Chơng 2. liên kết hoá học và cấu tạo phân tử A. Tóm tắt lí thuyết 1. Liên kết hoá học Xu hớng chung của các nguyên tử kim loại hay phi kim là đạt đến cấu hình bền vững nh của khí hiếm bằng cách cho, nhận electron tạo ra kiểu hợp chất ion, hay góp chung electron tạo ra hợp chất cộng hoá trị (nguyên tử). Không có ranh giới thật rõ ràng giữa các chất có kiểu liên kết ion và cộng hoá trị. Ngời ta thờng dùng hiệu số độ âm điện ( ) để xét một chất có kiểu liên kết hoá học gì. Nếu hiệu số độ âm điện 1,7 thì chất đó có kiểu liên kết ion, nếu hiệu số độ âm điện < 1,7 thì chất đó có kiểu liên kết cộng hoá trị (ngoại lệ HF có 1,7 nhng vẫn thuộc loại liên kết cộng hoá trị ). Có thể so sánh hai kiểu liên kết hoá học qua bảng sau: Liên kết ion Liên kết cộng hoá trị Hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình. Hiệu số độ âm điện 1,7 Hình thành giữa các nguyên tử giống nhau hoặc gần giống nhau. Hiệu số độ âm điện < 1,7 Nguyên tử kim loại nhờng electron trở thành ion dơng. Nguyên tử phi kim nhận electron trở thành ion âm. Các ion trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. Thí dụ: NaCl, MgCl 2 Bản chất: do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu. Các nguyên tử góp chung electron. Các electron dùng chung thuộc hạt nhân của cả hai nguyên tử. Thí dụ: H 2 , HCl Liên kết cộng hoá trị không cực khi đôi electron dùng chung không bị lệch về nguyên tử nào: N 2 , H 2 Liên kết cộng hoá trị có cực khi đôi electron dùng chung bị lệch về một nguyên tử : HBr, H 2 O Liên kết cho - nhận (phối trí) là một trờng hợp riêng của liên kết cộng hoá trị. Trong đó đôi electron dùng chung đợc hình thành do một nguyên tử đa ra. Thí dụ phân tử khí lu huỳnh đioxit SO 2 , công thức cấu tạo của SO 2 S O O Liên kết cho - nhận đợc kí hiệu bằng một mũi tên. Mỗi mũi tên biểu diễn một cặp electron dùng chung, trong đó gốc mũi tên là nguyên tử cho electron, đầu là nguyên tử nhận electron. 2. Cấu tạo phân tử a) Sự lai hoá và hình dạng phân tử Sự lai hoá obitan là sự tổ hợp tuyến tính của các obitan nguyên tử tạo thành các obitan lai hoá giống hệt nhau. Các dạng lai hoá thờng gặp là: 17 + Lai hoá sp 3 : tổ hợp một obitan s với ba obitan p tạo ra bốn obitan giống nhau. Góc lai hoá tứ diện là 109 o 28.Thí dụ phân tử CH 4 có hình dạng tứ diện, nguyên tử cacbon nằm ở tâm tứ diện, bốn nguyên tử hiđro ở bốn đỉnh của tứ diện. + Lai hoá sp 2 : tổ hợp một obitan s với hai obitan p tạo thành ba obitan lai hoá. Góc lai hoá tam giác là 120 o . Thí dụ trong phân tử C 2 H 4 , các obitan nguyên tử của cacbon lai hoá sp 2 , do đó hình dạng phân tử đợc quy định bởi góc liên kết là 120 o . + Lai hoá sp: tổ hợp của một obitan s với một obitan p tạo ra hai obitan lai hoá. Gọc lai hoá sp là 180 o . Thí dụ phân tử C 2 H 2 , cả bốn nguyên tử nằm trên một đờng thẳng. Liên kết và liên kết : khi mật độ electron lớn nhất tập trung vào khoảng giữa đờng nối hai hạt nhân nguyên tử, ta có sự xen phủ trục cácobitan nguyên tử gọi là liên kết . Khi mật độ electron lớn nhất ở về hai phía của mặt phẳng phân tử, ta có sự xen phủ bên các obitan nguyên tử hay liên kết . Liên kết kém bền hơn liên kết . Liên kết đơn: là liên kết hoá học bằng một cặp electron dùng chung. Liên kết đơn chỉ gồm liên kết . Liên kết đôi gồm một liên kết và một liên kết . Liên kết ba gồm một liên kết và hai liên kết . b. Mạng tinh thể Tinh thể: Mạng tinh thể có thể do phân tử, nguyên tử hay ion tạo nên. Các tiểu phân hình thành tinh thể bởi sự sắp xếp đều đặn, tuần hoàn theo một trật tự nhất định. Có bốn loại tinh thể chính là tinh thể nguyên tử (kim cơng), tinh thể phân tử ( iot, nớc đá), tinh thể ion ( muối ăn) và tinh thể kim loại (Cu, Al). B. bài tập có lời giải đề bài 31. Nguyên tử của các nguyên tố, trừ khí hiếm, có thể liên kết với nhau thành phân tử hoặc tinh thể, vì : A. Chúng có cấu hình electron lớp ngoài cùng cha bão hoà. B. Chúng liên kết với nhau để đạt cấu hình electron lớp ngoài bền vững. C. Chúng liên kết với nhau bằng cách cho, nhận electron hoặc góp chung electron. D. Cả a và b đúng. 18 Lai hoá sp 2 Lai hoá sp 3 Lai hoá sp 32. Các phân tử trong dãy nào sau đây có liên kết cộng hoá trị không phân cực? A. N 2 , Cl 2 , HCl, H 2 , F 2 . B. N 2 , Cl 2 , I 2 , H 2 , F 2 . C. N 2 , Cl 2 , CO 2 , H 2 , F 2 . D. N 2 , Cl 2 , HI, H 2 , F 2 . 33. Tinh thể nớc đá cứng và nhẹ hơn nớc lỏng, do đó khi mặt biển, hồ, sông bị đóng băng, chỉ có một lớp băng trên bề mặt. Nớc nặng hơn sẽ chìm dới lớp băng, cho nên các loại sinh vật sống trong nớc không bị chết. Điều này đợc giải thích nh sau : A. Nớc lỏng gồm các phân tử nớc chuyển động dễ dàng và ở gần nhau. B. Tinh thể nớc đá có cấu trúc tứ diện đều rỗng, các phân tử nớc đợc sắp xếp ở các đỉnh của tứ diện đều. Khoảng cách giữa các phân tử nớc lớn hơn trong n- ớc lỏng. C. Liên kết giữa các phân tử nớc trong tinh thể nớc đá là liên kết cộng hóa trị, một loại liên kết mạnh. D. Cả A và B đúng. 34. Điều kiện để hình thành liên kết cộng hoá trị không cực theo quy ớc là: A. Các nguyên tử có hiệu độ âm điện < 0,4. B. Các nguyên tử tham gia liên kết của cùng một nguyên tố và có số electron lớp ngoài cùng lớn hơn hoặc bằng 4 và nhỏ hơn 8. C. Các nguyên tử của các nguyên tố kim loại điển hình và phi kim điển hình. D. Các nguyên tử của cùng một nguyên tố phi kim. 35. Trong số các loại tinh thể trong tự nhiên, loại nào có thể dẫn điện ở trạng thái nóng chảy và khi hòa tan trong nớc? A. Tinh thể kim loại. B. Tinh thể phân tử. C. Tinh thể ion. D. Tinh thể nguyên tử. 36. Khoanh tròn vào chữ Đ nếu phát biểu đúng, chữ S nếu phát biểu sai trong những câu dới đây: A. Phân tử NaCl có liên kết ion, tan nhiều trong nớc. Đ - S B. Phân tử HCl có liên kết cộng hoá trị không cực. Đ - S C. Phân tử H 2 O có liên kết cộng hoá trị không cực. Đ - S D. Phân tử H 2 SO 4 có liên kết cộng hoá trị có cực. Đ - S E. Dung môi không cực hoà tan phần lớn các chất không cực. Đ - S 19 37. Phân tử cacbon đioxit CO 2 có cấu tạo thẳng, vì: A. Nguyên tử cacbon trong phân tử cacbon đioxit ở trạng thái lai hóa sp 3 . B. Nguyên tử cacbon trong phân tử cacbon đioxit ở trạng thái lai hóa sp 2 . C. Nguyên tử cacbon trong phân tử cacbon đioxit ở trạng thái lai hóa sp. D. Nguyên tử cacbon trong phân tử cacbon đioxit ở trạng thái lai hóa sp 3 d. Hãy chọn đáp án đúng. 38. Khoanh tròn vào chữ Đ nếu phát biểu đúng, chữ S nếu phát biểu sai trong những câu dới đây: A. Liên kết đơn bền hơn liên kết đôi. Đ - S B. Liên kết đôi bền hơn liên kết ba. Đ - S C. Các chất có kiểu liên kết ion có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao hơn các chất có kiểu liên kết cộng hoá trị điều đó chứng tỏ rằng liên kết ion bền hơn liên kết cộng hoá trị Đ - S D. Các chất SO 2 , H 2 SO 3 , KHSO 3 có điểm chung là trong phân tử lu huỳnh có số oxi hoá +4 Đ - S E. Tinh thể nguyên tử bên hơn tinh thể phân tử Đ - S 39. Cho các chất sau: NH 3 , HCl, SO 3 , N 2 . Chúng đều có kiểu liên kết hoá học nào sau đây? A. Liên kết cộng hoá trị phân cực. B. Liên kết cộng hoá trị không phân cực. C. Liên kết cộng hoá trị. D. Liên kết phối trí. 40. Khi cặp electron chung đợc phân bố một cách đối xứng giữa hai nguyên tử liên kết, ngời ta gọi liên kết trong các phân tử trên là: A. Liên kết cộng hoá trị có cực. B. Liên kết cộng hoá trị không phân cực. C. Liên kết cộng hoá trị. D. Liên kết phối trí. 41. So sánh các dạng thù hình của cacbon, giải thích vì sao kim cơng là vật liệu cứng nhất trong tự nhiên, còn than chì lại mềm? (Xem hình vẽ). 20 42. So sánh các hợp chất với hiđro của oxi và lu huỳnh, nhận thấy H 2 S ở điều kiện thờng là chất khí, có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiều so với H 2 O. Hãy giải thích hiện tợng trên. 43. Muối ăn (NaCl) có nhiệt độ nóng chảy là 801 o C, cao hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của nớc đá (H 2 O) nhiệt độ nóng chảy là 0 o C. Qua số liệu trên có thể kết luận rằng liên kết ion bền hơn liên kết cộng hoá trị đợc không? Tại sao? Tinh thể NaCl 44. Giải thích tại sao băng phiến (naphtalen) và iot dễ thăng hoa, nhng không dẫn điện, trái lại muối ăn không thăng hoa nhng dẫn điện khi tan trong nớc hay nóng chảy. 45. Vì sao ngời ta sử dụng đồng tinh khiết làm dây dẫn điện, mà không dùng các hợp kim của đồng nh đồng thau, đồng thiếc? Hớng dẫn giải 31. D 32. B 33. D 34. A 35. C 37. C 39. C 40. B 36. Khoanh tròn vào chữ Đ nếu phát biểu đúng, chữ S nếu phát biểu sai trong những câu dới đây: A. Phân tử NaCl có liên kết ion, tan nhiều trong nớc. Đ B. Phân tử HCl có liên kết cộng hoá trị không cực. S C. Phân tử H 2 O có liên kết cộng hoá trị không cực S D. Phân tử H 2 SO 4 có liên kết cộng hoá trị có cực. Đ E. Dung môi không cực hoà tan phần lớn các chất không cực Đ 38. Khoanh tròn vào chữ Đ nếu phát biểu đúng, chữ S nếu phát biểu sai trong những câu dới đây: A. Liên kết đơn bền hơn liên kết đôi. S B. Liên kết đôi bền hơn liên kết ba. S 21 Than chì (graphit) Kim c ơng C. Các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao hơn các chất cộng hoá trị vì liên kết ion bền hơn liên kết cộng hoá trị. S D. Các chất SO 2 , H 2 SO 3 , KHSO 3 có điểm chung là trong phân tử, S có số oxi hoá +4 Đ E. Tinh thể nguyên tử bên hơn tinh thể phân tử. Đ 41. Sở dĩ có sự khác nhau là do cấu tạo tinh thể của kim cơng và than chì. Kim cơng: Trong tinh thể kim cơng, mỗi nguyên tử cacbon có liên kết cộng hoá trị với 4 nguyên tử cacbon xung quanh, tạo thành tứ diện đều. Khoảng cách giữa các nguyên tử C là bằng nhau, bằng 0,154 nm. Sự đồng nhất và bền vững của các liên kết này làm cho kim cơng rất cứng, là vật liệu cứng nhất trong tự nhiên. Kim cơng có màu sắc rất đẹp, cho nên từ ngàn xa là đồ trang sức rất quý giá. Trong công nghiệp, kim cơng đợc sử dụng để chế tạo mũi khoan, dao cắt kính, thiết bị laze. Than chì: Tinh thể than chì (graphit) có cấu trúc nhiều lớp. Trong mỗi lớp, một nguyên tử C liên kết với 3 nguyên tử C khác bằng các liên kết cộng hoá trị, có khoảng cách bằng nhau (0,1415 nm). Các liên kết giữa các nguyên tử C trong cùng lớp rất bền vững. Lực liên kết giữa các lớp là rất yếu, khoảng cách giữa hai lớp lớn (0,335 nm). các lớp dễ trợt lên nhau, do đó than chì rất mềm, có thể làm ruột bút chì. Than chì dẫn điện tôt, nên đợc sử dụng rộng rãi làm điện cực trơ trong điện phân, sản xuất pin 42. Nhiệt độ sôi cao của nớc là do giữa các phân tử nớc có liên kết hiđro. Nguyên tử hiđro có khả năng liên kết đồng thời với hai nguyên tử khác trong các điều kiện xác định. Thông thờng, hiđro tạo liên kết cộng hóa trị bền với một nguyên tử, còn với nguyên tử kia là liên kết yếu. Loại liên kết này ảnh hởng lớn đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nhiều chất nh nớc, ancol, protit, H O H H O H 43. Không kết luận nh vậy đợc. Lí do là khi nớc nóng chảy và ngay cả khi sôi cũng không ảnh hởng gì đến liên kết cộng hoá trị của nớc. Để phá vỡ liên kết cộng hóa trị của nớc, ngời ta cần cung cấp một năng lợng lớn, thí dụ sự điện phân nớc. 44. Iot và băng phiến có cấu trúc tinh thể phân tử kém bền. NaCl có cấu trúc tinh thể ion bền vững. Khi tan trong nớc hay nóng chảy, NaCl phân li tạo ra các ion tự do Na + và Cl - , chính các ion này làm cho NaCl nóng chảy hay dung dịch NaCl dẫn điện. 45.Trong mạng tinh thể kim loại có ba thành phần là ion dơng, nguyên tử kim loại và các electron tự do. Chính sự chuyển động của các electron tự do tạo nên tính chất dẫn điện của kim loại. Trong hợp kim, ngoài liên kết kim loại còn một phần liên kết cộng hoá trị, nên làm giảm mật độ electron tự do. Ngoài ra, sự có 22 mặt của các ion lạ trong hợp kim cũng làm giảm độ dẫn điện. Do đó ngời ta không sử dụng hợp kim làm dây dẫn điện. C. bài tập tự luyện 46. Có những đồ vật đợc chế tạo từ sắt nh: chảo, dao, dây thép gai. Vì sao chảo lại giòn, dao lại sắc và dây thép lại dẻo? Chảo gang Dao Dây thép gai 47. Contantan là hợp kim của đồng với 40% Ni. Vật liệu này đợc ứng dụng rộng rãi trong các dụng cụ đốt nóng bằng điện nh: bàn là, dây điện trở của bếp điện Tính chất nào của contantan làm cho nó đợc ứng dụng rộng rãi nh vây? A. Contantan có điện trở lớn. B. Contantan có điện trở nhỏ. C. Contantan có giá thành rẻ. D. Một nguyên nhân khác. 48. Cho các chất NaCl, HBr, MgCl 2 , Br 2 , H 2 O, O 2 . a) Các chất có kiểu liên kết cộng hoá trị phân cực là b) Các chất có kiểu liên kết cộng hoá trị không phân cực là c) Các chất có kiểu liên kết ion là 49*. Các cặp phân tử nào sau đây có hình dạng phân tử giống nhau nhiều nhất? A. BeH 2 và H 2 O. B. BF 3 và NH 3 . C. CO 2 và SiO 2 . D. BeH 2 và C 2 H 2 . Chọn đáp án đúng. 50. Điều kiện để trạng thái lai hoá obitan xảy ra và tạo đợc liên kết hoá học bền là: A. Các obitan có mức năng lợng xấp xỉ bằng nhau. B. Mật độ electron của các obitan nguyên tử tham gia lai hoá đủ lớn để độ xen phủ của obitan lai hoá với các obitan nguyên tử khác lớn tạo ra liên kết bền. C. Các obitan ở các lớp khác nhau. D. Cả A và B đúng. 51. Vì sao các kim loại kiềm đều có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tơng đối thấp, mềm đến mức có thể cắt bằng dao, khối lợng riêng nhỏ? 23 52. Trong số các cặp kim loại sau đây, cặp nào bền vững trong không khí và nớc nhờ có lớp màng oxit rất mỏng, rất bền vững bảo vệ? A. Fe và Al. B. Fe và Cr. C. Al và Cr. D. Mn và Al. Chọn đáp án đúng. 53. Các núi băng trôi ở Nam cực là mối nguy hiểm tiềm tàng cho các tàu thuyền đi lại trên biển. Năm 1912, một con tàu vào loại hiện đại nhất thế giới lúc bấy giờ, tàu Titanic đã đâm vào núi băng và bị đắm, làm thiệt mạng 1523 ngời. Thông thờng, các chất ở trạng thái rắn có tỷ trọng lớn hơn ở trạng thái lỏng. Nớc đá là một ngoại lệ. Hãy giải thích hiện tợng băng nhẹ hơn nớc? 54. Khi bị nén hoặc làm lạnh, khí nitơ peoxit (NO 2 ) có màu nâu đỏ chuyển hoá thành đi nitơ peoxit (N 2 O 4 ) không màu. Hỏi vì sao các khí khác nh CO 2 , SO 2 không có tính chất này? 55. Vì sao lu huỳnh thể hiện các số oxi hoá chẵn : 2, 4, 6, còn clo lại thể hiện các số oxi hoá lẻ : 1, 3, 5, 7 ? 24 Tàu Titanic . hay liên kết . Liên kết kém bền hơn liên kết . Liên kết đơn: là liên kết hoá học bằng một cặp electron dùng chung. Liên kết đơn chỉ gồm liên kết . Liên kết đôi gồm một liên kết và một liên kết. hai nguyên tử liên kết, ngời ta gọi liên kết trong các phân tử trên là: A. Liên kết cộng hoá trị có cực. B. Liên kết cộng hoá trị không phân cực. C. Liên kết cộng hoá trị. D. Liên kết phối trí. 41 SO 3 , N 2 . Chúng đều có kiểu liên kết hoá học nào sau đây? A. Liên kết cộng hoá trị phân cực. B. Liên kết cộng hoá trị không phân cực. C. Liên kết cộng hoá trị. D. Liên kết phối trí. 40. Khi cặp