Đang tải... (xem toàn văn)
- Trong hợp chất cộng hóa trị: hóa trị cộng hóa trị chính bằng số liên kết của nguyên tử nguyên tố đó tạo ra được với các nguyên tử khác.. Số oxi hóa Số oxi hóa của một nguyên tố trong h[r]
(1)Chương LIÊN KẾT HÓA HỌC A TÓM TẮT LÍ THUYẾT I Liên kết liên kết ion và cộng hóa trị - Liên kết hóa học là kết hợp các nguyên tố tạo thành phân tử hay tinh thể bền vững - Các nguyên tử các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với nguyên tử khác tạo thành để đạt cấu hình electron bền vững khí (có electron lớp ngoài cùng) Liên kết ion Định nghĩa: Là liên kết hình thành lực hút tĩnh điện các ion mang điện tích trái dấu Sự hình thành liên kết ion Nguyên tử kim loại nhường electron hóa trị trở thành ion dương (cation) Nguyên tử phi kim nhận electron trở thành ion âm (anion) Các ion trái dấu hút tạo thành liên kết ion Thí dụ: Liên kết phân tử CaCl2 + Nguyên tử Ca nhường electron tạo thành ion dương Ca - Ca2+ + 2e + Nguyên tử clo nhận electron tạo thành ion âm Cl2 + 2e 2ClIon Ca2+ và ion Cl- hút tạo thành phân tử CaCl2 Điều kiện hình thành liên kết ion Các nguyên tố có tính chất khác hẳn (kim loại và phi kim điển hình) Quy ước hiệu độ âm điện hai nguyên tử liên kết 1,7 là liên kết ion Các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, dẫn điện tan nước nóng chảy Liên kết cộng hóa trị Định nghĩa: Là liên kết hình thành nguyên tử hay nhiều cặp electron dùng chung Điều kiện hình thành liên kết cộng hóa trị Các nguyên tử giống gần giống nhau, liên kết với cách góp chung các electron hóa trị Thí dụ Cl2, H2, N2, HCl, H2O Quy ước hiệu độ âm điện hai nguyên tử liên kết < 1,7 là liên kết cộng hóa trị Liên kết cộng hóa trị có cực và không cực Khi cặp electron dùng chung phân bố đối xứng hai hạt nhân nguyên tử tham gia liên kết thì đó là liên kết cộng hóa trị không phân cực Khi cặp electron dùng chung bị hút lệch nguyên tử có độ âm điện lớn thì đó là liên kết cộng hóa trị có cực Quy ước hiệu độ âm điện hai nguyên tử liên kết 0,4 < 1,7 là liên kết cộng hóa trị có cực, giá trị này nhỏ 0,4 thì liên kết là cộng hóa trị không cực II Sự lai hóa các obitan nguyên tử Sự lai hóa Sự lai hóa obitan nguyên tử là tổ hợp số obitan nguyên tử nguyên tử để các obitan lai hóa giống nhau, có số lượng tổng số obitan tham gia lai hóa, định hướng khác không gian Các kiểu lai hóa thường gặp a Lai hóa sp: Là tổ hợp obitan s với obitan p tạo thành obitan lai hóa sp nằm thẳng hàng với nhau, hướng hai phía 1AO s + 1AO p AO lai hãa sp b Lai hóa sp2: Là tổ hợp obitan s với obitan p nguyên tử tham gia liên kết tạo thành obitan lai hóa sp2 nằm mặt phẳng, định hướng từ tâm đến các đỉnh tam giác AO s + AO p AO lai hãa sp2 (2) c Lai hóa sp3: Là tổ hợp obitan s với obitan p nguyên tử tham gia liên kết tạo thành obitan lai hóa sp3 định hướng từ tâm đến các đỉnh tứ diện AO lai hãa sp3 AO s + AO p III Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị Liên kết đơn Được hình thành xen phủ trục các obitan (liên kết ) Các liên kết thường bền vững Thí dụ: H - Cl ; H - O - H Liên kết đôi Bao gồm liên kết hình thành xen phủ trục và liên kết hình thành xen phủ bên các obitan lai hóa Liên kết thường kém bền Thí dụ CH2 = CH2; O = C = O Liên kết ba Bao gồm liên kết và liên kết Thí dụ N N; CH CH IV Hóa trị và số oxi hóa Hóa trị - Trong các hợp chất ion: hóa trị (còn gọi là điện hóa trị) chính điện tích ion đó - Trong hợp chất cộng hóa trị: hóa trị (cộng hóa trị) chính số liên kết nguyên tử nguyên tố đó tạo với các nguyên tử khác Số oxi hóa Số oxi hóa nguyên tố hợp chất là điện tích nguyên tử nguyên tố đó phân tử giả định liên kết phân tử là liên kết ion Xác định số oxi hóa các nguyên tử phân tử theo nguyên tắc: + Số oxi hóa các đơn chất không + Tổng số oxi hóa các nguyên tử phân tử không + Số oxi hóa các ion điện tích ion đó + Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa hiđro là +1, oxi là -2 V Liên kết kim loại - Liên kết kim loại là liên kết hình thành các nguyên tử và ion kim loại mạng tinh thể dự tham gia các electron tự - Các mạng tinh thể kim loại thường gặp: Lập phương tâm khối, lập phương tâm diện, lục phương - Các kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có tính dẻo, có ánh kim là cấu tạo tinh thể kim loại quy định B BÀI TẬP 3.1 Viết cấu hình electron Cl (Z=17) và Ca (Z=20) Cho biết vị trí chúng (chu kì, nhóm) bảng tuần hoàn Liên kết canxi và clo hợp chất CaCl2 thuộc loại liên kết gì? Vì sao? Viết sơ đồ hình thành liên kết đó (Trích đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ khối B năm 2004) 3.2 Hai nguyên tố M và X tạo thành hợp chất có công thức là M2X Cho biết: - Tổng số proton hợp chất 46 - Trong hạt nhân M có n - p = 1, hạt nhân X có n’ = p’ - Trong hợp chất M2X, nguyên tố X chiếm khối lượng 47 Tìm số hạt proton nguyên tử M và X Dựa vào bảng tuần hoàn hãy cho biết tên các nguyên tố M, X Liên kết hợp chất M2X là liên kết gì? Tại sao? Viết sơ đồ hình thành liên kết hợp chất đó 3.3 Viết cấu hình electron các nguyên tử A, B biết rằng: - Tổng số các loại hạt nguyên tử A là 34 Số hạt mang điện nhiều số hạt không mang điện là 10 - Kí hiệu nguyên tử B là 199 B (3) Liên kết hợp chất tạo thành từ A và B thuộc loại liên kết gì? Vì sao? Viết công thức hợp chất tạo thành 3.4 X, Y, Z là nguyên tố có điện tích hạt nhân là 9, 19, Viết cấu hình electron nguyên tử các nguyên tố đó Cho biết tính chất hóa học đặc trưng X, Y, Z Dự đoán liên kết hóa học có thể có các cặp X và Y, Y và Z, X và Z Viết công thức phân tử các hợp chất tạo thành 3.5 Một hợp chất có công thức XY2 đó Y chiếm 50% khối lượng Trong hạt nhân X có n = p và hạt nhân Y có n’ = p’ Tổng số proton phân tử XY2 là 32 a Viết cấu hình electron X và Y b Dựa vào bảng tuần hoàn, cho biết X, Y là nguyên tố gì? Cho biết chất liên kết và công thức cấu tạo phân tử XY2 3.6 Tổng số hạt proton, nơtron, electron nguyên tử nguyên tố R nhóm VIIA là 28 Tính số khối R Dựa vào bảng tuần hoàn, cho biết R là nguyên tố gì? Viết công thức phân tử và công thức cấu tạo phân tử đơn chất R Viết công thức electron và công thức cấu tạo hợp chất R với hiđro 3.7 Phân tử NH3 có cấu tạo dạng chóp tam giác với góc liên kết HNH 1070 Theo lý thuyết lai hóa, nguyên tử nitơ phân tử NH trạng thái lai hóa nào? Mô tả hình thành liên kết NH3 theo giả thiết lai hóa đó Giải thích góc liên kết phân tử NH3 lại nhỏ so với góc tứ (109,5o)? 3.8 Phân tử H2O có cấu tạo hình chữ V với góc liên kết HOH 104,50 Theo lý thuyết lai hóa, nguyên tử oxi phân tử H2O trạng thái lai hóa nào? Mô tả hình thành liên kết H2O theo giả thiết lai hóa đó Giải thích góc liên kết phân tử H2O lại nhỏ so với góc tứ (109,5o)? 3.9 Trình bày cấu trúc tinh thể nước đá Tinh thể nước đá thuộc kiểu tinh thể nguyên tử, phân tử hay ion? Hãy giải thích vì nước đá lại trên bề mặt nước lỏng? 3.10 Nguyên tố R có hóa trị cao oxit gấp lần hóa trị hợp chất với hiđro a Hãy cho biết hóa trị cao R oxit 16 b Trong hợp chất R với hiđro, R chiếm phần khối lượng 17 Không dùng bảng tuần hoàn, cho biết kí hiệu nguyên tử R c Dựa vào bảng tuần hoàn cho biết R là nguyên tố gì? Viết công thức electron và công thức cấu tạo oxit cao R 3.11 Hợp chất X tạo hai nguyên tố A, B và có phân tử khối là 76 A và B có số oxi hóa cao các oxit là +nO và + mO, và số oxi hóa âm các hợp chất với hiđro là -nH và -mH thỏa mãn điều kiện nO = nH và mO = 3mH Tìm công thức phân tử X, biết A cố số oxi hóa cao X Biết X có cấu trúc phân tử thẳng Hãy cho biết trạng thái lai hóa nguyên tử A và chất liên kết X 3.12 X là nguyên tố thuộc chu kì 3, X tạo với hiđro hợp chất khí có công thức H2X, đó X có số oxi hóa thấp Xác định vị trí X bảng tuần hoàn Trong oxit cao R thì R chiếm 40% khối lượng Tìm khối lượng nguyên tử R Dựa vào bảng tuần hoàn hãy cho biết X là nguyên tố nào Viết phương trình phản ứng cho H 2X tác dụng với nước Cl2, dung dịch FeCl3, dung dịch CuSO4 3.13 R là nguyên tố phi kim Tổng đại số số oxi hóa dương cao với lần số oxi hóa âm thấp R là +2 Tổng số proton và nơtron R nhỏ 34 Xác định R X là hợp chất khí R với hiđro, Y là oxit R có chứa 50% oxi khối lượng Xác định công thức phân tử X và Y Viết công thức cấu tạo các phân tử RO2; RO3; H2RO4 3.14 Cation X+ nguyên tử nguyên tố hóa học tạo nên Tổng số proton X + là 11 Xác định công thức và gọi tên cation X+ Viết công thức electron ion X+ Cho biết cấu trúc hình học ion này? 3.15 Anion Y2- nguyên tử nguyên tố hóa học tạo nên Tổng số electron Y2- là 50 Xác định công thức phân tử và gọi tên ion Y2-, biết nguyên tố Y2- thuộc cùng phân nhóm và thuộc hai chu kì liên tiếp Viết công thức electron ion Y2- Cho biết cấu trúc hình học ion này? 3.16 Có 5,56 gam hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (hóa trị n) Chia A làm hai phần nhau: (4) Phần 1: Hòa tan hết dung dịch HCl loãng, 1,568 lit khí H Phần 2: Hòa tan hết dung dịch H2SO4 đặc nóng thu 2,016 lit khí SO2 Viết các phương trình hóa học và xác định tên kim loại M Các thể tích khí đo đktc 3.17 Để khử hoàn toàn gam oxit kim loại thành kim loại cần dùng 3,36 lit H Hòa tan hết lượng kim loại thu vào dung dịch HCl loãng thấy thoát 2,24 lit khí H2 Biết các khí đo đktc Xác định công thức oxit Cho biết số oxi hóa và hóa trị kim loại oxit 3.18 Khử hoàn toàn 4,06 gam oxit kim loại CO nhiệt độ cao thành kim loại Dẫn toàn khí sinh vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư, thấy tạo thành gam kết tủa Nếu lấy lượng kim loại sinh hòa tan hết vào dung dịch HCl dư thì thu 1,176 lit khí H2 (đktc) Xác định công thức oxit kim loại Cho 4,06 gam oxit kim loại trên tác dụng hoàn toàn với 500ml dung dịch H 2SO4 đặc, nóng (dư) dung dịch X và có khí SO2 bay Hãy xác định nồng độ mol/lit muối dung dịch X Coi thể tích dung dịch không thay đổi suốt quá trình phản ứng (Trích đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ khối A năm 2003) 3.19 Hòa tan hoàn toàn gam kim loại M 200 gam dung dịch HCl vừa đủ thu 206,75 gam dung dịch A Xác định M và nồng độ % dung dịch HCl Hòa tan 6,28 gam hỗn hợp X gồm M và oxit M 170 ml dung dịch HNO 2M (loãng, vừa đủ) thu 1,232 lit NO (đktc) Tìm công thức oxit Cho biết số oxi hóa và hóa trị M oxit C BÀI TẬP TỰ LUYỆN 3.20 Trong mạng tinh thể kim loại, người ta dùng độ đặc khít ρ là phần trăm thể tích mà các nguyên tử chiếm tinh thể để đặc trưng cho kiểu cấu trúc Với kiểu cấu trúc lập phương tâm khối, ρ = 68%; kiểu cấu trúc lập phương tâm diện, ρ = 74% Bằng tính toán cụ thể, hãy chứng minh các kết trên 3.21 Thừa nhận các nguyên tử Ca, Cu có dạng hình cầu xếp đặc khít bên cạnh nhau, thì thể tích chiếm các nguyên tử kim loại chiếm 74% so với toàn khối tinh thể Hãy tính bán kính nguyên tử Ca, Cu (theo đơn vị Å), biết khối lượng riêng các tinh thể kim loại điều kiện chuẩn tương ứng là 1,55g/cm3 và 8,90g/cm3 Cho biết: Ca = 40,08; Cu =63,55; Å = 10-8 cm; 1u = 1,67.10-24 g 3.22 Trình bày chất liên kết kim loại So sánh liên kết kim loại với liên kết cộng hóa trị và liên kết ion Hãy giải thích các kim loại có tính chất vật lý đặc trưng là có ánh kim, có tính dẻo và có khả dẫn điện, dẫn nhiệt tốt 3.23 Kim loại Na có cấu trúc mạng tinh thể theo kiểu lập phương tâm khối với độ dài cạnh hình lập phương là a = 0,429 nm Hãy tính: Bán kính nguyên tử Na Khối lượng riêng (g/cm3) natri Natri có thể trên nước không? Cho biết khối lượng nguyên tử natri là 23u ( 1u = 1,67.10-24 g) 3.24 Kim loại Ni có cấu trúc mạng tinh thể theo kiểu lập phương tâm diện Bán kính nguyên tử Ni là r = 1,24.10-8 cm Hãy tính: Độ dài cạnh hình lập phương Khối lượng riêng (g/cm3) niken Cho biết khối lượng nguyên tử niken là 58,7u ( 1u = 1,67.10-24 g) 3.25 Cấu trúc mạng tinh thể hợp chất ion NaCl biểu diễn đây: Trong đó các cầu lớn (ion Cl-) phân bố theo kiểu lập phương tâm diện, các cầu nhỏ (ion Na+) phân bố tâm và các cạnh hình lập phương Tính số ion Na+ và Cl- có hình lập phương Tính bán kính ion Na+ và Cl- r Cho biết hình lập phương có cạnh là a = 0,552 nm và tỉ lệ bán kính Na 0,525 rCl (5) D BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 3.26 Liên kết hóa học phân tử H2 hình thành nhờ xen phủ các orbitan nào? A B + C D Một kết khác 3.27 Liên kết hóa học phân tử HCl hình thành nhờ xen phủ các orbitan nào? A B C D Một kết khác 3.28 Liên kết hóa học phân tử Cl2 hình thành nhờ xen phủ các orbitan nào? A B C D Một kết khác 3.29 Chọn hình vẽ mô tả đúng tạo thành liên kết phân tử H2S A B C D 3.30 Hình nào đây mô tả lai hóa sp? A B (6) C D Một đáp án khác 3.31 Cho hình vẽ mô tả tạo thành orbitan lai hóa sp2 Sự lai hóa sp2 sau đây xảy nguyên tử do: A tổ hợp 1orbitan s và orbitan p nguyên tử đó B tổ hợp 2orbitan s và orbitan p nguyên tử đó C tổ hợp 2orbitan s và orbitan p nguyên tử đó D tổ hợp 1orbitan s và orbitan p nguyên tử đó 3.32 Cho dạng lai hóa hình vẽ sp sp2 sp3 Góc các orbitan lai hóa là: A 1800, 1200, 109028’ B 1200 ; 1800 ; 109028’ C 109028’ ;1200 ;1800 D 1800 ; 109028’ ;1200 3.33 Sự xen phủ nào sau đây tạo thành liên kết σ? A B C D A, B, C đúng 3.34 Sự xen phủ nào sau đây tạo thành liên kết π A B C (7) D 3.35 Cho các tinh thể sau: Kim cương( C ) I2 H2O Tinh thể nào là tinh thể phân tử: A.Tinh thể kim cương và Iốt B.Tinh thể kim cương và nước đá C.Tinh thể nước đá và Iốt D.Cả tinh thể đã cho 3.36 Liên kết phân tử nào sau đây hình thành xen phủ các obitan s A HCl B H2O C Cl2 D H2 3.37 Cho các phân tử N2, HCl, NaCl, MgO Các phân tử có liên kết cộng hóa trị là A N2 và HCl B HCl và MgO C N2 và NaCl D NaCl và MgO 3.38 Một phân tử XY3 có tổng các hạt proton, electron, notron 196 Trong đó số hạt mang điện nhiều số hạt không mang điện là 60, số hạt mang điện X ít số hạt mang điện Y phân tử là 76 XY3 là công thức nào sau đây ? A SO3 B AlCl3 C BF3 D NH3 3.39 X, Y là hai nguyên tố thuộc cùng nhóm A, hai chu kỳ liên tiếp Cho biết tổng số electron anion XY 32 là 42 Xác định hai nguyên tố X, Y và XY 32 số các phương án sau A Be, Mg và MgBe3 B S, O và SO32C C, O và CO32D Si, O và SiO323.40 Liên kết phân tử chất nào sau đây mang nhiều tính chất ion nhất? A LiCl B NaCl C CsCl D RbCl (8)