Chuyên đề liên kết hóa học. Tài liệu ôn đội tuyển QG Hóa. Bài tâij về liên kết hóa học. Thuyết VSEPR. Chuyên đề cấu trúc phân tử và liên kết hóa học. Dành cho học sinh ôn thi HSG tỉnh môn Hóa Học và học sinh giỏi quốc gia môn Hóa Học.
LIÊN KẾT HÓA HỌC Chương I- THỨC CẦN NẮM VỮNG 1- Liên kết ion 2- Liên kết cộng hóa trị 3- Cấu trúc phân tử- Thuyết lực đẩy cặp electron lớp vỏ hoá trị (VSEPR) a - Cơng thức tổng qt : AXEm Trong A kí hiệu nguyên tử trung tâm, X kí hiệu nguyên tử liên kết với ion trung tâm, số n X cho biết số cặp electron liên kết, E kí hiệu cặp hố trị khơng tham gia kết nguyên tử trung tâm, số m E cho biết số cặp electron không tham gia liên kết Ví dụ: Cơng thức VSEPR dạng tổng qt Cơng thức phân tử AX₂E2 H₂O CO₂ AX₂E0 NH3 AX₂E₁ b - Lực đẩy cặp electron hố trị hình học phân tử Thuyết VSEPR cho rằng: cặp electron hố trị (liên kết khơng liên kết) đẩy phân bố không gian xung quanh nguyên tử trung tâm theo hình cầu cho lực đẩy nhỏ Các cặp electron E X ảnh hưởng đến hình dạng phân tử Tuy nhiên, ảnh hưởng cặp E X khơng hồn tồn giống Các cặp electron E bị hút hạt nhân nên chiếm không gian lớn so với cặp electron X, bị hút hạt nhân Vì thế, lực đẩy cặp electron hoá trị thay đổi theo thứ tự đây: E-E> X-E> X-X - Để xác định dạng hình học phân tử, dạng lai hóa ngun tố trung tâm cần viết dạng tổng quát công thức VSEPR, dạng lai hóa nguyên tố trung tâm phụ thuộc vào tổng n+m Công thức tổng quát, dạng hình học, dạng lai hóa ngun tử trung tâm số phân tử ion tương ứng trình bày bảng sau: Dạng lai hóa Ví dụ Tong m+n Dang Dạng hình học A TQ AX₂E0 m+n=2 X-A-X sp BeCl₂, CO₂, HCN Đường thẳng AX3E0 BCh3, SO3, NO3, X m+n=3 Tam giác sp² *** SO₂, NO₂, NOCI, AX₂E₁ sp² X X Gấp khúc AX.Eo sp³ X CH4, CC14, PO, NH₂, SO, tứ diện NH3, AX₂E₁ sp³ Aux PCI, SO, CIO',, Tháp tam giác m+n= H₂O, OF2, NH₂ sp³ AX₂E₂ X X | Gấp khúc AXsEo PCIS, ASF5, X sp'd XX Fe(CO)s X Lưỡng tháp tam giác AX₂E₁ PCI, TeCl4, IF, sp³d n+n=5 XeF₂0₂ -X KIN Cầu bập bênh AX3E₂ Chữ T sp'd IF3, BrF3, IC1₂(C6Hs); E AX₂E3 sp'd 1₁, XeF₂ X-A-X Thẳng AX6Eo SF6, IFSO, PCI X XX Х' sp³d² X Bát diện AXSE₁ BrFs, X XX X sp'd² SbCls", [FeFo]¹ X n+m=6 Tháp đáy vuông ICI XeF4, AX₂E₂ XX X sp³d² Pt(NH3)2Cl2 X Vuông phẳng IF7 AX₂ sp³d²f * Lưỡng tháp ngũ giác AX6E₁ n+m=7 XeF6 * Tháp ngũ giác bát diện lệch 4- Liên kết hidro sp³d²f -Bản chất liên kết hidro hút tĩnh điện nguyên tử H tích điện dương nguyên tử O ( F, N) tích điện âm - Liên kết hidro liên phân tử làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, sức căng bề mặt chất - Liên kết hidro nội phân tử ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi chất 5- Lực liên kết phân tử: Lực tương tác Vandec Van Lực tương tác VandeVan gồm có thành phần: - tương tác cảm ứng - tương tác lưỡng cực- lưỡng cực - tương tác khuếch tán Phân tử có kích thước lớn, dễ bị biến dạng lực tương tác VandeVan lớn 6- Tinh thể - Các loại tinh thể: tinh thể nguyên tử, tinh thể phân tử, tinh thể ion tinh thể kim loại BÀI TẬP CHƯƠNG LIÊN KẾT HÓA HỌC I-BÀI TẬP TỰ LUẬN Sử dụng mơ hình đẩy cặp electron hóa trị (mơ hình VSEPR), dự đốn dạng hình học, xác định dạng lai hóa nguyên tố trung tâm ion phân tử sau: -BeH₂; NF3; SiF NO (NO₂ IF3; [PCL4]; SO₂Cl2; SOCI₂; CIO3F; SF4; BrF: XeF4; CIFs; XeF6SnCl[SbF]); OCCI₂; IF7; OCI2; CIO₂F (NO JugJá day give lekve eviêy 2.Vẽ cấu trúc có phân tử CIFs Dạng bền nhất?Tại sao? nhớ nh 3.Mơ tả hình thành liên kết phân tử NH3, BeHz, CO2, PCIs, anionSO SO theo thuyết VB 4.Trong phân tử PX3 (X F, Cl, Br, I) góc kết XPX có giá trị : 104°, 96°, 102°, 100 Hãy gán trị số cho góc liên kết FPF, CIPCI, BrPBr, IPI giải thích So sánh góc liên kết phân tử sau: a- H₂O, NH3, CH4 b- HẠO, H_S, HzSe c- H:O F.O MA Cho phân tử: Cl,O ; O3 ; SO2 ; NO2 ; CO, trị số góc liên kết: 1200 ; 111 ; 132; 117° ; 180 Hãy ghi giá trị góc liên kết cho phù hợp với phân tử tương ứng giải thích (ngắn gọn) Nêu quy luật giải thích biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi lượng liên kết, độ bền nhiệttrong dãy F,- Cl, - Bry - 8.Một ba chất hữu sau: ortho-diclobenzen ; meta-diclobenzen ; para-diclobenzen có momen lưỡng cực 1,53 D Hãy rõ chất nào? có giải thích, biết monoclobenzen có momen lưỡng cực 1,53D) 9.Có chất hữu với giá trị mômen lưỡng cực tương ứng sau: Chất hữu μ (D) A B C D E 0,0 1,89 1,97 1,71 2,13 Biết A, B, C, D, E thuộc chất sau: cis - CHCI CHCI; cis - CH3-CH=CH-CI ; trans - CH3-CH=CH-C1 trans- CHCI CHCI; trans - CH;– CH=CH - COOH Hãy rõ A,B,C,D,E chất nào? giải thích 10 Trong phân tử HCHO có góc liên kết 116° 122° Hãy cho biết góc nào? Giải thích 11 Cho phân tử SCI,, F,O, ClO với trị số góc đo 111, 103, 105 Hỏi góc nào? Giải thích 12 Giải thích CCl, hợp chất trơ, khơng bị thuỷ phân HạO, SiCl, lại bị thuỷ phân mạnh HạO Viết phương trình phản ứng 13 Mô tả cấu trúc phân tử N(CH3)3 N(SiH)3 So sánh góc liên kết CNC với SiNSi So sánh tính bazơ hợp chất 14 Hợp chất A có tổng số electron phân tử = 100 A tạo thành từ phi kim thuộc chu kì nhỏ thuộc nhóm khác Xác định công thức phân tử A, biết tổng số nguyên tử nguyên tố A Mơ tả cấu tạo phân tử A (hình dạng, kiểu liên kết) 15 Vì nước đá lại nhẹ nước lỏng? 16 Bo Nhôm hai nguyên tố kề nhóm IIIA có phân tử AlCl, khơng có phân tử B,Cl% ? 17.Có hidrocacbon: CzHồ ; CzH4 ; CzHz Người ta ghi số liệu sau: Về góc hố trị (góc liên kết) : 1200 ; 1800 ; 1090 - Về độ dài liên kết: 1,05 Á ; 1,07 Á ; 1,09 A ; 1,200 A ; 1,340 Á ; 1,540 A - Độ âm điện nguyên tử cacbon : 2,5 ; 2,69 ; 2,75 Hãy điền giá trị phù hợp với hidrocacbon theo bảng sau: Hidrocacbon | Kiểu lại hố Góc hố tri Độ âm điện C Độ dài liên kết | Độ dài liên C-C (A) két C-H (A) & HG Sp3 Cz Hq Sp² Cz₂ H₂ 109⁰ 2.5 120 8,69 JL JL 1,54 1.00 1534 2,07 1,09 1,2 180⁰ 2,75 18 Viết cấu trúc Lewis nêu dạng hình học NO,, NO, , NO; So sánh góc liên kết ONO JL Sp phân tử ion 19.Năng lượng liên kết BFy = 646 kJ/mol NF; = 280 kJ/mol Giải thích khác biệt lượng liên kết 20 Hãy giải thích sao: Nhiệt độ sơi NF; = –129°C cịn NH3 = –33C Amoniac tác dụng bazơ Lewis cịn NF3 khơng Momen lưỡng cực NHẸ= 1,46D lớn nhiều so với momen lưỡng cực NF3 = 0,24D độ âm điện F lớn nhiều so với H 21 Tại có phân tử BF3, BCl3, BBr3 khơng có phân tử BHạ? 22 Phân tử HF phân tử H;O có momen lưỡng cực, phân tử khối gần (HF =1,91 D, HẠO = 1,84 D, MuF =20, Mn,o= 18); nhiệt độ nóng chảy hiđroflorua – 83°C thấp nhiều so với nhiệt độ nóng chảy nước đá 0°C, giải thích sao? 23 Khi nghiên cứu cấu trúc PClş(r), PBrş(r) trạng thái tinh thể tia X người ta thấy: a) PCls gồm ion [PCL]*; [PCl] phân bố tinh thể b) PBrs gồm ion [PBra]*; Br Hãy cho biết cấu trúc không gian phân tử ion giải thích có khác trên? 24 Thực nghiệm cho biết ba hợp chất CHBr, SiHBr, CH(CH3), có cấu tạo tứ diện Có ba trị số góc liên kết tâm 110; 111; 112°(không kể tới H xét góc này) Độ âm H 2,20; CH3 2,27; 2,47; Si 2,24; Br 2,50 Dựa vào mơ hình đẩy cặp e hóa trị (VSEPR) độ âm điện, cho biết trị số góc hợp chất giải thích? 25 Nêu giải thích quy luật biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi dãy hợp chất hidrua sau: - HF, HCI, HBr, HI -H₂O, H₂S, H₂Se H₂ Te - NH3, PH3, ASH3, SbH3 - CH4, SIH4, GeH4, SnH4 26 Viết công thức cấu tạo oxit: Cl,O, CIO2, Cl,O%, CHO 27 Hợp chất halogen: XX, IX, XX, a-Cho biết dạng hình học trạng, thái lai hóa nguyên tử trung tâm phân tử hợp chất halogen: XX,, XX, XX, b- So sánh góc liên kết FBrF FCIF phân tử CIF3 BrFy Giải thích < Xce > XBr -HT c- trạng thái lỏng, IFs, phân ly phản ứng: 21FS 2BrF3 BrF+ IF IF BrF₂ Xác định cấu trúc ion cho biết trạng thái lại hóa nguyên tử trung tâm d- Cho biết biến đổi độ bền nhiệt dãy XF3, XFs, XF-( X CI, Br, I) 28 Viết cơng thức Lewis, dự đốn dạng hình học phân tử ion sau (có giải thích) trạng thái lai hóa nguyên tử trung tâm? SO2; SO; SO SO²; SF4; SCN 29.Cho phân tử: xenon điflorua (1), xenon tetraflorua (2), xenon trioxit (3), xenon tetraoxit (4), bo triflorua (5), (6), (7) a Vẽ cấu trúc hình học phân tử (cả cặp electron tự (nếu có) nguyên tử trung tâm) chất từ (1) dén (6) b Dự đốn góc liên kết phân tử nói c Trong phân tử axetamit, liên kết với nguyên tử nitơ nằm mặt phẳng Vì sao?( Trích đề thi HSG QG năm 2010) 30 Năng lượng kết N-N 163 kJ.mol', N=N 945 kJ.mol ' Từ nguyên tử N tạo 1phân tử N, tứ diện phân tử N, thông thường Trường hợp thuận lợi hơn? Hãy giải thích 31 Sử dụng mơ hình đẩy cặp electron hóa trị (mơ hình VSEPR), dự đốn dạng hình học ion phân tử sau: BeHz, BCl3, NF3, SiF, NO, I 32 So sánh giải thích khả tạo thành liên kết r C Si Giải thích phân tử CO, tồn trạng thái khí cịn SiO, tồn trạng thái rắn; có phân tử CO khơng có SiO? 33.Trong số cacbonyl halogenua COX, người ta điều chế chất: cacbonyl florua COF,, cacbonyl clorua COCI, cacbonyl bromua COBr a Vì khơng có hợp chất cacbonyl iođua COI,? b So sánh góc liên kết phân tử cacbonyl halogenua biết 34 Dựa vào cấu tạo phân tử, giải thích: a Phân tử khiCO có lượng liên kết lớn (1070 kJ.mol'), lớn lượng liên kết ba phân tử khí Nz (924 kJ.mol-l) b CO Nạ có tính chất vật lí tương đối giống nhau, có tính chất hóa học khác (CO có tính khử mạnh hơn, có khả tạo phức cao Nụ) 35 Hãy cho biết: CTCT; dạng lai hóa (nếu có); hình dạng phân tử theo mơ hình VSEPR; mô men lưỡng cực phân tử sau: SFa; ICZ ; BrFs; CH%; SF6 CHUYÊN ĐỀ: CẤU TRÚC PHÂN TỬ - LIÊN KẾT HÓA HỌC I Thuyết lực đẩy cặp electron lớp vỏ hóa trị (VSEPR) (Valence Shell Electronic Pair Repulsions theory) Bảng cấu trúc số phân tử ion theo thuyết VSEPR m+n Công thức Cấu trúc phân Phân tử liên kết đơn Phân tử liên kết bội VSEPR từ AX₂Eo Thắng BeH₂, BeCl₂ CO₂, HCN AX3E0 Tam giác BH3, AIC13 SO3, NO3, CO3² AX₂E₁ Gấp khúc SnClz SO₂, NO₂, NOCI AX₂E0 Bốn mặt CH, NH SO, POCI3 AX₂E₁ Chóp tam giác NH3, OH3 SOBR2, CIO3 AX₂E₂ Gấp khúc OFz, NHẸ C10₂ AXsE0 Lưỡng tháp tam PC15, ASF5 SOF4 IOF3, XeF₂02 giác AX₂E₁ Bốn mặt lệch IF4, TeCl4 AX3E₂ Chữ T BrF3, IC1₂(C6H5) AX₂E3 Thẳng 13', XeF2 AX6E0 Bát diện SF6 AX,E₁ Tháp vuông BrFs, SbCls AX4E₂ Vng phẳng IC14, XeF4 AX₂ Chóp kép IF₂ IF SO, [IO₂(OH)4] XeF40 canh Bài tập áp dụng Bài Sử dụng mơ hình đẩy cặp electron hóa trị (mơ hình VSEPR), dự đốn hình học, xác định dạng lai hóa ngun tố trung tâm ion phân tử sau: - BeH2, BC13, NF3, SiF62, 13, HgCl₂, CO2, NO₂, NO₂, IF3, CrOC1₂ - PO₂C1², [PC14], IC13, SO₂C1₂, CIO3F, IOF3, SC14, BrF4, XeF4, CIFs, XeF6, POC13 - SnCls, IFs, [SbF6], OCC1₂, CO(NH₂)2, OC12, SC12, CIF2, HS106, C1O₂F 109,5 Câu Tại phân tử CIF, khơng có dạng tam giác BF; dạng tử diện NH, mà lại có dạng hình chữ T Câu Mơ tả hình thành liên kết phân tử NH3 NHa, BFs Vẽ xen phủ obitan hình thành liên kết Câu Viết công thức VSEPR phân tử ion sau: SO’, CO,’, NO3, SO Cho biết ion phân tử có hình dạng với phân tử NH? Câu Trong phân tử ion SO, SO3, CIF3, CIO, tiểu phân có củng hình dạng với ion NO? Câu So sánh hình dạng cặp ion cho biết cặp có hình dạng? a CO NO; b COş” SOg” Câu Vẽ cấu trúc có Iạ , dạng bền nhất, sao? Câu Dựa vào thuyết VSEPR, so sánh góc liên kết phân tử BF3, CH4, NFs, OF, phân tử có góc liên kết lớn nhất? Câu Nguyên tử N NH3, NHẸ,NHỉ bao quanh electron Hãy xếp phân tử ion theo chiều tăng dần góc liên kết HNH Câu 10 Hãy xếp phân tử H,Se, HS, H,O theo thứ tự tăng dần góc liên kết Câu 11 Trong phân tử NCI, SO, PCI, CO,, HẠO, BF3, PCI3, SO2, SCI,, CS, NO, phân tử không phân cực, phân tử có phân cực? Câu 12 So sánh góc liên kết dãy OCX,; SOX, (X F, C1, Br) Câu 13 Cho phân tử Cl,O, O, SO,, NO,, CO, giá trị góc liên kết: 120, 111, 132, 117, 180 Hãy ghi giá trị góc liên kết cho phù hợp với phân tử tương ứng giải thích (ngắn gọn) Câu 14 Thực nghiệm cho biết ba chất CHBr3, SiHBr3, CH(CH3), có cấu tạo tứ diện Có ba trị số góc liên kết tâm 110, 111, 112 (không kể tới H xét góc này) Độ âm điện H 2,20; CH3 2,27; Csp3 2,47; Si 2,24; Br 2,50 Dựa vào mơ hình đẩy cặp electron hóa trị (VSEPR) độ điện, cho biết trị số góc chất giải thích Câu 15 Nệu giải thích quy luật biến đổi góc liên kết dãy sau: -NHPHASH SbH3 H₂O H₂S H₂S H₂Te - PF PCI PBPI; Câu 16 Khi nghiên cứu cấu trúc PC1s (rắn), PBrş(rắn) tia X người ta thấy rằng: - Trong tinh thề PCI, gồm ion [PC1] [PC16] Грвис) корей так - Trong tinh thể PBrs gồm ion [PBra]* Br Hãy cho biết cấu trúc ion giải thích khác PC1s PBrs Cấu 17 Hợp chất halogen: XX’3, XX’s, XX, a Cho biết dạng hình học, trạng thái lai hóa nguyên tử trung tâm phân tử hợp chất halogen: XX’s, XX’s, XX, b So sánh góc liên kết FBrF FCIF phân tử CIF3 BrFg Giải thích c Ở trạng thái lỏng IFs, BF3 phân ly theo phản ứng: 2IFs IF4 + IF6 2BrF3 BrF4 + BrF₂*