Khoá luận tốt nghiệp Ứng dụng của thuyết VB trong giải bài tập học sinh giỏi THPT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC BOCữca TRỊNH THỊ PHƯỢNG ỨNG DỤNG THUYẾT VB TRONG GIẢI BÀI TÂP HOC SINH GIỎI THPT • • KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI • • • HỌC • Chuyên ngành: Hóa YÔ c Người hướng dẫn khoa học ThS HOÀNG QUANG BẮC HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS H oàng Quang Bắc - người trực tiếp hướng dẫn tận tâm bảo định hướng cho em suốt trình em làm khóa luận tốt nghiệp Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, thầy cô tổ Hóa vô cơ, tận tình giúp đỡ bảo suốt thời gian em theo học khoa thời gian em làm khóa luận tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng khóa luận không ưánh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn để khóa luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2016 Sinh viên Trịnh Thị Phượng • • • o M ỤC LỤC MỞ Đ Ầ U 1 Lý chọn đề tà i Mục đích nghiên u Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên u Đóng góp đề tài NỘI DUNG CHUƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Bồi dưỡng HSG hóa học trường THPT 1.1.1 Bồi dưỡng HSG hóa học trường THPT đào tạo nhân tài cho đất nước 1.1.2 Một số biện pháp phát học sinh có lực trở thành HSG h ó a 1.1.3 Một số biện pháp trình bồi dưỡng HSG hó a 1.2 Bài tập hóa học 1.2.1 Khái niệm tập hóa học 1.2.2 Vai trò, mục đích tập hóa học 1.2.3 Tác dụng tập hóa học 1.2.4 Phân loại câu hỏi, tập hóa h ọ c 1.2.5 Cơ sở phân loại câu hỏi, tập hóa học dựa vào mức độ nhận thức tư d u y 1.3 Tổng quan thuyết Valence Bond (thuyết VB) 10 1.3.1 Luận điểm thuyết V B 10 1.3.2 Bài toán phân tử hiđro 11 1.3.3 Thuyết liên két hóa trị giải thích định tính liên két 14 11 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 2.1 Lý thuyết giải tập 22 2.1.1 Bài tập dạng hình học phân tử (ion) đơn giản 22 2.1.2 Thuyết VB tập phức chất 26 2.2 Xây dựng bảng mô tả yêu cầu cần đạt cho dạng câu hỏi, tập thuyết V B 27 2.3 Một số tập 29 2.3.1 Nhận b iết 29 2.3.2 Thông hiểu 35 2.3.3 Vận dụng thấp 46 2.3.4 Vận dụng cao 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 111 DANH MUC • CÁC KÍ HIÊU, • CÁC TỪ VIẾT TẮT e Elecưon HSG Học sinh giỏi HSGQG Học sinh giỏi quốc gia AO Obitan nguyên tử THPT Trung học phổ thông VB Valence bond IV D A N H M Ụ C B Ả N G , H ÌN H Bảng 1.1 Bảng mô tả mức độ nhận thức Bảng 2.3 Cấu trúc số phân tử, ion theo VSEPR 25 Bảng 2.2 Bảng mô tả mức yêu cầu cần đạt 28 Hình 1.1 Mô hình phân tử H2 11 Hình 1.2 Đường cong lượng theo lời giải phương trình Schrodinger 13 Hình 1.3 Sự xen phủ obitan 1s nguyên tử H obitan 3pz nguyên tử C1 16 Hình 1.4 Sự xen phủ obitan liên kết phân tử H2S 16 Hình 1.5 Sơ đồ biểu diễn ữình lai hóa sp 17 Hình 1.6 Mô hình lai hóa sp 18 Hình 1.7 Sơ đồ biểu diễn ữình lai hóa sp2 18 Hình 1.8 Mô hình lai hóa sp2 19 Hình 1.9 Sơ đồ biểu diễn trình lai hóa sp3 19 Hình 1.10 Mô hình lai hóa sp3 20 Hình 1.11 Liên kết 71 phân tử N2 21 Hình 2.1 Dạng hình học ion phức [CoF6]3' 41 Hình 2.2 Dạng hình học ion phức [Co(CN)6]3" 42 Hình 2.3 Cấu tạo vuông phẳng phức chất [NiSe4]2" phức [ZnSe4]2" 61 Hình 2.4 Cấu tạo phẳng phức chất trans-[PtCỈ2(NH3)2] 61 Hình 2.5 Cấu tạo phẳng phức chất trans-[PtCỈ2(NH3)2 (H20)2]2+ 62 Hình 2.6 Phân tử trime (S03)3 phân tử polime (S03)„ 66 Hình 2.7 Dạng hình học ion ICI4 67 V M Ở ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, nước ta tích cực thực nhiệm vụ đổi toàn diện theo hướng công nghiệp hóa - đại hóa gắn liền với kinh tế tri thức Cương lĩnh xây dựng đất nước thời kỳ độ lên chủ nghĩa xã hội (Bổ sung, phát triển 2011) thông qua Đại hội XI Đảng nhấn mạnh: “Giáo dục đào tạo, khoa học công nghệ có sức mạnh nâng cao dân trí, phát triển nguồn nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, góp phần quan trọng phát triển đất nước, xây dựng văn hoá người Việt Nam Phát triển giáo dục đào tạo với phát triển khoa học công nghệ quốc sách hàng đầu; đầu tư cho giáo dục đào tạo đầu tư phát triển” [5] Số học sinh đạt giải kì thi quốc gia quốc tế ngày tăng Đặc biệt kết tham dự kì thi Olympic hóa học quốc tế đội tuyển HSG Việt Nam năm gần ghi nhận với nhiều thành tích đáng tự hào khích lệ Olympic lần thứ 37 năm 2005 tổ chức Đài Loan, đội tuyển nước ta đạt ba huy chương vàng huy chương bạc Olympic lần thứ 46 năm 2014 tổ chức nước ta, đội tuyển nước nhà giành hai huy chương vàng hai huy chương bạc có nữ sinh Việt Nam nằm top ba thí sinh có kết cao Olympic lần thứ 47 năm 2015 Azerbaijan, đội tuyển Việt Nam đạt huy chương vàng, hai huy chương bạc huy chương đồng [23] Từ thấy ngành giáo dục Việt Nam nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho hệ trẻ mà phát hiện, bồi dưỡng học sinh tài đào tạo em thành nhà khoa học tài ba lĩnh vực Đây nhiệm vụ cấp thiết việc bồi dưỡng học sinh giỏi Trên thực tế dạy học lớp chuyên hóa việc bồi dưỡng HSG hóa gặp phải số khó khăn như: Nội dung chương trình thi Olympic cho thấy khoảng cách nội dung chương trình thi Olympic xa, tài liệu dùng cho việc bồi dưỡng HSG hạn chế Đồng thời việc nhận thấy thuyết liên kết hóa trị (thuyết Valence Bond, viết tắt VB) sử dụng rộng rãi đề thi Olympic thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp quốc gia Xuất phát từ lí lựa chọn đề tài “ử n g dụng thuyết VB giải tập học sinh giỏi” Đề tài mong muốn góp phần vào việc dạy học ữong trình ôn thi HSG hóa Mục đích nghiền cứu Xây dựng hệ thống lý thuyết hệ thống tập liên quan tới thuyết VB nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi giúp em đạt kết tốt học tập thi học sinh giỏi cấp tỉnh cấp quốc gia, kì thi Olympic Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận, thực tiễn đề tài - Nghiên cứu hệ thống lý thuyết thuyết VB - Sưu tầm phân dạng tập liên quan tới thuyết VB kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh cấp quốc gia, kì thi Olympic Đối tượng phạm vỉ nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Lý thuyết thuyết liên kết hóa trị VB - Các câu hỏi, tập lời giải kèm theo liên quan tới phần kiến thức VB đề thi HSG cấp quốc gia, đề thi Olympic 30/4 * Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu giới hạn tài liệu thu thập Phương pháp nghiền cứu Trong trình nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: + Nghiên cứu lí luận : - Nghiên cứu lí luận mục đích, yêu cầu, biện pháp phát bồi dưỡng HSG hóa - Nghiên cứu lí luận cách phân dạng, xây dựng tập thuyết VB dựa quan điểm lí luận mức độ nhận thức - Nghiên cứu tài liệu có liên quan đến đề tài như: Sách, báo, tạp chí, nội dung chương trình, đề thi học sinh giỏi, đề thi Olympic hóa học + Phương pháp chuyên g ia : Xin ý kiến thầy (cô) để hoàn thiện đề tài Đóng góp đề tài - Bước đầu đề tài góp phần xây dựng hệ thống lý thuyết, tập liên quan tới thuyết VB tương đối phù hợp với yêu cầu mục đích bồi dưỡng học sinh giỏi hóa trường phổ thông - Nội dung đề tài giúp giáo viên có thêm tài liệu phục vụ cho trình giảng dạy lớp chuyên bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi NÔI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Bồi dưỡng HSG hóa học trường THPT 1.1.1 Bồi dưỡng HSG hóa học trường THPT đào tạo nhân tài cho đất nước Phát biểu buổi lễ bế mạc Olympic Hóa học quốc tế (IChO) lần thứ 46 năm 2014 tổ chức Việt Nam, Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng khẳng định: “Hóa học trụ cột quan trọng khoa học Những thành tựu khoa học hóa học đóng góp to lớn vào phát triển chung nhân loại Khoa học hóa học có lịch sử phát triển lâu dài với đóng góp nhiều nhà khoa học tài năng, trí tuệ thiên tài, có nhà bác học vĩ đại Mendeleev với bảng tuần hoàn hóa học tiếng, tạo tảng cho trình phát triển ngành khoa học hóa học Nhiều hệ nhà khoa học hóa học ngày sâu nghiên cứu kết hợp với ngành khoa học khác phát triển thêm nhiều lĩnh vực khoa học mới, ứng dụng hiệu tiến khoa học hóa học vào đời sống người Trong kỷ nguyên khoa học công nghệ phát triển ngày mạnh mẽ ngày nay, phát triển khoa học hóa học tiếp tục lĩnh vực khoa học quan tâm, thúc đẩy tầm quốc gia toàn cầu Ở Việt Nam, giáo dục đào tạo khoa học công nghệ xác định quốc sách hàng đầu, Chính phủ Việt Nam quan tâm phát triển trọng dụng tài khoa học công nghệ, có tài hóa học” [22] Do đó, vấn đề bồi dưỡng HSG hóa cần thiết + C 2: C: 2s2 2p2 c*: 2s1 2p3 Nguyên tử c trạng thái lai hóa sp Nguyên tử c có lai hóa AO-S AO-p theo kiểu lai hóa sp Các AO lai hóa tạo liên kết với AO-p nguyên tử o , nguyên tử c AO-p không tham gia lai hóa xen phủ bên với AO-p lại nguyên tử o tạo liên kết 7Ĩ Phân tử C dạng đường thẳng, góc liên kết 180° 2.3.4 Vận dụng cao Câu 35- Trích câu Khối 10 đề dự bị Olympic 30/4 năm 2013 Sử dụng phương pháp VB chứng minh rằng: Phức [Fe(NIỈ3)6]2+ có khả phản ứng nhiều so với phức [Fe(CN)é]4 Gơi ý trả lời: Fe: [At] 3d6 4s2 Fe2+: [Ar] 3d6 Sự xếp e vào AO phân lớp Fe2+: A Ạ A SL * Khi Fe2+ tạo phức với NH3: Do NH3 tương tác yếu với ion trung tâm nên dồn e độc thân Fe2+ Lúc ion Fe2+ xảy tổ hợp tuyến tính AO-4s với AO-4p AO-4d tạo AO-sp3d2 trống Nguyên tử N NH3 cặp e tự tạo liên kết cho nhận với AO 2+ lai hóa Fe sp d _/v_ Ạ V 3d tlt 4s Ỹ 4p T Ỹ 4d Ỹ ^ NH3 NH NK NH3 NH NH3 57 Phức [Fe(NIỈ3)6]2+ phức trường yếu spin cao, có e độc thân nên phức thuận từ * Khi Fe2+ tạo phức với CN": Do CN" tương tác mạnh với ion trung tâm nên có dồn e độc thân Fe2+ Khi Fe2+ xảy lai hóa AO-3d với AO-4s AO-4p tạo thành AO-d2sp3 trống để nhận cặp e tự phối tử CN" tạo phức [Fe(CN)6]4": d,2 sp„ 3d í CN CN 4s CN 4p Ị 4d CN CN CN Phức [Fe(CN)6]4 phức trường mạnh spin thấp, e độc thân nên phức nghịch từ Trong phức [Fe(NĩỈ3)6]2+ nguyên tố trung tâm trạng thái lai hóa sp3d2 (lai hóa ngoài, AO-d bên có mức lượng cao tham gia lai hóa) Trong phức [Fe(CN)6]4" nguyên tố trung tâm trạng thái lai hóa d2sp3 (lai hóa trong) Trường hợp lai hóa liên kết phối tử với nguyên tố trung tâm yếu lai hóa trong phối tử tương đối dễ tách khỏi cầu nội phức chỗ cho tiểu phân khác nằm dung dịch Vì phức [Fe(NĩỈ3)6]2+ có khả phản ứng nhiều so với phức [Fe(CN)6]4- [4], C âu 36- Trích câu Khối 10 đề thi Olympic 30/4-THPT chuyên Lê Hồng Phong, TP.HCM (2003) Clotriílorua (C1F3) tác nhân flo hóa mạnh dùng để tách urani khỏi sản phẩm khác có ữong nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng 58 a Dựa thuyết liên kết hóa trị vẽ dạng hình học có CIF3 b Mô tả rõ dạng hình học phân tử tồn thực tế CIF3, giải thích tồn dạng Gơi ý trả lời: a Trong phân tử CIF3, nguyên tử C1 trạng thái lai hóa sp3d Và phân tử CIF3 nguyên tử C1 có e tham gia tạo liên kết với nguyên tử F lại cặp e không tham gia liên kết Do dạng hình học có CIF3 là: C1 \\N N b Phân tử CIF3 có cấu trúc kiểu AX3E2 dạng hình học phân tử tồn thực tế CIF3 dạng chữ T, tương tác đẩy đôi e tự đôi e liên kết nên bền [20] Câu 37 (Đề thi Olympic hóa học 30-4 năm 2004) Hãy cho biết dạng hình học phân tử SO2 CO2 Từ so sánh nhiệt độ sôi độ hoà tan nước chúng Gơi V trả lời: c phân tử CO2 trạng thái lai hóa sp nên phân tử CO2 có cấu trúc thẳng, góc liên kết oco 180° Do phân tử CO2 không phân cực s phân tử SO2 trạng thái lai hóa sp2 nên phân tử SO2 có góc oso 120° Do phân tử SO2 phân cực Vì phân tử SO2 phân cực nên nhiệt độ sôi cao phân tử CO2 không phân cực Mặt khác, nước dung môi phân cực nên SO2 dễ hòa tan nước CO2 độ tan SO2 lớn độ tan CO2 59 C âu 38 (Đề thi HSGQG vòng CT- 2011) [Ru(SCN)2(CN)4]4" ion phức ruteni, kí hiệu p Cho biết dạng lai hóa Ru p Mô tả hình thành ion phức theo thuyết VB (Valence Bond) Giải thích p, liên kết hình thành Ru N phối tử SCN’ mà Ru s Cho biết phức chất có tính thuận từ hay nghịch từ, sao? Gơi ý trả lời: Ru2+ có cấu hình e: [Kr] 4d65s°5p°, ion trung tâm phức bát diện r -\ Vì CN’ phôi tử trườ"ơ manh nên có p ợ phân Irírn 4d Ru 5s 5p 4d tạo AO-4d trống Ạ V 2-|- mikj Do xảy lai hóa d2sp3 để tạo AO lai hóa hướng tới đỉnh hình bát diện Các phối tử sử dụng cặp e tự nguyên tử N gửi vào AO lai hóa để tạo liên kết cho nhận phối tử ion Ru2+ So với s, N có độ âm điện lớn bán kính nguyên tử nhỏ hơn, mật độ điện tích âm nguyên tử N lớn hơn, lực phản ứng với ion dương Ru2+ lớn hơn, phức chất p, liên kết phức hình thành Ru N mà Ru s Phức p [Ru(SCN)2(CN)4]4" có tính nghịch từ ion phức e độc thân C âu 39.(Đề thi HSG vòng CT 2007) a Người ta tổng hợp [NiSe4]2", [ZnSe4]2" xác định phức chất Ni có dạng hình vuông phẳng, Zn có dạng hình tứ diện Hãy đưa cấu tạo hợp lý cho trường hợp giải thích b Phức chất [PtCl2(NH3)2] xác nhận đồng phân trans Nó phản ứng chậm với Ag20 cho phức chất [PtCỈ2(NH3)(H20)2]2+ (kí hiệu X) Phức 60 chất X không phản ứng với etylenđiamin (en) tỉ lệ moi phức chất X: en= 1:1 Hãy giải thích kiện vẽ (viết) cấu tạo phức chất X [8] Gơi V trả lời: a - Niken có mức oxi hóa phổ hiến +2, kẽm có mức oxi hóa phổ biến +2 - Selen cố tính chất giống lưu huỳnh có khả tạo thành ỉon polyselenua Se22' hay [~Se~Se~]2" - Cấu tạo vuông phẳng phức chất [NiSe4]2' cấu hình e ion Ni2+ cho phép lai hóa dsp2 - Cấu tạo tứ diện phức chất [ZnSezJ2 cấu hình e Zn2+ cho phép lai hóa sp3 Tổng hợp yếu tố cho phép đưa cấu tạo sau phức chất: H ình 2.3 Cấu tạo vuông phẳng cửa phứ c chất [NiSeậỷ' ph ứ c [ZnSe 4f~ b Phức [PtCl2(NH3)2] đồng phân trans đòi hỏi phức chất có cấu tạo vuông phẳng: H ình 2.4 Cấu tạo phẳng cửa ph ứ c chất trans- [PtCh(NH 3)2] Phản ứng [PtCl2(NH3)2] với Ag20 : Trans- [PtCl2(NH3)2] + Ag20 + H20 -> Trans- [PtCl2(NH3)(H20 ) 2]2+ + H 61 Chứng tỏ phân tử H2O nằm vị trí trans Như công thức cấu tạo phức chất phải là: H3N P t - NH3 C1 h 2o Hình 2.5 Cẩu tạo phức chất trans- [PtCỈ2(NH3)(H20)2]2+ C âu 40- Trích câu Khối 11 đề thi Olympic 30/4-THPT Kon Tum, Kon Turn (2008) Giải thích tạo thành phân tử S1F4 ion SiF62~ Có thể tồn phân tử CF4 CF ễ2 không? Tại sao? Gơi V trả lời: * Sự tạo thành phân tử S1F4 SiF62’: Nguyên tử silic có cấu sau: Si: ls 22s22p63s23p2 Lớp nguyên tử Si bao gồm phân lớp 3s có e, phân lớp 3p có e độc thân AO px P y, phân lớp 3d trống Khi trạng thái kích thích để tạo thành phân tử S1F4 e AO-3s nhảy lên AO-3pz trống để tạo thành e độc thân AO-S AO-p Các AO-S AO-p tổ hợp tạo AO lai hóa sp3 Mỗi AO-sp3 chứa e độc thân Các e độc thân tạo thành liên kết cộng hóa trị với nguyên tử flo Để tạo thành SiF62', phân tử S1F4 liên kết với anion F" sau: Mỗi ion F" cho nguyên tử Si cặp e, cặp e cho vào AO-3d trống Nguyên tử c có cấu hình: ls 22s22p2 Như trạng thái kích thích le AO-2s nhảy lên AO-2pz trống để tạo e độc thân có khả tạo liên kết cộng hóa trị Vì vậy, tạo thành phân tử CF4 tương tự S1F4 62 Tuy nhiên nguyên tử c có lớp e, lớp thứ có AO-S AO-p AO-d trống nguyên tử Si, không tạo phân tử CFô2’ SiF62- [3] Câu 41- Câu Khối 10 đề thi Olympic 30/4- THPT chuyên Thăng Long, Lâm đồng (2006) Cho bốn số lượng tử e chót nguyên tử nguyên tố A, X, z sau: A: n = 3,1 = 1, m = -1, s = -1/2 X: n = 2,1 = 1, m = -1, s = -1/2 Z: n = 2,1 = 1, m = 0, s = +1/2 Xác định A, X, z ? Cho biết trạng thái lai hóa cấu trúc hình học phân tử ion sau: ZA2, AX2, AX32', AX42'? Bằng thuyết lai hóa giải thích tạo thành phân tử z x ? Giải thích z x có moment lưỡng cực bé? Giải thích hình thành liên kết phân tử phức trung hòa Fe(CO)5 thuyết VB? Gơi ý trả lời: Nguyên tố A: n = 3,1 = 1, m = -1, s =-1/2 suy 3p4 A s Nguyên tố X: n = 2,1 = 1, m = -1, s = -1/2suy 2p4 X o Nguyên tố Z: n = 2,1 = 1, m = 0, s = +1/2 suy 2p2 z C Trạng thái lai hóa nguyên Phân tử, ỉon Cấu trúc hình học tử trung tâm cs S02 SO32 SO42 sp sp Đường thẳng Góc sp Chóp tam giác sp Tứ diện 63 C: [He]2s22p2 O: [He]2s 2p A V Cacbon dùng AO-2s tổ hợp với AO-2p để tạo AO lai hóa sp hướng hai phía khác nhau, có AO bão hòa AO chưa bão hòa Cacbon dùng AO lai hóa chưa bão hòa xen phủ sigma với AO-p chưa bão hòa o dùng AO-p chủng chưa bão hòa xen phủ pi với AO-p lại chưa bão hòa oxi Oxi dùng AO-p bão hòa xen phủ với AO-p trống cacbon tạo liên kết pi kiểu p -> p , Ẵ Công thức câu tạo : *c — o I + CO có momen lưỡng cực bé phân tử có liên kết phối trí ngược cặp e nguyên tử oxi cho sang AO trống nguyên tử cacbon làm giảm độ phân cực liên kết nên giảm moment lưỡng cực + Sự hình thành liên kết ữong phân tử Fe(CO)5 Fe : [Ar] 3d64s24p° Vì CO phối tử tương tác mạnh với ion trung tâm nên có dồn electron Fe*: [Ar] 3d84s°4p° COdùng cặp e tự chưa liên kết nguyên tử c tạo liên kết phối trí với AO lai hóa trống sắt tạo phân tử phức trung hòa Fe(CO)5 [2] Câu 42- Câu Khối 10 đề thi Olympic 30/4- THPT chuyên Thăng Long, Lâm đồng (2006) Cho bốn số lượng tử e chót nguyên tử nguyên tố A, X , z sau: 64 A: n = 3,1 = 1, m = -1, s = -1/2 X: n = 2,1 = 1, m = -1, s = -1/2 Z: n = 2,1 = 1, m = 0, s = +1/2 Xác định A, X, Z Giải thích AX32" lại có khả hòa tan A tạo A2X32' Gơi ý trả lời: Nguyên tố A: n = 3,1 = 1, m = -1, s = -1/2 suy 3p4 A s Nguyên tố X: n = 2,1 = 1, m = -1, s = -1/2 suy 2p4 X o Nguyên tố Z: n = 2,1 = 1, m = 0, s = +1/2 suy 2p2 z c A S: [Ne] 3s2 3p4 V / / / t Ạ S*: [Ne] 3s2 3p4 V S 32' có khả kết hợp thêm nguyên tử tử s ữong s tạo S2O32' nguyên SO32' có cặp e tự chưa liên kết có khả cho vào AO- 3p ữống nguyên tử s tạo liên kết cho nhận [2] Câu 43- Trích câu Khối 11 đề thi Olympic 30/4- THPT Quốc học Huế, Thừa Thiên-Huế (2006) Hãy giải thích: a Khi làm lạnh SO3 dễ hóa lỏng [(803)3] dễ hóa rắn [(S03)„] b Dạng hình học NÛ2+ ICI4' Gơi V trả lời: a Phân tử SO3 tồn trạng thái Khi làm lạnh SO3 ngưng tụ thành chất lỏng dễ bay gồm phân tử trime mạch vòng (803)3 Khi làm lạnh đến 16,8°c chất lỏng biến thành khối chất rắn ữong suốt có dạng (S03)n phân tử polime mạch thẳng 65 o o o k.J s ĩ1 0 ọ o ■ 0 " II o ■£ 11 o ULa o 0, II o H ình 2.6 Phân tử trỉm e (SO 3)3 phân tử polỉm e (S )„ Hiện tượng dễ trùng hợp phân tử SO3 thành vòng hay thẳng s dễ chuyển từ trạng thái lai hóa sp2 thành sp3 [2] b N 2+: N: 2s2 2p3 sp : 2s2 2p4 +: 2s22p3 Ạ Nguyên tử N trạng thái lai hóa sp Một AO lai hóa N chứa e độc thân liên kết với AO-2p chứa e độc thân o tạo liên kết Các AO lai hóa chứa cặp e tự tạo liên kết cho nhận với AO-p trống + Còn AO không lai hóa N xen phủ với AO chứa e độc thân o + I*: 5s2 5p4 5d1 ■N o- Ion N 2+ có cấu trúc thẳng: A A A ICI4 : V Sf V I: 5s2 5p5 /\ A o >\ V 3j2 sp d C l:3 s2 3p5 Ã c r : 3s2 3p6 \' 66 ■■■■ V S i' Nguyên tử I* lai hóa sp3d2 Ba AO lai hóa chứa e độc thân xen phủ với AO-p chứa e độc thân nguyên tử C1 tạo liên kết Một AO-3p chứa cặp e tự Cl" tạo liên kết cho nhận với AO lai hóa trống I* Hai cặp e tự chiếm vị trí trục xuyên tâm Ion ICI4" có cấu trúc vuông phẳng cu_ ^ I ^ C1 C1 """" ^ C H ình 2.7 Dạng hình học ion IC Ụ C âu 44- Trích câu Khối 11 đề thi Olympic 30/4- THPT Lê Khiết, Quảng Ngãi (2007) A B phi kim thuộc phân nhóm thuộc hai chu kì liên tiếp bảng tuần hoàn Nguyên tử nguyên tố A có electron cuối ứng với số lượng tử có tổng đại số 1,5 a) Xác định tên nguyên tố A B ? b) Mô tả so sánh tạo thành phân tử A3 B A2 theo quan điểm phương pháp VB? Gơi ý trả lời: a) Xét nguyên tử nguyên tố A: electron cuối c ó n + l + m + s = 1,5 Vì A phi kim (khác hiđro) nên 1=1 Do m = -1 m = m = +1 Lại có: n + m + s = 0,5 Có n > suy m + s < -1,5 Chọn s = -1/2, m = -1 Vậy nguyên tử A có electron lớp ứng với bốn số lượng tử n = 2,1 = 1, m = -1, s = - 1/2 Cấu hình electron lớp A là: 2s22p4 A nguyên tố oxi 67 Vì A, B thuộc phân nhóm thuộc chu kì liên tiếp nên B lưu huỳnh, b) Phân tử O3 SO2 có cấu tạo tương tự nhau, dạng tam giác cân - Nguyên tử ưung tâm ừạng thái lai hóa sp2 tạo AO lai hóa sp2 AO lai hóa chứa e độc thân AO lai hóa lại AO chứa e - AO lai hóa chứa e nguyên tử trung tâm o (ữong O3) s (trong SO2) tạo liên kết cho nhận với nguyên tử oxi bên cạnh (trái) - AO lai hóa chứa e nguyên tử trung tâm xen phủ với AO px nguyên tử oxi lại (phải) tạo liên kết (7 - AO pz không lai hóa nguyên tử trung tâm chứa e độc thân (có phương vuông góc với mặt phẳng chứa AO lai hóa sp2) xen phủ bên với AO pz nguyên tử oxi bên phải (2 AO có trục song song) tạo liên kết n [3] C âu 45- Trích câu Khối 11 đề thi Olympic 30/4-THPT chuyên Thăng Long, Lâm Đồng (2011) Cho số lượng tử chót nguyên tử nguyên tố A, X sau: A: n = , 1= 1, m = -1, s = -1/2 X: n = 2,1 = 1, m = 0, s = +1/2 a, Xác định A, X? b, Bằng thuyết lai hóa giải thích tạo thành phân tử XA c, Giải thích S1O2 lại có nhiệt độ nóng chảy cao so với XA2? G ý trả lời: a, Nguyên tố A: n = 2,1 = 1, m = -1, s = -1/2 suy 2p4 X o Nguyên tố X: n = 2,1 = 1, m = 0, s = +1/2 suy 2p2 z c b, Giải thích tạo thành phân tử c o thuyết lai hóa 68 C: [He] 2s22p2 : [He] 2s22p4 A t A f ế\ A \t A / Cacbon dùng AO-2s tổ hợp với AO-2p tạo AO lai hóa sp hướng hai phía khác nhau, có AO bão hòa AO chưa bão hòa Cacbon dùng AO lai hóa chưa bão hòa xen phủ sigma với AO chưa bão hòa oxi dùng AO-p chủng chưa bão hòa xen phủ pi với AO-p chưa bão hòa lại oxi Oxi dùng AO-p bão hòa xen phủ với AO-p trống cacbon tạo liên kết cho nhận kiểu p-»p c, Cacbonđioxit có cấu trúc thẳng = c = ứng với trạng thái lai hóa sp nguyên tử c Trái lại, S1O2 có cấu tạo tứ diện ứng với trạng thái lai hóa sp3 nguyên tử silic Trong tinh thể S1O2, nguyên tử Si nằm trung tâm tứ diện, liên kết cộng hóa trị với nguyên tử oxi nằm đỉnh tứ diện Như nguyên tử oxi liên kết với hai nguyên tử silic hai tứ diện cạnh Do đó, S1O2 dạng polime với cấu trúc chiều nên trình nóng chảy có liên quan đến trình cắt đứt liên kết hóa học, nguyên tử CO2 trạng thái rắn tạo tinh thể phân tử, trình nóng chảy không liên quan đến cắt đứt liên kết hóa học phân tử CO2 Chính S1O2 lại có nhiệt độ nóng chảy cao so với CO2 [3] 69 K ẾT LUÂN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, đề tài hoàn thành đạt kết sau: Tổng quan sở lí luận thực tiễn đề tài: - Những xu hướng đổi giáo dục nay, vai trò việc bồi dưỡng HSG đặc biệt học sinh giỏi hóa - Vai trò tập hóa học nói chung tập thuyết VB nói riêng ôn thi HSG Đưa lý thuyết số dạng tập liên quan tới thuyết VB thường gặp dạng bài: Mô tả hình thành liên kết hợp chất cộng hóa trị; xác định hình dạng, tính chất số phức dựa vào phương pháp VB Sưu tầm phân dạng dạng tập theo mức độ nhận thức: - Mức nhận biết: 10 - Mức độ thông hiểu: 13 - Mức độ vận dụng thấp: 11 - Mức độ vận dụng cao: 11 Việc đưa lý thuyết giải dạng tập cụ thể phân dạng dạng tập theo mức độ nhận thức góp phần nhỏ vào công tác dạy học ôn thi HSG trường THPT, tiết kiệm thời gian nghiên cứu tài liệu Đề tài sử dụng tài liệu tự học cho HSG Nếu phát triển thêm đề tài mở rộng sang phần khác bồi dưỡng HSG chắn mang lại kết tốt 70 TÀI LIÊU THAM KHẢO « [1] Ban tổ chức kì thi, Tuyển tập đề thi Olympic 30-4 môn Hóa học lần thứ V, NXB Giáo dục [2] Ban tổ chức kì thi, Tuyển tập đề thi Olympic 30- môn Hóa học lần thứ XII- 2006, NXB Giáo dục [3] Ban tổ chức kì thi (2012), Tổng hợp đề thi Olympic 30/4 (từ năm 20072011), NXB Đại học Sư phạm [4] Ban tổ chức kì thi, Tuyển tập đề thi Olympic 30- môn Hóa học lần thứ XIX- 2013, NXB Đại học Sư phạm [5] Đảng Cộng sản Việt Nam, Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XI, NXB CTQG [6] Đào Đình Thức, Bài tập hóa học đại cương, NXB Đại học Quốc gia [7] Đào Đình Thức (2005), cẩu tạo nguyên tử liên kết hóa học tập 1, NXB Giáo dục [8] Hoàng Thị Dương (2015), ứng dụng thuyết VB, trường tinh thể giải thích số phức chất, Khóa luận tốt nghiệp, ĐHSP Hà Nội [9] Lâm Ngọc Thiềm (Chủ biên), Lê Kim Long, cẩ u tạo chất đại cương, NXB Đại Học Quốc Gia [10] Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải, Bài tập hóa học đại cương, NXB Đại học Quốc gia [11] Lê Chí Kiên (2006), Hóa học phức chất, NXB Đại học quốc gia [12] Lê Mậu Quyền (2010), Bài tập hóa học đại cương, NXB Giáo dục [13] Nguyễn Cương, Nguyễn Mạnh Dung, Nguyễn Thị Sửu (2002), Phương pháp dạy học Hóa học tập 1,11,111 (Sách Cao đẳng), NXB Giáo dục [14] Nguyễn Thị Thanh Hải (2011), Xây dựng sử dụng hệ thống lý thuyết, tập hóa học dàng dạy học lớp chuyên Hóa bồi dưỡng học 71 ... hướng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu xem biện pháp thiếu ưong bồi dưỡng HSG [19] 1.2 Bài tập hóa học 1.2.1 Khái niệm tập hóa học Bài tập hóa học phương tiện để dạy học sinh tập vận dụng kiến... chứng minh - Học sinh có khả sử dụng khái niệm để Vận dụng cao giải vấn đề chưa học trải nghiệm trước giải kĩ kiến thức học 1.3 Tổng quan thuyết Valence Bond (thuyết VB) Thuyết VB hai nhà hóa học. .. nhanh bền vững 1.2.3 Tác dụng tập hốa học Việc dạy học thiếu tập Sử dụng tập để luyện tập biện pháp quan trọng để nâng cao chất lượng dạy học Bài tập hóa học có ý nghĩa, tác dụng to lớn nhiều mặt