BÀI TẬP HÓA HỌC VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

Bài tập 1. Giải thích vì sao nguyên tử khối của Cl là 35,5 đvC?

GIẢI
Vì trong tự nhiên tồn tại 2 loại đồng vị clo là ³⁵Cl và ³⁷Cl trong đó đồng vị ³⁵Cl chiếm 75% và ³⁷Cl chiếm 25%
Þ  (đvC)

Bài tập 2. Thả một viên bi sắt hình cầu nặng 2,8 gam vào 500 ml dung dịch HCl 0,175M. Hỏi khi khí ngừng thoát ra thì bán kính viên bi còn lại bằng bao nhiêu phần bán kính viên bi ban đầu. Giả sử viên bi mòn đều ở mọi phía. Cho thể tích hình cầu là 4pr3/3. ( r là bán kính viên bi).

GIẢI
n_HCl = 0,5.0,175 = 0,0875 (mol); n_Fe  = 2,8/56 = 0,05 (mol)
Fe         +        2HCl  FeCl₂   +   H₂
0,04375 mol    0,0875 mol
n_Fe(dư) = 0,05 – 0,04375 = 0,00625 (mol)
Gọi thể tích viên bi còn lại và thể tích viên bi ban đầu lần lượt là V₂ và V₁
Ta có: V₂/V₁ =  n₂/n₁  (r₂/r₁)³ = 0,00625/0,05 = 1/8 = (1/2)³ 
r₂/r₁ = 1/2  r₂ = r₁/2

Bài tập 3. Tính bán kính nguyên tử của Au ở 200C, biết ở nhiệt độ đó khối lượng riêng của Au là 19,32 g/cm3. Giả thiết rằng trong tinh thể các nguyên tử Au là những hình cầu chiếm 75% thể tích tinh thể, phần còn lại là các khe rỗng giữa các quả cầu. Biết MAu = 196,97 và Vhình cầu = 4pr3/3.

GIẢI
Thể tích của 1 mol Au:
Thề tích của 1 nguyên tử Au:
Bán kính của Au:  

Bài tập 4. X và Y là các nguyên tố thuộc nhóm A, đều tạo hợp chất với hiđro có dạng RH (R là kí hiệu của nguyên tố X hoặc Y). Gọi A và B lần lượt là hiđroxit ứng với hóa trị cao nhất của X và Y. Trong B, Y chiếm 35,323% khối lượng. Trung hòa hoàn toàn 50 gam dung dịch A 16,8% cần 150 ml dung dịch B 1M. Xác định các nguyên tố X và Y?

GIẢI
Hợp chất với hiđro có dạng RH nên Y có thể thuộc nhóm IA hoặc VIIA.
Trường hợp 1: Nếu Y thuộc nhóm IA thì B có dạng YOH
Ta có :  (loại do không có nghiệm thích hợp)
Trường hợp 2 : Y thuộc nhóm VIIA thì B có dạng HYO₄
Ta có : , vậy Y là nguyên tố clo (Cl).
B (HClO₄) là một axit, nên A là một bazơ dạng XOH
     
XOH + HClO₄ ® XClO₄ + H₂O
Þ
Þ = 56
Þ M_X = 39 gam/mol, vậy X là nguyên tố kali (K).

Bài tập 5. Mỗi phân tử XY2 có tổng các hạt proton, nơtron, electron bằng 178; trong đó, số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 54, số hạt mang điện của X ít hơn số hạt mang điện của Y là 12. Hãy xác định kí hiệu hoá học của X, Y và  công thức phân tử XY2 .

GIẢI
 
Vậy X là sắt, Y là lưu huỳnh; XY₂ là FeS₂
 

Bài tập 6. X, Y, R, A, B theo thứ tự là 5 nguyên tố liên tiếp trong bản tuần hoàn có tổng điện tích hạt nhân là 90 ( X có số đơn vị điện tích hạt nhân nhỏ nhất). Xác định tên các nguyên tố X, Y, R, A, B.

GIẢI
Gọi Z là số đơn vị điện tích hạt nhân của XSố đơn vị điện tích hạt nhân của Y, R, A, B lần lượt là Z+1; Z+2; Z+3; Z+4
 Z+ (Z+1)+ (Z+2) + (Z+3) +(Z+4)= 90Z=16
 số đơn vị điện tích hạt nhân của X, Y, R, A, B lần lượt là: 16, 17, 18, 19, 20
X, Y, R, A, B là lưu huỳnh, clo, agon, kali, canxi.

Bài tập 7. Ba nguyên tố X ,Y, Z trong cùng một chu kỳ có tổng số hiệu nguyên tử là 39. Số hiệu nguyên tử của Y bằng trung bình cộng số hiệu nguyên tử của X và Z. Nguyên tử của ba nguyên tố này hầu như không phản ứng với nước ở điều kiện thường. Hãy xác định vị trí của các nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn. So sánh bán kính nguyên tử của các nguyên tố.

GIẢI
Ta có:     Y là nhôm.
X, Y, Z cùng chu kỳ và đều hầu như không phản ứng với nước ở điều kiện thường nên X là Mg còn Z là Si.
Vì 3 nguyên tố cùng thuộc 1 chu kì ( Mg: 12; Al: 13; Si: 14)  bán kính nguyên tử giảm dầu: Mg> Al > Si.
Vì cùng số lớp e nhưng điện tích hạt nhân tăng và số e lớp ngoài cùng tăng dẫn đến lực hút giữa hạt nhân với các e lớp ngoài cùng mạnh hơn làm giảm bán kính nguyên tử ( giảm khoảng cách từ hạt nhân đến lớp e ngoài cùng).

Bài tập 8. Ở 20oC, DFe = 7,87 g/cm3 với giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Fe là những hình cầu chiếm 75% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe trống giữa các quả cầu. Cho khối lượng mol nguyên tử của Fe = 55,85. Tính bán kính gần đúng của nguyên tử Fe ở 20oC ?

GIẢI
V _{(1 mol Fe)} = = = 7,097 (cm³)
            V (_{thực của 1 mol Fe)}  = 75%.7,097 (cm³)
            V_{( 1 ngtử Fe)} = = 8,8.10^-24 (cm³)  r _{(nguyên tử Fe)} = = = 1,29.10^-8 (cm)

Bài tập 9. Hợp chất M có công thức dạng AB3. Tổng số hạt proton trong phân tử M là 40. Trong thành phần hạt nhân của A cũng như B đều có số hạt proton bằng nơtron. A thuộc chu kì 3 trong bảng HTTH. Xác định công thức của hợp chất M.

GIẢI
Gọi Z_A, Z_B lần lượt là số đơn vị điện tích hạt nhân trong A, B.
Ta có:  Z_A + 3Z_B = 40
A thuộc chu kỳ 3  11 Z_A 18   11  40 – 3Z_B 18 7,3 Z_B 9,6 Z_B = 8 hoặc 9.       
Z_B = 8 (O) => Z_A = 16 (S)   (chọn) vì trong nguyên tử A, B đều có số proton bằng số nơtron.
Z_B = 9 (F) => Z_A = 13 (Al)   (loại)
Vậy A là S, B là O  M là SO₃.

Bài tập 10. Chất X có công thức phân tử dạng ABC ( với A, B, C là kí hiệu của 3 nguyên tố). Tổng số hạt mang điện là 52, trong đó tổng và hiệu số proton giữa B và A lần lượt gấp 2,25 và 2 lần số proton của C. Tìm công thức phân tử của X, viết công thức cấu tạo và so sánh có giải thích tính axit của các chất: ABC, ABC2, ABC3, ABC4.

GIẢI
Vì tổng số hạt mang điện = 52 Þ p_A  + p_B + p_C = 26
Ta có  Þ A là H; B là Cl và C là O Þ X là HClO
CTCT: H – O – Cl
Tính axit: HClO < HClO₂ < HClO₃ < HClO₄
Khi điện tích của nguyên tử Cl càng lớn thì liên kết O – H càng phân cực mạnh ( vì lực hút giữa Cl với O tăng làm liên kết giữa O với H yếu đi), khi đó H càng linh động và tính axit càng mạnh.

Bài tập 11. Tại sao H2O có khối lượng riêng lớn nhất ở 40C và 1 atm.

GIẢI
Có hai lí do: Thứ nhất, khi nước đá nóng chảy liên kết hiđro bị đứt tạo thành những liên hợp phân tử đơn giản hơn làm thể tích nước giảm nên khối lượng riêng tăng dần từ 0 ® 4⁰C.
Thứ hai, từ 4⁰C trở đi do ảnh hưởng của nhiệt, khoảng cách giữa các phân tử tăng dần làm cho thể tích nước tăng lên và làm khối lượng riêng giảm dần.
Do liên quan giữa hai cách biến đổi thể tích ngược chiều nhau, nên nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4⁰C. 

Bài tập 12. Cho 5 nguyên tố A, X, Y, Z, T theo thứ tự thuộc 5 ô liên tiếp nhau trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có số hiệu nguyên tử tăng dần. Tổng số hạt mang điện trong 5 nguyên tử của 5 nguyên tố trên bằng 100.  Xác định 5 nguyên tố đã cho. So sánh tích chất của các cặp nguyên tố ( A; X) và ( Z, T).

GIẢI
Gọi số hạt proton của A là p Þ Số hạt proton của X là p+1; của Y là p+2; của Z là p+3; của T là p+4
Theo bài ra ta có: 10p  + 20 = 100 Þ p = 8.
Þ A là ₈O ; X là ₉F ; Y là ₁₀Ne ; Z là ₁₁Na ; T là ₁₂Mg
Đi từ đầu đến cuối chu kì ( tính phi kim giảm) Þ Tính phi kim của O yếu hơn F.
Đi từ đầu đến cuối chu kì ( tính kim loại giảm) Þ Tính kim loại của Na mạnh hơn Mg.

Bài tập 13. Cho hợp chất X có dạng AB2, có tổng số proton trong X bằng 18 và có các tính chất sau: X  +  O2  Y   +  Z;   X + Y  A + Z;    X  + Cl2  A + HCl Xác định X và hoàn thành các phương trình phản ứng.

GIẢI
Từ phản ứng: X  + Cl₂  A + HCl
Þ  trong X có hidro, p_X = 18 Þ X là H₂S
2H₂S  +  3O₂  2SO₂   +  2H₂O
2H₂S  +  SO₂  3S   + 2H₂O
H₂S  +  Cl₂  2HCl  +  S

Bài tập 14. Nguyên tử của nguyên tố X có điện tích hạt nhân bằng +41,652.10-19 C; nguyên tử của nguyên tố Y có khối lượng bằng 1,8.10-22 gam. Xác định X, Y.

GIẢI
 Þ  X là sắt (Fe);
 (đvC) Þ  Y là bạc (Ag)

Bài tập 15. Nguyên tố R là một phi kim, tỉ lệ % khối  lượng của R trong oxit cao nhất và % khối lượng của R trong hợp chất khí với hiđro bằng 73 : 183. Xác định công thức của oxit cao nhất của R và hợp chất khí của R với hiđro.

GIẢI
Gọi a là hóa trị cao nhất của R với oxi (trong oxit). Suy ra oxit cao nhất có dạng R₂O_a (a lẻ); RO_a/2 (a chẵn); hợp chất khí với hiđro có dạng RH_(8-a).
Theo bài ra, ta có:
* Trường hợp 1: nếu a lẻ R₂O_a
         

  R = 6,973a -13,31
Ta có bảng:

a	7	5
R	35,5	21,555
	Cl	Loại

Vậy R là Cl: oxit là Cl₂O₇ và hợp chất khí với H là HCl.
* Trường hợp 2: nếu a chẵn RO_a/2 . Làm tương tự không có giá trị nào thỏa mãn.

Bài tập 16. Phần trăm khối lượng của nguyên tố R trong hợp chất khí với hiđro (trong đó R có số oxi hóa thấp nhất) là a%, còn trong oxit cao nhất là b%. Xác định R biết a : b=11 : 4 và viết công thức phân tử của hai hợp chất trên.

GIẢI
Vì R tạo được hợp chất khí với H nên R là phi kim.
Giả sử R thuộc nhóm x (x4).
Theo giả thiết, công thức của R với H là RH_8-x a=
công thức oxit cao nhất của R là R₂O_x   b=
  

x	4	5	6	7
R	12	18,14	24,28	30,42
	C	Loại	Loại	Loại

Vậy R là C  2 hợp chất cần tìm là CH₄ và CO₂.

Bài tập 17. Hai nguyên tố X, Y đều tạo hợp chất khí với hiđro có công thức XHa; YHa, phân tử khối của hợp chất này gấp hai lần phân tử khối của hợp chất kia.  Hai hợp chất oxit với hóa trị cao nhất là X2On, Y2On, phân tử khối của hai oxit hơn kém nhau là 34. Tìm tên hai nguyên tố X và Y (MX < MY).

GIẢI
Hai nguyên tố X và Y có cùng hóa trị trong hợp chất khí với H và công thức oxit cao nhất nên chúng thuộc cùng 1 nhóm A, do vậy
 a + n = 8 ()
Theo đề
Y = 34- a =34 - (8 - n) = 26 + n
Lập bảng:

n	4	5	6	7
Y	30	31 (P)	32	33

Chọn n = 5 và a = 3 Y = 31 X = 14.
Vậy X là nitơ, Y là phốt pho.