MỤC LỤC NỘI DUNG I TÓM TẮT NỘI DUNG I.1 Những nội dung b Sự tạo thành ion c Liên kết ion liên kết cộng hoá trị f Tinh thể ion, tinh thể nguyên tử tinh thể phân tử Bảng 1.1 Khái niệm, đặc tính mạng tinh thể I.2 Những nội dung khó MỞ ĐẦU Từ trăm năm mươi năm trước, nhà khoa học cho chất tạo nên từ hạt nhỏ bé gọi nguyên tử chúng tồn độc lập mà kết hợp với nguyên tử khác tạo thành phân tử hay tinh thể, kết hợp nguyên tử với gọi liên kết Hoá học liên tục có bước phát triển nhảy vọt kỷ 19, đầu kỷ 20 người thực khám phá cấu trúc nguyên tử, hạt nhân, tìm hiểu điện tử Đồng thời khám phá vật lý học gần chất sóng điện tử thúc đẩy hoá học sâu vào cấu trúc biến đổi vật chất Từ điều đây, rõ ràng thấy tầm quan trọng kiến thức Hóa học đại cương việc dạy học môn Hoá học chương trình hoá học phổ thông Phần liên kết hóa học phần sở quan trọng hệ thống hóa học đại cương Tuy nhiên phần kiến thức phức tạp mang tính trừu tượng cao, nhìn chung sở lý thuyết tập phần HS tiếp thu cách hạn chế Nhằm mục đích tạo tảng kiến thức bước chuyên sâu học sinh bước chân vào trường trung học phổ thông, chọn đề tài: “Những nội dung thường gặp khó phần liên kết hóa học” Tôi hi vọng đề tài góp phần xây dựng hệ thống lý thuyết, tập liên kết hóa học tương đối phù hợp với yêu cầu mục đích bồi dưỡng -1- học sinh trường phổ thông Nó tư liệu bổ ích việc dạy học cho bạn đồng nghiệp NỘI DUNG I TÓM TẮT NỘI DUNG I.1 Những nội dung a Quy tắc bát tử để giải thích hình thành liên kết hóa học Theo quy tắc bát tử nguyên tử nguyên tố có khuynh hướng liên kết với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững khí với electron (hoặc Heli) lớp b Sự tạo thành ion − ne + me Cation ¬  Nguyên tử  → Anion (Mn+) (Mm-) (M) c Liên kết ion liên kết cộng hoá trị * Liên kết ion - Khái niệm: Liên kết ion liên kết hóa học tạo thành lực hút tĩnh điện ion mang điện ngược dấu - Đặc điểm chung: + Liên kết ion liên kết hóa học bền, lực hút tĩnh điện ion trái dấu lớn + Liên kết ion tính định hướng không gian trường lực ion tạo có dạng cầu -2- + Liên kết ion tính bão hoà, số lượng nguyên tử hay ion không hữu hạn, ion trái dấu xếp xen kẽ, luân phiên theo trật tự xác định, tuần hoàn tạo mạng tinh thể ion - Tính chất chung hợp chất ion: + Luôn chất rắn tinh thể ion + Có nhiệt độ nóng chảy cao không bay cô cạn dung dịch + Thường dễ tan nước tan dung môi hữu phân cực + Ở dung dịch trạng thái nóng chảy hợp chất ion dẫn điện tốt * Liên kết cộng hoá trị - Liên kết cộng hoá trị không phân cực: loại liên kết cộng hoá trị electron chung hạt nhân hai nguyên tử - Liên kết cộng hoá trị phân cực: loại liên kết cộng hoá trị electron chung lệch phần phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn, nguyên tử mang phần điện tích âm ngược lại - Liên kết cộng hoá trị cho - nhận (liên kết phối trí): liên kết cộng hoá trị cặp electron dùng chung nguyên tử cung cấp - Đặc điểm chung liên kết cộng hoá trị: + Là liên kết hóa học bền + Sự xen phủ obitan có tính định hướng rõ rệt không gian để đảm bảo nguyên lý xen phủ cực đại + Liên kết cộng hoá trị có tính bão hòa nên phân tử cộng hoá trị thường có số nguyên tử xác định - Tính chất chung hợp chất cộng hoá trị: + Có thể tồn trạng thái khí, lỏng rắn điều kiện thường + Có hình dạng xác định không gian tính định hướng liên kết cộng hoá trị + Thường khó tan nước dễ tan dung môi hữu phân cực d Bậc liên kết -3- - Bậc liên kết số liên kết cộng hoá trị hai nguyên tử Các liên kết đôi liên kết ba gọi chung liên kết bội e Liên kết xichma (σ) liên kết pi (π) - Liên kết σ: loại liên kết cộng hoá trị hình thành phương pháp xen phủ đồng trục obitan nguyên tử, vùng xen phủ nằm trục liên kết - Liên kết π: loại liên kết cộng hoá trị hình thành phương pháp xen phủ song song trục obitan nguyên tử, vùng xen phủ nằm hai phía so với trục liên kết Liên kết đơn liên kết σ, liên kết đôi gồm liên kết σ liên kết π, liên kết ba gồm liên kết σ liên kết π f Tinh thể ion, tinh thể nguyên tử tinh thể phân tử Bảng 1.1 Khái niệm, đặc tính mạng tinh thể Tinh thể Tinh thể ion Tinh thể Tinh thể nguyên tử kim loại phân tử Tinh thể ion Tinh thể Tinh thể Tinh thể hình thành từ hình thành từ hình thành từ hình thành từ Khái ion mang nguyên tử niệm ion, phân tử điện tích trái dấu, nguyên tử kim gồm cation loại anion electron tự nút mạng tinh thể - Lực liên kết có - Lực liên kết - Lực liên kết - Lực liên kết Đặc tính chất tĩnh có điện chất có cộng hoá trị - Tinh thể ion - Nhiệt chất lực tương tác tĩnh điện phân tử độ - Ánh kim Dẫn - Độ cứng nhỏ bền nóng chảy - - Khó nóng chảy nhiệt độ bay dẫn nhiệt tốt chảy nhiệt độ - Khó bay hơi cao bay thấp - Dẻo I.2 Những nội dung khó a Một số đại lượng đặc trưng cho liên kết hóa học -4- điện, - Nhiệt độ nóng - Độ dài liên kết (d): khoảng cách hai hạt nhân hai nguyên tử liên kết trực tiếp với - Góc liên kết: góc tạo hai nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân nguyên tử qua hạt nhân hai nguyên tử liên kết trực tiếp với nguyên tử - Năng lượng liên kết: lượng toả tạo thành liên kết hóa học từ nguyên tử cô lập Năng lượng phân li trị tuyệt đối lượng liên kết Tổng lượng liên kết phân tử lượng phân li phân tử - Lưỡng cực điện: hệ gồm hai điện tích +q -q cách -q khoảng cách l Lưỡng cực điện đặc trưng đại lượng momen lưỡng cực µ với định nghĩa momen lưỡng cực µ r r tích điện tích q cánh tay đòn l µ = l.q l +q lưỡng cực điện - Lưỡng cực liên kết: Trong liên kết ion liên kết cộng hoá trị phân cực điện tích phân bố không đồng hai nguyên tử tham gia liên kết, trọng tâm điện tích âm lệch phía nguyên tử có độ âm điện lớn trọng tâm điện tích dương lệch phía nguyên tử có độ âm điện nhỏ Như vậy, liên kết ion liên kết cộng hoá trị phân cực lưỡng cực điện có momen lưỡng cực xác định gọi momen lưỡng cực liên kết Liên kết phân cực mạnh momen lưỡng cực lớn - Lưỡng cực phân tử: Trong việc khảo sát lưỡng cực phân tử, người ta thừa nhận thuộc tính cộng tính momen lưỡng cực liên kết coi momen lưỡng cực phân tử tổng vectơ momen lưỡng cực liên kết Việc khảo sát momen lưỡng cực phân tử thông số cần thiết cho việc nghiên cứu tính chất liên kết (khi µ lớn, tính ion liên kết mạnh), cấu trúc hình học phân tử tính chất vật lý, hoá học chất - Từ tính phân tử: + Chất thuận từ: chất bị hút nam châm Về mặt cấu tạo, phân tử chất có electron không ghép đôi (electron độc thân) -5- + Chất nghịch từ: chất bị đẩy nam châm Về mặt cấu tạo, phân tử chất electron độc thân - Lực liên kết ion: Độ lớn lực liên kết ion (F) phụ thuộc vào trị số điện tích cation (q1) anion (q2) bán kính ion chúng r1 r2: F~ q1.q2 (r = r1+r2) r2 Khi lực liên kết ion lớn liên kết ion bền, lượng mạng lưới ion lớn liên kết ion khó bị phân li, mạng lưới ion khó bị phá vỡ, hợp chất ion khó nóng chảy, khó bị hoà tan dung môi phân cực b Một số loại liên kết hóa học * Liên kết kim loại: - Liên kết kim loại liên kết hóa học hình thành electron tự gắn kết ion dương kim loại mạng tinh thể kim loại hay kim loại lỏng Bản chất lực liên kết kim loại lực hút tĩnh điện electron tự ion (+) kim loại - Ảnh hưởng liên kết kim loại đến tính chất vật lý kim loại: Mật độ nguyên tử (hay độ đặc khít), mật độ electron tự do, điện tích cation kim loại ảnh hưởng đến tính chất vật lý khác kim loại như: độ cứng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỷ khối * Liên kết hiđro: - Liên kết hiđro liên kết hóa học hình thành có lực hút tĩnh điện giữa: + Nguyên tử H mang điện dương (H δ+ nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tố có độ âm điện mạnh N, Cl, O, F) + Nguyên tố có độ âm điện mạnh, mang điện âm (X δ- N, Cl, O, F), cặp electron ghép đôi: X ← Hδ+ … Yδ- Liên kết hiđro thuộc loại liên kết yếu - Ảnh hưởng liên kết hiđro đến nhiệt độ sôi, tính tan nước + Liên kết hiđro giúp phân tử ràng buộc với chặt chẽ hơn, nên cần nhiều lượng để tách phân tử khỏi mạng tinh thể, dẫn đến nhiệt độ cao trường hợp không tạo liên kết hiđro (có khối lượng phân tử xấp xỉ nhau) -6- + Liên kết hiđro phân tử chất hữu với nước giúp chúng phân tán hoàn toàn nước, nghĩa tan nước * Liên kết Vanđecvan: - Liên kết Vanđecvan liên kết hóa học hình thành lực hút tĩnh điện yếu phân tử phân cực thường trực hay phân cực tạm thời Lực liên kết Vanđecvan hình thành tập hợp chất rắn, lỏng, khí - Độ lớn lực liên kết Vanđecvan (F) phụ thuộc vào yếu tố sau: + Độ phân cực phân tử tăng F tăng + Khoảng cách phân tử giảm F tăng + Khối lượng phân tử tăng F tăng - Ảnh hưởng lực hút Vanđecvan đến tính chất vật lý chất: Tương tự ảnh hưởng liên kết hiđro yếu hơn: tương tác Vanđecvan mạnh chất có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao, dễ hoá lỏng, tan vào đáng kể c Cách viết công thức Lewis - Đếm tổng số electron hoá trị Ne chất nghiên cứu - Viết ký hiệu hoá học nguyên tử cho nguyên tử cuối bao quanh nguyên tử trung tâm (các nguyên tử hiđro có tính axit liên kết với nguyên tử oxi có, với nguyên tử trung tâm không) - Sử dụng đôi electron để tạo liên kết đơn nguyên tử trung tâm nguyên tử xung quanh - Điền bát tử cho nguyên tử phía cách thêm số đôi electron cần thiết (không thêm cho hiđro luôn có hoá trị 1) Trong cách viết này, halogen kết thúc tham gia vào liên kết đơn có ba đôi không liên kết - Đặt tất đôi electron lại (và electron độc thân N e lẻ) lên nguyên tử trung tâm kiểm tra chúng có tuân theo qui tắc bát tử hay không - Dự kiến hay nhiều liên kết bội không đủ số electron để thoả mãn qui tắc bát tử nguyên tử trung tâm -7- - Gán cho nguyên tử điện tích hình thức d Sự lai hoá obitan nguyên tử hình dạng phân tử * Sự lai hoá obitan nguyên tử - Trên luận điểm túy thuyết VB không giải thích cấu tạo hình học phân tử Để giải vấn đề này, người ta bổ xung thêm vào thuyết VB giả thuyết có tên thuyết lai hoá obitan nguyên tử - Điều kiện để có lai hoá bền: + Năng lượng obitan tham gia lai hoá phải xấp xỉ nhau; + Mật độ electron AO tham gia lai hoá phải đủ lớn; + Độ xen phủ AO lai hoá với AO nguyên tử khác tham gia liên kết phải đủ lớn để tạo thành liên kết bền Bảng 1.2 Các kiểu lai hoá Lai hoá Thẳng Tam giác Tứ diện Vuông phẳng Kiểu lai hoá sp (s, pz) sp2 (s, px, pz) sp3 (s, px, py, pz) dsp2 ( d x − y , s, px, py) Ví dụ CO2, BeH2, C2H2, O3, NO2-, SO2, CH4, NH3, H2O, [PtCl4]2-, [Ni(CN)4]2, Lưỡng chóp tam giác dsp3 ( d z , s, px, py, pz) PF5, IF4, ICl3, 2 d2sp3 ( d z , d x − y , s, px, py, pz) Bát diện SF6, [FeF6]3-, * Thuyết sức đẩy cặp electron hoá trị (VSEPR) 2 Chỉ xét electron hoá trị xung quanh nguyên tử trung tâm A, tức electron hoá trị A electron hoá trị phối tử B (là nguyên tử hay nhóm nguyên tử hay phân tử) đóng góp đếm xem có cặp electron liên kết σ cặp electron không liên kết (E) Tổng quát kí hiệu phân tử ABnEm với A nguyên tử trung tâm, B phối tử có n cặp electron liên kết, m cặp electron không phân chia - Đám mây cặp electron hoá trị phân bố cho đẩy cặp electron cực tiểu - Một cặp electron không phân chia chiếm không gian lớn so với cặp electron tham gia vào liên kết đơn Sức đẩy cặp electron hoá trị giảm theo thứ tự: (E - E) > (E -B ) > (B - B) -8- - Không gian cặp electron liên kết giảm độ âm điện phối tử tăng - Hai cặp electron liên kết đôi ba chiếm không gian lớn không gian cặp electron thuộc liên kết đơn Bảng 1.3 Hình học phân tử ABnEm liên kết bội n+m ABnEm Góc α Cấu hình -9- Hình dạng Ví dụ AB2 AB3 180o Thẳng BeH2 120o Tam giác BF3 Có góc SnCl2 Tứ diện CH4 Tháp tam giác NH3 Có góc H2 O 90o (1 tâm Song tháp tam PCl5 xích đạo, giác tâm trục), Tứ diện biến 120o (2 tâm dạng xích đạo), Hình chữ T ClF3 Thẳng XeF2 AB2E AB4 109o28’ AB3E AB2E2 : AB5 AB4E : : : AB3E2 180o (2 tâm : AB2E3 : : AB5E 72o (2 tâm SF6 Tháp vuông IF5 Vuông phẳng xích đạo), Bát diện XeF4 AB4E2 I3- trục) 90o AB6 SF4 AB7 : AB6E 90o (1 tâm Song tháp ngũ xích đạo, giác tâm trục) Bát diện không e Thuyết MO hình thành liên kết cộng hoá trị * Phân tử hai nguyên tử dạng A2 - 10 - IF7 XeF6 = Liên kết nhiều tâm không định xứ không xuất hệ 3 cộng hưởng π, mà có liên kết σ nhiều tâm không định xứ Lý thuyết liên kết nhiều tâm không định xứ giúp giải thích số phân tử thiếu thừa electron g Mạng tinh thể * Mạng lập phương đơn giản - Đỉnh nguyên tử kim loại hay ion dương kim loại - Số nguyên tử ô mạng sở = * Mạng lập phương tâm khối - Đỉnh tâm khối hộp lập phương nguyên tử hay ion dương kim loại - Số nguyên tử ô mạng sở = * Mạng lập phương tâm diện - Đỉnh tâm mặt khối hộp lập phương nguyên tử ion dương kim loại - Số nguyên tử ô mạng sở = * Mạng sáu phương đặc khít (mạng lục phương) - Khối lăng trụ lục giác gồm ô mạng sở Mỗi ô mạng sở khối hộp hình thoi Các đỉnh tâm khối hộp hình thoi nguyên tử hay ion kim loại - Số nguyên tử ô mạng sở = * Độ đặc khít mạng tinh thể (P) P= Tổng thể tích cầu Thể tích ô sở - 12 - * Khối lượng riêng kim loại Công thức tính khối lượng riêng kim loại: ρ= 3.M.P với M khối lượng kim loại 4πr N A II BÀI TẬP VẬN DỤNG II.1 Hệ thống tập có hướng dẫn giải Bài Trong số phân tử hai nguyên tử N2, C2, O2, CN, CO NO phân tử nào: Có thể nhận electron tạo thành ion phân tử AB- bền hơn? Có thể electron tạo thành ion phân tử AB+ bền hơn? Là bền ion tương ứng AB+ AB-? Phân tích: Vận dụng kiến thức so sánh độ bền hợp chất ion dựa vào bậc liên kết phân tử Từ xây dựng tiến trình luận giải yêu cầu đề ra: - Xác định tổng electron hoá trị phân tử ion phân tử tương ứng - Xác định bậc liên kết phân tử ion phân tử Bậc liên kết (P) cho phân tử = (số electron obitan liên kết – số electron obitan phản liên kết)/2 - Để xác định số electron obitan liên kết phản liên kết phải biết kết hợp với kiến thức thuyết MO + Cấu hình electron phân tử phân tử có độ âm điện lớn là: σ s σ s*π xπ yσ z π x*π *yσ z* + Cấu hình electron phân tử phân tử có độ âm điện nhỏ là: σ s σ s*σ z π xπ yπ x*π *yσ z* Các giá trị P tính sau: Tổng electron hoá trị AB ABAB+ N2 10 2,5 2,5 C2 2,5 1,5 - 13 - O2 12 1,5 2,5 CN 2,5 CO 10 2,5 2,5 NO 11 2,5 Bậc liên kết lớn phân tử bền Dựa vào bảng tính giá trị P để so sánh kết luận rằng: C2, CN nhận thêm electron tạo thành ion phân tử C2− , CN- bền + O2, NO electron tạo thành ion phân tử O2 , NO+ bền N2, CO bền ion tương ứng Bài Dựa vào mô hình VSEPR cho biết dạng hình học phân tử ion sau đồng thời cho biết kiểu lai hoá AO hoá trị nguyên tử trung tâm a NH4+; b BeCl2; c [Fe(CN)6]4-; d BrF5; e COCl2 Có tồn phân tử NF5 AsF5 không? Tại sao? Phân tích: Vận dụng kiến thức học thuyết VSEPR, hợp chất cần xác định nguyên tử trung tâm, số liên kết σ, số cặp electron chưa tham gia liên kết xung quanh nguyên tử trung tâm Từ đó, xác định cấu trúc hình học phân tử kiểu lai hoá nguyên tử trung tâm: a NH4+ có công thức VSEPR AX4 có cấu trúc tứ diện ⇒ N lai hoá sp3 b BeCl2 có công thức VSEPR AX2 có cấu trúc thẳng ⇒ Be lai hoá sp c [Fe(CN)6]4- có công thức VSEPR AX có cấu trúc bát diện ⇒ Fe lai hoá sp3d2 d BrF5 có công thức VSEPR AX 5E1 có cấu trúc hình chóp vuông ⇒ Br lai hoá sp3d2 e COCl2 có công thức VSEPR AX2 có cấu trúc tam giác ⇒ Be lai hoá sp2 Thông qua tập, biết khái quát cách làm tập xác định cấu trúc hình học phân tử hay xác định trạng thái lai hoá nguyên tử trung tâm hợp chất dựa vào thuyết VSEPR Vận dụng qui tắc bát tử cấu hình electron nguyên tố để xác định hợp chất có tồn hay không? Không tồn phân tử NF5 vì: cấu hình electron N là: 2s22p3, số electron tối đa lớp có electron nên tạo liên kết xung quanh Đối với As ((Z=33) 4s 24p34d0) có phân lớp d trống để có kích thích - 14 - electron từ phân lớp 4s → 4d nên có electron độc thân tạo liên kết xung quanh As nên AsF5 tồn Thông qua tập, khái quát: nguyên tố thuộc chu kỳ tạo tối đa liên kết Bài Một chất rắn X chứa H O Ở oC, P = 1bar kết tinh hệ lục giác Ô mạng cho hình vẽ Các thông số: a = 452pm, c = 739pm Xác định số nguyên tử nguyên tố ô mạng X, từ rút công thức H xOy mắt số mắt hợp chất Cho biết tên thông thường chất rắn X Xác định khối lượng thể tích X? Xác định tính chất X nhúng nước: + Ở 0oC, P = 1bar + Tăng nhiệt độ giữ nguyên áp suất + Tăng áp suất giữ nguyên nhiệt độ Cho ρnước = 1,00.103kg/mol a = 452pm Tóm tắt: Chất rắn X (HxOy) kết tinh  → hệ lục giác  c = 739pm HxOy ? Tên X? ρx = ?  t = 00 C, P = 1bar  X nhúng nước? khi:  t ↑, P = const ,ρnước=1,00.103kg/mol  t = const, P ↑  Phân tích: Yêu cầu đề tìm số nguyên tử nguyên tố ô mạng cần phải xác định vị trí nguyên tử ô mạng đóng góp ô mạng nào? Đây tập mạng tinh thể phân tử có cấu trúc khác so với mạng học nên dễ gây nhầm lẫn Xác định số nguyên tử hệ lục giác tương đối phức tạp, góc hình lục giác 90 Do - 15 - đó, nên vận dụng sáng tạo hệ lục giác: nguyên tử nằm cạnh mà góc đáy 1200 đóng góp 1/3, nằm cạnh mà góc đáy 600 đóng góp 1/6, nằm đỉnh có góc 1200 đóng góp 1/6, nằm đỉnh có góc 60 đóng góp 1/12 vào ô mạng Từ dựa vào hình vẽ, xác định số phân tử H2O ô mạng Số nguyên tử O = 1 1 + + + = ; 12 6 1 Số nguyên tử H = + + 7.1 = ⇒ CT HxOy: H8O4 = 4H2O⇒ có phân tử H2O ô mạng Đây tinh thể nước đá Xác định khối lượng thể tích X, áp dụng công thức: ρ= M.Z 2π = 1,31.10-28m3 với V = c.a sinγ = 739.10-12 ( 452 ) 10-24 sin V.N A M.Z 18.10-3 ⇒ρ= = = 914,25kg/m3 -28 23 V.N A 1,31.10 6,023.10 Dựa vào kiến thức vật lý học để lập luận trả lời câu hỏi: Ta có: ρnước đá < ρnước ⇒ 0oC, P = 1bar: nước đá lên mặt nước + Khi tăng nhiệt độ giữ nguyên áp suất nước đá nóng chảy, tan ra, chuyển sang thể lỏng + Khi tăng áp suất giữ nguyên nhiệt độ, dẫn đến thể tích giảm ⇒ ρ tăng nên nước đá chảy thành nước - Khi giải tập học sinh rèn luyện nhiều thao tác tư phân tích, tổng hợp, khái quát, so sánh Các thao tác tư không tách rời mà kết hợp với cách chặt chẽ hay giải tập yêu cầu phải vận dụng kiến thức không mà nhiều bài, nhiều chương Bài Nguyên tố X (có nhiều dạng thù hình) có anion chứa oxi đóng vai trò quan trọng ô nhiễm nước Độ âm điện nhỏ oxi Nó tạo hợp chất phân tử với halogen Ngoài hai oxit đơn phân tử có oxit cao - 16 - phân tử X có vai trò quan trọng sinh hoá Các obitan p lớp nguyên tử X có electron Đó nguyên tố nào? Viết cấu hình X tạo với hiđro nhiều hợp chất cộng hoá trị có công thức chung XaHb; dãy hợp chất tương tự dãy đồng đẳng ankan a Viết CTCT bốn chất đồng đẳng b Một bốn chất có đồng phân lập thể (tương tự axit tatric) Xác định chất cần tìm Nguyên tố X tạo axit chứa oxi (oxoaxit) có công thức chung H3XOn với n = 2, 3, Viết CTCT axit Đánh dấu * nguyên tử H axit ghi số oxi hoá X hợp chất Một hợp chất dị vòng X, với cấu trúc phẳng, J.Liebig F.Wohler tổng hợp từ năm 1834, tạo thành từ phản ứng NH 4Cl với chất pentaclo X; sản phẩm phụ phản ứng khí dễ tan nước phản ứng axit mạnh a Viết phương trình phản ứng nói b Viết CTCT hợp chất (NXCl2)3 Hợp chất vô vừa nêu có tính chất khác thường bị đun nóng: sôi 2560C bị đun nóng nhanh Nếu đun nóng chậm bắt đầu nóng chảy 2500C; làm nguội nhanh chất lỏng chất tương tự cao su Phân tích: Đây tập vận dụng phối hợp kiến thức nhiều chương, kiến thức môn học để trả lời yêu cầu Đi từ kiện đề kết hợp với kiến thức học chương bảng hệ thống tuần hoàn kiến thức tự nhiên để phân tích tìm nguyên tố X sau: - Nguyên tố X có anion chứa oxi đóng vai trò quan trọng ô nhiễm nước ⇒ ion NO3-, SO42-, PO43-, - Các obitan p lớp nguyên tử X có electron: p ⇒ có electron lớp Từ đó, suy nguyên tố X thuộc phân nhóm VA - 17 - - X tạo oxit cao phân tử ⇒ X có phân lớp d ⇒ X thuộc từ chu kỳ trở - X có vai trò quan trọng sinh hoá Tổng hợp: nguyên tố Photpho Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p3 X tạo với hiđro nhiều hợp chất cộng hoá trị có công thức chung XaHb; dãy hợp chất tương tự dãy đồng đẳng ankan Để viết chất dãy đồng đẳng phải xác định công thức chung dãy hợp chất Có thể sử dụng phương pháp qui nạp biết công thức PH 3, P2H4 tư dựa vào hoá trị P H sau: - P có hoá trị III, H có hoá trị I - Khi tạo liên kết: số liên kết P H 3n (n số nguyên tử P) - Khi tạo thành dãy đồng đẳng có tạo liên kết P P 2(n - 1); số liên kết P H 3n – 2(n - 1) = n + Tổng hợp: Công thức chung dãy đồng đẳng: PnHn+2 a chất đầu dãy đồng đẳng: PH3, P2H4, P3H5, P4H6 H P H H P P H H H H P P H H H H H H H P P P P H H P H H b Đối với câu hỏi này, phải biết hiểu cách xác định đồng phân lập thể biết công thức axit tatric: tưởng tượng kết hợp với quan sát công thức axit tatric để xác định công thức P 4H6 có P bất đối xứng xuất đồng phân lập thể Ba axit là: H3PO2, H3PO3, H3PO4 Để xác định H axit axit cần phải xác định H linh động H liên kết trực tiếp với O - 18 - * OH * OH O P +1 O H P +3 * OH H O * OH H P * OH +5 * OH Phân tích: - Sản phẩm phụ phản ứng khí dễ tan nước phản ứng axit mạnh, thành phần có chứa nguyên tố Cl ⇒ HCl - Kết hợp với quan sát câu b tạo sản phẩm hợp chất (NXCl2)3 Tổng hợp: a Viết phương trình: 3NH4Cl + 3PCl5 → (NPCl2)3 + 12HCl b Dựa vào đề để phân tích: (NPCl2)3 hợp chất dị vòng, với cấu trúc phẳng có công thức sau phù hợp Cl Cl N P Cl P N N P Cl Cl Cl Dựa vào kiến thức học so sánh nhiệt độ sôi chất để giải thích tính chất khác thường hợp chất vô trên: Đun nóng nhanh ⇒ chất nóng chảy không bị gãy vòng Đun nóng chậm ⇒ vòng bị bẽ gãy ⇒ tạo thành phân tử polime có hệ liên hợp π N P Cl N P Cl Cl N Cl Cl P Cl II.2 Hệ thống tập tự giải Bài 1 Tại có phân tử BF3, BCl3, BBr3 phân tử BH3? Hãy mô tả cấu trúc phân tử BX3 Bo trạng thái lai hoá nào? Trạng thái lai hoá thay đổi halogenua Bo hình thành liên phân tử với bazơ, ví dụ Pyridin (C 5H5N)? Sự thay đổi cấu trúc xung quanh Bo với hình thành liên phân tử nói thuận lợi X F hay I? - 19 - Hãy giải thích axit orthoboric H3BO3 axit lần axit? Mô tả cấu tạo phân tử B 2H6? Thuyết MO giải thích hình thành liên kết tâm B-H-B nào? Bài Xét đồng phân cis- trans- điimin N2H2: Hãy viết CTCT đồng phân Trong cấu tạo đó, nguyên tử N dạng lai hoá nào? Hãy trình bày cụ thể Đồng phân bền hơn? Hãy giải thích Bài Trong cấu trúc có sau đây, cấu trúc tồn ưu tiên hơn? Vì sao? Ion ICl4- Phân tử TeCl4 Cl Cl Cl I Cl Cl (a) Cl Cl Te Cl Cl Cl (c) I Cl Cl (b) Cl Cl Te Cl Cl (d) Tại nước đá nhẹ nước lỏng? (có vẽ hình minh họa) Dựa theo thuyết MO, giải thích từ tính phân tử F2 ion CO+ Bài Hai nguyên tố C N nguyên tố chu kỳ bảng hệ thống tuần hoàn Hãy giải thích: Liên kết C ≡ C có hoạt tính mạnh, liên kết N ≡ N có hoạt tính yếu? Liên kết đơn C – C bền so với liên kết đơn N – N? Phân tử Năng lượng liên kết (kcal/mol) H3C – CH3 H2N – NH2 83 38 Bài Trình bày cấu tạo phân tử ozon theo thuyết VB thuyết cộng hưởng - 20 - Hãy chứng minh mặt lượng coi O có cấu trúc vòng kín Biết: - Năng lượng phân li oxi: 118Kcal/mol - Năng lượng liên kết O – O: 33Kcal/mol - Phản ứng: 3O2 → 2O3 ∆ H0298 = 67,8Kcal Bài Mô tả dạng hình học phân tử, trạng thái lai hoá nguyên tử trung tâm phân tử ion: IF5, XeF4, Be(CH3)2, BCl3, H3O+, NO3- So sánh độ lớn góc liên kết phân tử: PI3, PCl3, PBr3, PF3 Giải thích So sánh nhiệt độ nóng chảy chất: NaCl, KCl, MgO Giải thích Bài Thực nghiệm cho biết ba hợp chất CHBr 3, SiHBr3, CH(CH3)3 có cấu tạo tứ diện Có ba trị số góc liên kết tâm 110 o; 111o; 112o (không kể tới H xét góc này) Độ âm điện H 2,20; CH3 2,27; Csp 2,47; Si 2,24; Br 2,50 Dựa vào mô hình VSEPR độ âm điện, cho biết trị số góc hợp chất giải thích Mô tả cấu trúc phân tử N(CH 3)3 N(SiH3)3 So sánh góc liên kết CNC với SiNSi So sánh tính bazơ hợp chất Bài Giải thích nội dung sau: CO N2 có nhiều tính chất vật lý giống nhau, hoạt động điều kiện thường trở nên hoạt động nhiệt độ cao? BeCl2 dễ có khả đime hoá polime hoá Năng lượng ion hoá thứ (I 1) Mg lớn so với Al (Mg có I = 7,644eV Al có I1 = 5,984eV) Phân tử NH3 có góc liên kết HNH (1070) lớn góc liên kết HOH (104,290) ptử H2O Bài Silic có cấu trúc tinh thể giống kim cương với thông số mạng a = 0,543nm Tính bán kính nguyên tử cộng hóa trị silic khối lượng riêng (g/cm 3) - 21 - Cho biết MSi = 28,086g/mol Kim cương có cấu trúc lập phương tâm diện, có nguyên tử nằm hốc tứ diện ô mạng sở Bài 10 Muối LiCl kết tinh theo mạng lập phương tâm diện Ô mạng sở có độ dài cạnh 5,14.10-10m Giả thuyết ion Li+ nhỏ tới mức xảy tiếp xúc anion - anion ion Li + xếp khít vào khe ion Cl - Hãy tính độ dài bán kính ion Li+, Cl- mạng tinh thể theo picomet (pm)? Bài 11 Cacbon thể tính chất tinh thể học khác tùy theo chất dạng tồn Kim cương đặc trưng ô mạng lập phương với thông số a = 357pm (hình vẽ) Tính bán kính cộng hóa trị C Cấu trúc kim cương D a Vị trí nguyên tử Cacbon b Tập hợp tứ diện Graphit có cấu trúc lục phương, đặc trưng tỉ số c/a = 2,72 (hình vẽ) - Xác định thông số mạng bán kính cộng hóa trị C không đổi - Tính giá trị thực bán kính C graphit, biết thông số a’ thực tế 246pm? Cấu trúc graphit a Vị trí nguyên tử Cacbon b Tập hợp tứ diện - 22 - - Xác định số mắt độ compac graphit Bài 12 Nhôm clorua hoà tan vào số dung môi bay nhiệt độ không cao tồn dạng đime (Al 2Cl6) Ở nhiệt độ cao (7000C) đime bị phân li thành monome (AlCl3) Viết công thức cấu tạo Lewis phân tử đime monome, cho biết kiểu lai hoá nguyên tử nhôm, kiểu liên kết phân tử, mô tả cấu trúc hình học phân tử Phân tử HF phân tử H2O có momen lưỡng cực, phân tử khối gần (HF: 1,91 Debye, H2O: 1,84 Debye, MHF = 20, M H O = 18), nhiệt độ nóng chảy hiđroflorua −830C thấp nhiều so với nhiệt độ nóng chảy nước đá 00C, giải thích sao? Bài 13 Từ nhiệt độ phòng đến 1185K, sắt tồn dạng Feα với cấu trúc lập phương tâm khối, từ 1185K đến 1667K dạng Feγ với cấu trúc lập phương tâm diện Ở 293K, sắt có khối lượng riêng d = 7,874g/cm3 Tính bán kính nguyên tử sắt? Tính khối lượng riêng d’ Fe 1250K (bỏ qua ảnh hưởng không đáng kể giãn nở nhiệt)? Thép hợp kim Fe C, số khoảng trống nguyên tử Fe bị chiếm nguyên tử C Trong lò luyện thép (lò thổi) sắt dễ nóng chảy chứa 4,3% C khối lượng Nếu làm lạnh nhanh nguyên tử C phân tán mạng lưới lập phương tâm khối, hợp kim gọi martensite cứng giòn Kích thước tế bào sơ đẳng Feα không đổi Hãy tính số nguyên tử trung bình C tế bào Feα với hàm lượng C 4,3%? Hãy tính khối lượng riêng martensite? Bài 14 Mono oxit sắt có cấu trúc tinh thể NaCl, hợp chất không hợp thức, nghĩa không ứng với công thức FeO Người ta đề nghị hai công thức Fe1-xO (cấu trúc lập phương tâm diện ion O2- tất - 23 - lỗ bát diện không bị chiếm hết Fe2+) hay FeO1+y (cấu trúc lập phương tâm diện ion Fe2+ với dư O2-) để giải thích thiếu Fe2+ so với O2- Để lựa chọn hai công thức người ta nghiên cứu oxit sắt chứa 76,57% sắt (phần trăm khối lượng) mà tỷ trọng d = 5,70g/cm cạnh tế bào a = 0,431nm Tính khối lượng mx, my tế bào tinh thể cho hai công thức đề nghị từ rút tỷ trọng dx, dy Chứng minh rằng, công thức Fe1-xO tính x? Bài 15 Phân loại chất sau theo chất lực tương tác đơn vị cấu trúc mạng tinh thể chúng: Cu, kim cương, MgO, C 6H12O6, I2, Pb, BN, NaH Máu thể người có màu đỏ chứa hemoglobin (chất vận chuyển oxi chứa sắt) Máu số động vật nhuyễn thể A màu đỏ mà có màu khác chứa kim loại khác (X) Tế bào đơn vị (ô mạng sở) lập phương tâm diện tinh thể X (hình bên), có cạnh 3,62.10 -8cm Khối lượng C riêng nguyên tố 8920kg/m3 a Tính thể tích nguyên tử tế bào phần trăm thể tích tế bào bị chiếm nguyên tử b Xác định nguyên tố X - 24 - A B KẾT LUẬN Sau thời gian nghiêm túc tích cực nghiên cứu, hoàn thành đề tài “Những nội dung thường gặp khó phần liên kết hóa học” Đề tài hệ thống kiến thức nâng cao dành cho học sinh trung học phổ thông dựa sở kiến thức chương trình sách giáo khoa lớp 10 nâng cao Đồng thời lựa chọn 19 tập, tập có hướng dẫn giải 15 tập tự giải phần liên kết hóa học Do thời gian nghiên cứu số hạn chế mặt khách quan chủ quan nên kết nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để việc nghiên cứu tiếp đạt kết cao Cuối xin gửi tới đồng nghiệp bạn bè lời cảm ơn sâu sắc giúp đỡ nhiều để hoàn thành đề tài - 25 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Một số vấn đề chọn lọc Hoá học - Tập I - Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Thành Huế, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 Cẩm nang ôn luyện Hoá học phổ thông - Tập I: Hoá đại cương - Cao Cự Giác, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội, 2009 Phương pháp giải tập hoá học 10 tự luận trắc nghiệm - Cao Cự Giác, NXB Đại học Quốc gia, Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 Hoá học năm thứ MPSI PTSI - Đào Quý Chiệu - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2006 Tài liệu nâng cao mở rộng kiến thức Hoá học phổ thông trung học Nguyễn Tinh Dung, Hoàng Nhâm, Trần Quốc Sơn, Phạm Văn Tư - NXB Giáo dục, Hà Nội, 1999 Olympic Hoá học Việt Nam Quốc tế - Tập 1, 2, 3, - Phạm Đình Hiến, Phạm Văn Tư, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 - 26 - [...]... a Tính thể tích của các nguyên tử trong một tế bào và phần trăm thể tích của tế bào bị chiếm bởi các nguyên tử b Xác định nguyên tố X - 24 - A B KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiêm túc và tích cực nghiên cứu, tôi đã hoàn thành đề tài Những nội dung thường gặp và khó phần liên kết hóa học Đề tài đã hệ thống kiến thức nâng cao dành cho học sinh trung học phổ thông dựa trên cơ sở kiến thức cơ bản trong... yêu cầu của đề ra: - Xác định tổng electron hoá trị của các phân tử và ion phân tử tương ứng - Xác định bậc liên kết mỗi phân tử và ion phân tử Bậc liên kết (P) cho mỗi phân tử = (số electron ở obitan liên kết – số electron ở obitan phản liên kết) /2 - Để xác định được số electron trên obitan liên kết và phản liên kết thì phải biết kết hợp với kiến thức về thuyết MO + Cấu hình electron phân tử của các... thể sử dụng phương pháp qui nạp nếu biết các công thức PH 3, P2H4 hoặc có thể tư duy dựa vào hoá trị của P và H như sau: - P có hoá trị III, H có hoá trị I - Khi tạo liên kết: số liên kết giữa P và H là 3n (n là số nguyên tử P) - Khi tạo thành dãy đồng đẳng có tạo liên kết giữa P và P là 2(n - 1); số liên kết giữa P và H là 3n – 2(n - 1) = n + 2 Tổng hợp: Công thức chung của dãy đồng đẳng: PnHn+2 a 4... hiện tượng cộng hưởng và các cấu tạo ở đây được gọi là cấu tạo cộng hưởng Trong ion CO 32- có một liên kết π không định xứ, mà giải tỏa trên 4 nguyên tử của phân tử (hình (4)) với bậc liên kết của mỗi liên kết C-O - 11 - là 4 1 = 1 Liên kết nhiều tâm không định xứ không chỉ xuất hiện trong các hệ 3 3 cộng hưởng π, mà còn có các liên kết σ nhiều tâm không định xứ Lý thuyết về liên kết nhiều tâm không... hướng dẫn giải và 15 bài tập tự giải của phần liên kết hóa học Do thời gian nghiên cứu còn một số hạn chế về mặt khách quan và chủ quan nên kết quả nghiên cứu không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy, cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để việc nghiên cứu tiếp của tôi đạt được những kết quả cao hơn Cuối cùng tôi xin gửi tới đồng nghiệp và bạn bè lời... trong khi liên kết N ≡ N có hoạt tính rất yếu? 2 Liên kết đơn C – C rất bền so với liên kết đơn N – N? Phân tử Năng lượng liên kết (kcal/mol) H3C – CH3 H2N – NH2 83 38 Bài 5 1 Trình bày cấu tạo phân tử ozon theo thuyết VB và thuyết cộng hưởng - 20 - 2 Hãy chứng minh rằng về mặt năng lượng không thể coi O 3 có cấu trúc vòng kín Biết: - Năng lượng phân li oxi: 118Kcal/mol - Năng lượng liên kết O – O:... 2,47; Si là 3 2,24; Br là 2,50 Dựa vào mô hình VSEPR và độ âm điện, hãy cho biết trị số góc của mỗi hợp chất và giải thích 2 Mô tả cấu trúc các phân tử N(CH 3)3 và N(SiH3)3 So sánh góc liên kết CNC với SiNSi So sánh tính bazơ giữa 2 hợp chất trên Bài 8 Giải thích các nội dung sau: 1 CO và N2 có nhiều tính chất vật lý giống nhau, đều rất kém hoạt động ở điều kiện thường và trở nên hoạt động hơn khi ở nhiệt... Hoá học - Tập I - Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Thành Huế, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 2 Cẩm nang ôn luyện Hoá học phổ thông - Tập I: Hoá đại cương - Cao Cự Giác, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội, 2009 3 Phương pháp giải bài tập hoá học 10 tự luận và trắc nghiệm - Cao Cự Giác, NXB Đại học Quốc gia, Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 4 Hoá học năm thứ nhất MPSI và PTSI... 2,5 NO 11 2,5 2 3 Bậc liên kết càng lớn thì phân tử đó càng bền Dựa vào bảng tính giá trị P để so sánh và kết luận rằng: 1 C2, CN nhận thêm một electron tạo thành ion phân tử C2− , CN- sẽ bền hơn + 2 O2, NO mất một electron tạo thành ion phân tử O2 , NO+ sẽ bền hơn 3 N2, CO là bền hơn những ion tương ứng Bài 2 1 Dựa vào mô hình VSEPR hãy cho biết dạng hình học của các phân tử và ion sau đồng thời cho... học năm thứ nhất MPSI và PTSI - Đào Quý Chiệu - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2006 5 Tài liệu nâng cao và mở rộng kiến thức Hoá học phổ thông trung học Nguyễn Tinh Dung, Hoàng Nhâm, Trần Quốc Sơn, Phạm Văn Tư - NXB Giáo dục, Hà Nội, 1999 6 Olympic Hoá học Việt Nam và Quốc tế - Tập 1, 2, 3, 4 - Phạm Đình Hiến, Phạm Văn Tư, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 - 26 - ... ion liên kết cộng hoá trị * Liên kết ion - Khái niệm: Liên kết ion liên kết hóa học tạo thành lực hút tĩnh điện ion mang điện ngược dấu - Đặc điểm chung: + Liên kết ion liên kết hóa học bền,... ion lớn liên kết ion khó bị phân li, mạng lưới ion khó bị phá vỡ, hợp chất ion khó nóng chảy, khó bị hoà tan dung môi phân cực b Một số loại liên kết hóa học * Liên kết kim loại: - Liên kết kim... liên kết cộng hoá trị hai nguyên tử Các liên kết đôi liên kết ba gọi chung liên kết bội e Liên kết xichma (σ) liên kết pi (π) - Liên kết σ: loại liên kết cộng hoá trị hình thành phương pháp xen