I. Lý thuyết trọng tâm

1. Sự tạo thành ion

Khi kim loại điển hình (ví dụ sodium) phản ứng với phi kim điển hình (ví dụ chlorine), sẽ xảy ra quá trình chuyển electron giữa các nguyên tử:

• Nguyên tử kim loại nhường electron → mất bớt electron lớp ngoài cùng → trở thành ion mang điện dương gọi là cation.
• Nguyên tử phi kim nhận electron → thêm electron vào lớp ngoài cùng → trở thành ion mang điện âm gọi là anion.

Sự tạo thành cation (ion dương):

Số đơn vị điện tích của cation bằng số electron mà nguyên tử đã nhường.

$$\text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + 1\text{e} \quad;\quad \text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2\text{e} \quad;\quad \text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\text{e}$$

Ví dụ: $\text{Na}$ ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$) nhường 1 electron → $\text{Na}^+$ ($1s^2 2s^2 2p^6$) – cấu hình bền giống khí hiếm $\text{Ne}$.

Sự tạo thành anion (ion âm):

Số đơn vị điện tích của anion bằng số electron mà nguyên tử đã nhận.

$$\text{Cl} + 1\text{e} \rightarrow \text{Cl}^- \quad;\quad \text{F} + 1\text{e} \rightarrow \text{F}^- \quad;\quad \text{S} + 2\text{e} \rightarrow \text{S}^{2-}$$

Ví dụ: $\text{Cl}$ ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$) nhận 1 electron → $\text{Cl}^-$ ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$) – cấu hình bền giống khí hiếm $\text{Ar}$.

Nguyên tắc chung: Các ion thường có cấu hình electron bền vững của nguyên tử khí hiếm gần nhất với nguyên tố tạo thành ion đó trong bảng tuần hoàn.

Câu hỏi lý thuyết (SGK – Câu 1): Hoàn thành các sơ đồ tạo thành ion:

• a) $\text{Li} \rightarrow \text{Li}^+ + 1\text{e}$
• b) $\text{Be} \rightarrow \text{Be}^{2+} + 2\text{e}$
• c) $\text{Br} + 1\text{e} \rightarrow \text{Br}^-$
• d) $\text{O} + 2\text{e} \rightarrow \text{O}^{2-}$

Câu hỏi lý thuyết (SGK – Câu 2): Viết cấu hình electron của các ion $\text{K}^+$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{F}^-$, $\text{S}^{2-}$ và so sánh với khí hiếm:

2. Ion đơn nguyên tử và ion đa nguyên tử

• Ion đơn nguyên tử: được tạo từ một nguyên tử duy nhất, ví dụ: $\text{Na}^+$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{O}^{2-}$.
• Ion đa nguyên tử: được tạo từ hai hay nhiều nguyên tử liên kết với nhau và mang điện tích, ví dụ: $\text{NH}_4^+$, $\text{OH}^-$, $\text{NO}_3^-$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{HCO}_3^-$.

Lưu ý: Ion là phần tử mang điện. Ion dương gọi là cation, ion âm gọi là anion (không được nhầm ngược lại).

3. Sự tạo thành liên kết ion

Khi các cation và anion được hình thành, chúng mang điện tích trái dấu nên hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo nên liên kết ion.

Liên kết ion là liên kết được tạo thành nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu trong phân tử hay tinh thể. Liên kết ion thường hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.

Ví dụ 1 – Sự tạo thành $\text{NaCl}$:

$$\text{Na} + \text{Cl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{NaCl}$$

$\text{Na}$ nhường 1e tạo $\text{Na}^+$ (cấu hình $\text{Ne}$); $\text{Cl}$ nhận 1e tạo $\text{Cl}^-$ (cấu hình $\text{Ar}$). Hai ion hút nhau → $\text{NaCl}$.

Ví dụ 2 – Sự tạo thành $\text{CaCl}_2$:

$$\text{Ca} + 2\text{Cl} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{Cl}^- \rightarrow \text{CaCl}_2$$

$\text{Ca}$ nhường 2e tạo $\text{Ca}^{2+}$ (cấu hình $\text{Ar}$); mỗi $\text{Cl}$ nhận 1e tạo $\text{Cl}^-$ → cần 2 nguyên tử $\text{Cl}$ để nhận đủ 2 electron từ $\text{Ca}$.

Câu hỏi lý thuyết (SGK – Câu 3): Vì sao một ion $\text{O}^{2-}$ kết hợp được với hai ion $\text{Li}^+$?

→ Ion $\text{O}^{2-}$ mang điện tích $2-$, ion $\text{Li}^+$ mang điện tích $1+$. Để tổng điện tích trong hợp chất bằng 0 (trung hoà điện), cần 2 ion $\text{Li}^+$ kết hợp với 1 ion $\text{O}^{2-}$, tạo thành $\text{Li}_2\text{O}$.

Câu hỏi lý thuyết (SGK – Câu 4): Cho các ion $\text{Na}^+$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{Cl}^-$. Những ion nào có thể kết hợp tạo liên kết ion?

→ Liên kết ion hình thành giữa cation và anion (ion trái dấu). Các cặp có thể kết hợp: $\text{Na}^+$ với $\text{O}^{2-}$ (→ $\text{Na}_2\text{O}$); $\text{Na}^+$ với $\text{Cl}^-$ (→ $\text{NaCl}$); $\text{Mg}^{2+}$ với $\text{O}^{2-}$ (→ $\text{MgO}$); $\text{Mg}^{2+}$ với $\text{Cl}^-$ (→ $\text{MgCl}_2$).

4. Tinh thể ion

Trong thực tế, các hợp chất ion không tồn tại dưới dạng từng phân tử riêng lẻ mà được sắp xếp thành mạng tinh thể ion – một cấu trúc không gian ba chiều có trật tự.

Đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể ion:

• Tại các nút mạng là các ion dương và ion âm xếp luân phiên nhau.
• Các ion liên kết chặt chẽ nhờ sự cân bằng giữa lực hút (ion trái dấu) và lực đẩy (ion cùng dấu).
• Lực hút giữa cation và anion không có tính bão hoà và không có tính định hướng → các ion có xu hướng hút lẫn nhau từ mọi phía, tạo mạng lưới trong không gian ba chiều.

Ví dụ – Tinh thể sodium chloride (NaCl):

• Mỗi ion $\text{Na}^+$ được bao quanh bởi 6 ion $\text{Cl}^-$ gần nhất.
• Mỗi ion $\text{Cl}^-$ cũng được bao quanh bởi 6 ion $\text{Na}^+$ gần nhất.

5. Tính chất của hợp chất ion

Do lực hút tĩnh điện giữa các ion trong mạng tinh thể rất mạnh, hợp chất ion có các tính chất đặc trưng:

Câu hỏi lý thuyết (SGK – Câu 6):

a) Vì sao muối ăn có nhiệt độ nóng chảy cao (801 °C)?

→ Trong tinh thể $\text{NaCl}$, lực hút tĩnh điện giữa các ion $\text{Na}^+$ và $\text{Cl}^-$ rất mạnh. Cần cung cấp năng lượng lớn mới phá vỡ được lực hút này, nên nhiệt độ nóng chảy rất cao.

b) Hợp chất ion dẫn điện trong trường hợp nào? Vì sao?

→ Hợp chất ion dẫn điện khi tan trong nước hoặc ở trạng thái nóng chảy. Vì khi đó các ion được giải phóng khỏi mạng tinh thể, chuyển động tương đối tự do và trở thành tác nhân mang điện. Ở trạng thái rắn, các ion bị cố định trong mạng nên không dẫn điện.

Lưu ý phân biệt: Hợp chất ion không tan trong dung môi không phân cực (như benzene, $\text{CCl}_4$). Hợp chất ion không tồn tại ở thể khí trong điều kiện thường và không dễ bay hơi.

II. Phương pháp giải các dạng bài tập

Phần này chỉ trình bày các dạng bài tập có tính toán, bám sát kiến thức Bài 11 kết hợp với Bài 2 (thành phần nguyên tử) và Bài 4 (cấu hình electron) đã học.

Kiến thức nền dùng chung cho cả phần:

Lưu ý quan trọng: Khi nguyên tử nhường hoặc nhận electron, số proton trong hạt nhân không thay đổi. Chỉ có số electron thay đổi. Vì vậy ion và nguyên tử tương ứng vẫn là cùng một nguyên tố.

Dạng 1: Viết cấu hình electron của ion và xác định cấu hình khí hiếm tương ứng

Phương pháp giải

Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử trung hoà (có $Z$ electron).

Bước 2: Chuyển sang cấu hình của ion:

• Cation $\text{M}^{n+}$: bớt $n$ electron, bỏ từ lớp ngoài cùng trở vào.
• Anion $\text{X}^{m-}$: thêm $m$ electron vào lớp ngoài cùng (điền tiếp theo thứ tự mức năng lượng).

Bước 3: Đếm tổng số electron của ion, so sánh với số electron của khí hiếm gần nhất.

Bước 4: Nếu bài yêu cầu tìm ngược lại (cho cấu hình ion, tìm nguyên tố):

• Đếm số electron trong cấu hình ion đã cho, gọi là $e_{\text{ion}}$.
• Với cation $\text{M}^{n+}$: $Z = e_{\text{ion}} + n$.
• Với anion $\text{X}^{m-}$: $Z = e_{\text{ion}} – m$.

Phạm vi áp dụng: Ở bài này chỉ xét ion của các nguyên tố nhóm A (kim loại nhóm IA, IIA, IIIA và phi kim nhóm VA, VIA, VIIA). Ion của các kim loại chuyển tiếp không thuộc yêu cầu của chương trình.

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Cho các ion sau: $\text{Ca}^{2+}$, $\text{F}^-$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$. Có bao nhiêu ion có cấu hình electron giống khí hiếm neon?

Lời giải

Khí hiếm $\text{Ne}$ có $Z = 10$, cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$. Ta xét từng ion:

Kết luận: Có 4 ion có cấu hình electron giống $\text{Ne}$, đó là $\text{F}^-$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{N}^{3-}$ và $\text{O}^{2-}$.

Nhận xét: Các ion này có cùng số electron (10e) nên có cùng cấu hình electron, dù chúng thuộc các nguyên tố khác nhau. Điều phân biệt chúng là số proton trong hạt nhân.

Bài tập mẫu 2

Đề bài:

a) Cation $\text{M}^{2+}$ có cấu hình electron $1s^2 2s^2 2p^6$. Xác định nguyên tố M và vị trí nhóm của M.

b) Anion $\text{X}^-$ có cấu hình electron $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$. Xác định nguyên tố X và vị trí nhóm của X.

Lời giải

Câu a. Cấu hình của $\text{M}^{2+}$ có tổng số electron:

$$e_{\text{ion}} = 2 + 2 + 6 = 10$$

M đã nhường 2 electron để tạo $\text{M}^{2+}$, nên nguyên tử M có:

$$Z = 10 + 2 = 12$$

Cấu hình electron của nguyên tử M: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$.

Lớp ngoài cùng là lớp 3 có 2 electron, electron cuối điền vào phân lớp $s$ nên M thuộc nhóm IIA. Vậy M là magnesium ($\text{Mg}$).

Câu b. Cấu hình của $\text{X}^-$ có tổng số electron:

$$e_{\text{ion}} = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18$$

X đã nhận 1 electron để tạo $\text{X}^-$, nên nguyên tử X có:

$$Z = 18 – 1 = 17$$

Cấu hình electron của nguyên tử X: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$.

Lớp ngoài cùng là lớp 3 có $2 + 5 = 7$ electron nên X thuộc nhóm VIIA. Vậy X là chlorine ($\text{Cl}$).

Dạng 2: Lập công thức hợp chất ion và đếm số hợp chất ion tạo thành

Phương pháp giải

Bước 1: Xác định điện tích của cation và anion, dựa vào nhóm của nguyên tố:

Bước 2: Gọi công thức hợp chất là $\text{M}_x\text{X}_y$. Vì hợp chất trung hoà về điện nên tổng điện tích dương phải bằng tổng điện tích âm:

$$x\,\times\,(\text{điện tích cation}) = y\,\times\,|\text{điện tích anion}|$$

Bước 3: Chọn $x$, $y$ là các số nguyên nhỏ nhất thoả mãn đẳng thức trên. Cách nhanh là lấy chéo trị số điện tích rồi rút gọn:

$$\text{M}^{a+}\,\text{và}\,\text{X}^{b-} \rightarrow \text{M}_b\text{X}_a$$

Bước 4: Khi đếm số hợp chất ion tạo thành từ một tập hợp nguyên tố, chỉ ghép kim loại điển hình (nhóm IA, IIA và Al) với phi kim điển hình (nhóm VIA, VIIA). Không ghép kim loại với kim loại, cũng không ghép phi kim với phi kim (hai phi kim tạo liên kết cộng hoá trị).

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Lập công thức hoá học của các hợp chất ion tạo bởi các cặp ion sau:

a) $\text{Na}^+$ và $\text{O}^{2-}$

b) $\text{Mg}^{2+}$ và $\text{Cl}^-$

c) $\text{Al}^{3+}$ và $\text{O}^{2-}$

d) $\text{Ca}^{2+}$ và $\text{O}^{2-}$

Lời giải

Câu a. Gọi công thức là $\text{Na}_x\text{O}_y$. Điều kiện trung hoà điện:

$$x\,\times\,1 = y\,\times\,2$$

Chọn cặp số nguyên nhỏ nhất: $x = 2$, $y = 1$. Công thức: $\text{Na}_2\text{O}$.

Câu b. Gọi công thức là $\text{Mg}_x\text{Cl}_y$:

$$x\,\times\,2 = y\,\times\,1$$

Chọn $x = 1$, $y = 2$. Công thức: $\text{MgCl}_2$.

Câu c. Gọi công thức là $\text{Al}_x\text{O}_y$:

$$x\,\times\,3 = y\,\times\,2$$

Chọn $x = 2$, $y = 3$. Công thức: $\text{Al}_2\text{O}_3$.

Câu d. Gọi công thức là $\text{Ca}_x\text{O}_y$:

$$x\,\times\,2 = y\,\times\,2$$

Chọn $x = 1$, $y = 1$ (đã rút gọn). Công thức: $\text{CaO}$.

Lưu ý: Ở câu d, nếu lấy chéo máy móc sẽ ra $\text{Ca}_2\text{O}_2$. Phải rút gọn về tỉ lệ tối giản $1 : 1$ mới đúng.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Cho bốn nguyên tố X, Y, Z, T có số hiệu nguyên tử lần lượt là 8, 11, 20, 17. Có bao nhiêu hợp chất tạo bởi hai nguyên tố trong số bốn nguyên tố trên có liên kết ion?

Lời giải

Bước 1. Xác định các nguyên tố và phân loại

Vậy X là oxygen, Y là sodium, Z là calcium, T là chlorine.

Bước 2. Ghép cặp kim loại với phi kim

Có 2 kim loại và 2 phi kim nên có $2\,\times\,2 = 4$ cặp:

Kết luận: Có 4 hợp chất có liên kết ion.

Nhận xét: Cặp Na – Ca (hai kim loại) và cặp O – Cl (hai phi kim) không tạo hợp chất ion, nên không được tính.

Dạng 3: Tính số hạt trong ion và trong hợp chất ion

Phương pháp giải

Bước 1: Ghi nhớ nguyên tắc: khi tạo ion, số proton và số neutron không đổi, chỉ số electron thay đổi.

$$\text{Cation}\,\text{M}^{n+}: \, p = Z; \, e = Z – n$$

$$\text{Anion}\,\text{X}^{m-}: \, p = Z; \, e = Z + m$$

Bước 2: Phân biệt rõ các cách hỏi thường gặp:

Bước 3: Với hợp chất ion (phân tử trung hoà điện), tổng số electron bằng đúng tổng số proton. Do đó:

$$\text{Tổng số hạt mang điện của hợp chất} = 2\,\times\,\sum Z$$

trong đó $\sum Z$ là tổng số hiệu nguyên tử của tất cả các nguyên tử trong công thức.

Chú ý: Nguyên tắc ở Bước 3 chỉ đúng cho cả hợp chất (trung hoà điện). Nếu đề hỏi riêng về một ion thì phải dùng công thức ở Bước 1, vì bản thân ion không trung hoà điện.

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Cho $_{13}\text{Al}$ và $_{16}\text{S}$.

a) Tính số proton và số electron trong ion $\text{Al}^{3+}$ và ion $\text{S}^{2-}$.

b) Tính tổng số hạt mang điện trong ion $\text{S}^{2-}$.

c) Tính tổng số hạt mang điện trong hợp chất $\text{Al}_2\text{S}_3$.

Lời giải

Câu a.

Ion $\text{Al}^{3+}$ (nhôm nhường 3 electron):

$$p = Z_{\text{Al}} = 13$$

$$e = 13 – 3 = 10$$

Ion $\text{S}^{2-}$ (lưu huỳnh nhận 2 electron):

$$p = Z_{\text{S}} = 16$$

$$e = 16 + 2 = 18$$

Câu b. Tổng số hạt mang điện trong $\text{S}^{2-}$ bằng tổng số proton và số electron:

$$16 + 18 = 34\,\text{hạt}$$

Câu c. Hợp chất $\text{Al}_2\text{S}_3$ trung hoà điện nên tổng số electron bằng tổng số proton:

$$\sum Z = 2\,\times\,13 + 3\,\times\,16 = 26 + 48 = 74$$

Tổng số hạt mang điện:

$$2\,\times\,74 = 148\,\text{hạt}$$

Kết luận: $\text{Al}^{3+}$ có 13p và 10e; $\text{S}^{2-}$ có 16p và 18e; ion $\text{S}^{2-}$ có 34 hạt mang điện; hợp chất $\text{Al}_2\text{S}_3$ có 148 hạt mang điện.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Cho $_{11}\text{Na}$ và $_{8}\text{O}$. Trong hợp chất $\text{Na}_2\text{O}$, hãy tính:

a) Tổng số hạt mang điện dương.

b) Tổng số hạt mang điện âm.

Lời giải

Câu a. Hạt mang điện dương là proton:

$$\sum p = 2\,\times\,11 + 1\,\times\,8 = 22 + 8 = 30\,\text{hạt}$$

Câu b. Hợp chất trung hoà điện nên tổng số electron bằng tổng số proton:

$$\sum e = 30\,\text{hạt}$$

Nhận xét: Không cần quan tâm mỗi nguyên tử đã nhường hay nhận bao nhiêu electron. Trong hợp chất ion, số electron mà các cation nhường ra đúng bằng số electron mà các anion nhận vào, nên tổng số electron của cả hợp chất vẫn bằng tổng số proton.

Dạng 4: Xác định nguyên tố từ tổng số hạt rồi lập hợp chất ion

Phương pháp giải

Bước 1: Từ tổng số hạt cơ bản $S$ của nguyên tử, lập phương trình:

$$S = 2Z + N \Rightarrow N = S – 2Z$$

Bước 2: Áp dụng điều kiện bền của hạt nhân (với các nguyên tố đầu bảng tuần hoàn):

$$1 \le \frac{N}{Z} \le 1{,}5$$

Thay $N = S – 2Z$ vào, giải hệ bất phương trình để tìm khoảng giá trị của $Z$:

$$\frac{S}{3{,}5} \le Z \le \frac{S}{3}$$

Bước 3: Trong khoảng vừa tìm được, chọn giá trị $Z$ nguyên phù hợp với dữ kiện về nhóm mà đề cho.

Bước 4: Viết công thức hợp chất ion theo phương pháp ở Dạng 2, rồi tính số hạt theo yêu cầu (dùng công thức ở Dạng 3).

Ghi nhớ nhanh công thức ở Bước 2: chia tổng số hạt cho $3{,}5$ được cận dưới, chia cho $3$ được cận trên. Điều kiện $\dfrac{N}{Z} \le 1{,}5$ áp dụng tốt cho các nguyên tố có $Z \le 20$, là phạm vi thường gặp ở lớp 10.

Bài tập mẫu 1

Đề bài: Nguyên tử X có tổng số hạt cơ bản là 28 và thuộc nhóm VIIA. Nguyên tử Y có tổng số hạt cơ bản là 34 và thuộc nhóm IA. Tính tổng số hạt mang điện trong hợp chất tạo bởi X và Y.

Lời giải

Bước 1. Xác định X

$$\frac{28}{3{,}5} \le Z_X \le \frac{28}{3}$$

$$8 \le Z_X \le 9{,}33$$

Vậy $Z_X$ nhận giá trị 8 hoặc 9.

• $Z_X = 8$: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^4$, thuộc nhóm VIA, không thoả mãn.
• $Z_X = 9$: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^5$, thuộc nhóm VIIA, thoả mãn.

Vậy X là fluorine ($\text{F}$), $Z_X = 9$.

Bước 2. Xác định Y

$$\frac{34}{3{,}5} \le Z_Y \le \frac{34}{3}$$

$$9{,}71 \le Z_Y \le 11{,}33$$

Vậy $Z_Y$ nhận giá trị 10 hoặc 11.

• $Z_Y = 10$: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$, là khí hiếm neon, không thuộc nhóm IA.
• $Z_Y = 11$: cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$, thuộc nhóm IA, thoả mãn.

Vậy Y là sodium ($\text{Na}$), $Z_Y = 11$.

Bước 3. Lập công thức hợp chất

$\text{Na}$ nhường 1e tạo $\text{Na}^+$; $\text{F}$ nhận 1e tạo $\text{F}^-$. Tỉ lệ kết hợp $1 : 1$, công thức là $\text{NaF}$.

Bước 4. Tính tổng số hạt mang điện

$$\sum Z = 11 + 9 = 20$$

$$\text{Tổng số hạt mang điện} = 2\,\times\,20 = 40\,\text{hạt}$$

Kết luận: Hợp chất là $\text{NaF}$, có tổng số hạt mang điện là 40.

Bài tập mẫu 2

Đề bài: Nguyên tử X có tổng số hạt cơ bản là 60 và thuộc nhóm IIA. Nguyên tử Y có tổng số hạt cơ bản là 52 và thuộc nhóm VIIA. Tính tổng số hạt mang điện âm trong hợp chất tạo bởi X và Y.

Lời giải

Bước 1. Xác định X

$$\frac{60}{3{,}5} \le Z_X \le \frac{60}{3}$$

$$17{,}14 \le Z_X \le 20$$

$Z_X$ có thể là 18, 19 hoặc 20. Trong đó chỉ $Z_X = 20$ cho cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ thuộc nhóm IIA. Vậy X là calcium ($\text{Ca}$).

Bước 2. Xác định Y

$$\frac{52}{3{,}5} \le Z_Y \le \frac{52}{3}$$

$$14{,}86 \le Z_Y \le 17{,}33$$

$Z_Y$ có thể là 15, 16 hoặc 17. Trong đó chỉ $Z_Y = 17$ cho cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ thuộc nhóm VIIA. Vậy Y là chlorine ($\text{Cl}$).

Bước 3. Lập công thức hợp chất

$\text{Ca}$ nhường 2e tạo $\text{Ca}^{2+}$; mỗi $\text{Cl}$ nhận 1e tạo $\text{Cl}^-$. Cần 2 nguyên tử $\text{Cl}$, công thức là $\text{CaCl}_2$.

Bước 4. Tính tổng số hạt mang điện âm

Hạt mang điện âm là electron. Hợp chất trung hoà điện nên tổng số electron bằng tổng số proton:

$$\sum e = \sum Z = 20 + 2\,\times\,17 = 20 + 34 = 54\,\text{hạt}$$

Kết luận: Hợp chất là $\text{CaCl}_2$, có 54 hạt mang điện âm.

Dạng 5: Xác định ion đa nguyên tử dựa vào tổng số electron

Phương pháp giải

Đây là dạng nâng cao, dành cho học sinh khá giỏi, kết hợp kiến thức về ion đa nguyên tử (Bài 11) với số khối (Bài 2).

Bước 1: Với anion $\text{AB}_n^{m-}$, tổng số electron bằng tổng số electron của các nguyên tử cộng thêm $m$ electron mà ion đã nhận:

$$e_{\text{ion}} = Z_A + n\,\times\,Z_B + m$$

Với cation $\text{AB}_n^{m+}$ thì ngược lại, ion đã nhường đi $m$ electron:

$$e_{\text{ion}} = Z_A + n\,\times\,Z_B – m$$

Bước 2: Lập phương trình theo $Z_A$ và $Z_B$, rồi thử các giá trị $Z_B$ là những phi kim thường gặp trong ion đa nguyên tử: $\text{O}$ ($Z = 8$), $\text{N}$ ($Z = 7$), $\text{F}$ ($Z = 9$), $\text{C}$ ($Z = 6$), $\text{S}$ ($Z = 16$).

Bước 3: Với mỗi giá trị thử, tính $Z_A$ và đối chiếu với các ion đa nguyên tử đã biết ($\text{OH}^-$, $\text{NO}_3^-$, $\text{CO}_3^{2-}$, $\text{SO}_3^{2-}$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{NH}_4^+$). Loại các trường hợp mà A là kim loại hoặc ion không tồn tại.

Bước 4: Nếu đề cho thêm quan hệ giữa số proton và số neutron, dùng để tính số khối:

$$A = Z + N$$

Riêng khi $N = Z$ thì $A = 2Z$.

Bài tập mẫu

Đề bài: Tổng số electron trong anion $\text{AB}_3^{2-}$ là 42. Trong hạt nhân của A cũng như của B đều có số proton bằng số neutron. Tính tổng số khối của A và B.

Lời giải

Bước 1. Lập phương trình

Anion $\text{AB}_3^{2-}$ được tạo thành khi nhóm nguyên tử $\text{AB}_3$ nhận thêm 2 electron, nên:

$$Z_A + 3\,\times\,Z_B + 2 = 42$$

$$Z_A + 3\,\times\,Z_B = 40$$

Bước 2. Giới hạn giá trị của $Z_B$

Vì $Z_A \ge 1$ nên:

$$3\,\times\,Z_B \le 39 \Rightarrow Z_B \le 13$$

Bước 3. Thử các giá trị $Z_B$

Vậy A là sulfur ($Z_A = 16$), B là oxygen ($Z_B = 8$), ion cần tìm là $\text{SO}_3^{2-}$.

Bước 4. Tính số khối

Theo đề, trong hạt nhân của A và B đều có $N = Z$, nên $A_{\text{số khối}} = 2Z$:

$$A_{\text{S}} = 2\,\times\,16 = 32$$

$$A_{\text{O}} = 2\,\times\,8 = 16$$

Tổng số khối:

$$32 + 16 = 48$$

Kết luận: Tổng số khối của A và B là 48.

Bảng tra nhanh: chọn phương pháp theo dữ kiện đề bài

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ