Phương pháp giải một số dạng bài tập về bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Dạng 1: Từ cấu hình electron => Vị trí nguyên tử nguyên tố và ngược lại

* Lý thuyết cần nhớ

Xét nguyên tố X:

+ Z_X = số thứ tự của X trong bảng tuần hoàn

+ Số thứ tự chu kì = số lớp e của X

+ Số thứ tự nhóm = số e hóa trị của X

* Các cách xác định nhóm của X:

+  Nếu cấu hình e lớp ngoài cùng có dạng ns^anp^b:  Nguyên tố thuộc nhóm (a + b)A.

+ Nếu cấu hình e kết thúc ở dạng (n - 1)d^xns^y(x = 1 → 10; y = 1 → 2): Nguyên tố thuộc nhóm B:

x + y < 8 thì nguyên tố thuộc nhóm (x + y).

8 \( \le \) x + y \( \le \)10 thì nguyên tố thuộc nhóm VIII.

x + y >10 thì nguyên tố thuộc nhóm ((x + y) – 10).

* Một số ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Viết cấu hình electron của các nguyên tử của các nguyên tố có Z=20 và Z=35. Hãy cho biết vị trí của từng nguyên tố trong bảng tuần hoàn và dự đoán xem nguyên tố đó là kim loại hay phi kim ?

Hướng dẫn giải chi tiết:

Z =20 : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

=> Nguyên tố này nằm ở ô số 20, chu kì 4, nhóm IIA và là kim loại

Z = 35: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵

=> Nguyên tố này nằm ở ô số 35, chu kì 4, nhóm VIIA và là phi kim.

Ví dụ 2: Số thứ tự của nguyên tố A là 8, nguyên tố B là 17, nguyên tố C là 19. Viết cấu hình electron của chúng và cho biết chúng thuộc chu kì nào, nhóm nào ?

Hướng dẫn giải chi tiết:

Số thứ tự của nguyên tố A là 8 => Z_A =8

Cấu hình e của A: 1s²2s²2p⁴

=> A nằm ở ô số 8, chu kì 2 nhóm VIA

Số thứ tự của nguyên tố B là 17 => Z_B = 17

Cấu hình e của B: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

=> B nằm ở ô số 17, chu kì 3 nhóm VIIA

Số thứ tự của nguyên tố C là 19 => Z_C = 19

Cấu hình e của C : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

=> C nằm ở ô số 19, chu kì 4 nhóm IA.

Ví dụ 3: Ion X^2- có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 2s²2p⁶. Nguyên tố X có vị trí nào trong bảng tuần hoàn ?

A. ô thứ 10, chu kì 2, nhóm VIIIA.

B. ô thứ 8, chu kì 2, nhóm VIA.

C. ô thứ 12, chu kì 3, nhóm IIA.

D. ô thứ 9, chu kì 2, nhóm VIIA.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Cấu hình e của X là: 1s²2s²2p⁶

X^2- là anion do X được nhận 2 e tạo thành.

=> Cấu hình electron của X là: 1s²2s²2p⁴.

X nằm ở ô số 8, chu kì II, nhóm VIA.

Ví dụ 4: Nguyên tố ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn có cấu hình electron hóa trị là 3d¹⁰4s¹

A. Chu kì 4, nhóm IB

B. Chu kì 4, nhóm IA.

C. Chu kì 4, nhóm VIA.

D. Chu kì 4, nhóm VIB.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Cấu hình electron của nguyên tố đang xét là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

=> Nguyên tố này nằm ở chu kì 4, nhóm IB

Đáp án A

Ví dụ 5: : Một ion M³⁺ có tổng số hạt proton, nơtron, electron là 79, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 19. Cấu hình electron của nguyên tử M là :

A. (Ar)3d⁵4s¹.             B. (Ar)3d⁶4s².

C. (Ar)3d⁶4s¹.             D. (Ar)3d³4s².

Hướng dẫn giải chi tiết:

M³⁺ là do nguyên tử M bị mất đi 3 electron hình thành nên.

ion M³⁺ có tổng số hạt proton, nơtron, electron là 79

=> M có tổng số hạt proton, nơtron, electron là : 79 + 3 = 82

Gọi số hạt proton, notron, electron của M lần lượt là: p, n, e

=> p + n + e = 82 => 2p + n = 82 (I)

Mặt khác, trong M³⁺ số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 19

=> p + e - 3 – n = 19 => 2p – n = 22 (II)

Từ (I) và (II) => p = 26, n = 30.

Z_M =26 => Cấu hình e của M là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

Dạng 2: Từ đặc điểm vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn => Tên nguyên tố hóa học

* Một số lưu ý:

- 2 nguyên tố thuộc 1 chu kì, thuộc 2 nhóm liên tiếp thì sẽ có số hiệu nguyên tử là 2 số nguyên liên tiếp nhau

- 2 nguyên tố thuộc cùng 1 nhóm, thuộc 2 chu kì liên tiếp thì số hiệu nguyên tử có thể hơn kém nhau 2, 8,18,32

(Các em nên mường tượng ra bảng tuần hoàn để có thể chủ động hơn trong việc xác định nhé)

* Một số ví dụ cụ thể

Ví dụ 1: Hai  nguyên tố A, B đứng kế tiếp nhau trong cùng một chu kì trong bảng tuần hoàn, có tổng điện tích hạt nhân là 25. Xác định vị trí của A, B trong bảng tuần hoàn. A, B là kim loại hay phi kim ?

Hướng dẫn giải chi tiết

A,B đứng kế tiếp trong 1 chu kì => ZA và ZB là 2 số nguyên liên tiếp nhau.

Mặt khác Z_A + Z_B = 25

=> Z_A = 12; Z_B = 13.

Z_A = 12 => Cấu hình e của A: 1s22s22p63s2 => A là kim loại

Z_B = 13 => Cấu hình e của B : 1s22s22p63s23p1 => B là kim loại

Ví dụ 2: X và Y là hai nguyên tố thuộc cùng một phân nhóm và ở hai chu kì liên tiếp trong bảng hệ thống tuần hoàn. Tổng số các hạt mang điện trong nguyên tử X và Y là 52. Xác định số thứ tự của nguyên tử X và Y. Chúng thuộc nhóm mấy, chu kì mấy trong bảng phân loại tuần hoàn các nguyên tố hoá học?

Hướng dẫn giải chi tiết

Theo đề bài X, Y thuộc cùng 1 nhóm và 2 chu kì liên tiếp nên sẽ xảy ra các trường hợp như sau:

Tổng số hạt mang điện trong 2 nguyên tử X, Y là 52 => 2Z_X + 2Z_Y = 52

=> Z_X + Z_Y = 26 (I)

TH1: Z_X – Z_Y = 2 (II) (X, Y phải thuộc chu kì 1, 2)

Từ (I) và (II) => Z_X =14; Z_Y = 12 (loại)

TH2: Z_X – Z_Y = 8 (III)

Từ (I) và (III) => ZX = 17, ZY = 9

=> X là Cl: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

X thuộc chu kì 3 nhóm VIIA

=> Y là F: 1s²2s²2p⁵

Y thuộc chu kì 2 nhóm VIIA

TH3: Z_X – Z_Y = 18 (IV) (X, Y thuộc từ chu kì 4 trở đi)

Từ (I) và (IV) => ZX =22; ZY = 4 (loại)

TH4: Z_X – Z_Y = 32 (loại vì 32 > 26)

Dạng 3: Bài toán tìm kim loại

* Một số lưu ý:

- Nếu như đề bài yêu cầu cần tìm 2 kim loại thuộc 2 chu kì liên tiếp thì ta nên thay bằng 1 kim loại có khối lượng mol trung bình . Dựa vào giả thiết và tính chất của giá trị trung bình (M₁<M₂, M₁, M₂ là khối lượng mol của hai kim loại) để suy ra hai kim loại.

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Cho 1,9 gam hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat của kim loại kiềm M tác dụng hết với dung dịch HCl (dư), sinh ra 0,448 lít khí (ở đktc). Xác định kim loại M.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Công thức muối cacbonat và hiđrocacbonat của kim loại kiềm M là M₂CO₃ và MHCO₃.

      Phương trình phản ứng hóa học :

M₂CO₃     +     2HCl     \( \to \)   2MCl   +  CO₂  +  H₂O

MHCO₃     +     HCl     \( \to \)   MCl   +  CO₂  +  H₂O

Theo các phản ứng ta thấy: Tổng số mol hỗn hợp muối = số mol của CO₂ = 0,02 mol.

 Gọi khối lượng mol trung bình của hai muối là \(\overline {\rm{M}} \), ta có: M + 61 <\(\overline {\rm{M}} \)< 2M + 60 (*)

      Mặt khác \(\overline {\rm{M}} \)= \(\frac{{1,9}}{{0,02}}\)= 95 (**)

      Kết hợp giữa (*) và (**)  \(\Rightarrow\)  17,5 < M < 34   Kim loại M là Na.

Ví dụ 2: A, B là 2 kim loại nằm ở 2 chu kỳ liên tiếp thuộc nhóm IIA. Cho 4,4 gam một hỗn hợp gồm A và B tác dụng với dung dịch  HCl 1M (dư) thu được 3,36 lít khí (đktc).

  1. Viết các phương trình phản ứng và xác định tên 2 kim loại.

  2. Tính thể tích dung dịch HCl đã dùng, biết rằng HCl dùng dư 25% so với lượng cần thiết.

Hướng dẫn giải chi tiết:

1. Gọi M là kim loại trung bình của 2 kim loại A, B. Ta có phương trình hóa học:

M + 2HCl → MCl₂ + H₂ (1)

n H₂ = 3,36 : 22,4 = 0,15 (mol)

Từ (1) => n M = n H₂ = 0,15 (mol)

M _M = m : n = 4,4 : 0,15 = 29,333 (gam/mol)

Theo đề bài thì A, B là 2 kim loại thuộc 2 chu kì liên tiếp thuộc nhóm IIA

=> M_A < 29,3333 < M_B

=> A là Mg và B là Ca.

2. (1) n HCl = 2 . n H₂ = 0,15 * 2 = 0,3 (mol)

=> n HCl đã dùng = 0,3 + 0,3 * 0,25 = 0,375 mol

V _HCl = n : C_M = 0,375 : 1 = 0,375 lít

Ví dụ 3: Hỗn hợp A gồm hai muối cacbonat của hai kim loại kế tiếp nhau trong nhóm IIA. Hòa tan hoàn toàn 3,6 gam hỗn hợp A trong dung dịch HCl thu được khí B, cho toàn bộ lượng khí B hấp thụ hết bởi 3 lít dung dịch Ca(OH)₂ 0,015M, thu được 4 gam kết tủa.Xác định hai muối cacbonat và tính khối lượng của mỗi muối trong hỗn hợp A.

Hướng dẫn giải chi tiết

Gọi MCO₃ là CTPT trung bình của 2 muối cacbonat của 2 kim loại kế tiếp nhau trong nhóm IIA. Ta có phương trình phản ứng:

MCO₃ + 2HCl → MCl₂ + CO₂ + H₂O (1)

nCa(OH)₂ = 0,015 * 3 = 0,045 (mol)

nCaCO₃ = m : M = 4 : 100 = 0,04 (mol)

Ta thấy sau khi hấp thụ hoàn toàn khí CO₂ thì lượng kết tủa thu được nhỏ hơn lượng Ca(OH)₂

=> Chất sinh ra sau phản ứng có cả Ca(HCO₃)₂

n Ca(HCO₃)₂ = 0,045 – 0,04 = 0,005 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố C

=> n CO₂ = nCaCO₃ + 2 * n Ca(HCO₃)₂ = 0,04 + 0,005 * 2 = 0,05 (mol)

Từ (1) => n MCO₃ = n CO₂ = 0,05 (mol)

M_MCO3 = m : n = 3,6 : 0,05 = 72 (gam/ mol)

=> M_M = 72 – 60 = 12

Ta đang xét 2 kim loại thuộc 2 chu kì liên tiếp, nằm trong nhóm IIA

=> 2 kim loại đó là Be (9) và Mg (24)

2. Gọi số mol của BeCO₃, MgCO₃ lần lượt là x, y mol

=> Ta có hệ phương trình

\(\left\{ \begin{array}{l}x + y = 0,05\\69x + 84y = 3,6\end{array} \right. =  > \left\{ \begin{array}{l}x = 0,04\\y = 0,01\end{array} \right.\)

m BeCO₃ = 0,04 * 69 = 2,76 gam

m MgCO₃ = 0,01 * 84 = 0,84 gam