Scđ hoa hoc 10 v18 10 3 2022

CAO CỰ GIÁC (Chủ biên) ĐẶNG THỊ THUẬN AN – NGUYỄN ĐÌNH ĐỘ NGUYỄN XUÂN HỒNG QUÂN – PHẠM NGỌC TUẤN CHUYÊN ĐỀ HỌC TẬP HOÁ HỌC 10 Hướng dẫn sử dụng sách Trong học gồm nội dung sau: MỞ ĐẦU Khởi động, đặt vấn đề, gợi mở tạo hứng thú vào học HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI Hoạt động hình thành kiến thức Thảo luận Tóm tắt kiến thức trọng tâm LUYỆN TẬP Củng cố kiến thức rèn luyện kĩ học VẬN DỤNG Vận dụng kiến thức kĩ học vào thực tiễn sống mở rộng Giới thiệu thêm kiến thức ứng dụng liên quan đến học, giúp em tự học nhà Các kí hiệu viết tắt sách Kí hiệu (s) (l) (g) (aq) Eb Ea SATP ∆H Tiếng Anh solid liquid gas aqueous bond energy activation energy standard ambient temperature and pressure enthalpy change standard enthalpy of formation at 298 K Tiếng Việt chất rắn chất lỏng chất khí (hơi) chất tan nước (dung dịch) lượng liên kết lượng hoạt hoá điều kiện chuẩn nhiệt độ áp suất biến thiên enthalpy enthalpy tạo thành chuẩn 298 K standard enthalpy change of reaction at 298 K biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng 298 K ∆S entropy change standard entropy change of reaction at 298 K biến thiên entropy biến thiên entropy chuẩn phản ứng 298 K standard free energy change of reaction at 298 K biến thiên lượng tự chuẩn phản ứng 298 K TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Hãy bảo quản, giữ gìn sách giáo khoa để dành tặng em học sinh lớp sau! LỜI NÓI ĐẦU Các em học sinh thân mến! Bên cạnh nội dung giáo dục cốt lõi, năm học, em yêu thích khoa học tự nhiên chọn học số chuyên đề học tập Mục tiêu chuyên đề bao gồm: Mở rộng, nâng cao kiến thức hoá học đáp ứng yêu cầu phân hoá sâu cấp Trung học phổ thông; Tăng cường rèn luyện kĩ thực hành, hoạt động trải nghiệm thực tế làm sở giúp học sinh hiểu rõ quy trình kĩ thuật, cơng nghệ thuộc ngành nghề liên quan đến hố học; Tìm hiểu sâu vai trị hố học đời sống thực tế, ngành nghề có liên quan đến hố học để em có sở định hướng nghề nghiệp sau này, có đủ lực để giải vấn đề có liên quan đến hố học tiếp tục tự học hoá học suốt đời Sách giáo khoa Chuyên đề học tập Hoá học 10 giới thiệu chuyên đề sau: Chuyên đề Cơ sở hoá học: Bao gồm kiến thức nâng cao liên kết hoá học, phản ứng hạt nhân, lượng hoạt hoá phản ứng hoá học, entropy biến thiên lượng tự Gibbs Những kiến thức giúp em hiểu sâu cấu tạo chất lí thuyết q trình hố học, ứng dụng hoá học thực tế Chuyên đề Hố học việc phịng chống cháy nổ: Dựa sở kiến thức hoá học, cung cấp cho em khái niệm phản ứng cháy nổ, việc phòng chống cháy nổ Chuyên đề Hố học cơng nghệ thơng tin: Giới thiệu ứng dụng công nghệ thông tin việc viết công thức, mô cấu trúc phân tử, thực thí nghiệm hố học ảo số tính toán liên quan đến học tập nghiên cứu hoá học Sách giáo khoa Chuyên đề học tập Hoá học 10 sách thuộc sách giáo khoa Chân trời sáng tạo Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Sách biên soạn theo định hướng phát triển phẩm chất lực người học, giúp em không ngừng sáng tạo trước giới tự nhiên rộng lớn, đồng thời tạo hội cho em vận dụng kiến thức vào sống ngày Các tác giả hi vọng sách giáo khoa Chuyên đề học tập Hoá học 10 người bạn đồng hành hữu ích em khám phá giới tự nhiên góc độ hố học, vận dụng kiến thức, kĩ hoá học vào thực tiễn định hướng nghề nghiệp cho tương lai CÁC TÁC GIẢ MỤC LỤC Hướng dẫn sử dụng sách Các kí hiệu viết tắt sách Lời nói đầu CHUYÊN ĐỀ 1: CƠ SỞ HOÁ HỌC Bài Liên kết hoá học Bài Phản ứng hạt nhân 13 Bài Năng lượng hoạt hoá phản ứng hoá học 22 Bài Entropy biến thiên lượng tự Gibbs 27 CHUYÊN ĐỀ 2: HOÁ HỌC TRONG VIỆC PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 33 Bài Sơ lược phản ứng cháy nổ 33 Bài Điểm chớp cháy, nhiệt độ tự bốc cháy nhiệt độ cháy 38 Bài Hoá học phản ứng cháy, nổ 44 CHUYÊN ĐỀ 3: THỰC HÀNH HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 48 Bài Vẽ cấu trúc phân tử 48 Bài Thực hành thí nghiệm hoá học ảo 54 Bài 10 Tính tham số cấu trúc lượng 63 Giải thích thuật ngữ 69 Chun đề sở hoá học BÀI Liên kết hoá học mục tiêu − Viết cơng thức Lewis, sử dụng mơ hình VSEPR để dự đốn hình học cho số phân tử đơn giản − Trình bày khái niệm lai hố AO (sp, sp2, sp3), vận dụng giải thích liên kết số phân tử Hình học phân tử (hình dạng phân tử) chất quan trọng việc xác định cách thức phân tử chất tương tác phản ứng với phân tử chất khác Hình học phân tử ảnh hưởng đến nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy chất Nhiều đặc tính chất giải thích từ liệu hình học phân tử Yếu tố quyết định hình học phân tử chất?  Phân tử nước có cấu trúc dạng góc CƠNG THỨC LEWIS Tìm hiểu cơng thức electron cơng thức theo Lewis Công thức Lewis nguyên tử nguyên tố hoá học biểu diễn electron hoá trị (minh hoạ dấu “•”) xung quanh kí hiệu ngun tử ngun tố hố học Ví dụ 1: , Công thức electron phân tử biểu diễn electron hoá trị riêng nguyên tử phân tử cặp electron chung phân tử Ví dụ 2: , Viết cơng thức Lewis nguyên tử oxygen nguyên tử magnesium Viết công thức electron phân tử methane (CH4) , Khi thay cặp electron chung gạch nối “–”, thu công thức Lewis (Bảng 1.1) Bảng 1.1 Công thức electron công thức Lewis số phân tử Công thức electron Công thức Lewis Công thức Lewis viết dựa cơng thức electron, cặp electron chung thay gạch nối “–” Tìm hiểu quy tắc viết cơng thức Lewis phân tử hay ion Bước 1: Tính tổng số electron hoá trị phân tử hay ion cần biểu diễn Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm vẽ sơ đồ khung biểu diễn liên kết nguyên tử trung tâm với nguyên tử xung quanh qua liên kết đơn Nguyên tử trung tâm thường nguyên tử có độ âm điện nhỏ (ngoại trừ số trường hợp Cl2O, Br2O, H2O, NH3, CH4, …) Bước 3: Hồn thiện octet cho ngun tử có độ âm điện lớn (trừ hydrogen) sơ đồ Khi dùng chlorine để khử trùng hồ bơi, chlorine phản ứng với urea nước tiểu mồ hôi người tắm, tạo hợp chất nitrogen trichloride (NCl3), gây nhiều tác động xấu đến sức khoẻ đỏ mắt, hen suyễn, … Viết công thức Lewis nitrogen trichloride Tính số electron hố trị chưa tham gia liên kết cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết Nếu electron hố trị cịn dư, đặt số electron hoá trị dư nguyên tử trung tâm Kiểm tra nguyên tử trung tâm đạt quy tắc octet chưa Hãy tính tổng số electron hố trị phân tử BF3 Nếu nguyên tử trung tâm chưa đạt quy tắc octet, chuyển sang Bước Bước 4: Chuyển cặp electron chưa liên kết nguyên tử xung quanh thành electron liên kết cho nguyên tử trung tâm thoả mãn quy tắc octet Ví dụ 3: Viết công thức Lewis phân tử CO2 Xác định nguyên tử trung tâm BF3 Lập sơ đồ khung phân tử BF3 Bước 1: Tổng số electron hoá trị phân tử CO2 là: + × = 16 Bước 2: Sơ đồ khung biểu diễn liên kết phân tử CO2: Bước 3: Số electron hoá trị chưa tham gia liên kết sơ đồ là: 16 − × = 12 Hồn thiện octet cho nguyên tử có độ âm điện lớn sơ đồ: Số electron hoá trị cịn lại: 12 − × = Ngun tử trung tâm C có electron hố trị, chưa đạt octet Thực Bước cho phân tử BF3 cho biết có cần tiếp tục Bước 4? Bước 4: Vì C chưa đạt octet, cần chuyển cặp electron nguyên tử oxygen thành cặp electron chung C O để C đạt octet Công thức Lewis phân tử CO2 thu là: Viết cơng thức Lewis phân tử CCl4 HÌNH HỌC MỘT SỐ PHÂN TỬ Tìm hiểu mơ hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion – Lực đẩy cặp electron hoá trị) Liên kết cộng hoá trị liên kết có tính định hướng khơng gian, làm phân tử có hình dạng định, đó là hình học phân tử Mơ hình VSEPR dựa vào đẩy cặp electron chung cặp electron riêng nguyên tử trung tâm công thức Lewis để dự đốn hình dạng phân tử ion Theo mơ hình VSEPR, phân tử có cơng thức VSEPR: AXnEm Trong đó: A ngun tử trung tâm X nguyên tử xung quanh (phối tử) n số nguyên tử X liên kết với nguyên tử A E cặp electron riêng ngun tử A(cũng electron hố trị riêng A, trường hợp NO2) m số cặp electron riêng nguyên tử A Giá trị (n + m) định hình học phân tử AXnEm Ví dụ 4: Với phân tử NH3, ta có: Theo công thức Lewis nước, phân tử nước có cặp electron chung cặp electron riêng nguyên tử trung tâm? Xác định giá trị n, m công thức VSEPR phân tử SO2 Cho biết công thức Lewis SO2 Viết công thức VSEPR H2O, NH3 SO2 Nội dung mơ hình VSEPR bao gồm: Hình học phân tử phụ thuộc vào tổng số cặp electron hoá trị nguyên tử trung tâm (n + m) Các cặp electron hoá trị phân bố xung quanh nguyên tử trung tâm cho lực đẩy chúng nhỏ Lực đẩy cặp electron chung (X) cặp electron riêng (E) giảm theo thứ tự: E–E>E–X>X–X Mơ tả hình học số phân tử Bảng 1.1 Mơ tả hình học số phân tử AXnEm Cơng thức AXnEm m=0 AX2 Dạng hình học phân tử tương ứng Nội dung Để giảm tối đa lực đẩy cặp electron chung, cặp electron phải chiếm khu vực điện tích âm cho lực đẩy chúng nhỏ nên phân tử có dạng đường thẳng, góc hố trị liên kết 180o (như BeCl2, BeH2, CO2, …) AX3 Để giảm tối đa lực đẩy cặp electron chung, cặp electron phải chiếm khu vực điện tích âm cho lực đẩy chúng nhỏ nên phân tử có dạng tam giác phẳng (ví dụ BF3, SO3, …) AX4 Để giảm tối đa lực đẩy cặp electron chung, cặp electron phải chiếm khu vực điện tích âm cho lực đẩy chúng nhỏ nên phân tử có dạng tứ diện (ví dụ CH4, …) Mơ hình phân tử AX2 Mơ hình phân tử AX3 Mơ hình phân tử AX4 m=1 AX2E1 AX3E1 m=2 AX2E2 Để giảm tối đa lực đẩy cặp electron hoá trị (gồm cặp electron chung cặp electron riêng), cặp electron phải chiếm khu vực điện tích âm cho lực đẩy chúng nhỏ Tuy nhiên cặp electron riêng đẩy mạnh làm góc liên kết giảm, nên nhỏ 120o (ví dụ SO2, …) Mơ hình phân tử AX2E1 Để giảm tối đa lực đẩy cặp electron hoá trị (gồm cặp electron chung cặp electron riêng), cặp electron phải chiếm khu vực điện tích âm cho lực đẩy chúng nhỏ Tuy nhiên cặp electron riêng đẩy mạnh làm góc liên kết giảm, nên nhỏ 109,5o (ví dụ NH3, …) Mơ hình phân tử AX3E1 Để giảm tối đa lực đẩy cặp electron hoá trị (gồm cặp electron chung cặp electron riêng), cặp electron phải chiếm khu vực điện tích âm cho lực đẩy chúng nhỏ Tuy nhiên cặp electron riêng đẩy mạnh làm góc liên kết giảm mạnh so với trường hợp AX3E1 tương ứng (ví dụ H2O, …) Mơ hình phân tử AX2E2 Hình học số phân tử phụ thuộc vào tổng số cặp electron hoá trị (liên kết chưa liên kết) nguyên tử trung tâm SỰ LAI HỐ ORBITAL NGUN TỬ Tìm hiểu khái niệm lai hoá orbital Trong phân tử methane, độ dài liên kết C−H nhau, góc liên kết HCH Đây kết tổ Sử dụng mơ hình VSEPR để dự đốn hình học phân tử CS2 hợp orbital 2s với orbital 2p nguyên tử carbon, tạo thành orbital có lượng nhau, có hình dạng, kích thước giống nhau, hướng đến đỉnh hình tứ diện đều Đó lai hoá orbital nguyên tử Bốn orbital lai hoá xen phủ với orbital s nguyên tử hydrogen tạo nên phân tử methane Vì góc liên kết HCH phân tử methane 90o? 109 pm 109,5o  Hình 1.1 Mơ hình mơ cấu trúc phân tử methane • Lai hố orbital tổ hợp orbital nguyên tử để tạo thành orbital có lượng nhau, hình dạng kích thước giống nhau, định hướng khác khơng gian • Điều kiện để orbital ngun tử (AO) lai hố với chúng có lượng gần • Số AO lai hoá tổng số AO tham gia lai hố 10 Em có nhận xét hình dạng, kích thước, lượng hướng orbital nguyên tử lai hố? Tìm hiểu số dạng lai hố a) Lai hoá sp Trong nguyên tử, AO ns tổ hợp với AO np tạo AO lai hố sp có góc liên kết 180o Lai hố sp cịn gọi lai hố đường thẳng 11 Nếu tổng số AO tham gia lai hoá tạo AO lai hoá? 180o Lai hoá + orbital s orbital p orbital lai hố sp  Hình 1.2 Sự hình thành orbital lai hố sp Ví dụ 5: Sự tạo thành phân tử beryllium chloride (BeCl2) Cấu hình electron Be: 1s22s2 AO 2s tổ hợp với AO 2p, tạo AO lai hoá sp 2p 2p 2p AO p khơng lai hố Tổ hợp ↑ sp ↑↓ 2s Các AO nguyên tử Be chưa lai hoá 2p 2p ↑ sp Các AO nguyên tử Be trạng thái lai hoá sp 12 Nguyên tử carbon phân tử CO2 trạng thái lai hố nào? Giải thích liên kết hố học tạo thành phân tử CO2 theo thuyết lai hoá AO lai hoá sp nguyên tử Be xen phủ với AO p nguyên tử Cl tạo thành liên kết σ hướng phía đường thẳng Góc liên kết 180o liên kết σ liên kết σ Be  Hình 1.3 Sự hình thành phân tử beryllium chloride (BeCl2) b) Lai hoá sp2 Trong nguyên tử, AO ns tổ hợp với AO np tạo AO lai hoá sp2 hướng đỉnh tam giác AO nằm mặt phẳng Góc tạo hai trục hai AO 120o Lai hoá sp2 cịn gọi lai hố tam giác Tam giác phẳng, góc 120o Lai hố + 13 Theo mơ hình VSEPR, phân tử formaldehyde có dạng tam giác phẳng Xác định trạng thái lai hoá nguyên tử trung tâm carbon Cho biết formaldehyde có cơng thức hình sau đây: H C orbital s orbital p orbital lai hố sp2  Hình 1.4 Sự hình thành orbital lai hố sp2 Ví dụ 6: Sự tạo thành phân tử boron trifluoride (BF3) Cấu hình electron B: 1s22s22p1 AO 2s tổ hợp với AO 2p tạo AO lai hoá sp2 10 O H  Cơng thức phân tử formaldehyde Kho hố chất, thiết bị dụng cụ: Kho hoá chất (Chemicals) bao gồm: kim loại, acid, base, oxide, halogen, sulfide, carbonate, nitrate, sulfate, muối chất khí Chúng ta chọn dạng chất khác cho phù hợp với thí nghiệm, phần mềm cho phép chọn: dạng bột (power), bột mịn (fine), mịn vừa (medium), thô (coarse), cục/ miếng (lups), dạng lỏng (liquid), dạng khí (gas) Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm (Equipment): bao gồm đầy đủ thiết bị, dụng cụ thí nghiệm hố học thơng dụng Dụng cụ thủy tinh (Glassware), thị (Indicators), …  Hình 9.6 Kho hoá chất (Chemicals) Thiết bị − dụng cụ (Equipment) 58 Các bước tiến hành thí nghiệm hố học ảo với thẻ “New” Ví dụ 3: Thực thí nghiệm mơ kim loại sắt tác dụng với dung dịch sulfuric acid loãng Bước 1: Nhấp chuột vào thẻ New, chọn Presentation → kéo hình làm việc, gõ tên thí nghiệm “Kim loại sắt tác dụng với sulfuric acid lỗng” Sau chọn (khay để hoá chất, dụng cụ) Bước 2: Lấy hoá chất − Chọn sắt: Nhấp chuột vào thẻ Chemicals → Metals → Powders & Liquids → Iron, kéo vào vùng làm thí nghiệm Nếu thí nghiệm nhiều hố chất dụng cụ nên cho vào khay − Chọn dung dịch sulfuric acid, Nhấn vào thẻ Chemicals → acids → sulfuric acid, thả sang hình vào khay − Nhấp vào thơng số nồng độ thể tích để điều chỉnh cho phù hợp với thí nghiệm Chọn nồng độ 0,5 M thể tích 25 cm3 Bước 3: Lấy dụng cụ − Chọn bình tam giác: Nhấp chuột vào thẻ Glassware → Standard → Erlenmayer flash − Chọn ống thu khí: Nhấp chuột vào thẻ Glassware → Measuring → Gas syringe − Chọn nút: Nhấp chuột vào thẻ Equipment → Stoppers → Large → One tube Đưa trỏ chuột vào ống thu khí, đầu ống xuất hình vng, nhấp vào kéo sang đầu hình vng nút, ống dẫn màu cam nối dụng cụ với Bước 4: Nhấp nút Play/Pause cơng cụ Cho sulfuric acid vào bình tam giác, chọn tiếp kim loại sắt kéo vào bình có acid Đậy nắp nối với syringe hình bên Sử dụng thẻ New để mơ thí nghiệm copper(II) oxide tác dụng với 10 mL dung dịch hydrochloric acid M Nêu tượng viết phương trình hố học phản ứng chất Bước 5: Nhấn nút Play/Pause công cụ để thí nghiệm bắt đầu diễn ra, quan sát tượng xảy Muốn phản ứng xảy nhanh hay chậm, nhấp chuột vào nút Simulation Speed 59 Một số menu  Hình 9.7 Mơ thí nghiệm “Kim loại sắt tác dụng với dung dịch sulfuric acid loãng” Bước 6: Quan sát – Giải thích thí nghiệm Sau chất phản ứng với nhau, nhấn chuột vào icon bên phải dụng cụ để biết thơng tin hình Phần mềm Yenka dễ sử dụng, cho phép mơ nhiều thí nghiệm chương trình hố học trung học phổ thơng Ngồi cịn thực chức năng: vẽ đồ thị, hiển thị chi tiết phản ứng, chuyển động ion, phân tử thí nghiệm, chèn văn bản, … giúp việc học tập hoá học thuận lợi THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM HOÁ HỌC ẢO BẰNG PHẦN MỀM PhET Phần mềm miễn phí cho phép chạy thí nghiệm ảo trực tiếp website đường dẫn: https://phet.colorado.edu/vi/ (bản tiếng Việt), chọn Hố học Thực hành thí nghiệm phần mềm PhET Ví dụ 4: Thực thí nghiệm mơ “Thang đo pH” Bước 1: Bấm vào hình tam giác xuất bảng mức độ thể khác nhau, chọn Vĩ mơ Bước 2: Sau hình hiển thị thí nghiệm, chọn dung dịch cần đo pH dịng cùng, ví dụ “Nước” 60  Hình 9.8 Giao diện thí nghiệm “Thang đo pH” Bước 3: Kéo dụng cụ đo pH (pH meter) vào dung dịch, quan sát ghi lại kết Bước 4: Thay đổi dung dịch cần đo, lặp lại cách đo, ghi kết đo Thực hành thí nghiệm “Dung dịch acid-base” phần mềm PhET a) Hiển thị dung dịch dạng phân tử đồ thị b) Thực thí nghiệm với dụng cụ khác cung cấp mô c) Ghi lại kết thí nghiệm d) Nhận xét giá trị pH dung dịch acid − base  Hình 9.9 Thí nghiệm “Thang đo pH” Bước 5: Đưa kết luận giá trị đo dung dịch, xếp theo thứ tự tăng dần giá trị pH Có thể hiển thị kết dạng vĩ mơ hay vi mơ  Hình 9.10 Cách hiển thị kết thí nghiệm dạng Vi mô 61 bài tập Sử dụng cửa sổ Open − local phần mềm Yenka nghiên cứu mưa acid (theo hình hướng dẫn sau) Rút kết luận từ kết thí nghiệm  Thí nghiệm nghiên cứu mưa acid Sử dụng thẻ Open – local phần mềm Yenka, thực thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ lên tốc độ phản ứng “Temperature and rate” Phân tích lí giải kết thí nghiệm Hãy thiết kế thí nghiệm (thẻ New): Phản ứng dung dịch iron(II) chloride M (FeCl2) với dung dịch potassium hydroxide M (KOH) a) Ghi rõ bước chuẩn bị hoá chất, dụng cụ, cách tiến hành thí nghiệm b) Nêu tượng xảy giải thích Thực hành thí nghiệm “Hình dạng phân tử” phần mềm PhET Rút kết luận từ kết thu 62 BÀI 10 Tính tham số cấu trúc lượng mục tiêu – Nêu quy trình tính tốn phương pháp bán kinh nghiệm (nhập file đầu vào, chọn phương pháp tính, thực tính tốn, lưu kết quả) – Sử dụng kết tính tốn để thấy hình học phân tử, xu hướng thay đổi độ dài, góc liên kết lượng phân tử dãy chất (cùng nhóm, chu kì, dãy đồng đẳng, …) HỐ HỌC TÍNH TỐN Hố học tính tốn chun ngành hố học lí thuyết với mục đích tạo mơ hình tốn học xấp xỉ chương trình máy tính để tính tính chất phân tử (như hình học phân tử, độ dài, góc liên kết, lượng tổng cộng, …) ứng dụng chương trình tính tốn cho toán cụ thể Tên gọi chuyên ngành cho thấy giao thoa khoa học máy tính hố học Hố học tính tốn có hai phương thức phổ biến: Cơ học phân tử MM (Molecular Mechanics) sử dụng định luật vật lí cổ điển để dự đốn tính chất cấu trúc phân tử Lí thuyết cấu trúc electron (electronic structure) sử dụng định luật học lượng tử thay cho vật lí cổ điển làm sở tính tốn Có hai phương pháp chủ yếu: Phương pháp bán kinh nghiệm phương pháp tính tốn lượng tử (ab initio) Hãy tìm hiểu thêm ưu điểm Hố học tính tốn ứng dụng để tối ưu hố q trình hố học phức tạp 63 Tìm hiểu quy trình tính tốn phương pháp bán kinh nghiệm Các phương pháp tính tốn bán kinh nghiệm, chẳng hạn AM1, ZINDO/1, ZINDO/s, MINDO/3, PM3, … sử dụng phần mềm MOPAC, AMPAC, HyperChem Gaussian Các phương pháp sử dụng thông số rút từ liệu thực nghiệm nhằm để đơn giản hố việc tính tốn Phương pháp thực tương đối nhanh, cung cấp kết dự đốn định lượng xác lượng cấu trúc cho hệ điều kiện thông số phù hợp tốt với hệ khảo sát Phần mềm MOPAC tích hợp sẵn phương pháp PM7 nên thuận tiện cho người dùng Cài đặt sử dụng phần mềm MOPAC Cài đặt: Truy cập trang chủ nhà cung cấp theo đường dẫn: http://openmopac.net/Download_MOPAC_Executable_Step2 html, nhấp vào “Download 64 bit MOPAC 2016 for windows” tải phần mềm Lưu giải nén thư mục máy tính Ví dụ: D:\MOPAC2016 Cài đặt theo hướng dẫn file “Installation instructions.txt”  Hình 10.1 Phần mềm MOPAC cho Windows Khởi chạy phần mềm MOPAC (Windows 10): Nhấp chuột vào file MOPAC data set Cụ file Example_data_set.mop Chọn Open with, bỏ chọn Always use this app to open.mop files → Look for another app on this PC Tới D:\MOPAC2016, nhấp chuột trái vào MOPAC2016.exe “MOPAC2016.exe” xuất hộp thoại File name Chọn Open 64 CHÚ Ý Cài đặt phần mềm MOPAC nhờ hỗ trợ TÍNH TỐN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÁN KINH NGHIỆM Tính nhiệt tạo thành phân tử ammonia sử dụng phần mềm MOPAC Bước 1: Sử dụng kết từ phần mềm ChemSketch Bài cho phân tử H2O Sau vẽ xong, chọn Tool, chọn 3D Optimization Sau chọn nút 3D Viewer để nhận cấu trúc 3D phân tử Thực nhập liệu hướng dẫn cho phân tử C2H6 (ethane)  Hình 10.2 Cấu trúc 3D phân tử H2O Bước 2: Trong 3D viewer vào menu file, chọn Save as, đặt tên file H2O.mop (save as file chọn MOPAC Z Maxtrix) Ví dụ: Save as → D:\MOPAC2016 → H2O.mop Bước 3: Nhấp chuột phải lên file H2O.mop → Open with Notepad → Thêm lệnh OPT ENPART (Xác định cấu trúc lượng) Sau lưu lại  Hình 10.3 Thêm lệnh vào file mop Bước 4: Nhấp đúp chuột trái lên file H2O.mop, chương trình chạy cho file xuất H2O.out H2O.arc Nếu không thấy kết nhấn chuột phải lên file H2O.mop→ open with MOPAC2016 nằm thư mục D:\MOPAC2016 Bước 5: Xem xét liệu xuất Mở file H2O.out Notepad Ở đầu cửa sổ output có thơng tin sau: 65 Ở cuối cửa sổ output có thơng tin sau: Kết cho biết phép tính thực tốt cung cấp số liệu thống kê phép tính Bước 6: Diễn giải liệu xuất Phần kết quả: FINAL HEAT OF FORMATION = –57.79955 KCAL/MOL = –241.83333 KJ/MOL ETOT (EONE + ETWO) –322.6792 EV Kết cho biết nhiệt tạo thành (FINAL HEAT OF FORMATION) phân tử H2O (ở điều kiện chuẩn theo tính tốn) –241,83 kJ/mol Tổng lượng phân tử H2O (ETOT (EONE + ETWO)) –322,6792 eV Độ dài liên kết (BOND LENGTH) góc liên kết (BOND ENGLE) phân tử nước file H2O.out thể hình Phần mềm MOPAC cho phép tính tham số cấu trúc (độ dài liên kết, góc liên kết, …), lượng phân tử, nhiệt tạo thành, … 66 Từ kết nhiệt tạo thành phân tử H2O So sánh với giá trị thực nghiệm, đưa kết luận (Giá trị thực nghiệm phân tử H2O(g) –241,8 kJ/mol) Từ kết độ dài liên kết O–H góc liên kết H–O–H phân tử H2O, so sánh với giá trị thực nghiệm, đưa nhận xét (Độ dài liên o kết O–H 0,97 A , góc liên kết H–O–H 104,5o) Thực hành tạo file liệu a) (C2H6.mop) b) (C3H8.mop) Tối ưu hoá cấu trúc phân tử tính nhiệt tạo thành phân tử C2H6, C3H8 phương pháp PM7 SỬ DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN HIỂN THỊ ĐỘ DÀI, GĨC LIÊN KẾT CÁC CHẤT Tìm hiểu cách hiển thị tham số cấu trúc phân tử dựa vào kết tính tốn phân tử Các bước hiển thị tham số cấu trúc: Bước 1: Để quan sát cấu trúc nhận sau tính, tìm file H2O.arc chuyển file thành H2O.arc.mop Bước 2: Mở 3D viewer → Open, xuất hộp thoại Open, chọn file MOPAC Z Maxtrix chọn file H2O.arc.mop hình ảnh 3D phân tử H2O Bước 3: Chọn công cụ, nháy chuột vào nguyên tử hiển thị độ dài liên kết góc liên kết CHÚ Ý Phải để chế độ phần mở rộng file Với Windows 10, vào Control Panel → File Explorer Option → View, bỏ tick ô Hide extension for known file types để thực thao tác đổi tên đuôi file Bước Sử dụng liệu“Output” phân tử C2H6, C3H8, xem so sánh liệu lượng phân tử với giá trị thực nghiệm Biết giá trị thực nghiệm phân tử C2H6, C3H8 –84,66 kJ/mol, –105,00 kJ/mol Thực bước hiển thị tham số cấu trúc: độ dài liên kết góc liên kết phân tử C2H6, C3H8 Từ kết giá trị lượng phân tử, độ dài liên kết góc liên kết phân tử C2H6, C3H8 so sánh nhận xét xu hướng thay đổi kết thu 67  Hình 10.4 Hiển thị độ dài liên kết góc liên kết phân tử H2O Phần mềm ChemSketch 3D Viewer cho phép xây dựng cấu trúc phân tử ban đầu hiển thị cấu trúc phân tử sau tính tốn bài tập Tối ưu hố cấu trúc phân tử tính nhiệt tạo thành phân tử, độ dài liên kết góc liên kết phân tử phương pháp PM7 Xác định quy luật biến đổi giá trị dãy chất sau: a) Cl2, Br2 I2 b) CH4, NH3, H2O Tối ưu hoá cấu trúc phân tử tính độ dài liên kết H–X (Với X F, Cl, Br, I) a) Bằng phương pháp PM7, tối ưu hoá cấu trúc phân tử CH4, C4H10 So sánh giá trị nhiệt tạo thành của phân tử tính với giá trị thực nghiệm, đưa kết luận Biết giá trị thực nghiệm phân tử CH4 C4H10 –74,8 kJ/mol –126,00 kJ/mol b) Sử dụng kết tính tốn để xác định quy luật biến đổi giá trị nhiệt tạo thành của phân tử dãy chất: CH4, C2H6, C3H8 C4H10 68 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Thuật ngữ Giải thích Trang Phương pháp bán kinh nghiệm Phương pháp sử dụng thông số rút từ liệu thực nghiệm nhằm đơn giản hố việc tính tốn 64 Phương pháp tính tốn lượng tử (ab initio) Phương pháp dựa định luật kiểm chứng 64 Tiêu lệnh chữa cháy Những quy định an tồn phịng cháy chữa cháy dẫn, hướng dẫn bước nhằm chế ngự lửa, tránh lan rộng giữ an tồn tính mạng cho người có hoả hoạn 42 69 70 Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam xin trân trọng cảm ơn các tác giả có tác phẩm, tư liệu được sử dụng, trích dẫn cuốn sách này Chịu trách nhiệm xuất bản: Chủ tịch Hội đồng Thành viên NGUYỄN ĐỨC THÁI Tổng Giám đốc HOÀNG LÊ BÁCH Chịu trách nhiệm nội dung: Tổng biên tập PHẠM VĨNH THÁI Biên tập nội dung: NGUYỄN đức hiếu – PHẠM công trình Thiết kế sách: hoàng cao hiển Trình bày bìa: thái hữu dương Minh hoạ: ban kĩ – mĩ thuật – công ty cp dịch vụ xbgd gia định Sửa in: phạm bảo quý – PHẠM công trình Chế bản: công ty cp dịch vụ xbgd gia định Bản quyền thuộc Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Tất phần nội dung sách không chép, lưu trữ, chuyển thể hình thức chưa có cho phép văn Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 71 chuyên đề học tập hoá học 10 (Chân trời sáng tạo) Mã số: In bản, (QĐ in số ) khổ 19 x 26,5 cm Đơn vị in: Địa chỉ: Sô ĐKXB: Số QĐXB: , ngày tháng năm 20 In xong nộp lưu chiểu tháng năm 20 Mã số ISBN: 72