Xây dựng hệ thống bài tập hóa học vô cơ bậc đại học phần các nguyên tố phi kim nhóm v a, IV a, III a

Tuy nhiên, hiện nay các sách bài tập hóa vô cơ kể cả sách nước ngoài dành cho bậc đại học rất ít và chưa có một tài liệu nào đưa ra hệ thống bài tập vô cơ nhằm tăng cường hoạt động của s

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

hS Nguyễn Văn Quang

HÀ NỘI

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ

Người hướng dẫn khoa học ThS Nguyễn Văn Quang

HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy

giáo ThS Nguyễn Văn Quang, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp đại học với đề tài : “ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP HOÁ HỌC VÔ CƠ BẬC ĐẠI HỌC PHẦN CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM VA, IVA, IIIA”

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm khoa Hóa Học và các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện cho em nghiên cứu và hoàn thiện đề tài này

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài không tránh khỏi những điểm thiếu sót và hạn chế, vì vậy tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp chân thành từ các thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 08 tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Thị Thơm

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Nhiệm vụ của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Những đóng góp mới của đề tài 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.1 Khái niệm về bài tập hoá học 4

1.2 Vai trò của bài tập hoá học 4

1.2.1 Làm cho sinh viên hiểu sâu và khắc sâu kiến thức đã học: 4

1.2.2 Cung cấp thêm những kiến thức mới và mở rộng sự hiểu biết mà không làm nặng nề khối lượng kiến thức của sinh viên: 5

1.2.3 Hệ thống hoá các kiến thức đã học: 5

1.2.4 Thường xuyên rèn luyện các kỹ năng, kỹ xảo về hoá học như: 5

1.2.5 Phát triển kỹ năng: (so sánh, quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp, loại suy, khái quát hoá …) 5

1.2.6 Giáo dục tư tưởng đạo đức: 6

1.2.7 Giáo dục kỹ năng tổng hợp: 6

1.3 Các loại bài tập hoá học vô cơ đại học 6

1.3.1 Bài tập về kiến thức vật lý 6

1.3.2 Bài tập về kiến thức hoá học 7

1.3.3 Bài tập về điều chế các đơn chất, hợp chất vô cơ và ứng dụng 7

1.4 Vận dụng kiến thức để giải bài tập 7 1.5 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay 8 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP HOÁ HỌC VÔ CƠ BẬC ĐẠI HỌC PHẦN CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM VA, IVA, IIIA 9 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

Việc tổng hợp những chất mới có những tính chất mong muốn dựa trên những nghiên cứu của hóa học lý thuyết về mối tương quan cấu trúc - tính chất,… Do vậy, trong việc tổng hợp các chất vô cơ hóa học lý thuyết giúp rút ngắn thời gian và công tác thực nghiệm

Bên cạnh đó, nền công nghiệp hoá chất của nước ta đang ngày một phát triển, cần phải có một lực lượng, đội ngũ cán bộ giỏi trong các lĩnh vực của công nghệ hoá học Để làm được điều đó, trong quá trình đào tạo sinh viên phải gắn những bài tập được vận dụng trên cơ sở lý thuyết hoá học tiếp cận với những quy trình sản xuất trong thực tế Đối với bộ môn hóa vô cơ cũng vậy, cần phải xây dựng một hệ thống bài tập nhằm giải quyết các vấn đề lý thuyết trong các giáo trình đồng thời phải gắn với những vấn đề của nền công nghệ hóa học vô cơ như ngành gang, thép, xi măng, pin - acqui,

Tuy nhiên, hiện nay các sách bài tập hóa vô cơ kể cả sách nước ngoài dành cho bậc đại học rất ít và chưa có một tài liệu nào đưa ra hệ thống bài tập

vô cơ nhằm tăng cường hoạt động của sinh viên và thúc đẩy ở họ những suy nghĩ sáng tạo, hình thành những tư duy logic và năng lực giải quyết những vấn đề thực tế

Việc đề xuất một hệ thống bài tập phù hợp với chương trình hóa vô cơ bậc đại học với các dạng và các mức độ khác nhau (kèm theo hướng dẫn) là một công việc cần thiết nhằm giúp cho sinh viên nắm vững những kiến thức được trang bị trong giáo trình hóa học vô cơ, đồng thời đó còn là một tài liệu

2

giúp cho sinh viên trong việc tự học và rèn luyện để nâng cao tầm nhìn về mối quan hệ giữa lý thuyết và thực nghiệm

Vì những lý do trên đã thôi thúc chúng tôi lựa chọn đề tài

“ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP HOÁ HỌC VÔ CƠ BẬC ĐẠI HỌC PHẦN CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM VA, IVA, IIIA”

Với đề tài này, chúng tôi hy vọng sẽ góp phần nâng cao hướng dạy học tích cực để phát triển tư duy, sang tạo, độc lập cử người học

2 Mục đích của đề tài

Việc thực hiện đề tài nhằm xây dựng hệ thống bài tập hóa vô cơ có tính chọn lọc cho sinh viên bao gồm những vấn đề lý thuyết, thực nghiệm – giải thích những vấn đề thực tiễn – phương pháp giải nhằm góp phần nâng cao chất lượng học tập môn hoá học vô cơ của sinh viên

3 Nhiệm vụ của đề tài

3.1 Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài tập và cơ sở lí thuyết hoá học

3.2 Nghiên cứu nội dung và phân loại kiến thức về hóa học vô cơ bậc đại học chủ yếu về phần các nguyên tố phi kim nhóm VA, IVA, IIIA

3.3 Đề xuất bài tập vô cơ phần các nguyên tố phi kim nhóm VA, IVA, IIIA nhằm giúp sinh viên thực hiện quá trình tự bồi dưỡng kiến thức

3.4 Vận dụng lí thuyết hoá vô cơ để giải quyết các bài tập hoá vô cơ có liên quan

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi sử dụng kết hợp nhiều phương pháp:

4.1.Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo

- Nghiên cứu lý luận về mục đích, yêu cầu của bộ môn hóa học vô cơ ở bậc đại học

3

- Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến đè tài: Sách, báo, tạp chí, nội dung chương trình, các đề thi olimpic sinh viên hoá học trong nước và quốc tế 4.2.Phương pháp thực nghiệm

- Tìm hiểu các quy trình công nghệ sản xuất trong hoá học và những vấn

đề có tính ứng dụng hóa học trong thực tiễn

- Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy của giảng viên và học tập sinh viên nhằm phát hiện vấn đề khó trong bộ môn Hóa vô cơ

- Tham khảo ý kiến của các giảng viên có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu và giảng dạy

4.3.Phương pháp chuyên gia

5 Những đóng góp mới của đề tài

4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm về bài tập hoá học

Trong cuốn Từ điển Tiếng Việt – 1992 (trang 40, 41) đã định nghĩa bài tập như sau: “Bài tập là những bài ra cho học sinh để tập vận dụng những điều

đã học” Sau khi nghe giảng bài xong, nếu sinh viên nào giải được các bài tập

mà giảng viên đưa ra thì có thể xem như sinh viên đó đã lĩnh hội một cách tương đối những kiến thức do giảng viên truyền đạt

Nội dung của bài tập hoá học thông thường bao gồm những kiến thức chính yếu trong bài giảng Bài tập hoá học có thể là những bài tập lý thuyết đơn giản chỉ yêu cầu sinh viên nhớ và nhắc lại những kiến thức vừa học hoặc

đã học xong nhưng cũng có thể là những bài tập tính toán liên quan đến cả kiến thức hoá học lẫn toán học, đôi khi bài toán tổng hợp yêu cầu sinh viên phải vận dụng những kiến thức đã học từ trước kết hợp với những kiến thức vừa học để giải Tuỳ vào mục đích của bài học mà bài tập có thể giải dưới nhiều hình thức và nhiều cách giải khác nhau

1.2 Vai trò của bài tập hoá học

Giải bài tập hoá học chính là một trong những phương pháp tích cực nhất để kiểm tra khả năng tiếp thu kiến thức của sinh viên Thông qua bài tập, giảng viên có thể phát hiện những sai sót yếu kém của sinh viên mà qua đó có những kế hoạch rèn luyện kịp thời giúp sinh viên vượt qua những khó khăn trong khi giải bài tập hoá học Chính vì vậy bài tập hoá học có những tác dụng lớn sau:

1.2.1 Làm cho sinh viên hiểu sâu và khắc sâu kiến thức đã học:

Bài tập hoá học giúp cho sinh viên nhớ lại tính chất của các chất, phương trình phản ứng; hiểu sâu hơn về các nguyên lý và định luật hoá học Những kiến thức (định nghĩa, khái niệm …) chưa được vững hoặc chưa được nắm kỹ thì thông qua việc giải bài tập sẽ giúp sinh viên hiểu sâu hơn và nhớ lâu hơn

1.2.3 Hệ thống hoá các kiến thức đã học:

Đối với các bài tập có tác dụng hệ thống hoá kiến thức cần đòi hỏi sinh viên phải vận dụng tổng hợp các kiến thức và sự hiểu biết của mình có thể là những kiến thức vừa mới học hoặc là những kiến thức đã học từ trước Tự mình làm các bài tập sẽ giúp sinh viên củng cố kiến thức cũ của mình một cách thường xuyên Dạng bài tập tổng hợp buộc sinh viên phải huy động vốn hiểu biết của nhiều chương, nhiều bộ môn

1.2.4 Thường xuyên rèn luyện các kỹ năng, kỹ xảo về hoá học như:

Trong quá trình giải các bài tập, sinh viên đã tự rèn luyện việc lập công thức, cân bằng phương trình, các thủ thuật tính toán Nhờ việc thường xuyên giải các bài tập, lâu dần các kỹ năng đó sẽ phát triển thành các kỹ xảo giúp sinh viên có thể ứng xử nhanh trước những tình huống xảy ra

1.2.5 Phát triển kỹ năng: (so sánh, quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp, loại suy, khái quát hoá …)

Mọi bài tập hoá học giảng viên ra cho sinh viên đều có những điểm gút,

để mở những điểm đó sinh viên bắt buộc phải tư duy để sử dụng hoặc phương pháp quy nạp, diễn dịch, hoặc phương pháp loại suy… Nhờ vậy tư duy sinh viên được phát triển và năng lực làm việc độc lập của sinh viên được nâng cao

1.2.6 Giáo dục tư tưởng đạo đức:

Giải bài tập hoá học chính là rèn luyện cho sinh viên tính kiên nhẫn, trung thực trong khoa học, tính cẩn thận, tính độc lập sáng tạo khi giải quyết các vấn đề xảy ra, tính chính xác trong khoa học Việc tự mình giải các bài tập hoá học thường xuyên góp phần rèn luyện cho sinh viên tinh thần kỷ luật, tính tự kiềm chế, cách suy nghĩ và trình bày chính xác khoa học, qua đó nâng cao lòng yêu thích bộ môn

1.2.7 Giáo dục kỹ năng tổng hợp:

Bộ môn hoá học có nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp Bài tập hoá học tạo điều kiện tốt cho nhiệm vụ giáo dục này phát triển vì những vấn đề kỹ thuật của nền sản xuất được biến thành nội dung của bài tập hoá học

Bài tập hoá học còn cung cấp cho sinh viên những số liệu mới về các phát minh, về năng suất lao động, về sản lượng mà ngành sản xuất hoá học đạt được giúp sinh viên hoà nhập vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thời đại mình đang sống

1.3 Các loại bài tập hoá học vô cơ đại học

7

* Kiến thức cần nâng cao:

- Vận dụng kiến thức hoá học cơ sở để giải thích các hiện tượng, qui luật

về các tính chất vật lí

- Đưa ra các tình huống vận dụng gắn liền với các tính chất vật lí

1.3.2 Bài tập về kiến thức hoá học

* Từ đặc điểm cấu tạo nguyên tử (cấu hình e, năng lượng ion hoá (I), ái lực e (A), bán kính nguyên tử (R), độ âm điện (), năng lượng liên kết (E)… dẫn đến khả năng phản ứng, khuynh hướng oxi hoá-khử, tính kim loại, tính phi kim, qui luật biến đổi tính axit-bazơ…

* Vận dụng kiến thức về hoá học đại cương như: Thuyết Lewis, thuyết

VB, thuyết MO để giải thích sự hình thành liên kết, cấu tạo phân tử dẫn đến khả năng phản ứng Dựa vào mô hình VSEPR để dự đoán dạng hình học phân tử

* Dựa vào kiến thức cơ sở về sự biến thiên các giá trị nhiệt động: Biến thiên thế đẳng áp (G), biến thiên entanpi (H), biến thiên entropi (S) biến thiên thế điện cực chuẩn (E0) để xét chiều diễn biến của quá trình, xét tính chất axit-bazơ một cách định lượng hơn, tính oxi hoá-khử, khả năng phản ứng với các đơn chất hợp chất

1.3.3 Bài tập về điều chế các đơn chất, hợp chất vô cơ và ứng dụng

Khai thác các bài tập về điều chế, ứng dụng dựa trên tính chất vật lí và hoá học của

các đơn chất và hợp chất Hiện nay có rất nhiều cách phân loại bài tập khác nhau trong các tài liệu giáo khoa Vì vậy cần có cái nhìn tổng quát về các dạng bài tập dựa vào việc nắm chắc các cơ sở phân loại

1.4 Vận dụng kiến thức để giải bài tập

Để giải bài tập người học phải biết vận dụng lý thuyết đã học ở nội dung các chương các bài, quá trình này thực chất đòi hỏi người học phải cố gắng có một kĩ năng nhận thức và tư duy nhất định Hoạt động nhận thức và phát triển

8

tư duy của sinh viên trong quá trình dạy học hóa học Nhận thức là một trong

ba mặt cơ bản của đời sống tâm lí con người (nhận thức, tình cảm, lí trí) Nó

là tiền đề của hai mặt kia và đồng thời có mối liên hệ chặt chẽ với chúng và các hiện tượng tâm lí khác Tư duy là một quá trình tâm lí phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ bên trong có tính quy luật của sự vật hiện tượng trong hiện thực khách quan mà trước đó ta chưa biết

1.5 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay

Bài tập hóa học vừa là mục tiêu, vừa là mục đích, vừa là nội dung vừa là phương pháp dạy học hữu hiệu do vậy cần được quan tâm , chú trọng trong các bài học Nó cung cấp cho học sinh không những kiến thức, niềm say mê

bộ môn mà còn giúp người học giành lấy kiến thức, là bước đệm cho quá trình nghiên cứu khoa học, hình thành và phát triển có hiệu quả trong hoạt động nhận thức của học sinh Bằng hệ thống bài tập sẽ thúc đẩy sự hiểu biết của sinh viên, sự vận dụng những hiểu biết vào thực tiễn, sẽ là yếu tố cơ bản của quá trình phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững xã hội

Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay hướng đến rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, phát triển tư duy hóa học Những bài tập có tính chất học thuộc trong các câu hỏi lý thuyết sẽ giảm dần mà được thay bằng các câu hỏi đòi hỏi sự tư duy, tìm tòi Dạy học “chú trọng rèn luyện phương pháp

tự học” ở trường Đại học được xem là rất quan trọng và được nhiều trường coi trọng áp dụng Ngoài ra, trong thời gian gần đây, một số chiến lược đổi mới phương pháp dạy học được thử nghiệm đó là “ dạy học hướng vào người học”, “hoạt động hóa người học

9

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP HOÁ HỌC VÔ CƠ BẬC ĐẠI HỌC PHẦN CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM VA, IVA, IIIA

CH4 đã sử dụng cả 4 AO lai hoá tạo 4 liên kết  như nhau, phân tử là tứ diện đều Do đó sự đẩy nhau giữa các cặp e hoàn toàn như nhau, còn trong

NH3, N còn 1 cặp e chưa liên kết gây nên sự đẩy mạnh các cặp e lên kết làm cho phân tử kém bền hơn

- Tính axít tăng theo thứ tự sau: CH4, NH3, H2O, HF là do độ âm điện

từ C → F tăng dần nên độ phân cực của liên kết H – X tăng dần hay khả năng cho H+

10

chưa tham gia liên kết còn trong NH3, N có 1 cặp e chưa liên kết → góc liên kết của H2O nhỏ hơn của NH3 (Hoặc có thể giải thích do khả năng lai hoá sp3

giảm dần từ C đến O do sự chênh lệch phân mức năng lượng 2s và 2p tăng dần)

Câu 2

1 Tại sao nước là một oxit lưỡng tính lí tưởng?

2 Khảo sát và vẽ đồ thị E phụ thuộc pH của cặp oxi hoá khử sau:

O2/H2O; H2O/H2 Xác định vùng bền của nước, từ đó có thể rút ra điều gì

về tính chất của nước

2 H

P =1 atm,

2 O

P = 1 atm, t =250C

Hướng dẫn

1 Nước là một oxit lưỡng tính lí tưởng vì trong nhiều phản ứng hoá học nước vừa đóng vai trò là một axit, vừa đóng vai trò là một bazơ Tính chất đó được thể hiện ở các loại phản ứng thủy phân muối tan trong nước Tương tác của nước với oxit axit, oxit bazơ

Nước thể hiện tính a xit:

CO2

3 + H2O HCO3 + OH

-Na2O + H2O 2NaOH Nước thể hiện tính bazơ:

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

Tính chất lưỡng tính đó thể hiện ở chính trong nước lỏng nguyên chất,

đó là khả năng tự ion hoá theo phương trình:

H2O + H2O H3O+ + OH

-2 Xét cặp O2/H2O

O2 + 4H+ + 4e  2H2O E0= 1,23(V) (a)

bazơ 2 axit 1

axit 2 bazơ 1

axit1 bazơ 2 bazơ 1 axit 2

bazơ 1 axit 2 axit 1 bazơ 2

4 P [H ] = E0 - 0,059lg 1+ 4

4 [H ] = 1,23 - 0,059 pH Được biểu diễn bằng đường thẳng (1) trên giản đồ

lg [OH-]2 PH2 = E0 -

2

059 , 0

lg [OH-]2

= E0 -

2

059 , 0

lg [OH-]2 = E0 -

2

059 , 0

lg  2 

2

H O + 2

K [H ]

= E0 - 0,059 lg(10-14) - 0,059 pH = - 0,059 pH Được biểu diễn bằng đường thẳng (2)

Nước có thể hoạt động như một tác nhân khử khi đó nó bị oxi hoá thành

O2 theo nửa phản ứng (a)

Giá trị E = +1,23(V) cho thấy nước là một chất khử không mạnh Nước có thể phản ứng như một chất oxi hoá, khi đó nó bị khử đến H2 theo nửa phản ứng (b)

Giữa hai đường thẳng song song (1) và (2) là miền bền nhiệt động của nước có nghĩa là nước trơ về phương diện oxi hoá -khử

Những cặp oxi hoá -khử có E phía trên đường (1) có thể oxi hoá được

Hãy giải thích tại sao:

1 N2H4 là một bazơ 2 nấc và tính bazơ yếu hơn của NH3?

2 Tính chất đặc trưng của NH3 là tính bazơ còn đối với N2H4 là tính khử?

Hướng dẫn

1 Ta có N2H4 có 2 cặp electron không liên kết trên obital lai hoá sp3 của hai nguyên tử N có khả năng cho nên thể hiện là một bazơ 2 nấc NH3 chỉ có một cặp electron như vậy nên là bazơ 1 nấc

Tính bazơ của NH3 mạnh hơn của N2H4 vì số oxi hoá của N trong NH3

là -3, trong N2H4 là -2, điều này cho thấy mật độ điện tích âm trên nguyên tử

N trong NH3 cao hơn, do vậy khả năng cho cặp electron mạnh hơn, tính bazơ mạnh hơn

2 NH3 có cặp electron có khả năng cho mạnh nên thể hiện tính chất bazơ khá đặc trưng Mặt khác, do phân tử NH3 tương đối bền nên thể hiện tính khử khá yếu N2H4 có các cặp electron có khả năng cho yếu nên tính chất bazơ thể hiện rất yếu Mặt khác, do phân tử chứa liên kết N-N tương đối kém bền (do

sự đẩy của các cặp e không liên kết) nên thể hiện tính khử mạnh

Câu 4

1 Giải thích tại sao ở điều kiện thường CO2 là chất khí còn SiO2 là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy rất cao?

2 Hãy giải thích tại sao:

- Phân tử BF3 tồn tại nhưng phân tử BH3 không tồn tại?

13

- Axit orthoboric H3BO3 là axit một lần axit?

3 Mô tả cấu tạo của phân tử B2H6? Thuyết MO đã giải thích sự hình thành liên kết 3 tâm B-H-B như thế nào?

d trống của Si khá mạnh đã làm bền hơn trạng thái lai hoá sp3

của Si Do vậy SiO2 tồn tại ở dạng polime, mỗi nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử oxi khác

2 Trong phân tử BH3, xung quanh nguyên tử B có 6 electron chưa đủ hoàn thành octet nên phân tử BH3 không tồn tại được Phân tử BF3 tồn tại được vì có sự tạo thành liên kết π pp từ cặp electron của F vào obital p trống của B

- Axit orthoboric H3BO3 có 3 nguyên tử hidro nhưng là axit một lần axit

vì trong dung dịch nước nó có khả năng nhận thêm cặp electron trên nguyên

tử oxi của nước đặt vào obital p trống của B:

B(OH)3 + H-OH = [B(OH)4] + H+

14

Trong diboran có hai liên kết ba tâm, mỗi liên kết được tạo thành do hai obital lai hoá sp 3 của Bo (mỗi nguyên tử có một obital) che phủ với obital 1s của hidro tạo ra các MO liên kết, MO không liên kết và MO phản liên kết:

3 Từ các giá trị thế điện cực, hãy cho biết về mặt nhiệt động học

halogen nào có khả năng oxi hoá nước giải phóng oxi ở điều kiện tiêu chuẩn Phản ứng của chúng với nước thực tế diễn ra như thế nào? Biết:

2 Ion XO- bền hơn các axít HXO tương ứng Nguyên nhân là do trong

XO- mật độ electron của oxi cao hơn trong HXO do đó làm tăng mức độ tạo liên kết  kiểu p  d

Liên kết X-O tạo thành do sự xen phủ của AO np (của X) với AO 2p của oxi Từ Cl  I tăng sự chênh lệch năng lượng giữa hai AO trên ngày càng lớn nên liên kết càng kém bền Mặt khác khả năng tạo liên kết  p-d cũng giảm dần từ Cl  I nên độ bền các ion XO- giảm từ ClO- đến IO-

3 O2 + 4H+ (10-7M) + 4e 2H2O Eo = +0,815V

E0 (F2/2F-) = 2,87V; E0 (Cl2/2Cl-)=1,36V; E0 ( Br2/2Br- ) = 1,07V > 0,815 V

E0(I2/2I-) = 0,54V < 0,815 V

Về mặt nhiệt động F2, Cl2, Br2 có khả năng oxi hóa nước giải phóng oxi

flo phản ứng mãnh liệt với nước: 2F2 + H2O → HF + O2

Clo, brom phản ứng theo phương trình: X2 + 2H2O H3O+ + X- + HOX

Thế ion hóa của hệN  N(15,58 eV) khá cao so với hệ C C  (11,406 eV)

do đó khó nhường điện tử để tạo liên kết

2 H3C – CH3 H2N – NH2

Sự giảm mạnh độ bền của liên kết N  N do ảnh hưởng sự đẩy của 2 cặp electron không liên kết của N

Câu 7

1 Trình bày cấu tạo phân tử ozon theo thuyết VB và thuyết cộng hưởng

2 Hãy chứng minh rằng về mặt năng lượng không thể coi O3 có cấu trúc vòng kín Biết: Năng lượng phân li oxi là 118 Kcal /mol

Năng lượng liên kết O-O là 33 Kcal /mol

Trên nguyên tử oxi trung tâm còn 1AO-sp2

chứa cặp e tự do Nhƣ vậy oxi trung tâm còn AO-2pz không tham gia lai hoá có 1 e độc thân nằm vuông góc với mặt phẳng chứa liên kết, e này xen phủ với 1AO-2pz cũng có 1 e độc thân của một trong hai nguyên tử oxi bên cạnh tạo ra 1 liên kết  không định

xứ

Điều này phù hợp với độ dài liên kết O-O (trong O3) bằng 1,2 A0

nằm trung gian giữa liên kết đơn O-O (trong O2) là 1,49 A0

và liên kết đôi O=O trong O2 là 1,21 A0 trong O3 liên kết O-O có đặc tính kép thực sự có thể mô

.

.

.

.

O

Ohay

18

nguyên tử hoá (O3) = 3.118267,8

= 99 kcal.mol-1 Vậy về mặt năng lượng hoàn toàn không thể chấp nhận được O3 có cấu trúc vòng kín

Câu 8

1 Dựa vào cấu trúc phân tử và thuyết axit-bazơ của Bronsted Hãy giải thích sự biến đổi tính axit trong dung dịch nước theo chiều từ HF đến HI, lực của các bazơ liên hợp thay đổi như thế nào?

2 Nếu thay dung dịch nước bằng NH3 lỏng và bằng axit axetic nguyên chất thì hằng số phân li của các axit trên sẽ tăng hay giảm và trật tự biến đổi tính axit tính bazơ trong dãy trên có thay đổi không?

Hướng dẫn

1 Nói đến lực axit trong dung dịch H2O chính là xem xét phân tử phân li

ra proton dễ hay khó Các obitan phân tử liên kết ở các phân tử HX được hình thành từ sự tổ hợp các obitan 1s-2pz, 1s-3pz,1s-4pz,1s-5pz Sự chênh lệch về năng lượng của các obitan trong các liên kết trên càng tăng từ HF đến HI, do

đó khả năng tách H+

càng tăng

HX + H2O H3O+ + XAxit Bazơ Axit Bazơ Axit càng mạnh thì bazơ liên hợp càng yếu Vì vậy theo chiều từ F-

đến

I- tính bazơ giảm

2 Nếu thay nước bằng NH3 lỏng hay bằng axit axetic nguyên chất thì kết luận về trật tự biến đổi lực axit vẫn như cũ, nhưng lực axit hay bazơ riêng thì thay đổi

Câu 9

Silic có cấu trúc tinh thể giống kim cương với thông số mạng a = 0,543nm Tính bán kính nguyên tử cộng hóa trị của silic và khối lượng riêng (g.cm-3) của nó Cho biết MSi = 28,086g.mol-1 Kim cương có cấu trúc lập phương tâm mặt (diện), ngoài ra còn có 4 nguyên tử nằm ở 4 hốc (hole) tứ diện của ô mạng cơ sở

Hướng dẫn

Đường chéo chính của ô mạng cơ sở là 2D = 3a

Nên hình lập phương chứa hốc tứ diện có D = a 3

Số nguyên tử Si trong một ô mạng cơ sở: 8.(1/8) + 6(1/2) + 4 = 8

Vậy ta tính được khối lượng riêng của Si là:

8.28,086/6,02.10 (0,543.10 ) = 2,33g.cm-3

Câu 10

Hãy giải thích:

20

1 Sự khác nhau về cấu tạo của các muối tionyl halogenua (SOX2) và

sunfuryl halogenua (SO2X2 )

2 Bậc liên kết S-O giảm theo dãy OSF2, OSCl2, OSBr2

Các SO2X2 (X, F, Cl) có cấu tạo tứ diện lệch với nguyên tử S ở trung

tâm

Ngoài ra còn có một phần của liên kết  cho kiểu p0 dS

có trạng thái lai hoá sp3

4AO-sp3 tạo 4 liên kết  với Obitan p của các nguyên

tử oxi và halogen Ngoài ra còn có 1 phần của liên kết  cho kiểu p0 dS.

2 Bậc liên kết đƣợc xác định bằng số cặp e tạo liên kết đó

F > Cl > Br khả năng hút e trên nguyên tử S trong các tionyl halogen

SOX2 giảm dần từ F  Cl  Br giảm khả năng tạo liên kết  pO dS

Nên độ bội liên kết giảm

O

1200

11101,43A

0

21

Câu 11

Cacbon và silic là những nguyên tố kế tiếp nhau ở nhóm IVA của bảng

hệ thống tuần hoàn Hãy giải thích tại sao:

1 Nhiệt độ nóng chảy của kim cương (>40000C) lớn hơn của silic (14100C) rất nhiều

2 CO2 tồn tại ở dạng đơn phân tử thẳng còn SiO2 phân tử polime Từ đó rút ra kết luận

gì về nhiệt độ nóng chảy của CO2 và SiO2

3 CCl4 trơ đối với nước còn SiCl4 bị thuỷ phân nhanh chóng

4 Có sự khác biệt gì về cấu tạo phân tử và tính chất axit – bazơ của các hợp chất N(CH3)3 và N(SiH3)3

5 Không thể điều chế được các hợp chất của C loại R2C(OH)2 nhưng các silandiol như: (C2H5)2Si(OH)2 lại có thể tách ra được

Hướng dẫn

1 Kim cương (C), Si đều có cấu trúc cùng loại Các nguyờn tử C, Si đều ở trạng thái lai hoá sp3, tuy nhiên liên kết C- C bền hơn liên kết Si – Si nhiều do bán kính nguyên tử C nhỏ, lớp vỏ dưới lớp hoá trị 1s2

bị nén chặt Vì vậy t0

nccủa kim cương cao hơn Si nhiều

2 C có khả năng tạo liên kết bội p - p bền vững do đó CO2 tồn tại ở dạng đơn phân tử thẳng O = C = O ứng với trạng thái lai hoá sp của nguyên tử cacbon Ở Silic khả năng tạo liên kết bội p - p rất kém SiO2 có cấu tạo tứ diện ứng với trạng thái lai hoá sp3

của nguyên tử Silic, mỗi nguyên tử silic liên kết với 4 nguyên tử oxi nằm ở 4 đỉnh của tứ diện Như vậy mỗi nguyên tử oxi liên kết với hai nguyên tử oxi ở hai tứ diện cạnh nhau, do đó SiO2 ở dạng polime với cấu trúc ba chiều

Từ cấu trúc phân tử của CO2 và SiO2 ta thấy t0

ncSiO2 lớn hơn t0

nccủa CO2

22

3 Phân tử CCl4 đã đầy đủ e nên có tính trung hoà và trơ SiCl4 còn obitan d trống của Si có thể nhận thêm e nên có tính axit đồng thời dễ bị thuỷ phân

4.* N(CH3)3 có cấu trúc tháp N lai hoá sp3 một obitan sp3 chứa cặp e chưa chia và

N(CH3)3 có tính bazơ

* N(SiH3)3 Có obitan 3d trống ở Si với năng lượng không quá cao obitan này có thể xen phủ với obitan p đầy của N tạo ra liên kết d - P N ở trạng thái lai hoá sp2

phân tử có cấu trúc phẳng Mặt khác cũng vì có sự chuyển dịch e từ nitơ sang silic mà phân tử hầu như không có tính bazơ

Sự tạo thành liên kết d- dgiữa silic và nitơ trong N(SiH 3 ) 3

5 Hợp chất R2C(OH)2 kém bền vững do sự đẩy giữa các nhóm OH, bán kính nguyên tử C nhỏ ít làm cản trở lực đẩy Mặt khác khả năng hình thành liên kết bội của C mạnh nên phân tử nhanh chóng tách nước chuyển thành

R2C=O bền hơn.Các silandiol tồn tại được do liên kết Si – O bền, kích thước của nguyên tử Si lớn làm giảm lực đẩy giữa 2

-23

Câu 12

1 Thực nghiệm cho biết cả ba hợp chất CHBr3, SiHBr3, CH(CH3)3 đều

có cấu tạo tứ diện Có ba trị số góc liên kết tại tâm là 110o

; 111o; 112o (không

kể tới H khi xét các góc này) Độ âm điện của H là 2,20; CH3 là 2,27; Csp3 là 2,47; Si là 2,24; Br là 2,50 Dựa vào mô hình sự đẩy giữa các cặp e hóa trị (VSEPR) và độ âm điện, hãy cho biết trị số góc của mỗi hợp chất và giải thích

2 Mô tả cấu trúc các phân tử N(CH3)3 và N(SiH3)3 So sánh góc liên kết CNC với

SiNSi So sánh tính bazơ giữa 2 hợp chất trên

Br Si

H

C Br Br

vì lớp vỏ hoá trị có 4 cặp electron Sự khác nhau về trị số của các góc chỉ phụ thuộc vào độ âm điện tương đối giữa các nguyên tử liên kết

- Khi so sánh 2 góc Br – A – Br ở (1) và (2), liên kết Si-Br phân cực hơn liên kết C – Br nên góc Br – C – Br có trị số lớn hơn góc Br – Si – Br