Đang tải... (xem toàn văn)
SKKN Biên soạn Chuyên đề cấu tạo phân tử các chất vô cơ dùng bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học ở trường THPT 1 MỤC LỤC Trang 1 Mở đầu 02 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 02 2 1 Cơ sở lí luận của sáng ki[.]
MỤC LỤC Trang Mở đầu 02 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 02 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 02 2.2 Thực trạng vấn đề trước viết skkn 03 2.3 Các skkn giải pháp sử dụng để giải vấn đề 05 2.4 Hiệu skkn hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 27 Kết luận kiến nghị 27 SangKienKinhNghiem.net MỞ ĐẦU Nhân tài có vai trị quan trọng phát triển kinh tế – xã hội Trên bia Văn Miếu Hà Nội, ông cha ta khẳng định: “Những người tài giỏi yếu tố cốt tử chỉnh thể Khi yếu tố dồi đất nước phát triển mạnh mẽ phồn thịnh Khi yếu tố quyền lực đất nước bị suy thối Những người giỏi có học thức sức mạnh đặc biệt quan trọng đất nước” Vì vậy, để thực thắng lợi cơng cơng nghiệp hố - đại hố, đạt mục tiêu “Dân giàu, nước mạnh” đưa nước ta “Sánh ngang với cường quốc năm châu giới”, bên cạnh nâng cao dân trí, Đảng Nhà nước ta trọng đến bồi dưỡng phát triển nhân tài Trong đó, việc phát bồi dưỡng học sinh có khiếu môn học bậc phổ thông bước khởi đầu quan trọng để xây dựng nguồn nhân tài tương lai cho đất nước Nhiệm vụ phải thực thường xuyên trình dạy học, qua kỳ thi chọn bồi dưỡng học sinh giỏi cấp Hàng năm, tổ chức thi học sinh giỏi (HSG) mơn hố học để phát em có khiếu nên việc tổng kết, đúc rút kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi hố học cần thiết mang tính thiết thực, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục Trong giảng dạy bồi dưỡng HSG, chuyên đề cấu tạo phân tử chất vơ có vị trí quan trọng Vì cấu tạo phân tử chất vô tảng để nghiên cứu tính chất lý hố ứng dụng chúng Nó khơng góp phần giúp học sinh hiểu rõ lý thuyết cấu tạo phân tử, giải thích tính chất dựa vào cấu trúc phân tử mà hết giải loại tập này, lực tư trí tuệ học sinh nâng cao cố thủ tướng Phạm Văn Đồng nói: “Giáo dục nhà trường điều chủ yếu khơng phải rèn trí nhớ mà rèn trí thơng minh” Tuy nhiên, chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu chun đề cấu tạo phân tử chất vô dùng bồi dưỡng HSG cách có hệ thống Xuất phát từ lí trên, tơi chọn đề tài: “Biên soạn chun đề cấu tạo phân tử chất vô dùng bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học trường THPT” NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIẸM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Việc phát bồi dưỡng HSG có lâu Hầu hết nhà trường coi trọng vấn đề bồi dưỡng HSG khẳng định cần có chương trình giáo dục đặc biệt để phát triển đáp ứng tài HSG Phần lớn nhà trường ý bồi dưỡng HSG từ đầu năm học Cách thức tổ chức dạy đa dạng: Có nơi tổ chức thành lớp, trường riêng… số nơi tổ chức hình thức tự chọn khóa học mùa hè, số nơi khác trung tâm tư nhân trường Đại học đảm nhận… 2.1.1 Một số quan niệm học sinh giỏi 2.1.1.1 Ở nước phát triển Nhiều bang Mỹ có đạo luật giáo dục HSG Luật bang Georgia đưa định nghĩa HSG: “HSG học sinh chứng minh trí tuệ SangKienKinhNghiem.net trình độ cao có khả sáng tạo, thể động học tập mãnh liệt đạt xuất sắc lĩnh vực lý thuyết, khoa học; người cần giáo dục đặc biệt phục vụ đặc biệt để đạt trình độ tương ứng với lực người đó” 2.1.1.2 Ở Việt Nam Theo PGS Bùi Long Biên (ĐH Bách khoa): ‘‘HSG hóa học phải người nắm vững chất tượng hóa học, nắm vững kiến thức học, vận dụng tối ưu kiến thức học để giải hay nhiều vấn đề (do chưa học chưa thấy bao giờ) kì thi đưa ra’’ Theo PGS.TS Trần Thành Huế (ĐHSP Hà Nội): Nếu dựa vào kết thi để đánh giá học sinh giỏi hố cần hội đủ yếu tố sau đây: - Có kiến thức tốt, thể nắm vững khái niệm, định nghĩa, định luật, quy tắc quy định chương trình, khơng thể thiếu sót cơng thức, phương trình hố học - Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, kiến thức - Tiếp thu dùng số vấn đề đầu đưa Những vấn đề vấn đề chưa cập nhật đề cập đến mức độ chương trình hố học phổ thơng thiết vấn đề phải liên hệ mật thiết với nội dung chương trình 2.1.2 Những phẩm chất lực tư học sinh giỏi hoá học 2.1.2.1 Phẩm chất lực tư cần có học sinh giỏi hố học - Có kiến thức hố học bản, vững vàng, sâu sắc, hệ thống Để có phẩm chất địi hỏi học sinh phải có lực tiếp thu kiến thức, tức có khả nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng; có ý thức tự bổ sung, hồn thiện kiến thức dạng sơ khởi - Có trình độ tư hố học phát triển, có tính sáng tạo cao Để có phẩm chất địi hỏi học sinh phải có lực suy luận logic, lực kiểm chứng, lực diễn đạt… - Có khả quan sát, nhận thức tượng hố học Phẩm chất hình thành từ lực quan sát sắc sảo, mơ tả, giải thích tượng q trình hố học, lực thực hành học sinh - Có khả vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo kiến thức, kỹ có để giải vấn đề, tình xảy Đây phẩm chất cao cần có HSG 2.1.2.2 Dấu hiệu nhận biết Đối tượng HSG thường có biểu sau: - Đạt điểm cao kì thi tuyển chọn nhà trường, địa phương - Có lịng hăng say học tập, tinh thần tự giác việc tìm tịi, nghiên cứu kiến thức hóa học - Có khả tư (phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa …) nhanh nhạy tri giác kiến thức 2.2 Thực trạng vấn đề trước viết skkn 2.2.1 Điều tra SangKienKinhNghiem.net Trong khoảng thời gian từ đầu tháng đến hết tháng 10 năm học 2015 2016, trực tiếp dự tiết học đại cương hố vơ bồi dưỡng HSG cấp tỉnh, cấp quốc gia số trường THPT địa bàn tỉnh Thanh Hoá gửi phiếu điều tra đến giáo viên, chuyên viên em học sinh Sau q trình điều tra, chúng tơi thu kết sau: Thuận lợi - Đảng Nhà nước ta quan tâm đến công tác bồi dưỡng đào tạo nhân tài, đề “Chương trình quốc gia bồi dưỡng nhân tài” giai đoạn 2008-2020 với bước mục tiêu cụ thể Đây động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc bồi dưỡng, đào tạo nhân tài cho đất nước - Cơ sở vật chất trường học bước nâng lên Các trường THPT có phịng thí nghiệm với dụng cụ thí nghiệm hóa chất đầy đủ - Sự đổi nội dung SGK góp phần tích cực vào việc phát triển tư kĩ hóa học cho học sinh Các kiến thức khoa học trình bày mức độ lí thuyết cao hơn, yếu tố định lượng nhiều hơn, tăng cường nguồn thông tin tạo điều kiện học sinh dự đốn, tìm tịi kiến tạo kiến thức Các khái niệm, định nghĩa, quy tắc chỉnh sửa trình bày theo quan điểm đại lí thuyết phương diện thực nghiệm công nghệ sản xuất Số lượng thí nghiệm thực hành gia tăng học, chương chương trình Nội dung kiến thức hóa học gắn với đời sống thực tiễn tăng cường, làm cho việc học hóa học trở nên có ý nghĩa học sinh - Giáo viên tham gia công tác bồi dưỡng học sinh giỏi có nhiều kinh nghiệm nhiệt tình giảng dạy - Sách tài liệu tham khảo phong phú đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi cho trình tự học, tự nghiên cứu học sinh Đặc biệt, với phổ biến rông rãi internet nay, việc tìm kiếm thơng tin khoa học học sinh dễ dàng Khó khăn Bên cạnh thuận lợi nêu cơng tác bồi dưỡng HSG hoá học bậc THPT cịn gặp nhiều khó khăn: - Đa số phụ huynh học sinh muốn em thi đậu Đại học nên khơng khuyến khích khơng muốn cho em tham gia đội tuyển HSG - Học sinh khơng muốn tham vào đội tuyển HSG học tập vất vả, tốn nhiều thời gian mà không quyền lợi học tập đạt giải kì thi HSG Tâm lí em HSG học để thi đậu vào trường Đại học mà em gia đình lựa chọn - Nội dung, phương pháp giảng dạy bồi dưỡng HSG dựa vào kinh nghiệm giáo viên trực tiếp giảng dạy - Giáo viên bồi dưỡng HSG phải hoàn thành tất công tác giảng dạy giáo viên khác, cịn kiêm nhiệm nhiều cơng tác khác chủ nhiệm, tổ trưởng môn nên việc đầu tư cho cơng tác bồi dưỡng có phần hạn chế - Chế độ sách cho giáo viên bồi dưỡng HSG cịn thấp, khơng đủ sức thu hút giáo viên giỏi đầu tư nghiên cứu để bồi dưỡng HSG Giải pháp SangKienKinhNghiem.net - Tạo điều kiện tối đa cho thầy cô em học sinh tham gia khóa học bồi dưỡng HSG - Cần có sách khuyến khích thỏa đáng để kích thích học sinh tham gia - Thường xuyên quan tâm, thăm hỏi, động viên tinh thần đội ngũ tham gia bồi dưỡng HSG 2.3 Các skkn giải pháp sử dụng để giải vấn đề BIÊN SOẠN CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO PHÂN TỬ CÁC CHẤT VÔ CƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC 2.3.1 Khái niệm chuyên đề nguyên tắc biên soạn chuyên đề sử dụng bồi dưỡng học sinh giỏi 2.3.1.1 Khái niệm Chun đề hóa học nội dung hố học biên soạn có tính chất hệ thống, nâng cao cập nhật phục vụ cho mục đích bồi dưỡng HSG Cấu trúc chuyên đề bao gồm: + Phần 1: Tóm tắt lý thuyết nâng cao + Phần 2: Hệ thống tập áp dụng bao gồm dạng tập số lượng tập + Phần 3: Danh mục tài liệu tham khảo để học sinh tự học 2.3.1.2 Nguyên tắc biên soạn chuyên đề Chọn lọc nội dung bản, khó dạy chương trình hố học phổ thơng Tóm tắt nội dung lý thuyết trọng tâm nâng cao Xây dựng dạng tập theo nội dung chuyên đề Thiết kế tuyển chọn hệ thống tập nâng cao dùng bồi dưỡng HSG Phương pháp sử dụng hệ thống tập vào trình phát bồi dưỡng HSG 2.3.1.3 Tầm quan trọng chuyên đề cấu tạo phân tử chất vô bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học Cấu tạo phân tử chất vô tảng để nghiên cứu tính chất lý hố ứng dụng chúng Vì có vai trò quan trọng việc bồi dưỡng lực tư hố học cho HSG Trên sở học sinh phát triển kiến thức lý thuyết hoá học để phục vụ cho việc học tập chương trình hố học vơ 2.3.2.1 Biên soạn phần lí thuyết trọng tâm nâng cao 2.3.2.1.1 Các đặc trưng cấu tạo phân tử 2.3.2.1.1.1 Năng lượng liên kết Là lượng tối thiểu để phá vỡ liên kết điều kiện xác định, kí hiệu EA-B (A, B kí hiệu nguyên tử) Ngược lại, hình thành phân tử nguyên tử ban đầu, kèm theo giải phóng lượng SangKienKinhNghiem.net Về giá trị tuyệt đối lượng trình phá vỡ liên kết hình thành liên kết (phân tử) có dấu hiệu ngược nhau, theo quy ước Nhiệt động học: phá vỡ A-B A+B E A-B ΔH >0 hình thành A+B A-B ΔH với cation) Ne = (N) - Z Số cặp electron phân bố phụ thuộc vào tính chẵn lẻ Ne cụ thể là: Ne Ne chẵn Ne Ne lẻ * Viết ký hiệu hoá học nguyên tử cho nguyên tử cuối (phối tử) bao quanh nguyên tử trung tâm (là nguyên tử cần nhiều số electron bát tử cho lớp ngồi nó) * Sử dụng cặp electron để tạo liên kết đơn nguyên tử trung tâm phối tử * Điền bát tử cho nguyên tử phối tử cách thêm số cặp electron cần thiết Chú ý: - Khơng thêm cho Hiđro ln có hố trị - Phối tử halogen tham gia vào liên kết đơn có cặp electron khơng liên kết * Điền tất cặp electron lại (và electron thêm Ne lẻ) vào nguyên tử trung tâm kiểm tra xem chúng có tuân theo quy tắc bát tử hay không * Dự kiến hay nhiều liên kết bội không đủ số electron để thoả mãn quy tắc bát tử nguyên tử trung tâm * Xác định điện tích hình thức cho ngun tử với điều kiện tổng chúng phải điện tích chất Chú thích: SangKienKinhNghiem.net §iƯn tÝch §iƯn tÝch Tỉng sè e Số liên kết hình thức = lâi cđa riªng cđa nguyên tử (2.11) cđa nguyªn tư nguyªn tư nguyªn tư tham gia Điện tích lõi nguyên tử số dương, có trị số số electron hố trị ngun tử * Khi có nhiều cơng thức Lewis biểu diễn cho chất hoá học biểu diễn khác phân bố electron xung quanh hạt nhân, chất hố học khơng thể mơ tả cơng thức Lewis Phương pháp mesome sử dụng tập hợp công thức gọi công thức giới hạn hay dạng mesome, hay cấu trúc cộng hưởng Không có cơng thức giới hạn tồn thật, chúng phải xét cách đồng thời Phân tử thực dạng trung bình cấu trúc hình thức giả định Một hợp chất sơ đồ hố khơng phải hỗn hợp phân tử tương ứng với công thức giới hạn cấu trúc dao động biểu diễn khác Cấu trúc thực cấu trúc lai hoá cộng hưởng dạng mosemo Ví dụ Viết cơng thức Lewis PCl3 Áp dụng bước ta có: Ne = (7.3+5) = 26e Vì Ne chẵn 26 13 cặp Số cặp electron phân tử P nguyên tử trung tâm Cl phối tử Vì số phối tử Cl có cặp electron tạo liên kết đơn P Cl: Cl (a) Cl P Cl Vì Cl có electron hố trị phối tử Cl để tạo thành bát tử: 1 cặp electron Cl Cl P Cl (b) Số cặp electron lại 13 - 12 = cặp phải thuộc nguyên tử trung tâm P để thoả mãn bát tử: (c) Cl Cl P Cl Cl hay Cl P Cl Từ (2.1) ta tính điện tích hình thức của: P=5-2-3=0 Cl = - - = Công thức Lewis PCl3 công thức (c) Ví dụ Viết cơng thức Lewis CO32 Chú ý đến điện tích -2 ion cacbonat CO32 có Ne = (1.4) + (3.6)-(-2) = 24 10 SangKienKinhNghiem.net 24 12 cặp có cặp để tạo liên kết , cịn có cặp để tạo bát tử khác Sự tạo thành bát tử nguyên tử C đòi hỏi tạo liên kết C O, đặt vào nguyên tử O hai cặp cho ta công thức (a) Ion đa nguyên tử CO32 gồm hai kiểu liên kết, liên kết đôi C = O1 ngắn bền hai liên kết đơn C-O2 C-O3 Thực nghiệm cho ta thấy nguyên tử O hoàn toàn nhau: Các khoảng cách C - O 129pm phân tử dạng phẳng, góc OCO 1200 cịn có dạng mesome (b) (c): có cặp electron hố trị O2 O2 C O2 O1 O1 C O3 O3 (a) C O1 O3 (b) (c) O2 O3 Trong công thức trên, C (b) C (c) biểu thị tính chất liên kết đôi Ba công thức Lewis (a, b, cữa C với O CO32 có bậc trung gian liên kết đôi C = O (bằng 2) với l) mô tả dạng mesome khác nhau, hai điện tích âm ion phân chia tồn phân tử Không công thức hồn tồn đúng, chúng có xác xuất tồn tạo công thức giới hạn Theo quy ước chúng phải biểu diễn cách mũi tên hai chiều () Sự chồng chập dạng cho ta lai hoá cộng hưởng (các dấu biểu thị không định vị electron bốn tâm): 2O C O 3O Điện tích nguyên tử oxi CO32 tính theo cơng thức: (Điện tích hình thức Điện tích tồn nhóm nguyên tử xác định) Số cấu tạo cộng (2.12) = hưởng Áp dụng: Điện tích hình thức nguyên tử oxi 2 Kết cho thấy điện tích nhóm CO3 khơng cố định nguyên tử oxi mà phân bố cho nguyên tử nhóm có giải toả điện tích mà thực chất giải toả electron Bậc liên kết công thức cấu tạo cộng hưởng tính theo cơng thức: Tổng bậc liên kết Bậc liên kết (2.13) = Số cấu tạo cộng hưởng 11 SangKienKinhNghiem.net Áp dụng ta có bậc liên kết giiên kết đơn C - O (bằng 1) 2.1.3 Mơ hình VSEPR (thuyết đẩy cặp electron lớp hoá trị) 2.1.3.1 Nội dung 2.1.3.1.1 Mơ hình VSEPR Cơng thức phân tử chất cho ta biết số nguyên tử phân tử mà khơng cho biết hình dạng hố học phân tử nghĩa chưa biết số tính chất suy trực tiếp từ đặc trưng hình học phân tử Ví dụ phân tử H2O H2S có dạng góc nên trạng thái lỏng, chúng dung môi tuyệt vời chất ion chất tương tự chúng CO2 hay CS2 có dạng thẳng dùng làm dung mơi cho phân tử cộng hố trị Trong thực tế biết số m nguyên tử X kết hợp với nguyên tử trung tâm A chưa đủ để xác định cấu trúc phân tử AXm số electron hố trị tổng cộng Ne đóng vai trò định * Xuất phát từ ý tưởng cặp electron hố trị ngun tử ln đẩy lẫn nhau, R.J.Gilespie đưa quy tắc tiên đoán định hướng liên kết xung quanh nguyên tử trung tâm phân tử ion gọi thuyết đẩy cặp electron lớp hoá trị, Viết tắt VSEPR (từ tiếng Anh: Valence Shell Electronic Pair Repusions) * Nội dung: Mọi cặp electron liên kết không liên kết (cặp electron tự do) lớp cư trú thống kê khoảng cách đến hạt nhân, bề mặt cầu mà hạt nhân nằm tâm Các electron tương ứng vị trí xa để lực đẩy chúng giảm đến cực tiểu * Mơ hình VSEPR: Xét phân tử AXmEn nguyên tử X liên kết với nguyên tử trung tâm A liên kết n cặp electron không liên kết hay cặp electron tự E Khi tổng m+n xác định hình học phân tử: m + n = → Phân tử thẳng m + n = → Phân tử phẳng tam giác m + n = → Phân tử tứ diện m + n = → Phân tử tháp đôi đáy tam giác m + n = → Phân tử tháp đôi đáy vuông (bát diện) m + n = → Phân tử tháp đơi đáy ngũ giác (Xem Hình 2.1: Sơ đồ đa diện số phân tử AXmEn) 2.1.3.1.2 Tiêu chí so sánh * Thứ tự lực đẩy cặp electron sau: klk - klk > klk - lk > lk - lk Trong đó: klk - cặp electron không liên kết (E) lk - cặp electron liên kết * Một electron độc thân đẩy yếu cặp electron * Trong trường hợp dạng mesome dạng hình học lai hố cộng hưởng 2.1.3.1.3 Hệ cấu trúc * Góc liên kết: Sự có mặt cặp khơng liên kết nguyên tử trung tâm A phân tử AXm nói chung kéo theo biến dạng phân tử Các 12 SangKienKinhNghiem.net cặp không liên kết chiếm thể tích lớn thể tích cặp liên kết làm mở góc liên kết EAX làm khép góc liên kết XAX * Phân cực hố phân tử: Phân tử phân cực có trung tâm điện tích dương âm khơng trùng với ngun tử trung tâm A, trường hợp A mang ligan X X’ khác, mang cặp không liên kết (trừ trường hợp AX2E3 AX4E2 Dạng hình học số phân tử AXmEn Sơ Đa diện Công Dạng phân Phân tử Phân tử m+ đồ phối trí thức tử liên kết liên kết n đa cấu trúc đơn bội XmEn AXm diện Đoạn BeH2 CO2 AX2Eo (a) thẳng BeCl2 HCN thẳng SO3, tam giác BH3 NO3 AX3Eo (b) AlCl3 HClO2 Tam giác SO2, NO AX2E1 (c) gấp khúc SnCl2 NOCl Tứ diện SO 24 POCl3 NH3 OH 3 OF2 NH 2 SOBr2 ClO3 AX4Eo (d) tứ diện AX3E1 (e) tháp đáy tam giác AX2E2 (f) gấp khúc (g) tháp đôi ba phương PCl5 AsF5 SO4F Fe(CO)5 (h) tứ diện không IF4 TeCl4 BrF3 ICl2(C6H5) I3 XeF2 IOF3 XeF2O2 AX5E0 Tháp đôi ba phương CH4 NH 4 AX4E1 AX3E2 AX2E3 (i) dạng T (j) thẳng ClO 2 IF5O AX6E0 Bát diện AX5E1 AX4E2 (k) (l) (m) bát diện SF6 tháp đáy vuông BrF5 vuông 13 SangKienKinhNghiem.net SbCl5 ICl4 XeF4 IO (OH)-4 XeF4O - E b) AX3E0 a) AX2E0 c) AX2E1 E E E d) AX4E0 e) AX3E1 f) AX2E2 E E E E E E g) AX5E0 i) AX3E2 h) AX4E1 j) AX2E3 E k) AX6E0 E E l) AX5E1 m) AX4E2 Hình 2.1: Sơ đồ đa diện số phân tử AXmEn 2.1.3.2 Áp dụng Thí dụ: Dự tốn dạng hình học số phân tử ion sau: BeCl , CO2 , CS , HCN Hướng dẫn: Có thể xác định dạng hình học phân tử BeCl2 theo bước sau: Từ công thức phân tử BeCl2 viết cơng thức Lewis để thấy vị trí tương đối nguyên tử số nhóm electron Cl Be Cl Đếm tất nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm kể electron liên kết electron khơng liên kết Các hợp chất khí Be hợp chất khuyết electron (không đủ 8e), nên xung quanh nguyên tử trung tâm Be có hai cặp electron Khi hai nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm phân bố xa tốt chúng hướng theo hai chiều ngược Sự 14 SangKienKinhNghiem.net xếp nhóm electron theo đường thẳng khiến BeCl2 phân tử thẳng góc liên kết 1800 Cl Be Be Cl Cl 1800 Cl 1800 - Dạng hình học phân tử CO2 Cũng tiến hành tương tự ta thấy phân tử CO2, xung quanh nguyên tử C có hai liên kết đôi O C O O 1800 C O 1800 Mỗi liên kết đơi coi nhóm electron định hướng theo chiều ngược lại tạo thành góc 1800 Như CO2 phân tử thẳng Chú ý: Các cặp electron không liên kết xung quanh nguyên tử O CO2 xung quanh nguyên tử Cl (trong BeCl2) không ảnh hưởng đến hình dạng phân tử mà có nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm ảnh hưởng tới hình dạng phân tử - Cũng tương tự trên, phân tử CS2, HCN phân tử thẳng: S S C N H C 1800 1800 - Những dự đoán phù hợp với thực tế Thí dụ 2: Dự tốn dạng hình học số phân tử ion sau: BF3 , NO3 , CO32 Thử nêu số bước cần tiến hành để xác định dạng hình học phân tử Hướng dẫn: - Dạng hình học phân tử BF3 Viết công thức Lewis BF3 F F B F Các hợp chất khí BF3 chất khuyết electron; xung quanh nguyên tử trung tâm B có cặp electron tạo thành liên kết đơn với nguyên tử F Khi nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm B phân bố xa tốt chúng hướng theo góc 1200 (Hạt nhân nằm · mặt phẳng FBF 1200) 15 SangKienKinhNghiem.net F B F F Dạng hình học phân tử BF3 tam giác phẳng Dự đốn phù hợp với thực tế - Hình dạng ion NO-3 , CO32Cũng lập luận trên, ta dự đốn dạng hình học ion NO-3 , CO32- tam giác phẳng Thực tế xác nhận điều 2- - O O N O 1200 C O O 1200 O 2.1.4 Khảo sát liên kết hoá học phương pháp VB 2.1.4.1 Những luận điểm 2.1.4.1.1 Nội dung * Phương pháp VB cho phân tử electron chuyển động orbital nguyên tử (AO) Sự phân bố electron vào AO tạo nên cấu hình electron phân tử * Mỗi liên kết cộng hố trị hình thành ghép đơi hai electron có spin đối song mà electron trước tham gia liên kết thuộc nguyên tử (trường hợp chung) * Trong hình thành liên kết hố học có xem phủ hai AO tham gia liên kết Sự xen phủ ưu tiên theo phương trục nối hai hạt nhân nguyên tử (tính định hướng liên kết cộng hoá trị) phân bố theo hướng có xen phủ lớn (nguyên lý xen phủ cực đại) * Độ xen phủ AO hố trị lớn liên kết bền (độ xen phủ lớn lượng hiệu lượng AO hoá trị nhỏ) s – s () p – p () s – p () p – d () p – p () Hình 2.2 Sự xen phủ AO 2.1.4.1.2 Hoá trị nguyên tố theo phương pháp VB * Hố trị ngun tố số electron độc thân nguyên tử (chỉ xét nhóm A) trạng thái trạng thái kích thích (nếu có) Một số ví dụ: N (Z=7) 1s22s22p3 16 SangKienKinhNghiem.net → N có e độc thân trạng thái bản, nên có hố trị (trong NH3) S (Z=16) 1s22s22p63s23p4: Ne → S có e độc thân trạng thái bản, nên có hố trị (trong H2S) → S cịn thể hố trị (trong SF4) hoá trị (trong SF6) Các trường hợp giải thích: Ở lớp ngồi (n=3) nguyên tử S AO 3d trống, electron ghép đôi AO lớp nhảy AO 3d làm số electron độc thân tăng lên → ta nói lưu huỳnh trạng thái kích thích có hoá trị 6, lượng gây kích thích bù lượng tạo liên kết hoá học: S* e độc thân hoá trị S** 6e độc thân hố trị Chú ý: Sự kích thích xảy lớp electron electron nhảy từ lớp lớp ngồi địi hỏi lượng cung cấp lớn lượng tạo thành liên kết khơng đủ để bù Từ giải thích trên, ta chứng minh tồn phân tử PCl5 N nhóm với P khơng tồn phân tử NCl5 Liên kết cộng hố trị có tính bão hồ * Xét theo số electron độc thân, N có hố trị (trong NH3) lại có hoá trị (trong NH +4 ) Sự tạo liên kết phối trí (cho - nhận) làm tăng hoá trị nguyên tố Để phân biệt hai trường hợp này, ta nói N có hố trị có cộng hố trị (đây cộng hố trị cao N N có AO hoá trị AO 2s AO 2p, AO hố trị tạo liên kết cộng hoá trị) Cộng hoá trị lớn nguyên tố số AO hố trị (kể độc thân cặp đơi) 2.1.4.1.3 Liên kết Cả hai liên kết cộng hoá trị, khác: * Liên kết liên kết tạo thành xen phủ AO hố trị dọc theo trục liên kết (hình 2.2) Xen phủ trục “đầu với đầu” (head to head) * Liên kết tạo thành so xen phủ AO hoá trị hai bên trục liên kết (hình 2.2) Xen phủ “bên với bên” (side to side) Liên kết bền liên kết Chú ý: Giữa hai nguyên tử liên kết với phân tử tồn liên kết , số liên kết 0,1 2.1.4.1.4 Độ bội liên kết theo phương pháp VB * Theo phương pháp VB: Độ liên kết nguyên tử số liên kết chúng, nghĩa số cặp electron liên kết hai nguyên tử * Độ bội liên kết lớn liên kết bền độ dài liên kết ngắn Ngoài độ bội liên kết phụ thuộc vào độ xen phủ AO hoá trị 2.1.4.1.5 Sự lai hoá AO * Thuyết lai hố cho phép giải thích chất liên kết cộng hoá trị 17 SangKienKinhNghiem.net cho nhiều phân tử hữu phức chất, giải hai khó khăn phương pháp VB dạng hình học phân tử độ bền liên kết Sự lai hoá nguyên tử tổ hợp AO hố trị ngun tử trạng thái kích thích cho tạo AO lai hố AO tổ hợp có lượng tương đương (sự san lượng), tạo điều kiện thuận lợi cho việc xen phủ với AO hố trị ngun tử xung quanh để hình thành liên kết cộng hoá trị bền vững Bao gồm dạng lai hoá: + Lai hoá sp3 (tứ diện đều): 1AO s + 3AO p 4AOsp3 + Lai hoá sp2 (tam giác): 1AO s + 2AO p 3AOsp + Lai hoá sp (thẳng): 1AO s + 1AO p 2AO sp + Ngồi cịn số dạng khác sp3d, sp3d * Điều kiện lai hoá: + Năng lượng AO tham gia lai hoá thấp xấp xỉ + Độ xen phủ AO lai hoá với AO nguyên tử khác tham gia liên kết phải lớn * Dự đốn kiểu lai hố dạng hình học phân tử: Ví dụ: Xét phân tử AX m E n ta có: m+n=2 A lai hố sp m+n=3 A lai hoá sp2 m+n=4 A lai hoá sp3 m+n=5 A lai hoá sp3d m+n=6 A lai hố sp3d2 (Xem thêm mơ hình VSEPR mục 2.2.3) Ví dụ: Trong BeH2 có m + n = 2 Be lai hố sp Trong BF3 có m + n = 3 B lai hố sp2 Trong CH4 có m + n = 4 C lai hố sp3 Trong NH3 có m + n = 4 N lai hoá sp3 Trong PCl5 có m + n = 5 P lai hố sp3d Trong XeF4 có m + n = 6 Xe lai hoá sp3d2 2.1.4.2 Ưu nhược điểm phương pháp Giải thích đầy đủ tính chất lý thuyết phân tử liên kết hoá học, độ bội liên kết, lượng liên kết, phân cực liên kết (momen lưỡng cực), Khơng giải thích số tính chất thực nghiệm phân tử từ tính phân tử, 2.1.4.3 Áp dụng Ví dụ : Mơ tả liên kết phân tử NH3 phương pháp VB Bài giải: a) Xét NH3: N 1s22s22p3 lai hoá sp3 2p sp3 2s 18 SangKienKinhNghiem.net Sự xen phủ AOsp3 chứa electron độc thân với AO1s nguyên tử H tạo liên kết H N H N H H H hay H 2.1.5 Khảo sát phân tử phương pháp MO 2.1.5.1 Những luận điểm 2.1.5.1.1 Nội dung * Phương pháp MO cho phân tử không tồn AO mà electron phân tử orbital chung phân tử gọi MO Về nguyên tắc, liên kết hoá học theo phương pháp MO liên kết giải toả (chung cho phân tử) * Orbital chung phân tử hình thành tổ hợp tuyến tính orbital phân tử có electron Người ta hình dung lấy orbital phân tử electron sau: Khi electron chuyển động gần hạt nhân so với hạt nhân khác AO mơ tả chuyển động electron gọi orbital phân tử (MO) electron MO chung tổ hợp tuyến tính viết sau: ψ= Ci ψi (2.14) i=1 * Người ta gọi gần MO - LCAO (Molecular orbital is the Linear Combination of Atomic orbital) * Về nguyên tắc phải lấy vô số hàm sở (i = 1) kết tính thật tin cậy Tuy nhiên gặp trở ngại thời gian tính tốn người ta lấy số hữu hạn (i = 1k) hàm sở: k ψ= Ci ψi (2.15) i=1 Đặt vào phương trình Schorodinger giải ta tìm hàm lương E tương ứng Về nguyên tắc, số MO thu tổng số AO tham gia tổ hợp Các MO gồm loại: MO liên kết (năng lượng thấp) MO phản liên kết (năng lượng cao) * Sự điền electron vào MO (tuân theo nguyên lý vững bền, nguyên lý loại trừ Pauli, quy tắc Hund) cho ta cấu hình electron phân tử 2.1.5.1.2 Điều kiện tổ hợp có hiệu AO * Các AO phải có tính chất đối xứng * Năng lượng AO phải xấp xỉ * Các AO phải xen phủ rõ rệt Về mặt định tính, để biết AO có tính chất đối xứng hay khơng, dựa vào xen phủ, âm không AO: 19 SangKienKinhNghiem.net a) p – p () s – s () s – p () p – p () p – d () b) c) Hình 2.2 Sự xen phủ (a), âm (b) không (c) AO * Sự xen phủ dương miền xen phủ 2AO dấu (hình 2.2a) * Sự xen phủ âm miền xen phủ 2AO khác dấu (hình 2.2b) * Sự xen phủ không miền xen phủ dương âm (hình 2.2c) Chỉ có xen phủ dương tạo liên kết vào trường hợp AO có tính chất đối xứng, nghĩa chúng tổ hợp với Tuy nhiên việc tổ hợp có hiệu hay khơng cịn phụ thuộc vào hai điều kiện cịn lại 2.1.5.1.3 Giản đồ lượng MO H, H +2 ,H ,He +2 ,He * Vì hai nguyên tử phân tử giống nên AO hoá trị chúng giống nhau, nghĩa chúng có tính chất đối xứng n MO liên kết có n lượng thấp lượng AO đem tổ hợp cho MO phản * Trong trường hợp tổ hợp n AO cho ta ứng liên kết (kí hiệu MO*) có lượng cao Ao tổ hợp * Ví dụ: H + H+ H +2 1s1(A) 1s(B) ψ = C1ψ1s(A) + C2 ψ1s(B) Giải phương trình Schrodinger với hàm ta thu được: ( 1s ( A) 1s ( B ) ) (MO*, kí hiệu s* có lượng E) ψ = C1ψ1s(A) + C2 ψ1s(B) 20 SangKienKinhNghiem.net ... gia bồi dưỡng HSG 2.3 Các skkn giải pháp sử dụng để giải vấn đề BIÊN SOẠN CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO PHÂN TỬ CÁC CHẤT VÔ CƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC 2.3.1 Khái niệm chuyên đề nguyên tắc biên. .. nhiều cơng trình nghiên cứu chun đề cấu tạo phân tử chất vô dùng bồi dưỡng HSG cách có hệ thống Xuất phát từ lí trên, tơi chọn đề tài: ? ?Biên soạn chun đề cấu tạo phân tử chất vô dùng bồi dưỡng học. .. cao dùng bồi dưỡng HSG Phương pháp sử dụng hệ thống tập vào trình phát bồi dưỡng HSG 2.3.1.3 Tầm quan trọng chuyên đề cấu tạo phân tử chất vô bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học Cấu tạo phân tử chất