Bài học

Hydroxide tương ứng và vận dụng tổng hợp xu hướng tuần hoàn

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em so sánh được tính acid – base của hydroxide tương ứng oxide cao nhất theo chu kì, và vận dụng tổng hợp được toàn bộ chuỗi suy luận từ cấu hình electron đến tính acid – base trong một bài toán nhiều bước.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước đã thiết lập xu hướng tính acid – base của oxide cao nhất theo chu kì. Bài này học tiếp hydroxide — hợp chất mà oxide cao nhất tạo ra khi tan trong nước, hoặc hợp chất tương ứng có nhóm –OH — và biến đổi theo đúng cùng một quy luật, vì bản chất vẫn là tính kim loại/phi kim của nguyên tố trung tâm.

Khởi động

NaOH là một base mạnh quen thuộc, dùng làm xà phòng, thông cống, có mặt trong phòng thí nghiệm ở khắp nơi. HClO₄ (perchloric acid) lại là một trong những acid mạnh nhất từng được biết đến. Cả hai đều là hydroxide của nguyên tố chu kì 3. Điều gì tạo nên khoảng cách quá lớn giữa chúng?

Kiến thức trọng tâm

Hydroxide tương ứng với oxide cao nhất của nguyên tố nhóm A biến đổi tính acid – base theo đúng chiều đã học ở oxide: từ base mạnh (đầu chu kì) → lưỡng tính (giữa chu kì) → acid (cuối chu kì), vì cùng phản ánh tính kim loại/phi kim của nguyên tố trung tâm.

Với chu kì 3, chuỗi đầy đủ là: $NaOH$ (base mạnh) → $Mg(OH)_2$ (base) → $Al(OH)_3$ (hydroxide lưỡng tính) → $H_2SiO_3$ (acid rất yếu) → $H_3PO_4$ (acid trung bình) → $H_2SO_4$ (acid mạnh) → $HClO_4$ (acid rất mạnh). Cách hiểu này thống nhất luôn cả "hydroxide base" (NaOH, có nhóm OH rõ ràng) lẫn "acid tương ứng oxide" (H₂SO₄, HClO₄) dưới cùng một quy luật biến đổi theo chu kì — khác biệt chỉ là tên gọi quen thuộc, bản chất vẫn là cùng chiều biến đổi tính kim loại/phi kim.

Kĩ năng tổng hợp: khi gặp một bài toán chỉ cho cấu hình electron lớp ngoài cùng của một nguyên tố, em cần đi qua đủ bốn bước đã học trong toàn chương: (1) xác định vị trí (ô, chu kì, nhóm A) từ cấu hình; (2) so sánh tính kim loại/phi kim với các nguyên tố cùng chu kì hoặc cùng nhóm; (3) viết công thức oxide cao nhất (hoá trị cao nhất = số thứ tự nhóm A); (4) viết công thức hydroxide/acid tương ứng và so sánh tính acid – base với hydroxide của nguyên tố lân cận. Đây chính là bài toán tổng hợp toàn chương mà em sẽ luyện ngay sau đây.

**Hydroxide tương ứng** với oxide cao nhất của nguyên tố nhóm A biến đổi tính acid – base theo đúng chiều đã học ở oxide: từ **base mạnh (đầu chu kì)** → **lưỡng tính (giữa chu kì)** → **acid (cuối chu kì)**, vì cùng phản ánh tính kim loại/phi kim của nguyên tố trung tâm. Với chu kì 3, chuỗi đầy đủ là: $NaOH$ (base mạnh) → $Mg(OH)_2$ (base) → $Al(OH)_3$ (hydroxide lưỡng tính) → $H_2SiO_3$ (acid rất yếu) → $H_3PO_4$ (acid trung bình) → $H_2SO_4$ (acid mạnh) → $HClO_4$ (acid rất mạnh). Cách hiểu này thống nhất luôn cả "hydroxide base" (NaOH, có nhóm OH rõ ràng) lẫn "acid tương ứng oxide" (H₂SO₄, HClO₄) dưới cùng một quy luật biến đổi theo chu kì — khác biệt chỉ là tên gọi quen thuộc, bản chất vẫn là cùng chiều biến đổi tính kim loại/phi kim. **Kĩ năng tổng hợp**: khi gặp một bài toán chỉ cho cấu hình electron lớp ngoài cùng của một nguyên tố, em cần đi qua đủ bốn bước đã học trong toàn chương: (1) xác định vị trí (ô, chu kì, nhóm A) từ cấu hình; (2) so sánh tính kim loại/phi kim với các nguyên tố cùng chu kì hoặc cùng nhóm; (3) viết công thức oxide cao nhất (hoá trị cao nhất = số thứ tự nhóm A); (4) viết công thức hydroxide/acid tương ứng và so sánh tính acid – base với hydroxide của nguyên tố lân cận. Đây chính là bài toán tổng hợp toàn chương mà em sẽ luyện ngay sau đây.

Ví dụ

So sánh tính acid – base của ba hydroxide chu kì 3

1
So sánh tính acid – base của NaOH, Al(OH)₃, H₂SO₄ (đều là hydroxide/acid tương ứng oxide cao nhất của nguyên tố chu kì 3), giải thích ngắn gọn bằng vị trí Na, Al, S.
2
Na (Z=11), Al (Z=13), S (Z=16) đều thuộc chu kì 3, theo thứ tự Z tăng dần Na < Al < S.
3
Tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần từ Na đến S, nên hydroxide/acid tương ứng chuyển dần từ base sang acid theo đúng thứ tự đó.
4
Vậy tính base giảm dần / tính acid tăng dần theo thứ tự: NaOH (base mạnh) > Al(OH)₃ (lưỡng tính) > H₂SO₄ (acid mạnh, tính acid mạnh nhất trong ba).

Ví dụ

Bài toán ngược: xác định hydroxide từ so sánh tính chất

1
Hai nguyên tố X, Y cùng thuộc chu kì 3. Hydroxide/acid tương ứng oxide cao nhất của X có tính acid mạnh hơn hẳn của Y. X, Y nguyên tố nào có tính phi kim mạnh hơn, và nguyên tố nào có bán kính nguyên tử lớn hơn?
2
Hydroxide/acid tương ứng có tính acid càng mạnh thì nguyên tố trung tâm có tính phi kim càng mạnh (theo quy luật vừa học), nên X có tính phi kim mạnh hơn Y.
3
Cùng chu kì, nguyên tố có tính phi kim mạnh hơn nằm ở vị trí có Z lớn hơn (gần cuối chu kì hơn), nghĩa là X có Z lớn hơn Y.
4
Cùng chu kì, Z càng lớn thì bán kính nguyên tử càng nhỏ (đã học ở bài bán kính nguyên tử), nên X có bán kính nhỏ hơn, tức Y có bán kính lớn hơn.
5
Vậy X có tính phi kim mạnh hơn Y, còn Y có bán kính nguyên tử lớn hơn X — ba đại lượng (tính acid hydroxide, tính phi kim, bán kính) đều liên kết chặt chẽ và suy ra lẫn nhau qua vị trí trong chu kì.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: từ cấu hình electron đến oxide và hydroxide

1
Nguyên tố X có cấu hình electron lớp ngoài cùng là $3s^2 3p^3$ . (a) Xác định vị trí của X trong bảng tuần hoàn. (b) So sánh tính phi kim của X với S (Z=16) và Cl (Z=17), hai nguyên tố cùng chu kì đứng sau X. (c) Viết công thức oxide cao nhất và hydroxide (acid) tương ứng của X, so sánh tính acid của acid này với H₂SO₄.
Nguyên tố X có cấu hình electron lớp ngoài cùng là $3s^2 3p^3$. (a) Xác định vị trí của X trong bảng tuần hoàn. (b) So sánh tính phi kim của X với S (Z=16) và Cl (Z=17), hai nguyên tố cùng chu kì đứng sau X. (c) Viết công thức oxide cao nhất và hydroxide (acid) tương ứng của X, so sánh tính acid của acid này với H₂SO₄.
2
Lớp ngoài cùng $3s^2 3p^3$ có 2+3=5 electron ⇒ nhóm VA; lớp lớn nhất là n=3 ⇒ chu kì 3. Tổng electron toàn nguyên tử: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$ = 2+2+6+2+3 = 15 ⇒ ô số 15. Vậy X là phosphorus (P), ô 15, chu kì 3, nhóm VA.
Lớp ngoài cùng $3s^2 3p^3$ có 2+3=5 electron ⇒ nhóm VA; lớp lớn nhất là n=3 ⇒ chu kì 3. Tổng electron toàn nguyên tử: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$ = 2+2+6+2+3 = 15 ⇒ ô số 15. Vậy X là phosphorus (P), ô 15, chu kì 3, nhóm VA.
3
P (Z=15), S (Z=16), Cl (Z=17) cùng thuộc chu kì 3, Z tăng dần theo thứ tự P < S < Cl, nên tính phi kim tăng dần theo cùng thứ tự: tính phi kim P yếu nhất trong ba, Cl mạnh nhất.
4
Hoá trị cao nhất của P bằng số thứ tự nhóm A (V), nên oxide cao nhất là $P_2O_5$ ; hydroxide (acid) tương ứng là $H_3PO_4$ (từ $P_2O_5 + 3H_2O \to 2H_3PO_4$ ).
Hoá trị cao nhất của P bằng số thứ tự nhóm A (V), nên oxide cao nhất là $P_2O_5$; hydroxide (acid) tương ứng là $H_3PO_4$ (từ $P_2O_5 + 3H_2O \to 2H_3PO_4$).
5
Vì P có tính phi kim yếu hơn S (theo câu b), nên $H_3PO_4$ có tính acid yếu hơn $H_2SO_4$ — acid tương ứng của nguyên tố có tính phi kim mạnh hơn luôn có tính acid mạnh hơn.
Vì P có tính phi kim yếu hơn S (theo câu b), nên $H_3PO_4$ có tính acid yếu hơn $H_2SO_4$ — acid tương ứng của nguyên tố có tính phi kim mạnh hơn luôn có tính acid mạnh hơn.
6
Vậy X là phosphorus: ô 15, chu kì 3, nhóm VA; tính phi kim P < S < Cl; oxide cao nhất $P_2O_5$ , acid tương ứng $H_3PO_4$ có tính acid yếu hơn $H_2SO_4$ .
Vậy X là phosphorus: ô 15, chu kì 3, nhóm VA; tính phi kim P < S < Cl; oxide cao nhất $P_2O_5$, acid tương ứng $H_3PO_4$ có tính acid yếu hơn $H_2SO_4$.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm thường gặp khi viết công thức oxide cao nhất: quên nhân đúng tỉ lệ theo hoá trị cao nhất, ví dụ viết nhầm PO thay vì $P_2O_5$ (P hoá trị V, O hoá trị II, tỉ lệ chéo cho $P_2O_5$ ). Luôn kiểm tra lại hoá trị cao nhất bằng đúng số thứ tự nhóm A trước khi cân bằng công thức oxide.

Sai lầm thường gặp khi viết công thức oxide cao nhất: quên nhân đúng tỉ lệ theo hoá trị cao nhất, ví dụ viết nhầm PO thay vì $P_2O_5$ (P hoá trị V, O hoá trị II, tỉ lệ chéo cho $P_2O_5$). Luôn kiểm tra lại hoá trị cao nhất bằng đúng số thứ tự nhóm A trước khi cân bằng công thức oxide.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Hydroxide tương ứng oxide cao nhất biến đổi cùng chiều với oxide: base mạnh (đầu chu kì) → lưỡng tính (giữa chu kì) → acid (cuối chu kì). Bài toán tổng hợp luôn đi qua 4 bước: cấu hình → vị trí → so sánh tính kim loại/phi kim → oxide và hydroxide tương ứng.

Chương cuối cùng ôn lại toàn bộ chuỗi suy luận của khoá học — từ cấu hình electron đến tính acid – base — trong những bài toán tổng hợp hoàn chỉnh.