Mở đầu trang 16 Hóa học 10: Những nguyên tử nào dưới đây thuộc cùng một nguyên tố hóa học

Phương pháp giải:

- Những nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton sẽ thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

Lời giải:

- Những nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton sẽ thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

- Trong một nguyên tử trung hòa về điện, số hạt proton = số hạt electron

- Dễ dàng thấy được:

   + Hình a, hình c đều có 3 electron ở lớp vỏ => Hình a, hình c đều có 3 proton => Nguyên tử a, nguyên tử c thuộc cùng 1 nguyên tố hóa học

  + Hình b, hình d đều có 2 electron ở lớp vỏ => Hình b, hình d đều có 2 proton => Nguyên tử b, nguyên tử d thuộc cùng 1 nguyên tố hóa học

I. Nguyên tố hóa học

Câu hỏi 1 trang 16 Hóa học 10: Nguyên tử lithium (Li) có 3 proton trong hạt nhân. Khi Li tác dụng với khí chlorine (Cl₂) sẽ thu được muối lithium chlorine (LiCl), trong đó Li tồn tại ở dạng Li⁺. Ion Li⁺ có bao nhiêu proton trong hạt nhân?

Phương pháp giải:

Nguyên tử Li và ion Li⁺ đều thuộc cùng 1 nguyên tố hóa học là Li

Lời giải:

- Nguyên tử Li và ion Li⁺ đều thuộc cùng 1 nguyên tố hóa học là Li

- Li⁺ là nguyên tử Li sau khi mất đi 1 electron. Do vậy Li⁺ sẽ có 3 proton và 2 electron

=> Trong hạt nhân Li và Li⁺ đều có cùng số hạt proton là 3.

Giải hóa học 10 trang 17 Cánh diều

Luyện tập 1 trang 17 Hóa học 10: Phân tử S₈ có 128 electron, hỏi số hiệu nguyên tử của lưu huỳnh (S) là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

- Số proton trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử

- Phân tử S₈ nghĩa là có 8 nguyên tử S

Lời giải:

- Phân tử S₈ nghĩa là có 8 nguyên tử S

=> 1 nguyên tử S có 128 : 8 = 16 electron

- Nguyên tử trung hòa về điện có số hạt proton = số hạt electron

=> Nguyên tử S có 16 proton

- Mà số proton trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử

=> Nguyên tử S có số hiệu nguyên tử là 16

Luyện tập 2 trang 17 Hóa học 10: Một nguyên tử có Z hạt proton, Z hạt electron và N hạt neutron. Tính khối lượng (gần đúng, theo amu) và số khối của nguyên tử này. Nhận xét về kết quả thu được.

Phương pháp giải:

Khối lượng nguyên tử = số proton + số neutron + số electron. 0,00055

Số khối nguyên tử = số proton + số neutron

Lời giải:

Ta có:

   + Khối lượng nguyên tử = số proton + số neutron + số electron. 0,00055 = Z + N + 0,00055.Z  ≈ Z + N

   + Số khối nguyên tử = số proton + số neutron = Z + N

Như vật khối lượng (gần đúng, theo amu) và số khối của nguyên tử có thể coi là bằng nhau   

Câu hỏi 2 trang 17 Hóa học 10: một loại nguyên tử Lithium có 3 proton, 4 neutron. Viết kí hiệu nguyên tử của nguyên tố này

Phương pháp giải:

- Kí kiệu nguyên tử ${}_Z^{A}X$cho biết kí hiệu hóa học của nguyên tố (X), số hiệu nguyên tử (Z) và số khối (A)

- Số hiệu nguyên tử = số proton

- Số khối = số proton + số neutron    

Lời giải:

- Nguyên tử Li có 3 proton và 4 neutron

- Số hiệu nguyên tử = số proton

- Số khối = số proton + số neutron    

=> Số hiệu nguyên tử của Li là 3 và số khối của Li = 3 + 4 = 7

=> Kí hiệu Li có 3 proton và 4 neutron là: ${}_3^{7}X$

Luyện tập 3 trang 17 Hóa học 10: Hoàn thành bảng sau

Phương pháp giải:

- Kí kiệu nguyên tử ${}_Z^{A}X$cho biết kí hiệu hóa học của nguyên tố (X), số hiệu nguyên tử (Z) và số khối (A)

- Số hiệu nguyên tử = số proton

- Số khối = số proton + số neutron    

Lời giải:

- Nguyên tử C có 6 proton, 6 neutron

=> Số hiệu nguyên tử Z = 6, số khối A = số proton + số neutron = 6 + 6 = 12

- Kí hiệu nguyên tử: ${}_{11}^{23}X$

=> Số proton = Z = 11, số neutron = A – số proton = 23 – 11 = 12

Hoàn thành bảng:

Giải hóa học 10 trang 18 Cánh diều

II. Đồng vị, nguyên tử khối trung bình

Câu hỏi 3 trang 18 Hóa học 10: Cho các nguyên tử sau:

${}_2^{5}X$,   ${}_3^{7}Y$,   ${}_4^{9}Z$,   ${}_5^{11}M$,   ${}_5^{12}T$

Những nguyên tử nào là đồng vị của nhau?

Phương pháp giải:

Các nguyên tử của cùng 1 nguyên tố hóa học có hạt nhân khác nhau về số neutron, có cùng số proton là đồng vị của nhau.

Lời giải:

- Trong các nguyên tử: ${}_2^{5}X$,   ${}_3^{7}Y$,   ${}_4^{9}Z$,   ${}_5^{11}M$,   ${}_5^{12}T$. Chỉ có nguyên tử M và T là có số hiệu nguyên tử (số proton) bằng nhau.

=> Nguyên tử M và T là đồng vị của nhau.

Vận dụng 1 trang 18 Hóa học 10: Nguyên tố oxygen có 17 đồng vị, bắt đầu từ , kết thúc là . Các đồng vị oxygen có tỉ lệ giữa số hạt neutron (N) và số hiệu nguyên tử thỏa mãn thì bền vững. Hỏi trong tự nhiên thường gặp đồng vị nào của oxygen?

Phương pháp giải:

- Nguyên tử O có số hiệu nguyên tử Z = 8.

- Thay Z = 8 vào bất phương trình:$1⩽\frac{N}{Z}⩽1,25$ => Tìm ra khoảng giá trị của N

=> Tìm ra khoảng giá trị của số khối (A)

=> Đồng vị thường gặp của oxygen

Lời giải:

Ta có: Nguyên tử oxygen có số hiệu nguyên tử Z = 8

Mà số hiệu nguyên tử thỏa mãn $1⩽\frac{N}{Z}⩽1,25$ thì bền vững

Thay Z vào bất phương trình $1⩽\frac{N}{Z}⩽1,25$ ta được:

 $1⩽\frac{N}{8}⩽1,25$

=> $8⩽N⩽10$

=> $8+Z⩽N+Z⩽10+Z$

 => $16⩽A⩽18$

Vậy các đồng vị thường gặp của oxygen là: ${}_8^{16}O$, ${}_8^{17}O$, ${}_8^{18}O$.

Phương pháp giải:

Đồng vị ${}_8^{16}O$ của oxygen chiếm tỉ lệ lớn nhất trong tự nhiên.

Lời giải:

Trong tự nhiên:

   + Đồng vị ${}_8^{16}O$ chiếm 99,757%

   + Đồng vị ${}_8^{17}O$ chiếm 0,039%

   + Đồng vị ${}_8^{18}O$ chiếm 0,204%

=> Đồng vị ${}_8^{16}O$ của oxygen chiếm tỉ lệ lớn nhất trong tự nhiên

Phương pháp giải:

- Nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố hóa học ghi trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị trong tự nhiên.

- Nguyên tử khối trung bình:$M=\frac{aA+bB+cC+\text{dD}+...}{100}$

Trong đó: a, b, c, d là phần trăm các đồng vị

               A, B, C, D là số khối của đồng vị dó

Lời giải :

Ta có: ${}^{40}\text{Ar}$ chiếm 99,604%; ${}^{38}\text{Ar}$ chiếm 0,063%; ${}^{36}\text{Ar}$chiếm 0,333%

=> $M_{\text{Ar}}=\frac{99,694.40+0,063.38+0,333.36}{100}=40,02$

Vậy nguyên tử khối trung bình của Ar là 40,02

Phương pháp giải:

- Nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố hóa học ghi trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị trong tự nhiên.

- Nguyên tử khối trung bình:$M=\frac{aA+bB+cC+\text{dD}+...}{100}$

Trong đó: a, b, c, d là phần trăm các đồng vị

              A, B, C, D là số khối của đồng vị đó

Lời giải:

- Gọi tỉ lệ đồng vị ³⁵Cl trong tự nhiên là x%

=> Tỉ lệ đồng vị ³⁷Cl trong tự nhiên là (100-x)%

- Nguyên tử khối trung bình của Cl là 35,45

=> $35,45=\frac{35.x+37.(100-x)}{100}$

=> x = 77,5

Vậy đồng vị ³⁵Cl chiếm 77,5% trong tự nhiên, đồng vị ³⁷Cl chiếm 22,5% trong tự nhiên

Giải hóa học 10 trang 20 Cánh diều

Bài tập (trang 20)

Bài 1 trang 20 Hóa học 10: Hoàn thành bảng sau đây:

Phương pháp giải:

- Kí kiệu nguyên tử cho biết kí hiệu hóa học của nguyên tố (X), số hiệu nguyên tử (Z) và số khối (A)

- Số hiệu nguyên tử = số proton = số electron

- Số khối = số proton + số neutron    

Lời giải:

-   ${}_{18}^{40}\text{Ar}$

   + Có số hiệu nguyên tử = số proton = số electron = 18

   + Số khối = 40

   + Số neutron = 40 – 18 = 22

- Số khối = 39, số proton = 19 => Nguyên tố Kali (K)

   + Số hiệu nguyên tử = số proton = số electron = 19

   + Số neutron = 39 – 19 = 20

- Số hiệu nguyên tử = 16, số neutron = 20

   + Số hiệu nguyên tử = số proton = số electron = 16 => Nguyên tố lưu huỳnh (S)

   + Số khối = số proton + số neutron = 16 + 20 = 36

Hoàn thành bảng

(a) Những nguyên tử có cùng số electron thì thuộc cùng một nguyên tố hóa học

(b) Hai ion dương (ion một nguyên tử) có điện tích lần lượt là +2 và +3, đều có 26 proton. Vậy hai ion này thuộc cùng một nguyên tố hóa học

(c) Hai nguyên tử A và B đều có số khối là 14. Vậy hai nguyên tử này thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

(d) Những nguyên tử có cùng số neutron thì thuộc cùng một nguyên tố hóa học.

Phương pháp giải:

(a). Những nguyên tử đều có số electron = số proton

(b). Hai ion đều có cùng số proton mà số proton = số hiệu nguyên tử

(c). Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

(d). Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

Lời giải:                                                            $$

- Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

=> Tất cả nguyên tử của cùng 1 nguyên tố hóa học đều có cùng số proton và cùng số electron.

=> (a) đúng

- Hai ion đều có 26 proton hay đều có số hiệu nguyên tử = 26

=> Hai ion dương này đều thuộc cùng 1 nguyên tố hóa học

=> (b) đúng

- Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

=> (c), (d) sai

Vậy những phát biểu đúng là: (a) và (b)

Phương pháp giải:

Bước 1: Tính số mol đồng

Bước 2: Gọi tỉ lệ phần trăm của đồng vị ⁶³Cu trong tự nhiên là x

=> Tỉ lệ phần trăm của đồng vị ⁶⁵Cu trong tự nhiên là 100 – x

Bước 3: Áp dụng công thức: $M=\frac{aA+bB+cC+\text{dD}+...}{100}$ => Tìm ra giá trị của x

Bước 4: Từ phần trăm của mỗi đồng vị => Số mol của mỗi đồng vị

Lời giải:

 Ta có: nCu = 6,354 : 63,54 = 0,1 (mol)

Gọi tỉ lệ phần trăm của đồng vị ⁶³Cu trong tự nhiên là x

=> Tỉ lệ phần trăm của đồng vị ⁶⁵Cu trong tự nhiên là 100 – x

- Nguyên tử khối trung bình của Cu là 63,54

=> $63,54=\frac{63.x+65.(100-x)}{100}$

=> x = 73

=> Tỉ lệ phần trăm của đồng vị ⁶³Cu trong tự nhiên là 73%

=> Trong 0,1 mol Cu sẽ có 0,1.73% = 0,073 mol ⁶³Cu

=> Trong 0,1 mol Cu sẽ có 0,1 - 0,073 = 0,022 mol ⁶⁵Cu

Trục tung biểu thị hàm lượng phần trăm về số nguyên tử của từng đồng vị, trục hoành biểu thị tỉ số của nguyên tử khối (m) của mỗi đồng vị với điện tích của các ion đồng vị tương ứng (điện tích z của các ion đồng vị neon đều bằng +1).

a) Neon có bao nhiêu đồng vị bền?

b) Tính nguyên tử khối trung bình của Neon.

Phương pháp giải:

a) Dựa vào Hình 3.5, nêu các đồng vị bền của Neon

b) Công thức tính nguyên tử khối trung bình: $M=\frac{aA+bB+cC+\text{dD}+...}{100}$

Lời giải:

a) Neon có 3 đồng vị bền:

   + Đồng vị ²⁰Ne chiếm 90,9%

   + Đồng vị ²¹Ne chiếm 0,3%

   + Đồng vị ²²Ne chiếm 8,8%

b) Công thức tính nguyên tử khối trung bình: $M=\frac{aA+bB+cC+\text{dD}+...}{100}$

=> $M_{Ne}=\frac{90,9.20+0,3.21+8,8.22}{100}=20,18$

Vậy nguyên tử khối trung bình của Neon là 20,18

Lý thuyết Nguyên tố hóa học

I. Nguyên tố hóa học

1. Khái niệm nguyên tố hóa học

- Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng số hạt proton.

Ví dụ: Ba loại nguyên tử trong hình dưới đây đều có một proton (hạt màu xanh) trong hạt nhân nên thuộc cùng một nguyên tố hóa học, nguyên tố hydrogen (H).

Hình 3.1. Minh họa cấu tạo một số loại nguyên tử của nguyên tố hydrogen

2. Số hiệu nguyên tử, số khối, kí hiệu nguyên tử

- Số proton trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử, kí hiệu là Z.

Ví dụ: Hạt nhân nguyên tử lithium (Li) có 3 proton, vậy số hiệu nguyên tử của Li là 3 (Z_Li = 3).

- Tổng số proton (Z) và neutron (N) trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số khối, kí hiệu là A.

A = Z + N

Như vậy, số khối chính bằng tổng số hạt có trong hạt nhân nguyên tử. Giá trị này xấp xỉ bằng giá trị khối lượng nguyên tử (tính theo đơn vị amu).

Ví dụ: Một loại nguyên tử sodium (Na) có 11 hạt proton, 11 electron và 12 hạt neutron. Số khối của nguyên tử Na = Z + N = P + N = 11 + 12 = 23 (amu)

- Kí hiệu nguyên tử ${}_Z{}^{A}Z$ cho biết kí hiệu hóa học của nguyên tố (X), số hiệu nguyên tử (Z) và số khối (A).

Hình 3.2. Kí hiệu nguyên tử của helium

Lưu ý: Đôi khi, người ta viết tắt kí hiệu nguyên tử.

Ví dụ: Sử dụng ⁴He thay cho ${}_2{}^{4}He$ , bởi kí hiệu He đã cho biết đây là nguyên tử nguyên tố helium, hạt nhân có 2 proton.

II. Đồng vị, nguyên tử khối trung bình

1. Đồng vị

- Các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có số neutron khác nhau là đồng vị của nhau.

Do đó, đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học (có cùng số proton) khác nhau về số khối do đó số neutron khác nhau.

Ví dụ: Helium có hai đồng vị bền là ${}_2{}^{3}He$ và ${}_2{}^{4}He$.

Hình 3.3. Minh họa cấu tạo nguyên tử hai đồng vị của nguyên tố helium

- Tất cả các nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị.

Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị là ${}_1{}^{1}H$(kí hiệu là H), ${}_1{}^{2}H$(kí hiệu là D), ${}_1{}^{3}H$(kí hiệu là T), oxygen có 17 đồng vị bắt đầu từ ${}_8{}^{12}O$ và kết thúc là ${}_8{}^{28}O$, ...

2. Nguyên tử khối trung bình

a) Nguyên tử khối

- Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của một nguyên tử, cho biết khối lượng của một nguyên tử nặng gấp bao nhiêu lần 1 amu.

Ví dụ: Nguyên tử khối của ¹⁶O là 16 do khối lượng của một nguyên tử ¹⁶O là 16 amu.

b) Nguyên tử khối trung bình

- Mỗi nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị.

- Trong tự nhiên, một nguyên tố hóa học dù ở dạng đơn chất hay hợp chất thì tỉ lệ giữa các đồng vị của nguyên tố này là không đổi.

- Nguyên tử khối của nguyên tố hóa học có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị (kí hiệu là ), có tính đến tỉ lệ số nguyên tử các đồng vị tương ứng (xác định từ phổ khối lượng).

- Công thức tính nguyên tử khối trung bình như sau:

$\overline{A}$ = $\frac{X\times x+Y\times y+Z\times z+\mathrm{...}}{x+y+z+\mathrm{...}}$

Trong đó:

+ X, Y, Z, ... lần lượt là số khối của các đồng vị.

+ x, y, z, ... là phần trăm số nguyên tử các đồng vị tương ứng.

Ví dụ: Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là ⁶³Cu và ⁶⁵Cu chiếm tương ứng khoảng 73% và 27% về số nguyên tử. Nguyên tử khối trung bình của đồng là:

$\overline{A}$ = $\frac{63\times 73+65\times 27}{73+27}$= 63,64

Lưu ý: Nguyên tử khối của một nguyên tố hóa học ghi trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị trong tự nhiên.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 3: Nguyên tố hóa học - Cánh diều

Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 2: Thành phần của nguyên tử

Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Bài 5: Lớp, phân lớp và cấu hình electron