II. Xác định nguyên tử

Nội dung bài giảng

II. Xác định nguyên tử, công thức phân tử hợp chất

---

Phương pháp giải

Để xác định được nguyên tử hoặc công thức phân tử hợp chất, ta cần đi tìm số proton (số đơn vị điện tích hạt nhân Z) của nguyên tử hoặc các nguyên tử tạo nên phân tử hợp chất đó.

+ Nếu đề cho biết giá trị điện tích hạt nhân của nguyên tử hoặc ion đơn nguyên tử thì ta tính số proton như sau : (q là giá trị điện tích hạt nhân, 1,6.10^-19 là giá trị điện tích của 1 proton; điện tích có đơn vị là culông : C).

+ Đối với 82 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn, giữa số proton và nơtron có mối liên hệ :

+ Nếu đề cho biết các thông tin về mối liên quan giữa các hạt cơ bản của nguyên tử, phân tử; thành phần phần trăm về khối lượng của nguyên tử trong phân tử. Thì ta thiết ta lập hệ phương trình liên quan đến các hạt cơ bản của nguyên tử, phân tử. Sau đó giải hệ phương trình để tìm số proton của các nguyên tử, từ đó trả lời các câu hỏi mà đề bài yêu cầu.

---

►Các ví dụ minh họa◄

Ví dụ 1: Hạt nhân của ion X⁺ có điện tích là 30,4.10^-19 culông. Xác định ký hiệu và tên nguyên tử X.

Hướng dẫn giải

Theo giả thiết : Hạt nhân của ion X⁺ có điện tích là 30,4.10^-19 C nên nguyên tử X cũng có điện tích hạt nhân là 30,4.10^-19 C. Mặt khác mỗi hạt proton có điện tích là 1,6.10^-19 C nên suy ra số prton trong hạt nhân của X là :

Vậy nguyên tử X là Kali (K).

 

Ví dụ 2: Nguyên tử của nguyên tố X có tổng các hạt cơ bản là 180 hạt, trong đó các hạt mang điện nhiều hơn các hạt không mang điện là 32 hạt. Tính số khối của nguyên tử X.

Hướng dẫn giải

Trong nguyên tử của nguyên tố X có :

 

Ví dụ 3: Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong nguyên tử X là 28, trong đó số hạt không mang điện chiếm xấp xỉ 35% tổng số hạt. Số hạt mỗi loại trong nguyên tử X là bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải

Trong nguyên tử của nguyên tố X có :

Vậy trong nguyên tử X, số p = số e = 9; số n = 10.

 

Ví dụ 4: Tổng số hạt proton, electron, nơtron trong nguyên tử nguyên tố X là 10. Xác định tên nguyên tố X.

Hướng dẫn giải

Theo giả thiết ta có tổng số hạt cơ bản trong nguyên tử X là 10 nên :

p + n + e = 10 2p + n =10(1)

Mặt khác, đối với các nguyên tử có Z 82 có :

(2)

Từ (1) và (2) suy ra : .

Vậy nguyên tố X là Liti (Li).

 

Ví dụ 5: Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong hai nguyên tử kim loại A và B là 142, trong đó tổng số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 42. Số hạt mang điện của nguyên tử B nhiều hơn của nguyên tử A là 12. Xác định 2 kim loại A và B.

Hướng dẫn giải

Gọi tổng số hạt proton, nơtron và electron của nguyên tử A là : p_A, n_A, e_A và B là p_B, n_B, e_B. Ta có p_A = e_A và p_B = e_B.

Theo bài : Tổng số các loại hạt proton, nơtron và electron của hai nguyên tử A và B là 142 nên : p_A + n_A + e_A + p_B + n_B + e_B = 142 2p_A + 2p_B + n_A + n_B = 142(1)

Tổng số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 42 nên : p_A + e_A + p_B + e_B - n_A - n_B = 42 2p_A + 2p_B - n_A - n_B = 42(2)

Số hạt mang điện của nguyên tử B nhiều hơn của nguyên tử A là 12 nên : p_B + e_B - p_A - e_A = 12 2p_B - 2p_A = 12 p_B - p_A = 6(3)

Từ (1), (2), (3) ta có : p_A = 20 (Ca) và p_B = 26 (Fe).

 

Ví dụ 6: Một hợp chất có công thức XY₂ trong đó X chiếm 50% về khối lượng. Trong hạt nhân của X và Y đều có số proton bằng số nơtron. Tổng số proton trong phân tử XY₂ là 32. Viết cấu hình electron của X và Y.

Hướng dẫn giải

Gọi số hạt proton, nơtron, electron của nguyên tử X là p, n, e và của Y là p’, n’, e’.

Theo bài : p = n = e và p’ = n’ = e’. Trong hợp chất XY₂, X chiếm 50% về khối lượng nên:

Tổng số proton trong phân tử XY₂ là 32 nên p + 2p’ = 32.

Từ đây tìm được: p = 16 (S) và p’ = 8 (O). Hợp chất cần tìm là SO₂.

Cấu hình electron của S: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ và của O: 1s²2s²2p⁴.

 

Ví dụ 7: Một hợp chất có công thức là MA_x, trong đó M chiếm 46,67% về khối lượng. M là kim loại, A là phi kim ở chu kì 3. Trong hạt nhân của M có n - p = 4, trong hạt nhân của A có n’ = p’. Tổng số proton trong MA_x là 58. Xác định công thức của MA_x.

Hướng dẫn giải

Trong hợp chất MA_x, M chiếm 46,67% về khối lượng nên :

.

Thay n - p = 4 và n’ = p’ ta có : hay 4(2p + 4) = 7xp’.

Tổng số proton trong MA_x là 58 nên: p + xp’ = 58.

Từ đây tìm được: p = 26 và xp’ = 32.

Do A là phi kim ở chu kì 3 nên 15 p’ 17. Vậy x = 2 và p’ = 16 thỏa mãn.

Vậy M là Fe và A là S; công thức của MA_x là FeS₂.

 

Ví dụ 8: Một hợp chất được tạo thành từ các ion M⁺ và X₂^2-. Trong phân tử của M₂X₂ có tổng số hạt proton, nơtron và electron là 164. Trong đó số hạt mang điện nhiều hơn hạt không mang điện là 52. Số khối của M lớn hơn số khối của X là 23 đơn vị. Tổng số hạt electron trong M⁺ nhiều hơn trong X₂^2- là 7 hạt.

a. Xác định các nguyên tố M, X và viết công thức của phân tử M₂X₂.

b. Viết cấu hình electron (dạng chữ và dạng obitan) của nguyên tố X.

Hướng dẫn giải

a. Xác định các nguyên tố M, X và viết công thức của phân tử M₂X₂ :

Gọi p, e, n là số proton, số electron và số nơtron trong một nguyên tử M; p’, e’, n’ là số proton, số electron và số nơtron trong một nguyên tử X.

Trong nguyên tử số proton = số electron; các hạt mang điện là proton và electron, hạt không mang điện là nơtron.

Theo giả thiết :

+ Trong phân tử của M₂X₂ có tổng số hạt proton, nơtron và electron là 164 nên suy ra : 2(2p + n) + 2(2p’ + n’) = 164(1)

+ Trong đó số hạt mang điện nhiều hơn hạt không mang điện là 52 nên suy ra : (4p + 4p’) - 2(n + n’) = 52(2)

+ Số khối của M lớn hơn số khối của X là 23 đơn vị nên ta có suy ra : (p + n) - (p’ + n’) = 23(3)

+ Tổng số hạt electron trong M⁺ nhiều hơn trong X₂^2- là 7 hạtnên suy ra : (2p + n - 1) - 2(2p’ + n’) + 2 = 7(4)

Giải hệ (1), (2), (3), (4) ta được p = 19 M là kali; p’ = 8 X là oxi. Công thức phân tử của hợp chất là K₂O₂.

 

b. Cấu hình electron và sự phân bố electron trong obitan của nguyên tử O là :

 

Ví dụ 9: Anion Y^2- do 5 nguyên tử của 2 nguyên tố hóa học tạo nên. Tổng số electron trong Y^2- là 50. Xác định công thức phân tử và gọi tên ion Y^2-, biết rằng 2 nguyên tố trong Y^2- thuộc cùng một phân nhóm và thuộc hai chu kì liên tiếp.

Hướng dẫn giải

Gọi công thức của Y^2- là .

Theo bài, tổng số electron trong Y^2- bằng 50 nên tổng số proton trong Y^2- bằng 48.

Ta có : (5 - m)Z_E + mZ_F = 48 (1)

Ta nhận thấy: Số proton trung bình của một hạt nhân nguyên tử trong Y^2- là = 9,6 nên E thuộc chu kỳ 2, F ở chu kỳ kế tiếp với E nên F thuộc chu kỳ 3. Mặt khác, hai nguyên tố E và F thuộc cùng một phân nhóm nên Z_F - Z_E = 8.(2)

Từ (1), (2) ta có : 5Z_E + 8m = 48.

Ta lập bảng sau :

m	1	2	3	4
ZE (E)	8 (O)	6,4 (loại)	4,8 (loại)	3,2 (loại)

Vậy E là O. Từ đó suy ra F là S. Ion Y^2- cần tìm là ion sunfat SO .