydroxide của nguyên tố có tính kim loại mạnh → base; tính phi kim mạnh → acid). Nắm chắc chuỗi này, em không cần học thuộc lòng bảng tuần hoàn — mọi con số, mọi xu hướng đều suy ra được từ đúng năm bước trên, áp dụng nhất quán cho bất kì nguyên tố nhóm A nào có Z ≤ 20. Phần còn lại của bài học luyện hai bài toán tổng hợp mức độ đề kiểm tra, đi qua đầy đủ chuỗi suy luận này.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp từ một cấu hình electron duy nhất

1
Nguyên tử của nguyên tố X có cấu hình electron $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ . Xác định vị trí của X, so sánh bán kính nguyên tử và tính kim loại của X với Mg (Z=12, cùng chu kì), rồi viết công thức oxide cao nhất và hydroxide tương ứng của X.
Nguyên tử của nguyên tố X có cấu hình electron $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$. Xác định vị trí của X, so sánh bán kính nguyên tử và tính kim loại của X với Mg (Z=12, cùng chu kì), rồi viết công thức oxide cao nhất và hydroxide tương ứng của X.
2
Tổng electron = 2+2+6+1 = 11 ⇒ ô 11; lớp lớn nhất n=3 ⇒ chu kì 3; lớp ngoài cùng $3s^1$ có 1 electron ⇒ nhóm IA. Vậy X là sodium (Na).
Tổng electron = 2+2+6+1 = 11 ⇒ ô 11; lớp lớn nhất n=3 ⇒ chu kì 3; lớp ngoài cùng $3s^1$ có 1 electron ⇒ nhóm IA. Vậy X là sodium (Na).
3
Na (Z=11) và Mg (Z=12) cùng chu kì 3, Z_Na < Z_Mg, nên bán kính nguyên tử Na lớn hơn Mg, và tính kim loại Na mạnh hơn Mg.
4
Nhóm IA ⇒ hoá trị cao nhất I ⇒ oxide cao nhất $Na_2O$ ; hydroxide tương ứng $NaOH$ — một base mạnh, phù hợp với tính kim loại rất mạnh của Na (đầu chu kì 3).
Nhóm IA ⇒ hoá trị cao nhất I ⇒ oxide cao nhất $Na_2O$; hydroxide tương ứng $NaOH$ — một base mạnh, phù hợp với tính kim loại rất mạnh của Na (đầu chu kì 3).
5
Vậy X là sodium: ô 11, chu kì 3, nhóm IA; bán kính và tính kim loại đều lớn hơn Mg; oxide cao nhất Na₂O, hydroxide NaOH là base mạnh.

Ví dụ

Bài toán hai nguyên tố liên tiếp trong một chu kì

1
Hai nguyên tố A và B đứng kế tiếp nhau trong cùng một chu kì (Z_B = Z_A + 1). Tổng số proton trong hai nguyên tử A, B là 25. Xác định A, B và vị trí của chúng; so sánh tính kim loại/phi kim; so sánh tính acid của oxide cao nhất tương ứng của A và B.
2
Theo đề: $Z_A + Z_B = 25$ và $Z_B = Z_A + 1$ . Thay vào: $Z_A + (Z_A + 1) = 25 \Rightarrow 2Z_A = 24 \Rightarrow Z_A = 12$ , suy ra $Z_B = 13$ .
Theo đề: $Z_A + Z_B = 25$ và $Z_B = Z_A + 1$. Thay vào: $Z_A + (Z_A + 1) = 25 \Rightarrow 2Z_A = 24 \Rightarrow Z_A = 12$, suy ra $Z_B = 13$.
3
$Z_A = 12$ : cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ ⇒ A là magnesium, ô 12, chu kì 3, nhóm IIA. $Z_B = 13$ : cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$ ⇒ B là aluminium, ô 13, chu kì 3, nhóm IIIA.
$Z_A = 12$: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ ⇒ A là magnesium, ô 12, chu kì 3, nhóm IIA. $Z_B = 13$: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$ ⇒ B là aluminium, ô 13, chu kì 3, nhóm IIIA.
4
A, B cùng chu kì 3, $Z_A < Z_B$ , nên tính kim loại A > B (Mg có tính kim loại mạnh hơn Al).
A, B cùng chu kì 3, $Z_A < Z_B$, nên tính kim loại A > B (Mg có tính kim loại mạnh hơn Al).
5
Oxide cao nhất của A là $MgO$ (base), của B là $Al_2O_3$ (lưỡng tính). Vì B có tính phi kim mạnh hơn A (dù cả hai vẫn là kim loại), oxide của B thể hiện tính acid rõ hơn oxide của A: tính acid $Al_2O_3 > MgO$ .
Oxide cao nhất của A là $MgO$ (base), của B là $Al_2O_3$ (lưỡng tính). Vì B có tính phi kim mạnh hơn A (dù cả hai vẫn là kim loại), oxide của B thể hiện tính acid rõ hơn oxide của A: tính acid $Al_2O_3 > MgO$.
6
Vậy A là magnesium (ô 12, chu kì 3, IIA), B là aluminium (ô 13, chu kì 3, IIIA); tính kim loại A mạnh hơn B; tính acid của oxide cao nhất: $Al_2O_3$ mạnh hơn $MgO$ .
Vậy A là magnesium (ô 12, chu kì 3, IIA), B là aluminium (ô 13, chu kì 3, IIIA); tính kim loại A mạnh hơn B; tính acid của oxide cao nhất: $Al_2O_3$ mạnh hơn $MgO$.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp ngược: từ tính chất oxide suy ngược về cấu hình electron

1
Nguyên tố Y thuộc chu kì 3. Oxide cao nhất của Y tan trong nước tạo dung dịch acid làm quỳ tím hoá đỏ, và Y tạo với hydrogen một hợp chất khí có công thức dạng $H_2Y$ . Xác định Y, viết cấu hình electron, và cho biết công thức oxide cao nhất của Y.
Nguyên tố Y thuộc chu kì 3. Oxide cao nhất của Y tan trong nước tạo dung dịch acid làm quỳ tím hoá đỏ, và Y tạo với hydrogen một hợp chất khí có công thức dạng $H_2Y$. Xác định Y, viết cấu hình electron, và cho biết công thức oxide cao nhất của Y.
2
Hợp chất khí với hydrogen dạng $H_2Y$ cho thấy Y có hoá trị II với hydrogen. Với các nguyên tố phi kim nhóm A, hoá trị với hydrogen thường bằng 8 trừ số thứ tự nhóm A; hoá trị II với hydrogen ứng với nhóm VIA (8 − 6 = 2).
Hợp chất khí với hydrogen dạng $H_2Y$ cho thấy Y có hoá trị II với hydrogen. Với các nguyên tố phi kim nhóm A, hoá trị với hydrogen thường bằng 8 trừ số thứ tự nhóm A; hoá trị II với hydrogen ứng với nhóm VIA (8 − 6 = 2).
3
Nhóm VIA ở chu kì 3 nằm ở nửa sau của chu kì (tính phi kim khá mạnh), nên oxide cao nhất của Y có tính acid — phù hợp với dữ kiện "dung dịch acid làm quỳ tím hoá đỏ" đã cho.
4
Chu kì 3, nhóm VIA ⇒ Y có 3 lớp electron, lớp ngoài cùng 6 electron: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$ , tổng 16 electron ⇒ Y là sulfur (S).
Chu kì 3, nhóm VIA ⇒ Y có 3 lớp electron, lớp ngoài cùng 6 electron: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$, tổng 16 electron ⇒ Y là sulfur (S).
5
Vậy Y là sulfur: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$ ; hợp chất khí với hydrogen là $H_2S$ ; oxide cao nhất (hoá trị cao nhất VI, bằng số thứ tự nhóm A) là $SO_3$ , tan trong nước tạo acid mạnh $H_2SO_4$ .
Vậy Y là sulfur: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$; hợp chất khí với hydrogen là $H_2S$; oxide cao nhất (hoá trị cao nhất VI, bằng số thứ tự nhóm A) là $SO_3$, tan trong nước tạo acid mạnh $H_2SO_4$.

Sai lầm thường gặp

Khi giải bài toán tổng hợp, sai lầm phổ biến nhất là bỏ sót một bước trong chuỗi suy luận — ví dụ tính đúng vị trí nhưng quên đối chiếu ngược lại tính kim loại/phi kim trước khi kết luận về oxide/hydroxide. Luôn đi đúng thứ tự: cấu hình → vị trí → so sánh tính kim loại/phi kim → oxide/hydroxide, không nhảy cóc bước nào.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Toàn bộ khoá học là một chuỗi duy nhất: cấu hình electron → vị trí (ô, chu kì, nhóm A) → bán kính nguyên tử → tính kim loại/phi kim → tính acid-base của oxide/hydroxide. Giải bất kì bài toán tổng hợp nào cũng đi đúng theo thứ tự này, không bỏ bước.

Khoá học Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học kết thúc tại đây. Kiến thức về electron lớp ngoài cùng và vị trí nguyên tố em vừa hệ thống hoá lại chính là nền tảng cho khoá tiếp theo — Liên kết hoá học — nơi electron lớp ngoài cùng ấy sẽ quyết định cách các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành phân tử.