Bài tập lớn vận dụng thuyết cấu tạo hoá học để giải một số bài tập định tính phần phi kim trong đề thi học sinh giỏi hóa học và đề thi olympic hóa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN  BÀI TẬP LỚN VẬN DỤNG THUYẾT CẤU TẠO HOÁ HỌC ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH PHẦN PHI KIM TRONG ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC VÀ ĐỀ THI OLYMPIC HÓA HỌC 30/4 GVHD: ThS Đinh Văn Phúc SVTH: Đồng Minh Ngọc MSSV: 1131020037 ĐỒNG NAI – 2014 Mục Lục Phần 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Đối tượng nghiên cứu – Phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu .3 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Tài liệu tham khảo Phần 2: NỘI DUNG .4 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Thuyết liên kết hóa học 2.1.2 Phương pháp liên kết hóa trị - Valence Bond (VB) 2.1.3 Phương pháp Orbital Phân tử - Molecular Orbital (MO) 2.2 Vận dụng 11 2.2.1 Một số tập đề thi HSG 11 2.2.2 Một số tập đề thi Olympic Hóa học 30/4 17 Phần KẾT LUẬN 27 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong phát triển Hóa Học, thuyết liên kết hóa trị - Valence Bond (VB), thuyết orbital phân tử - Molecular Orbital (MO) thuyết liên kết hóa học đóng vai trị quan trọng việc giải thích chất cấu tạo chất, từ giúp ta dự đốn giải thích tính chất lý – hóa chất Tuy nhiên, việc vận dụng thiếu tư kết nghiên cứu học tập làm cho học sinh khó định hướng cách giải vấn đề thuộc chất mà phương pháp nêu làm rõ tồn hay phần Do đó, để giúp bạn học sinh – sinh viên nắm giá trị thực tiễn việc sử dụng phương pháp VB, MO liên kết hóa học, tơi định thực đề tài: “Vận dụng thuyết cấu tạo hóa học để giải số tập định tính phần phi kim đề thi HSG Hóa Học Olympic Hóa Học 30/4.” 1.2 Đối tượng nghiên cứu – Phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các lý thuyết cấu tạo hóa học - Phạm vi nghiên cứu: Một số tập định tính phần phi kim đề thi HSG Hóa Họcvà Olympic Hóa Học 30/4 1.3 Mục đích nghiên cứu Hiểu vận dụng kiến thức lý thuyết cấu tạo hóa học để giải số tập định tính đề thi HSG Hóa họcvà Olympic Hóa học 30/4 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tiếp cận tài liệu - Phương pháp giải tập 1.5 Tài liệu tham khảo Đào Đình Thức, Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học (2010), Tập 2, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Nguyễn Văn Xuyến, Hóa Lý: Cấu tạo phân tử liên kết hóa học (2007), Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hồng Nhâm, Hóa học vô (2000), Tập 1, 2, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Đức Vận, Hóa Học Vơ Cơ (2008), Tập 1, 2, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Tuyển tập đề thi Olympic 30 tháng 4, lần thứ XVIII – 2012 Hóa Học Ban Tổ chức kì thi, Nhà xuất Đại Học Sư Phạm Đề thi HSG THPT tỉnh Đồng Nai số tỉnh khác PHẦN 2: NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Thuyết liên kết hóa học[1][3]: -Trong phân tử tồn tương tác đẩy lẫn tương tác hút nguyên tử: tồn đồng thời lực hút với hút lực đẩy với đẩy Giữa liên kết tồn góc liên kết hay góc hóa trị, góc hóa trị bị chi phối sức đẩy cặp điện tử - Quá trình hình thành phá vỡ phân tử gắn liền với việc giải phóng thu nhận lượng tương ứng Độ bền liên kết nội phân tử phụ thuộc lượng phân ly thành nguyên tử tự do, theo bậc liên kết -Trong liên kết ion: + Khi ion ngược điện gần nhau, tượng xảy đám mây điện tử dịch chuyển so với hạt nhân tạo phân cực hóa ion Sự phân cực hóa ion làm xuất momen lưỡng cực cảm ứng ion Sự tăng nhiệt độ kích thích phân cực hóa + Sự phân cực hóa nội ion làm tăng độ bền liên kết ion làm giảm khả phân ly hợp chất ion[2] + Sự phân cực lẫn ion khác làm suy yếu cấu trúc tinh thể, đó, nhiệt độ nóng chảy tinh thể giảm xuống[2] - Trong liên kết cộng hóa trị: + Phân tử cộng hóa trị túy có momen lưỡng cực 0, phân tử cộng hóa trị có cực momen lưỡng cực có giá trị tổng momen thành phần với dấu chúng + Loại liên kết mang tính chất liên kết ion liên kết cộng hóa trị liên kết bán phân cực – trường hợp liên kết cho nhận (liên kết cho nhận loại liên kết đó: cặp điện tử chung cấu tử đóng góp hồn toàn) - Trong liên kết phân tử: + Liên kết hidro: hidro phân tử có liên kết bão hịa hidro liên kết với nguyên tử nguyên tố âm điện mạnh Liên kết hidro ảnh hưởng nhiều đến tính chất chất + Liên kết Val der Waals: lực Val der Waals biểu chất khí chất lỏng, bắt nguồn từ lực: lực định hướng – sinh tương tác phân tử có momen lưỡng cực, lực cảm ứng – sinh phân tử không phân cực tương tác gần với phân tử phân cực làm xuất momen lưỡng cực cảm ứng, lực khuếch tán – sinh xuất momen lưỡng cực tức thời phân tử không phân cực ương tác lẫn - Độ âm điện đặc trưng cho khả hút điện tử tạo liên kết hóa học khác lớn độ âm điện hai nguyên tử phân tử lớn độ phân cực tăng [1] - Dựa sở lý thuyết ba tính chất điện tử [1]: + Các điện tử đẩy lẫn + Các điện tử có spin giống orbital + Mặc dù có sức đẩy tĩnh điện hai điện tử ngược spin orbital ⇒ Hình thành mơ hình sức đẩy cặp điện tử VSEPR Sidgewich Powell đưa năm 1940, phát triển bổ sung Lenard - Jones, Gillespie Nyholm Trong VSEPR, người ta ý đến khoảng không gian cư trú điện tử cho đạt khoảng cách xa điện tử Điểm quan trọng VSPER cho phép xác định xác góc liên kết phân tử có tính đối xứng cao, giải thích định tính góc liên kết phân tử đối xứng.[1] + Sức đẩy cặp điện tử xếp sau[1]:  Mạnh tương tác cặp điện tử không liên kết với  Kế đến tương tác cặp điện tử không liên kết với cặp điện tử liên kết  Tương tác yếu tương tác cặp điện tử liên kết với ⇒ Do đó, khơng gian cư trú cho điện tử tự liên kết tương ứng giảm dần thứ tự xếp tương tác trên.Trong phân tử có liên kết đơi – ba, liên kết có chung không gian cư trú: cần ý đến số cặp điện tử tự số phối tử [1] Lưu ý: Trong phân tử có phối tử khác góc liên kết hình học lí tưởng VSEPR khác nhau[1] Các phối tử có độ âm điện lớn làm lệch cặp điện tử liên kết nhiều nguyên tử trung tâm, liên kết dài tương tác cặp điện tử thay đổi Bảng bên dự đoán phân bố hình học theo thuyết VB mơ hình VSEPR Về nguyên tắc: VSEPR không áp dụng cho phân tử mà nguyên tử trung tâm nguyên tố chuyển tiếp phải xét thêm vai trị điện tử phân lớp d chưa bão hòa [1] + Nếu giả thiết A: nguyên tử trung tâm; B: phối tử; E: số cặp điện tử tự phân bố hình học phân tử nằm hình cầu thường xét đến vị trí trục xích đạo phân tử: trục phân tử đường thẳng vng góc với hướng quan sát xích đạo vịng quanh trục Ví dụ: Trong phân tử SF4, cặp điện tử tự nằm vị trí đầu trục nguyên tử flo nằm mặt phẳng xích đạo (như hình vẽ bảng mơ hinh VSEPR) Cơng thức kinh nghiệm Gillespie dự đốn dạng lai hóa nguyên tử trung tâm dạng hình học phân tử: Tổng số điện tử hóa trị n=X+E=X+ - Số phối tử Với: n số orbital lai hóa X số nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm (phối tử) E số cặp điện tử tự Ngoại trừ: nhân cho số phối tử hidro Theo ta dự đốn gần xác dạng hình học phân tử biết dạng lai hóa số cặp điện tử tự Bảng dự đốn dạng phân bố hình học khơng gian VSPER dựa theo kết công thức Gillespie: Số orbital lai hóa Phân bố hình học khơng gian Thẳng Tam giác phẳng Tứ diện Lưỡng tháp tam giác Bát diện Số cặp điện tử tự Phân bố hình học phân tử Góc liên kết Ví dụ Thẳng 180 BeCl2, CO2, HCN,, HCN, C2H2, BeF2, NO2+ Tam giác 120 BF3, BCl3, C2H4, CO32-, NO3-, CH3+ Góc 119,5 O3, SO2 Tứ diện 109,5 Chóp tam giác 107 Góc 104,5 Lưỡng tháp tam giác 90/120 Tứ diện lệch 90/120 Hình T 90 Thẳng 180 Bát diện 90 Tháp vuông 90 Vuông phẳng 90 CH4 NH3, CH3H2O PCl5 SF4 ClF3 XeF2, I3SF6 BrF5 XeF4 - Trong phân tử phân cực + – phân tử nhận định lưỡng cực điện Ví dụ: + - H – Cl + Phân tử phân cực có momen momen biểu diễn vectơ theo hướng lưỡng cực điện từ dương sang âm – momen lưỡng cực vĩnh cửu μ trọng tâm điện tích phân tử khơng trùng lên nhau: + - H – Cl + Momen lưỡng cực vĩnh cửu đặc trưng cho tính phân cực phân tử Trong trường hợp tổng momentheo hướng chúng tự triệt tiêu lẫn Ví dụ: Trong phân tử CO2: Liên kết C – O có μ = 1,84D, momen cua liên kết ngược chiều nên chúng tự triệt tiêu ⇒momen phân tử μ = 0: phù hợp với thực nghiệm – phân tử CO2 không phân cực + Phân tử đặt điện trường có momen lưỡng cực cảm ứng Momen làm biến dạng phân cực [1] Các hợp chất có momen lưỡng cực vĩnh cửu chịu tác dụng momen lưỡng cực cảm ứng momen lưỡng cực vĩnh cửu [1] Tức phân tử vừa bị biến dạng phân cực phân cực hóa định hướng – tính định hướng phân tử theo hướng điện trường ngồi.[1] + Phân cực hóa cảm ứng khơng phụ thuộc nhiệt độ phân cực hóa định hướng phụ thuộc nhiệt độ, tỉ lệ nghịch với nhiệt độ + Ngồi momen lưỡng cực phân tử μ, phân tử cịn có momen từ vĩnh cửu μ m ln ln tồn phân tử có điện tử độc thân gốc tự Momen từ phân tử giá trị momen spin xác định + Phân tử đặt từ trường hình thành monen từ cảm ứng phân tử biểu qua độ cảm từ χ - Từ tượng cảm ứng từ, ta có định nghĩa ngắn chất nghịch từ chất thuận từ: + Chất nghịch từ chất mà phân tử khơng cịn điện tử độc thân Ví dụ: Nito chất nghịch từ phân tử khơng có điện tử độc thân: (KK) (σ2s)2(σ*2s)2(πx)2(πy)2(σz)2 + Chất thuận từ chất mà phân tử điện tử độc thân Ví dụ: Oxi chất thuận tử: (KK)(σ 2s)2(σ*2s)2(πx)2(πy)2(σz)2(π*x)1(π*y)1- phân tử có điện tử độc thân orbital π*x π*y 2.1.2 Phương pháp liên kết hóa trị - Valence Bond (VB) [1][3]: Phương pháp VB phát triển sở phương pháp Heitler – London phân tử H2 năm 1927 - Cấu tạo điện tử nguyên tử phân tử thừa nhận tồn trạng thái đơn điện tử nguyên tử với điện tử phân bố sở nguyên lý Pauli.[1] - Trong phương pháp VB, người ta đề cập đến trao đổi điện tử nguyên tử phân tử, ghép đôi điện tử thiết lập hàm sóng tồn phần phân tử dựa ghép đôi điện tử mà trạng thái nguyên tử chúng điện tử độc thân.[1] - Trong phương pháp VB, ta gọi hàm đơn phần thu từ cấu hình điện tử cấu tạo hóa trị Cấu tạo hóa trị biểu diễn cơng thức vạch hóa trị - biểu thị cho cặp điện tử đối song (spin ngược nhau).[1] - Cấu tạo hóa trị chứa tích orbital thuộc hai nguyên tử khác (a, b) gọi cấu tạo đồng cực; cấu tạo mà hai cặp điện tử thừa nhận nguyên tử a lcấu tạo đồng cực; cấu tạo mà hai cặp điện tử thừa nhận nguyên tử a nguyên tử b gọi cấu tạo ion.[1] - Theo phương pháp VB, hóa trị nguyên tố số điện tử độc thân có ngun tử; nhiều trường hợp: cấu hình điện tử biến đổi hình thành liên kết, hóa trị kích thích ngun tử quy định Trạng thái gọi trạng thái hóa trị[1][3] - Nguyên lý xen phủ cực đại: liên kết phân bố theo phương hướng để mức độ xen phủ các orbital liên kết có giá trị lớn Và phân tử nhiều nguyên tử (n>2), góc liên kết có giá trị xác định, đặc tính gọi tính định hướng hóa trị[1] - Sự lai hóa orbital khn khổ phương pháp VB[1]: + Các orbital lai hóa mơ tả trạng thái hóa trị ngun tử + Các liên kết hình thành orbital lai hóa bền vững liên kết orbital + Trạng thái lai hóa trạng thái suy biến, xuất mức lượng orbital nguyên tử xấp xỉ Số orbital lai hóa số orbital tham gia lai hóa - Điều kiện lai hóa AO cần điều kiện[1]: + Năng lượng orbital tham gia lai hóa phải xấp xỉ + Mật độ điện tử orbital đủ lớn ⇒ orbital có kích thước nhỏ + Độ xen phủ orbital lai hóa với orbital nguyên tử khác liên kết phải đủ lớn để tạo liên kết bền - Các liên kết sigma ϭ, liên kết pi π, liên kết delta δ[1]: + Liên kết ϭ liên kết mà đám mây điện tử đối xứng quay quanh trục liên kết, có mật độ cực đại đường nối hạt nhân + Liên kết π liên kết mà đám mây điện tử có mặt phẳng đối xứng qua trục liên kết Liên kết π tạo orbital p d (hình hoa cánh) orbital d + Liên kết δ liên kết mà đám mây điện tử có mặt phẳng đối xứng thẳng góc với qua trục liên kết, thường có phức chất kim loại chuyển tiếp hay hợp chất nguyên tố chu kì Tạo xen phủ orbital d hình hoa cánh d - Theo thuyết VB: Để hình thành liên kết đặc biệt liên kết cho nhận số phân tử CO, SO2, … phân tử đó, tồn lượng kích thích để tạo nên điện tử độc thân hay orbital trống để xen phủ orbital - Hiệu phương pháp VB: cho hình ảnh cụ thể phân tử, biện luận nhiều tính chất liên kết như: lượng, độ dài, momen … thơng qua việc khảo sát đồng thời tính chất điện tử - Hạn chế phương pháp VB: chưa giải phương pháp quan hệ liên kết phân tử thuận từ, giải thích q tình kích thích quang phổ, u cầu tính tốn q lớn, thiên tính chất cộng hóa trị, chưa giả thích liên kết cơng hóa trị số lẻ điện tử tạo thành 2.1.3 Phương pháp Orbital Phân tử - Molecular Orbital (MO) [1][3]: phương pháp phát triển Hund, Mulliken, Lenard – Jones trng khoảng 1927 – 1929 - Các MO xác định phương pháp gần LCAO (tổ hợp tuyến tính orbital nguyên tử - AO) qua việc sử dụng giới hạn số AO (AO – orbital nguyên tử) nhằm phản ánh tính đối xứng hay khơng phân tử.[1] - Các AO tương tác với tạo MO orbital có lượng xấp xỉ nhau, mức độ xen phủ rõ rệt tính đối xứng giống trục liên kết Hiệu ứng liên kết phản liên kết mạnh thu AO tham gia tổ hợp có lượng xấp xỉ hay nhau.[1] - Theo phương pháp MO: hình thành liên kết hình thành nhờ chuyển điện tử từ AO nguyên tử tương tác MO thuộc toàn phân tử có giới hạn xét riêng điện tử hóa trị [1] Mỗi MO có tối đa điện tử có spin ngược xếp theo mức lượng lớn dần - Khi cung cấp lượng, điện tử chuyển từ MO có đủ điện tử lên MO trống với mức lượng cao ⇒ phân tử trạng thái kích thích Ví dụ: Cấu hình điện tử phân tử N2 trạng thái: + Cơ bản: (σ2s)2 (σ*2s)2 (πx)2 (πy)2 (σz)2 + Kích thích xạ: (σ2s)2 (σ*2s)2 (πx)2 (πy)1 (σz)1 (π*y)1 (π*z)1 trường hợp tương tự khác σ*z π*x π*y σz πx πy - Nếu lượng cung cấp đủ lớn, điện tử phân tử giải phóng khỏi phân tử - ion hóa phân tử.[1] - Các MO liên kết hay phản liên kết (do dấu chúng quy định) hình thành xen phủ AO nhờ tính đối xứng nhau, gọi orbital ϭ, π, δ - Sự xen phủ orbital lớp bên nguyên tử nhỏ, đó, cần xét điện tử hóa trị phân bố chúng MO.[1] - Trong phân tử đồng hạch A2 (A – nguyên tố chu kì 2), cung cấp lượng đủ lớn, điện tử MO có điện tử chuyển lên MO trống, tạo trạng thái kích thích phân tử ion hóa phân tử.[1] * Giản đồ lượng phân tử đồng hạch A2 nguyên tố chu kì 2: 10 ⇒ - NF3: Phân tử NF3 có orbital lai hóa sp3 có cặp điện tử tự ⇒ - NH3: Phân tử NH3 có orbital lai hóa sp có cặp điện tử tự Vận dụng thuyết liên kết hóa học: - Phân tử NH3 tạo liên kết hidro liên phân tử, phân tử NF khơng ⇒ điểm sơi NH3 lớn điểm sơi NF3 - Tính bazơ theo Lewis NH3 NF3 tùy thuộc theo mật độ điện tử nguyên tử nito NH3 NF3 NH3 bazơ Lewis NF3 bazơ Lewis vì: + Trong phân tử NH3: độ âm điện nguyên tử nito lớn độ âm điện nguyên tử hidro, làm lệch cặp điện tử liên kết nguyên tử nito ⇒ mật độ điện tử nguyên tử nito lớn + Trong phân tử NF3: độ âm điện nito nhỏ độ âm điện flo nên cặp điện tử liên kết lệch nguyên tử flo ⇒ mật độ điện tử nguyên tử nito thấp đại lượng tương ứng NH3 - Vì độ âm điện flo lớn nhiều so với độ âm điện hidro nên: + Momen lưỡng cực cặp điện tử tự ngược chiều với tổng momen lưỡng cực phân tử NH3 chiều + Momen lưỡng cực cặp điện tử tự ngược chiều với tổng momen lưỡng cực phân tử NF3 ngược chiều Phân bố hình học NH3 NF3 Bài 5: (Đề thi HSG Hóa Học 12 cấp tỉnh, 2010-2011 – Sở Giáo Dục Đào tạo Đồng Nai) Anion X2- có cấu hình electron giống cấu hình electron khí agon Nguyên tố X kết hợp với flo thành hợp chất XFn n có giá trị cực đại a Xác định nguyên tố X số n dựa vào cấu hình electron nguyên tố X b Cho biết phân tử XFn, nguyên tử X có kiểu lai hố gì? Viết cơng thức cấu tạo vẽ mơ hình phân tử XFn, biết góc liên kết phân tử 900 Nội dung giải: a Cấu hình điện tử lớp ngồi agon 3s 23p6, cấu hình lớp ngồi X2- ⇒X có cấu hình điện tử lớp 3s23p4 ⇒X lưu huỳnh Theo phương pháp liên kết hóa học VB, cấu hình điện tử lớp lưu huỳnh: - Ở trạng thái bản: 3s23p43d0 14 - Ở trạng thái kích thích: o 3s23p33d1 o 3s13p33d2 Do đó, ta xác định n số liên kết đơn, số điện tử hóa trị: n = 4, n = Theo yêu cầu đề, n = a) Vận dụng công thức kinh nghiệm Gillespie (theo phương pháp liên kết hóa học VB): Phân tử SF6 có kiểu lai hóa sp3d2 orbital lai hóa ⇒ nguyên tử lưu huỳnh có SF6 có cơng thức cấu tạo: Dựa theo bảng dự đốn dạng phân bố hình học VSEPR, phân tử SF có mơ hình phân tử: F F F S F F F Bài 6: (Đề thi HSG Hóa Học 12 cấp tỉnh, 2011-2012 – Sở Giáo Dục Đào tạo Đồng Nai) Cho nguyên tố A, B, D xác định sau: - Nguyên tử A electron gọi proton - Ion B2- có tổng điện tích âm -1,6.10-18 (C) - Tổng số hạt nguyên tử D 18 (ZD≤ND≤1,5ZD) a/ Tìm tên A, B, D b/ Xác định trạng thái lai hóa nguyên tố trung tâm phân tử DA 4, BA2, DB2 cho biết hình dạng phân tử Nội dung giải: a 15 - Nguyên tử A điện tử gọi proton ⇒ A nguyên tố hidro = -1,6.10-18 (C) ⇒nguyên tử B có - Ion B2- có ⇒ = -1,6.10-18 – 2.(-1,6.10-19) = ⇒ 1,28.10-18 (C) Tổng số điện tử nguyên tử B B nguyên tố oxi - Trong nguyên tử D: Ta có: 2Z + N = 18 mà ZD≤ND≤1,5ZD ⇒2Z + 1,5Z = 18 2Z + Z = 18 với N = 1,5Z N = Z Với N = 1,5Z, ta có Z = 5,14 Với N = Z, ta có Z = Do Z ∈ N* ⇒ ta chọn Z = ⇒ D nguyên tố cacbon b Từ a) ⇒ DA4, BA2 DB2 CH4, H2O CO2 Vận dụng công thức Gillespie để dự đốn dạng lai hóa hình học phân tử: - Phân tử CH4 có orbital lai hóa sp3 xung quanh nguyên tử trung tâm – cacbon ⇒ Phân tử CH4 có phân phối hình học dạng tứ diện với góc liên kết 109,50 - Phân tử H2O có orbital lai hóa sp3 cặp điện tử tự xung quanh nguyên tử trung tâm – oxi ⇒ Phân tử H2O có phân phối hình học dạng góc với góc liên kết 104,50 - Phân tử CO2 có orbital lai hóa cặp điện tử tự xung quanh nguyên tử trung tâm – cacbon ⇒ Phân tử CO2 có phân phối hình học dạng đường thẳng 16 Bài 7: (Đề thi HSG Hóa Học 12 cấp tỉnh, 2006-2007 – Sở Giáo Dục Đào tạo Đồng Nai) Cho chất: CO2, C2H5OH, CH4, NH3 Hãy xếp chất theo thứ tự từ trái sang phải có độ tan tăng dần nước, CCl dung dịch NaOH.Giải thích (ngắn gọn) chúng có độ tan tăng dần Cho biết góc liên kết phân tử sau: HCH = 109,5 , OCO = 1800 , CCH = 109,50, COH = 109,50 , HNH = 1070, HOH = 104,50 , ClCCl= 109,50 Nội dung giải: Vận dụng công thức Gillespie bảng VSEPR phương pháp liên kết hóa học: - Phân tử CH4 có orbital lai hóa sp3 đạt cấu hình hình học bền, góc liên kết HCH = 109,50 Phân tử khơng phân cực với liên kết đơn, bền σ - Phân tử CO2 có orbital lai hóa sp có cấu hình hình học thẳng với góc liên kết OCO = 180 Phân tử không phân cực có liên kết yếu π phân tử - Phân tử NH3 có orbital lai hóa sp3 cặp điện tử tự Phân tử phân cực có xu hướng liên kết cặp điện tử tự với tiểu phân khác loại - Phân tử C2H5OH phân cực có dạng phân cực có dạng lai hóa gần giống H 2O, có cầu liên kết hidro với nhóm –OH Do H2O, CCl4 NaOH dung dịch: phân cực, không phân cực phân cực mạnh nên thứ tự độ tan CO2, C2H5OH, CH4, NH3 là: - Trong H2O: CH4< CO2< NH3< C2H5OH Do liên kết π CO H + nước; nhóm hydroxyl C2H5OH tạo liên kết hidro với oxi nước tốt so với việc nhận H + cặp điện tử tự NH3 - Trong CCl4: NH3< C2H5OH < CO2< CH4 Do C2H5OH có gốc CH3- khơng phân cực nên tan tốt NH3 - Trong NaOH: CH4< NH3< CO2< C2H5OH Do C2H5OH tạo liên kết hidro, ảnh hưởng cân NH + H2O ⇌ + NH4 + OH- 2.2.2 Một số tập đề thi Olympic Hóa học 30/4 Bài 1: (Đề thi đề nghị Olympic XVIII, 2012 - Trường THPT chuyên Bến Tre, Bến Tre) Hãy giải thích: a CO N2 có tính chất vật lí gần giống lại có tính chất hóa học khác nhau? b SiCl4 lại dễ bị thủy phân CCl4 lại khơng bị thủy phân? c Vì O3 hoạt động hóa học O2? d Phân tử CO2 chất khí, cịn SiO2 phân tử khổng lồ? Nội dung giải: 17 a Vận dụng phương pháp MO, ta nhận thấy CO N có cấu hình phân bố điện tử lớp ngồi cùng: (σ2s)2(σ*2s)2(πx)2(πy)2(σz)2 Do đó, CO N2 gần giống tính chất vật lý vì: - Đều tạo liên kết - Phân bố điện tử orbital liên kết phản liên kết giống - Mức lượng orbital xấp xỉ Vận dụng phương pháp VB để giải thích khác hóa tính CO N2: - Trong phân tử N2: ngun tử N có cấu hình điện tử bán bão hòa tồn điện tử độc thân AO 2p ⇒ mật độ xen phủ điện tử hai nguyên tử lớn ⇒ lượng kích thích để chuyển trạng thái lớn ⇒ lượng họa hóa lớn ⇒ khó phá vỡ cấu trúc phân tử để tạo liên kết với nguyên tử nguyên tố khác - Trong phân tử CO: có liên kết cho nhận, mật độ xen phủ đạt giá trị không cao phân tử N2, phân tử phân cực yếu (momen lưỡng cực nhỏ) ⇒ liên kết cho nhận dễ bị thay liên kết δ tạo phức tham gia phản ứng hóa học * Mặt khác, xét riêng phân tử CO theo phương pháp liên kết hóa học VB: - Ở trạng thái bản, ngun tử oxi có cấu hình điện tử 1s 22s22p4 ngun tử cacbon có cấu hình điện tử 1s22s22p2 Nhưng nguyên tử cacbon có orbital 2p trống Oxi Cacbon - Khi trạng thái kích thích, điện tử orbital 2p oxi chuyển qua orbital 2p trống ngun tử cacbon Cấu hình điện tử kích thích oxi 1s 22s22p3 cacbon 1s22s22p3 - Để đạt cấu hình bền nguyên tử, nguyên tử tham gia liên kết cộng hóa trị tạo liên kết ba phân tử, có liên kết cho - nhận từ oxi với cacbon b CCl4 không bị thủy phân SiCl4 bị thủy phân vì: - Ở trạng thái bản: nguyên tử cacbon có cấu hình điện tử 1s22s22p2 ngun tử silic có cấu hình điện tử 1s22s22p63s23p23d0 Cacbon Silic - Ở trạng thái kích thích: ngun tử cacbon có cấu hình điện tử 1s22s12p3 silic có cấu hình điện tử 1s22s22p63s13p33d0 18 Cacbon* Silic* - Do phân tử CCl4, nguyên tử cacbon đủ điện tử nên có tính trơ trung hịa Trong phân tử SiCl4, ngun tử Si cịn AO 3d 0, nguyên tử Si điền thêm điện tử vào AO ⇒ thể tính axit hòa vào nước bị nước thủy phân: SiCl4 + 3H2O → H2SiO3 + 4HCl c O3 hoạt động hóa học mạnh O2 vì: - Trong phân tử oxi, ngun tử đạt cấu hình bền góp chung điện tử độc thân tạo cặp điện tử đầy đủ Độ phân cực làm cho cấu trúc bền, khó phá vỡ - Trong phân tử O3: có nguyên tử oxi liên kết liên kết ϭ bền liên kết π không định chỗ bền ⇒cấu trúc không ổn định, phân tử phân cực ⇒khi cung cấp lượng đủ lớn, liên kết π bị đứt để tạo oxi nguyên tử hoạt động mạnh d Phân tử CO2 chất khí SiO2 phân tử khổng lồ theo phương pháp liên kết hóa học: - So sánh nguyên tố cacbon silic: độ âm điện cacbon cao silic điện tích hạt nhân silic lớn ⇒ bán kính nguyên tử cacbon nhỏ Mặt khác, nguyên tử nguyên tố Si có khối lượng lớn khối lượng nguyên tử nguyên tố C - Trong phân tử CO2: nguyên tử C có điện tích hạt nhân bán kính nhỏ, dễ tạo liên kết đơi p - p bền có cấu trúc thẳng - Trong phân tử SiO2: nguyên tử Si có điện tích hạt nhân bán kính lớn, đồng thời lực đẩy mạnh từ lớp điện tử phía tác dụng lên điện tử liên kết ⇒ tương tự CO2, SiO2 có liên kết π liên kết đôi, song liên kết bền liên kết loại CO2 ⇒SiO2 có xu hướng kết hợp thêm oxi tạo polime (SiO 4)n liên kết đơn Bài 2: (Đề thi đề nghị Olympic XVIII, 2012 - Trường THPT Nguyễn Thượng Hiền, TP Hồ Chí Minh) Năng lượng cần thiết để tách điện tử ngồi khỏi ngun tử trạng thái khí (hơi) gọi lượng thứ nguyên tử (I 1) Người ta đo gía trị I1 số nguyên tố thuộc chu kì ngắn bảng tuần hồn sau: Ngun tố E F G H I J K L Điện tích Z Z+1 Z+2 Z+3 Z+4 Z+5 Z+6 Z+7 hạt nhân I1 (kJ/mol) 1402 1314 1680 2080 495 (E, F, G khơng kí hiệu hóa học ngun tố) a Ngun tố thuộc nhóm khí (khí trơ)? b ngun tố có chu kì hay không? 19 738 518 786 c Nguyên tố thuộc nhóm kim loại kiềm, nguyên tố thuộc nhóm halogen? d Tại nguyên tố J có I1 ao nguyên tố I K trước sau nó? e Dự đốn xem đơn chất L có nhiệt độ nóng chảy cao hay thấp, sao? Nội dung giải: a H ngun tố nhóm khí trơ, vì: I1 lớn 2080 kJ/mol Do đó, cấu hình điện tử lớp ngồi H ns2np6 b Vì: ZI - ZH = ⇒ I H không chu kì (H nguyên tố cuối chu kì - khí trơ) ⇒ ngun tố khơng chu kì c I nguyên tố kim loại kiềm G nguyên tố halogen (dựa vào Z tương quan với H) d Dựa vào tương quan với H, ta xác định J thuộc nhóm nguyên tố IIA ⇒J có cấu hình điện tử bão hịa ns2, lượng ion hóa lớn lượng ion hóa của: I có cấu hình điện tử bán bão hịa ns lượng ion hóa K - cấu hình điện tử ns2np1 với mức lượng phân lớp p cao phân lớp s e Dự đốn: L có nhiệt độ sơi cao Giải thích theo phương pháp liên kết hóa học: L nguyên tố nhóm IVA có cấu hình điện tử trung gian ns 2np2 ⇒số điện tử hóa trị cực đại số orbital hóa trị ⇒ tổng lượng ion hóa lớn (theo phương pháp VB) ⇒ lượng để phá vỡ cấu trúc bền lớn Bài 3: (Đề thi đề nghị Olympic XVIII, 2012 - Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm, Vĩnh Long) a Tại phân tử H 2O, NH3 góc liên kết ∠ HOH (104,50) ∠ NHN (107,50) lại nhỏ góc tứ diện (109028’)? b Xét hai phân tử H2O H2S, góc ∠ HSH (92015’) lại nhỏ góc ∠ HOH (104028’)? c Xét hai phân tử H2O F2O, góc ∠ FOF (103015’) lại nhỏ góc ∠ HOH (104,50)? Nội dung giải: a Vận dụng công thức Gillespie cho phân tử H2O phân tử NH3: H2O: ⇒ phân tử H2O có orbital lai hóa sp3 với cặp điện tử tự ⇒ NH3: phân tử NH3 có orbital lai hóa sp3 với cặp điện tự tự Theo phương pháp liên kết hóa học: tồn cặp điện tử không liên kết làm xuất lực tương tác làm thay đổi giá trị góc liên kết với xu hướng nhỏ góc liên kết tứ diện lý tưởng - 109028’ b Xét phân tử H2O H2S: - Độ âm điện µ oxi µ O lớn µS ⇒momen lưỡng cực liên kết O - H lớn momen lưỡng cực liên kết S - H ⇒ tương tác đẩy cặp điên tử liên kết phân tử H2O lớn tương tác vị trí phân tử H2S Do đó, góc liên kết ∠ HSH lại nhỏ góc liên kết ∠ HOH 20 c Xét phân tử H2O F2O theo phương pháp liên kết hóa học: - Phân tử F2O: o Flo âm điện oxi ⇒ cặp điện tử liên kết lệch phía nguyên tử flo, liên kết dài ra, momen lưỡng cực phân tử hướng nguyên tử flo o Bán kính nguyên tử flo nhỏ oxi ⇒ khoảng cách tương tác nguyên tử flo nhỏ - Phân tử H2O: o Oxi âm điện hidro ⇒ cặp điện tử liên kết lệch phía nguyên tử oxi, liên kết ngắn lại, momen lưỡng cực phân tử hướng nguyên tử oxi o Bán kính nguyên tử hidro lớn ⇒ khoảng cách tương tác nguyên tử hidro lớn Bài 4: (Đề thi đề thức Olympic XVIII, 2012 - Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn, Bà Rịa – Vũng Tàu) a Các phân tử AX4 có dạng hình học nào? Cho ví dụ cụ thể dạng hình học b Các kết thực nghiệm cho thấy liên kết Cl – F phân tử ClF có độ dài khác nhau: 169,8pm 159,8pm Hãy giải thích liên kết phân tử ClF ứng với độ dài nào, giải thích Nội dung giải: Tổng số điện tử hóa a Theo cơng thức kinh nghiệm Gillespie: n = X + E = X + trị - Số phối2tử Ngoại trừ: nhân số phối tử hidro Kết hợp với VSEPR, ta xác định phân tử AX4 có dạng cụ thể như: - AX4 có dạng hình tứ diện CH4, SO42- - AX4E có dạng hình tứ diện biến dạng SF4, SeF4 - AX4E2 có dạng hình vng phẳng XeF4, ICl4- Với E số cặp điện tử tự (A: nguyên tử trung tâm) b Áp dụng đáp án câu a): ⇒ Phân tử ClF3 có orbital lai hóa sp3d với cặp điện tử tự phân tử ClF3 có dạng phân tử AX3E2 Nhận định: - Trong phân tử ClF3 có vị trí liên kết trục phân tử liên kết xích đạo phân tử - cặp điện tử nằm xích đạo phân tử Do liên kết xích đạo xa cặp điện tử tự liên kết trục phân tử nên, tương tác cặp điện tử liên kết tự vị trí xích đạo yếu trục, độ dài liên kết xích đạo phân tử ngắn liên kết trục phân tử: liên kết trục dài 168,9 pm liên kết xích đạo dài 159,8 pm Bài 5: (Đề thi đề nghị Olympic XVIII, 2012 - Trường THPT chuyên Hùng Vương, Gia Lai) Giải thích F2 chuyển thành F2+ độ bền liên kết tăng, cịn N chuyển thành N2+ độ bền liên kết giảm xuống 21 Nội dung giải: Vận dụng cơng thức tính độ bội liên kết để đánh giá độ bền liên kết: Theo phương pháp MO, trạng thái bản: - Phân tử F2 có cấu hình điện tử lớp ngồi cùng: (ϭ 2S)2 (ϭ*2S)2 (ϭZ)2 (πX)2 (πY)2 (π*X)2 (π*Y)2 Số liên kết - Cấu hình điện tử lớp ngồi ion F 2+ là: : (ϭ2S)2 (ϭ*2S)2 (ϭZ)2 (πX)2 (πY)2 (π*X)2 (π*Y)1 Số liên kết 1,5 - Phân tử N2 có cấu hình điện tử lớp cùng: (ϭ 2S)2 (ϭ*2S)2 (πX)2 (πY)2 (ϭZ)2 Số liên kết - Cấu hình điện tử lớp ngồi ion N 2+ là: (ϭ2S)2 (ϭ*2S)2 (πX)2 (πY)2 (ϭZ)2 Số liên kết 2,5 Vậy, F2 chuyển thành F2+ độ số liên kết tăng ứng với độ bền liên kết tăng; N2 chuyển thành N2+ số liên kết giảm ứng với độ bền liên kết giảm Bài 6: (Đề thi đề nghị Olympic XVIII, 2012 - Trường THPT Phan Châu Trinh, Đà Nẵng) Xét phân tử BF3, NF3, IF3 Hãy - Viết công thức electron Lewis chất - Dựa vào thuyết lai hóa obitan nguyên tử cho biết trạng thái lai hóa nguyên tử trung tâm dạng hình học phân tử Xác định xem phân tử phân cực không phân cực Giải thích kết chọn Nội dung giải: - Công thức electron Lewis BF3, NF3, IF3 là: F N B F F F F F - Dựa theo thuyết lai hóa AO phương pháp VB: o Trong phân tử BF3: nguyên tử bo trạng thái lai hóa sp2, có dạng hình tam giác phẳng, góc liên kết o Trong phân tử NF3: nguyên tử nito trạng thái lai hóa sp 3, có dạng tháp tam giác, góc liên kết o Trong phân tử IF3: nguyên tử Iôt trạng thái lai hóa sp3d, có dạng hình chữ T Bài 7: (Đề thi đề nghị Olympic 30/4 XVIII, 2012 - Trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm, Vĩnh Long) Hợp chất A có công thức XYy; thành phần phần trăm khối lượng Y 60% Nguyên tử X, nguyên tử Y có số proton số nơtron Tổng số proton phân tử A 40 Biết Y thuộc chu kì bảng tuần hồn ngun tố hóa học 22 a Theo thuyết MO, viết cấu hình electron tiểu phân Y 2, Y2+, Y2-, y22-; Cho biết từ tính tiểu phân trên; tính độ bội liên kết xếp tiểu phân theo thứ tự tăng dần độ dài liên kết nguyên tử Y b X, Y tạo thành với hợp chất A, B Cho biết dạng hình học phân tử hai hợp chất đó; so sánh góc YXY phân tử đó, giải thích Nội dung giải: ⇒ Ta có: Thành phần phần trăm Y XYy 60% Tổng số proton A 40 ⇒ Z X + yZY =40 ** yZ Y Z X +2 yZ Y =60 % * Từ * ** ⇒ ta có hệ phương trình ẩn ZX yZY Giải hệ ta được: ZX = 16 ⇒X lưu huỳnh yZY = 24 Do Y thuộc chu kì ⇒ 3≤ Z ≤ 10 Chọn y = nhận ZY = (thỏa điều kiện) ⇒ Y oxi a Theo thuyết MO, tiểu phân O2, O2+, O2-, O22- có cấu hình điện tử lớp ngồi sau: - O2: (σ2S)2 (σ*2S)2 (σZ)2 (πX)2 (πY)2 (π*X)1 (π*Y)1 - O2+: (σ2S)2 (σ*2S)2 (σZ)2 (πX)2 (πY)2 (π*X)1 - O2-: (σ2S)2 (σ*2S)2 (σZ)2 (πX)2 (πY)2 (π*X)2 (π*Y)1 - O22-: (σ2S)2 (σ*2S)2 (σZ)2 (πX)2 (πY)2 (π*X)2 (π*Y)2 Các tiểu phân O2, O2+, O2- có tính thuận từ, phân tử điện tử độc thân orbital: π*X, π*Y Tiểu phân O22- có tính nghịch từ, phân tử khơng có điện tử độc thân Độ bội liên kết tiểu phân O 2, O2+, O2-, O22- tính sau theo khái niệm số liên kết phương pháp MO: : - O2: α = - O2+: α = 2,5 - O2-: α = 1,5 - O22-: α = Vì có số lượng điện tử tăng dần từ O đến O22- ⇒ tương tác đẩy điện tử liên kết tăng dần, làm cho độ dài liên kết hai nguyên tử oxi tiểu phân tăng dần từ O2 đến O22-: O2+< O2< O2-< O22- b Vận dụng cơng thức Gillepie để dự đốn trạng thái lai hóa cho SO2 SO3: - SO2 có orbital lai hóa sp2 có cặp điện tử tự do, phân bố hình học dạng góc – góc liên kết 119,50 - SO3 có – góc liên kết 1200 Giải thích: - Trong phân tử SO2: orbital lai hóa phân bố hình học dạng tam giác phẳng 23 o nguyên tử oxi kích thích để tạo orbital trống tạo liên kết cho nhận S → O, liên kết khơng định chỗ (có thể xảy cho nguyên tử oxi bất kì) o Ngun tử lưu huỳnh có dạng lai hóa sp2 với cặp điện tử không liên kết đẩy mạnh cặp điện tử liên kết o Liên kết cho nhận πp - d cặp điện tử độc thân nguyên tử oxi đến orbital d trống nguyên tử lưu huỳnh, thêm phần làm ngắn liên kết S - O  Do đó, tương tác cặp điện tử tự liên kết làm thay đổi giá trị lý tưởng 1200 góc liên kết OSO phân tử SO2: 119,50 Trong phân tử SO3: o Cũng có hình thành liên kết πp - d nguyên tử oxi lưu huỳnh o Nguyên tử lưu huỳnh có dạng lai hóa sp khơng có điện tử độc thân phân tử orbital lai hóa liên kết σ với ngun tử oxi, orbital p cịn lại khơng lai hóa lưu huỳnh có điện tử độc thân liên kết với orbital p có điện tử độc thân nguyên tử oxi  Do đó, tương tác nội phân tử SO khơng đáng kể làm cho góc liên kết đạt giá trị lý tưởng 1200 góc liên kết OSO phân tử SO3 Bài 8: (Đề thi đề nghị Olympic 30/4 XVIII, 2012 – THPT chuyên Hùng Vương, Gia Lai) Viết cấu hình electron phân tử CO NO theo phương pháp MO Ở nhiệt độ thấp phân tử NO đime hóa tạo thành chất rắn màu xanh, khơng bền Viết phương trình phản ứng vẽ cơng thức cấu tạo sản phẩm đime hóa trên? Phân tử CO thực phản ứng đime hóa khơng? Vì sao? Nội dung giải: - Theo phương pháp MO, ta có cấu hình điện tử của: o CO: (KK) (σ2S)2 (σ*2S)2 (πx)2 (πy)2 (σz)2 o NO: (KK) (σ2S)2 (σ*2S)2 (πx)2 (πy)2 (σz)2 (π*x)1 - Khả đime hóa của: o CO: Khơng thể tạo liên kết, phân tử khơng có orbital đơn điện tử, lượng ion hóa phân tử lớn o NO: Orbital phản liên kết đơn điện tử lượng cao chưa bền nên kết hợp thêm điện tử điều kiện thích hợp Phương trình phản ứng cơng thức cấu tạo N2O2: N2O2 Bài 9: (Kì thi Olympic 30/4 XV, 2009 - THPT chuyên Lê Hồng Phong, TP Hồ Chí Minh) Trong số cacboyl halogenua COX 2, người ta điều chế chất: cacbonyl florua COF2, cbonyl clorua COCl2, cacbonyl bromua COBr2 a Vì khơng có hợp chất cacbonyl iodua COI2? 24 b So sánh góc liên kết phân tử cacbonyl halogenua biết Nội dung giải: a Phân tử COX2 có chất liên kết ion Độ âm điện halogen giảm dần từ flo đến iod (trong không xét đến atatin) làm giảm độ phân cực hóa nội ion dẫn đến làm suy yếu liên kết hợp chất ion COX2 Mặt khác: - Đối với cacbonyl halogenua trước iod: bán kính nguyên tử nguyên tử halogen nhỏ tăng dần từ flo đến brom, tương tác đẩy điện tử tăng dần ⇒ độ bền liên kết bền giảm dần theo độ âm điện - Đối với cacbonyl iodua: bán kính nguyên tử iod phân tử lớn, tương tác phân tử lớn làm cho liên kết dài ⇒ liên kết yếu dễ bị phá vỡ Từ yếu tố cấu thành trên, ta nhận định tổng quan: độ âm điện iod nhỏ không đủ để làm bền liên kết nên không tồn hợp chất cacbonyl iodua COI (cũng cacbonyl atatinua COAt2) b Trong phân tử COX2: nguyên tử cacbon thuộc dạng lai hóa sp khơng có điện tử tự Thành phần liên kết phân tử cacbonyl halogenua COX gồm: liên kết X - C, C = O Tương ứng có góc liên kết chính: góc XCX góc XCO X - Góc liên kết XCX: độ lớn góc giảm dần từ ∠ FCF đến ∠ BrCBr - Góc liên kết XCO: độ lớn góc giảm dần từ ∠ FCO đến ∠ BrCBr Nguyên nhân giảm dần độ âm điện nguyên tử halogen từ flo đến brom làm cho liên kết X - C tăng dần từ F - C đến Br - C dẫn đến: - Không gian tương tác nguyên tử halogen giảm dần - Không gian tương tác nguyên tử halogen oxi giảm dần Bài 10: (Đề thi đề nghị Olympic 30/4 XII, 2006 - THPT chuyên Lê Quý Đôn, Đà Nẵng) So sánh giải thích: a Nhiệt độ sôi photphin amoniac b Nhiệt độ sôi silan metan c Nhiệt độ nóng chảy silic đioxit cacbon đioxit Nội dung giải: a PH3 NH3: Nhiệt độ sôi PH3 -880C nhiệt độ sôi NH3 -33,40C ⇒ nhiệt độ sôi NH3 cao nhiệt độ sôi PH3 Xét theo phương pháp liên kết hóa học: 25 - Các liên kết P - H N - H liên kết cộng hóa trị: liên kết P - H không phân cực liên kết N - H phân cực mạnh - Phân tử PH3 không phân cực nên tương tác hút Val der Waals phân tử PH3 bé ⇒ lượng để phá vỡ tương tác Val der Waals nhỏ ⇒ nhiệt độ sôi thấp - Phân tử NH3 phân cực mạnh nên tương tác Val der Waals phân tử NH diễn mạnh ⇒ lượng phá vỡ liên kết Val der Waals cao lượng tương ứng PH3 ⇒nhiệt độ sôi cao Mặt khác xem phân tử PH gồm ion P- PH2+ dựa độ âm điện photpho: phân cực hóa ion nội ion PH 2+ có giá trị nhỏ ⇒ độ bền liên kết ion giảm ⇒ độ bền nhiệt hợp chất ion PH3 Tương tự cho phân tử NH3 gồm ion N- NH2+: phân cực hóa nội ion NH 2+ có giá trị lớn độ phân cực hóa nội ion PH 2+ (độ âm điện µN> µP) ⇒ độ bền liên kết ion tăng ⇒ nhiệt NH3 cao độ bền nhiệt PH3 b Silan có nhiều hợp chất khác có công thức phân tử tổng quát Si nH2n+2, trường hợp ta xét SiH4 - tạm gọi silan Nhiệt độ sôi CH4 SiH4 là: -1640C -1120C ⇒ nhiệt độ sôi CH4 thấp nhiệt độ sơi SiH4 xét theo phương pháp liên kết hóa học: - Liên kết Si - H liên kết cộng hóa trị phân cực mạnh, liên kết C - H liên kết cộng hóa trị khơng cực ⇒ lực hút Val der Waals phân tử SiH mạnh lực tương tự phân tử CH4 - Đồng thời, nguyên tử silic có khối lượng lớn khối lượng nguyên tử cacbon c Như so sánh SO SiO2 câu Bài 1: oxit silic chất rắn CO chất khí nên nhiệt độ nóng chảy SiO2 cao nhiệt độ nóng chảy CO2 thấp Bài 11: (Đề thi đề nghị Olympic 30/4 XII, 2006 - THPT thị xã Sa Đéc, Đồng Tháp) Trong số cấu trúc có sau đây: a) Của ICl4(-): b) Của TeCl4: c) Của ClF3: cấu trúc có khả tồn ưu tiên hơn? Vì sao? 26 Nội dung giải: a Của ICl4(-): Cấu trúc vng phẳng (a) có khả tồn ưu tiên Vì nguyên tử trung tâm iod có cặp điện tử khơng liên kết cặp điện tử cần không gian khu trú lớn Do đó, theo thừa nhận mơ hình VSEPR: cặp điện tử ưu tiên chiếm vị trí cách xa tối đa - vị trí đầu trục phân bố hình học ICl4(-) (như hình đề bài) b Của TeCl4: Cấu trúc tứ diện biến dạng (c) có khả ưu tiên Theo mơ hình VSEPR: cặp điện tử tự nguyên tử telu cần không gian khu trú lớn nên chiếm vị trí xích đạo phân bố hình học TeCl (như hình đề bài) c Của ClF3: Cấu trúc hình T (cấu trúc thứ nhất) có khả ưu tiên Khác với ICl4(-) có phối tử clo, phân tử ClF có phối tử flo lại có cặp điện tử tự cặp điện tử chiếm vị trí xích đạo phân phối hình học cách xa điện tử liên kết tối đa Bài 12 (Đề thi đề nghị Olympic 30/4 XII, 2006 - THPT thị xã Sa Đéc, Đồng Tháp) Tại nước đá nhẹ nước lỏng? (có vẽ hình minh họa) Nội dung giải: Nước đá 00C nhẹ nước lỏng theo phương pháp liên kết hóa học: - Ở nhiệt độ từ 00C trở xuống, phân tử nước tạo liên kết hidro với thành tinh thể nước đá: phân tử H2O liên kết với phân tử H 2O khác tạo nên kiến trúc tinh thể nước đá Liên kết phân tử H2O Kiến trúc tinh thể nước đá Độ dài liên kết O - H phân tử H 2O đơn lẻ 1,99 Å liên kết hidro H - O thêm vào nguyên tử oxi dài 1,76 Å từ nguyên tử hidro liên kết đến nguyên tử oxi phân tử nước tham gia liên kết Å ⇒ phân tử nước khơng xếp sít nhau, cấu trúc rỗng, xốp ⇒ nước đá nhẹ nước lỏng thể tích - Từ 00C trở lên, đặc biệt 0C, liên kết hidro bị đứt phần làm cho phân tử nước xếp lại gần ⇒ đạt giá trị khối lượng riêng lớn khối lượng riêng nước đá 27 PHẦN 3: KẾT LUẬN Thuyết cấu tạo hóa học thuyết hóa học kinh điển có khả giải mạnh mẽ vấn đề hóa học đặc điểm vật lí - hóa học chất Bằng phương pháp nghiên cứu phương pháp liên kết hóa học, phương pháp liên kết hóa trị - Valence Bond (VB), phương pháp orbital phân tử - Molecular Orbial (MO) mà việc định hướng giải vấn đề hóa học trở nên dễ dàng tương đối xác Phương pháp liên kết hóa học giúp giải vấn đề hóa học: khả hịa tan, tồn chất… thơng qua giải thích tương tác đại lượng vật lí độ âm điện, lượng ion hóa,… Phương pháp VB làm rõ chế hình thành liên kết hóa học, dạng lai hóa, phân bố hình học khơng gian chất dạng đơn chất - hợp chất, giải thích độ lớn góc liên kết, khả hóa trị, oxi hóa - khử chất,… Phương pháp MO giải thích tính chất từ chất tồn dạng phân tử, mức lượng khác phân tử, đánh giá mức độ ion hóa phân tử, giải thích số cặp chất gần giống tính chất vật lí khác tính chất hóa học CO N2,… Việc vận dụng thuyết cấu tạo hóa học để giải tập định tính mang tính khách quan phải phụ thuộc vào nhiều yếu tố xét gần sức đẩy cặp điện tử, momen lưỡng cực, mật độ điện tử Song, bên cạnh đó, việc giải trình bày tập nghiên cứu khơng xếp phân loại theo khuôn mẫu nhằm giúp học sinh - sinh viên có khả tư sáng tạo, linh động, có liên hệ với sở lí thuyết Các tập chọn mang nét đặc trưng vấn đề mà phương pháp nghiên cứu nói giải Qua điểm nêu trên, ta thấy: cách vận dụng khoa học thuyết cấu tạo hóa học hình thành cho học sinh - sinh viên giới quan khoa học tảng, giá trị lí thuyết có giá trị thực tiễn 28