LIÊN kết hóa học VSEPR LAI hóa

1TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 CHUN ĐỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC-CẤU TẠO PHÂN TỬ A LIÊN KẾT HÓA HỌC I PHÂN LOẠI LIÊN KẾT HÓA HỌC Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo thành phân tử hay tinh thể bền vững Nói cách khác là các nguyên tử chuyển thành phân tử hoặc tinh thể để đạt đến cấu hình electron bền vững của khí hiểm (qui tắc bát tử) Cần lưu ý là có một số trường hợp qui tắc bát tử (octet) không thỏa mãn phân tử đó vẫn tồn tại Ví dụ: PCl5 ; SF6 ; NO ; BeH2 ; … Liên kết ion a) Sự tạo thành ion, cation, anion - Ion là những phần tử mang điện tích (nguyên tử vốn trung hòa điện số electron bằng số proton, nguyên tử mất bớt hoặc thu thêm electron nó trở thành phần tử mang điện tích gọi là ion) - Nguyên tử của nguyên tố kim loại nhường electron (thường là toàn bộ electron lớp ngoài cùng) để tạo ion dương (cation) M  → M n + + ne (n = 1, 2, 3) 2+ Ví dụ: 12Mg : 1s22s22p63s2 ⇒ Mg  → Mg + 2e - Nguyên tử của nguyên tố phi kim có xu hướng thu thêm để tạo ion âm (anion) X + ne  → X n − (n = 1, 2, 3) Ví dụ: 8O : 1s22s22p4 ⇒ O + 2e  → O 2− b) Ion đơn nguyên tử, ion đa nguyên tử - Ion đơn nguyên tử chỉ một nguyên tử tạo nên còn ion đa nguyên tử là nhóm nguyên tử mang điện tích Ion đơn nguyên tử Ion đa nguyên tử 2+ − Mg : Cation magie NO3 : Anion nitrat 2− O : Anion oxit SO32− : Anion sunfit − Cl : Anion clorua SO24− : Anion sunfat 2− S : Anion sunfua H PO 4− : Anion đihiđrophotphat ClO −4 : Anion peclorat c) Sự tạo thành liên kết ion - Là liên kết được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu - Liên kết ion được hình thành giữa nguyên tử kim loại điển hình và nguyên tử phi kim điển hình - Đặc điểm của liên kết ion là không có tính định hướng và không có tính bão hòa - Do liên kết ion rất bền vững nên hợp chất ion đa phần là chất rắn, khó bay hơi, khó nóng chảy, một số hợp chất ion tan được nước tạo dung dịch dẫn điện Độ bền vững của liên kết ion phụ thuộc vào bán kính ion, điện tích ion, lượng mạng lưới tinh thể, … Ví dụ: Liên kết ion phân tử NaCl được hình thành theo sơ đồ sau Liên kết cộng hóa tri - Là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hoặc nhiều cặp electron chung Mỗi cặp electron chung tạo nên một liên kết cộng hóa trị - Liên kết cộng hóa trị đó cặp electron chung nằm chính giữa hai nguyên tử gọi là liên kết cộng hóa trị không phân cực (thường là liên cộng hóa trị đơn chất) - Liên kết cộng hóa trị đó cặp electron chung bị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn gọi là liên kết cộng hóa trị phân cực (thường là liên cộng hóa trị hợp chất) Ví dụ: Xét sự hình thành liên kết cộng hóa trị các phân tử N2; Cl2; HCl; CO2 TRANG 2TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 Phân tử Công thức electron N N2 + N Công thức cấu tạo N N≡ N N Cl2 Cl-Cl H HCl + Cl H Cl H-Cl CO2 O=C=O Công thức Lewis: Cho biết sơ đồ liên kết các phân tử Các bước để viết công thức Lewis: • Nguyên tử trung tâm phân tử thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ nhất, các nguyên tử H và F thường ở đầu hoặc cuối (vì chỉ có hóa trị I) • Sử dụng các cặp electron hóa trị để tạo liên kết giữa các nguyên tử cho mỗi nguyên tử có một cộng hóa trị hợp lí và thỏa mãn quy tắc bát tử Liên kết cho-nhận (liên kết phối trí) - Liên kết cho-nhận là trường hợp riêng của liên kết cộng hóa trị, cặp electron chung chỉ một nguyên tử đóng góp Liên kết cho-nhận được biểu diễn bằng dấu mũi tên hướng từ nguyên tử cho sang nguyên tử nhận • Điều kiện hình thành liên cho nhận X→Y: - Nguyên tử cho (X) có obitan chứa cặp electron tự - Nguyên tử nhận (Y) có obitan hóa trị còn trống Ví dụ: Xét sự hình thành liên kết cho-nhận phân tử CO; SO 2; HNO3 Công thức phân tử Công thức cấu tạo SO2 HNO3 Liên kết kim loại - Kim loại ở thể rắn và lỏng xuất hiện ion dương kim loại và các electron tự Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion dương kim loại sự tham gia của các electron tự • So sánh liên kết kim loại với liên kết cộng hóa trị Loại liên kết Giống Khác - Electron dùng chung là những Liên kết cộng hóa trị electron hóa trị, một hoặc hai - Liên kết được hình thành bới sự nguyên tử đóng góp tham gia của các electron - Tất cả các electron tự đều tham Liên kết kim loại gia vào quá trình hình thành liên kết • So sánh liên kết kim loại với liên kết ion Loại liên kết Giống Khác - Lực hút tĩnh điện giữa ion dương Liên kết ion - Liên kết được hình thành bới lực và ion âm hút tĩnh điện - Lực hút tĩnh điện giữa ion dương Liên kết kim loại kim loại và electron tự Liên kết Van-đec-van - Là loại liên kết hình thành giữa các phân tử, nguồn gốc của liên kết này là sự tương tác lực hút tĩnh điện giữa các phân tử - Liên kết Van-đec-van càng mạnh sự phân cực giữa các phân tử càng lớn, khối lượng phân tử càng lớn và khoảng cách giữa các phân tử càng nhỏ Ví dụ: Phân tử SO2 có nhiệt độ sôi cao phân tử O2 vì MSO2 (64) > M O2 (32) - Liên kết Van-đec-van gồm ba kiểu là tương tác định hướng; tương tác cảm ứng và tương tác khuếch tán TRANG 3TÀI LIỆU ÔN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 • Tương tác định hướng là tương tác giữa các phân tử có µ > và được tính bằng công thức sau (năng lượng Keesom): µ4 E lk = − (4πε0 ) kTd µ -momen lưỡng cực của phân tử (C.m) ε0 -hằng số điện môi của chân không, ε0 = 8,854.10−12 C2 J −1.m −1 k-hằng số Boltzmann, k = 1,38.10 −23 J.K −1 T-nhiệt độ tuyệt đới (K) d-khoảng cách giữa hai phân tử (m) • Tương tác cảm ứng (gọi là lượng Debye) được tính bằng cơng thức: E D = − αµ ( α là độ (4πε0 ) d phân cực của phân tử, m3) • Tương tác khuếch tán (năng lượng London) được tính: E L = − I12 α (I1 là lượng ion hóa (4πε0 ) 2I1 d thứ nhất của phân tử, J) Ví dụ: Tính tương tác Van-đec-van giữa hai phân tử HCl dựa vào các số liệu sau: µ =1,07D; α = 2,93.10−40 m3 ; I1 = 2,195.10−18 J ; d = 0,250nm; T = 298K Đáp số: E lk = −5, 2kJ.mol−1 ; E D = −1,5kJ.mol−1 ; E L = −28, 2kJ.mol −1 Liên kết hiđro - Nguyên tử hiđro linh động là nguyên tử hiđro liên kết trực tiếp với nguyên tử có độ âm điện lớn (F, O, N, Cl) tạo thành liên kết phân cực Độ linh động của nguyên tử hiđro phụ thuộc vào sự phân cực của liên kết - Liên kết hiđro là loại liên kết có bản chất là lực hút tĩnh điện với lượng liên kết nhỏ Nó là liên kết được hình thành giữa nguyên tử hiđro linh động với nguyên tử của nguyên tố khác có cặp electron chưa tham gia liên kết Liên kết hiđro có hai loại là liên kết hiđro liên phân tử và liên kết hiđro nội phân tử - Liên kết hiđro có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lí và thậm chí là tính chất hóa học của chất Cụ thể: chất tạo được liên kết hiđro với nước thì khả tan nước cao hơn; chất có liên kết hiđro liên phân tử càng bền vững thì có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy càng cao; liên kết hiđro nội phân tử có ảnh hưởng tới khả phản ứng của chất Ví dụ: Trong dung dịch ancol có một số loại liên kết hiđro sau Momen lưỡng cực phân tử - Khi hai nguyên tử A và X có độ âm điện khác liên kết với tạo thành phân tử AX thì phân tử này có cực và nó có mợt momen lưỡng cực µ = q l (q: Giá trị tuyệt đối của điện tích A hoặc X (đơn vị C); l : Độ dài liên kết A-X (đơn vị tính m)) ⇒ đơn vị của µ là C.m; người ta thường dùng đơn vị Debye (D) với 1D = 3,33.10−30 C.m Ví dụ: Thực nghiệm cho biết phân tử H-F có: µ H − F = 1,83D ; l H − F = 0,092nm Tính độ ion δ của liên kết H-F TRANG 4TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 Giải −30 1,83.3,33.10 = 0, 41 hay độ ion là 41% 1,602.10−19.0,092.10−9 II MỘT SỐ LOẠI TINH THỂ THƯỜNG GẶP Tinh thể được cấu tạo từ những nguyên tử, phân tử hoặc ion Các hạt này được sắp xếp một cách đều đặn, tuần hoàn theo một trật tự nhất định không gian tạo thành mạng tinh thể Tinh thể thường có hình dạng không gian xác định Tinh thể ion - Do các ion ngược dấu liên kết với bằng liên kết ion tạo nên Ví dụ: Tinh thể NaCl, KCl, BaCl2, Al2O3, Vì q = δ.e ⇒ δ = - Các tinh thể ion đều bền vững, khó bay hơi, khó nóng chảy, ở trạng thái nóng chảy hoặc tan nước có khả dẫn điện Tinh thể nguyên tử - Do các nguyên tử liên kết với bằng liên kết cộng hóa trị tạo thành Các tinh thể nguyên tử đều bền vững, khó nóng chảy, khó bay Ví dụ: Kim cương, thạch anh (SiO2), Hình ảnh tinh thể SiO2 Tinh thể phân tử - Do các phân tử liên kết với bằng tương tác yếu giữa các phân tử tạo nên Các tinh thể phân tử đều kém bền, dễ bay hơi, dễ nóng chảy Ví dụ: Nước đá, iot, Tinh thể kim loại - Do các nguyên tử kim loại liên kết với bằng liên kết kim loại tạo nên Tinh thể kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt,khó nóng chảy, khó bay (trừ thủy ngân) TRANG 5TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 III HIỆU ĐỢ ÂM ĐIỆN VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC - Thực chất không có ranh giới rõ rệt giữa liên kết cộng hóa trị và liên kết ion Để dự đoán một cách tương đối liên kết giữa hai nguyên tử người ta dựa vào hiệu độ âm điện của chúng với qui ước sau Hiệu độ âm điện ∆χ Loại liên kết Liên kết cộng hóa trị không phân cực  → < 0,4 - Liên kết cộng hóa trị phân cực 0,4  → < 1,7 ≥ 1,7 - Liên kết ion B DẠNG HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ I LAI HÓA Khái niệm Xét phân tử CH4 người ta thấy rằng electron hoá trị tạo liên kết C- H không giống (gồm electron s và electron p ) vẫn tạo được liên kết giống hệt Để giải thích hiện tượng này các nhà hoá học Slater và Pauling đã đề thuyết lai hoá, theo thuyết này đã có sự tổ hợp “trộn lẫn” một số obitan nguyên tử, và trường hợp chính là obitan 2s đã tổ hợp “trộn lẫn” với obitan 2p để tạo obitan lai hoá sp3 giống hệt nhau, bốn obitan lai hoá này xen phủ với obitan 1s của nguyên tử H tạo liên kết C- H hoàn toàn giống nhau.Vậy: “Sự lai hoá obitan nguyên tử tổ hợp “trộn lẫn” số obitan nguyên tử để obitan lai hoá giống định hướng khác không gian” Điều kiện - Các obitan chỉ được lai hoá với lượng của chúng xấp xỉ bằng - Mật độ electron của các obitan nguyên tử tham gia lai hoá phải đủ lớn để độ xen phủ của obitan lai hoá với obitan nguyên tử khác đủ lớn để tạo liên kết bền Các kiểu lai hóa thường gặp a) Lai hoá sp: Là sự tổ hợp obitan s với obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành obitan lai hoá sp nằm thẳng hàng với hướng về hai phía (lai hoá đường thẳng) Những loại hợp chất có kiểu lai hoá sp thường gặp có dạng AB như: BeCl2, ZnCl2, BeH2 hay C2H2 … Lai hoá sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng (góc liên kết bằng 1800 ) của các liên kết những phân tử b) Lai hoá sp2: Là sự tổ hợp của obitan s với obitan p của một nguyên tử tạo thành obitan lai hoá sp cùng nằm một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của tam giác đều (lai hoá tam giác) Thực tế hình dạng của phân tử BF3 là hình dạng tam giác đều nên ta chọn kiểu lai hoá sp để giải thích liên kết Những hợp chất AB3 có kiểu lai hoá sp2 thường gặp BF3, BCl3, SO3 hay C2H4 ….; góc liên kết 1200 TRANG 6TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 c) Lai hoá sp3: Là sự tổ hợp của obitan s với obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành obitan lai hoá sp3 định hướng từ tâm đến đỉnh của một tứ diện đều (lai hoá tứ diện) Kiểu lai hoá sp3 thường gặp ở các nguyên tử O, N, C phân tử H2O, NH3,, CH4 … Dạng phân tử thường gặp kiểu lai hoá này là AB 4, ví dụ: CCl4, NH4+ … Góc liên kết 109028’ Ngoài ba kiểu lai hoá sp, sp2, sp3 có các kiểu lai hoá sau: - Lai hoá sp3d (lưỡng chóp tam giác) 1AO s + 3AO p + 1AO d => AO sp3d - Lai hoá dsp2 (vuông phẳng) 1AO d + 1AO s + 2AO p => AO sp2d - Lai hoá sp d (lưỡng chóp tứ giác hay bát diện) 1AOs + 3AO p + 2AO d => AO sp3d2 Thành tựu to lớn nhất của thuyết lai hoá là giải thích hình dạng của một số phân tử Chẳng hạn: Kiểu lai hoá A Hình dạng Kiểu phân tử Góc hoá tri Các phân tử ví dụ (nguyên tố trung tâm) phân tử AB2 sp Đường thẳng 180 BeCl2, ZnCl2, CO2 AB3 sp2 Tam giác 1200 BF3, BCl3, SO3 AB4 sp3 Tứ diện 109028’ CH4, CCl4, NH4+, AB4 dsp Vuông 90 PtCl42-, Cu(NH3)42AB5 sp3d Lưỡng chóp 900 và 1200 PCl5 AB6 sp d Bát diện 900 SF6, SiF62-; XeF4; XeOF4; … Xen phủ trục và xen phủ bên Sự xen phủ đó trục của các obiatn tham gia liên kết trùng với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xen phủ trục Sự xen phủ trục tạo liên kết σ (xích ma) Sự xen phủ đó trục của các obitan tham gia liên kết song song với và vuông góc với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xen phủ bên Sự xen phủ bên tạo liên kết π (pi) II MÔ HÌNH ĐẨY GIỮA CÁC CẶP ELECTRON HĨA TRỊ (THUYẾT GILLESPIE) Cấu trúc hình học của phân tử là một những yếu tố ảnh hưởng và quy định tính chất của phân tử đó như: Độ bền, momen lưỡng cực, Vì vậy việc dự đoán và giải thích cấu trúc phân tử là vấn đề quan trọng việc nghiên cứu một chất bất kỳ Thuyết VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) có ý nghĩa rất quan trọng với việc giải thích cấu trúc phân tử ” TRANG 7TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 Năm 1939, Pauling đưa thuyết VB đã giải thích được các tính chất của liên kết (độ dài liên kết, lượng liên kết, định hướng không gian) Thuyết này giải thích định hướng không gian của phân tử lý thuyết lai hóa Ví dụ Liên kết phân tử CH4; góc liên kết là 109,50 Xét phân tử H2O và NH3: nguyên tử Oxi và Nitơ ở trạng thái lai hóa sp Như vậy góc liên kết phải là 109,5 Tuy nhiên, thực nghiệm cấu trúc phân tử H 2O, góc liên kết HOH ,HNH là nhỏ 109 Theo thuyết VB, sở dĩ có sự sai lệch góc liên kết là tính không tương đương các obitan lai hóa Và cũng để giải thích sự biến đổi cấu trúc phân tử các chất Năm 1940, Sidgewick và Powell đưa thuyết về sự đẩy của các cặp electron hay còn gọi là mơ hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) và được Lenard – Jones, Gillespie và Nyholm phát triển và bổ sung Ý chính của thuyết này là sự sắp xếp các liên kết quanh một nguyên tử trung tâm phụ thuộc vào cách phân bố các cặp electron ở lớp vỏ ngoài của nguyên tử đó Cách phân bố tốt nhất phải đảm bảo cho lượng tương tác đẩy giữa các cặp electron là cực tiểu hay “khoảng cách” giữa các cặp electron là cực đại Hiển nhiên cách phân bố này phụ thuộc trước hết vào tổng số các cặp electron đó (những electron hóa trị của nguyên tử này bao gồm cảc electron liên kết và không liên kết) và những electron tham gia liên kết của các phối tử Trước đây, chúng ta vẫn coi các cặp electron là tương đương Tuy nhiên, một sự xem xét chi tiết đòi hỏi phải có sự phân biệt khác giữa các cặp electron liên kết và không liên kết Một cặp electron không liên kết chỉ bị hạt nhân nguyên tử trung tâm hút Nó chiếm vùng không gian lớn cặp electron liên kết Chính vì vậy tương tác đẩy giữa hai cặp electron không liên kết là lớn cả Rồi đến tương tác đẩy giữa cặp electron không liên kết và cặp electron liên kết Nhỏ nhất là tương tác đẩy giữa hai cặp electron liên kết Từ suy rằng sự có mặt của electron tự đã gây sự giảm góc giữa các trục của các obitan, nghĩa là giảm góc liên kết CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ PHÂN TỬ VÀ ION THEO THUYẾT GILLESPIE Xét phân tử AXmEn Trong đó: • m là số nguyên tử X liên kết với nguyên tử trung tâm A TRANG 8TÀI LIỆU ÔN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 • n là sớ cặp electron và electron độc thân không liên kết ở lớp ngoài của A Đa diện phối Công thức Cấu trúc m+n Sơ đồ đa diện trí XmEn VSEPR phân tử AXm Đoạn thẳng AX2E0 Thẳng (sp) Phân tử liên kết đơn Phân tử liên kết bội BeH2; BeCl2 CO2; HCN SO3; NO3− ; AX3E0 Tam giác đều BH3, AlCl3; BF3 AX2E1 Gấp khúc SnCl2 SO2; NO2; NOCl AX4E0 Tứ diện CH4; NH +4 SO 24 − ; POCl3 AX3E1 Chóp tam giác NH3; H 3O + SOBr2; ClO3− AX2E2 Gấp khúc OF2; NH −2 ; H2O ClO −2 AX5E0 Chóp đôi tam giác PCl5; AsF5 SOF4 AX4E1 Bập bênh IF4+ ; TeCl4 IOF3; XeF2O2 AX3E2 Chữ T BrF3; ICl2(C6H5)2 CO32− Tam giác (sp2) Tứ diện (sp3) Chóp đôi tam giác (sp3d) AX2E3 Thẳng XeF2; I3− ; IF2− TRANG 9TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 Bát diện (sp3d2) AX6E0 Bát diện SF6; SiF62 − IF5O − [ IO2 (OH)4 ] AX5E1 Chóp vuông BrF5; SbCl5− ; IF5 XeF4O AX4E2 Vuông phẳng ICl−4 ; XeF4 C MỢT SỚ VÍ DỤ · · Ví dụ Hãy cho biết cấu trúc hình học của các phân tử sau đây: PCl 3, PF3 So sánh góc liên kết FPF với ClPCl Hướng dẫn: Giải thích: Các phân tử đều thuộc loại AX 3E (lai hóa tứ diện) Tuy nhiên vì còn cặp electron chưa liên kết nên góc liên kết nhỏ góc tứ diện (109,50); giữa các góc liên kết cũng có sự khác độ âm điện của các phối tử · · khác Độ âm điện của F lớn Cl nên góc liên kết FPF nhỏ ClPCl Ví dụ Giải thích sự khác về góc liên kết các phân tử: SCl2 (103 ); OF2 (1050); OCl2 (1110) Hướng dẫn: Các phân tử đều thuộc loại AX 2E2 với lai hóa sp3 nên có cấu trúc hình chữ V Sự khác về góc liên kết SCl2 và OCl2 là sự khác về độ âm điện của nguyên tử trung tâm ( χO > χS ) Sự khác về góc liên kết giữa OCl2 và OF2 là sự khác về độ âm điện của các nguyên tử liên kết ( χ F > χCl ) Ví dụ Biết rằng monoclobenzen có momen lưỡng cực µ1 = 1,53D a) Hãy tính momen lưỡng cực của µo, µm, µp của ortho, meta, para-điclobenzen b) Đo momen lưỡng cực của một ba đồng phân đó ta được µ = 1,53D Hỏi đó là dạng nào của điclobenzen ? Hướng dẫn: a) dạng đồng phân ortho, meta, para-điclobenzen có thể biễu diễn hình vẽ sau C µ1 A B O A A C O O B B Cộng vectơ và sử dụng hệ thức lượng tam giác ta có : - Đối với đồng phân o-điclobenzen : Xét tam giác cân OAC (cân tại A) : OC2 = OA + AC2 − 2OA.ACcos1200 = 3OA (Vì OA = AC và cos1200 = − ) Vậy : µ o = OC = OA = µ1 = 2,65D - Đới với đồng phân m-điclobenzen : Dễ thấy OAC là tam giác đều nên ta có : Vậy : µ m = OC = OA = µ1 = 1,53D TRANG 10TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 uuur uuur - Đối với đồng phân p-điclobenzen : Vì OA và OB là vectơ cùng phương, cùng độ lớn ngược chiều nên tổng bằng Vậy µp = b) Theo đề và theo kết quả tính toán ta có dẫn xuất đã cho là m-điclobenzen Ví dụ Clobenzen có momen lưỡng cực µ1 = 1,53 D (µ1 hướng từ nhân ngoài) ; anilin có momen lưỡng cực µ2 = 1,60D (µ2 hướng từ ngoài vào nhân benzen) Hãy tính µ của o-cloanilin; m-cloanilin và p- cloanilin Giải - Đây là trường hợp hai nhóm thế khác Clo có đợ âm điện lớn, µ1 hướng từ nhân ngoài, – nhóm NH2 có cặp e tự liên hợp với hệ e π của vòng benzen ⇒ hai momen lưỡng cực cùng chiều uuur - Sử dụng qui tắc cộng vectơ để thấy được momen lưỡng cực cần xác định chính là OC - Học sinh phải nắm được các công thức về hệ thức lượng tam giác C A C A µ1 µ1 µ1 µ2 B O O µ2 µ2 B para meta ortho Cộng vectơ sử dụng hệ thức lượng tam giác ta có : - Đối với đồng phân o-cloanilin : Xét tam giác OAC µ o2 = OC = OA + AC2 − 2OA.ACcos 600 = 1,532 + 1,62 − 1,53.1,6 = 2, 4529 ⇒ µ o = 1,566D (Với OA = µ1 ; AC = OB = µ2 ) Vậy : µo = 1,566D - Đới với đồng phân m-cloanilin : Xét tam giác OAC ta có : µ 2m = OC2 = OA + AC2 − 2OA.ACcos1200 = 1,532 + 1,62 + 1,53.1,6 = 7,3489 ⇒ µ m = 2,71D - Đới với đờng phân p-điclobenzen : Vì µ1, µ2 là vectơ cùng phương, cùng chiều nên µp = µ1 + µ2 = 1,60 + 1,53 = 3,13D Ví dụ Xác định (theo đơn vị D) momen lưỡng cực µCl, µ CH3 và µ NO các dẫn xuất thế lần của nhân benzen sau : 1,2-đinitrobenzen (µ = 6,6D) ; 1,3-điclobenzen (µ = 1,5D) và p- nitrotoluen ((µ = 4,4D) Giải Cl NO2 NO2 NO2 Cl CH3 Giải Áp dụng qui tắc cộng vectơ và hệ thức lượng tam giác ta có  Đối với trường hợp 1,2-đinitrobenzen (µ = 6,6D) µ = µ12 + µ 22 − 2µ1.µ cos θ với Thay sớ với µ = 6,6D ; µ1 = µ 2 θ =1200 ta có : 6,62 = µ NO2 ⇒ µ NO2 = 3,81D  Đối với trường hợp 1,3-điclobenzen (µ = 1,5D) µ = µ12 + µ 22 − 2µ1.µ cos θ với µ1 = µ Thay sớ với µ = 1,5D ; θ =600 ta có : µCl = µ = 1,5D  Đới với trường hợp p- nitrotoluen ((µ = 4,4D) Vì µ1, µ2 là vectơ cùng phương, cùng chiều nên µ = µ CH3 + µ NO2 0,59D ⇒ µ CH3 = µ - µ NO2 = 4,4 – 3,81 = TRANG 10 11TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu (Olympic 10-2008) Dựa vào thuyết lai hóa obitan nguyên tử, hãy cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình − học bền của: CBr4; IF5; XeF4; BrF3; Fe(CO)5; và I3 So sánh và giải thích ngắn gọn sự khác về trị số của mỗi đại lượng sau Chất NH3 NF3 Momen lưỡng cực (D) 1,46 0,24 Nhiệt độ sôi (0C) -33 -129 Câu (Chuyên Lê Hồng Phong-TPHCM 2008) Nguyên tử của hai nguyên tớ X, Y có các đặc điểm: • Tổng sớ hạt không mang điện của X và Y bằng • Tổng số hạt mang điện dương của X và Y bằng • Sớ khới của Y gấp 14 lần số khối của X a) Viết cấu hình electron, gọi tên X, Y b) Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố X có thể được xếp vào nhóm IA hoặc VIIA Hãy nêu ba lí giải thích c) Dùng thuyết obitan nguyên tử hãy mô tả dạng hình học phân tử hợp chất đơn giản nhất được tạo thành giữa hai nguyên tố X và Y Câu (BT Hóa học đại cương) Cho biết cấu trúc hình học và so sánh góc liên kết các phân tử: PH 3; PCl3 và PF3 Câu (BT Hóa học đại cương) Xác định phần trăm đặc tính ion và điện tích mà nguyên tử mang các phân tử HCl và HI, biết rằng µ HCl = 1,07D ; µ HI = 0, 44D ; độ dài liên kết l HCl = 0,127 nm ; l HI = 0,161nm Đáp số: HCl: 18%; HI: 6%; δ lầ lượt là 0,18 và 0,06 Câu (BT Hóa học đại cương) Momen lưỡng cực của nitrobenzen là 4,3D Coi liên kết C-H đóng góp không đáng kể vào momen lưỡng cực của phân tử; hãy tính momen lưỡng cực của 1,2-đinitrobenzen; 1,3-đinitrobenzen và 1,3,5-trinitrobenzen Đáp sớ: µ1,2 = 7,4D; µ1,3 = 4,3D; µ1,3,5 = Câu (Chuyên Lê Quý Đơn-Khánh Hòa 2008) Có hiđrocacbon: C2H6; C2H4; C2H2 và các sớ liệu: • Góc hóa trị (góc liên kết): 1200; 1800; 1090 • Đợ dài liên kết ( A ): 1,05; 1,07; 1,09; 1,20; 1,34; 1,54 • Đợ âm điện của nguyên tử C: 2,5; 3,28; 2,75 Hãy điền các giá trị phù hợp với từng hiđrocacbon theo bảng sau: Hiđrocacbon Kiểu lai hóa Góc hóa trị Độ âm điện của nguyên tử C Độ dài liên kết Độ dài liên kết C-C ( A ) C-H ( A ) CH3-CH3 CH2=CH2 HC≡ CH Câu (Chun Lê Q Đơn-Khánh Hòa 2008) Xét hai đờng phân cis- và trans- của điimin N2H2 a) Viết công thức cấu tạo của mỗi đồng phân này b) Trong mỗi cấu tạo đó nguyên tử N ở dạng lai hóa nào? Trình bày cụ thể c) Đồng phân nào bền hơn? Giải thích Câu (Chuyên Lê Quý Đôn-Đà Nẵng 2008) Viết công thức Lewis và cho biết dạng hình học của các phân tử sau: SCl2; OCl2 So sánh góc liên kết của mỗi phân tử, giải thích Câu Hợp chất X2Y6 có tổng số hạt các loại là 392, đó số hạt mang điện nhiều số hạt không mang điện là 120 hạt số khối của Y lớn số khối của X là tổng số hạt ion X 3+ ít Y − là 16 a) Xác định X và Y b) Ở 7000C, X2Y6 phân li thành XY3 Cho biết kiểu lai hóa của phân tử X, kiểu liên kết mỗi phân tử và mô tả cấu trúc hình học của phân tử XY3 Đáp số: a) Al (Z = 13) và Cl (Z = 17) Câu 10 Hãy xác định khoảng cách giữa nguyên tử iot đồng phân hình học của phân tử C 2H2I2 với giả 0 thiết đồng phân này có cấu tạo phẳng (Cho độ dài liên kết C – I là 2,10 A và C = C là 1,33 A ; góc liên kết C-CI bằng C-C-H = 1200 ) TRANG 11 12TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 Dạng trans Dạng cis 0 Đáp số: Dạng cis: 3,43 A ; dạng trans : 5,00 A Câu 11 Xét các phân tử POX3 a) Các phân tử POF3 và POCl3 có cấu hình hình học thế nào? b) Góc liên kết XPX phân tử nào lớn hơn? Giải thích? Câu 12 (Chuyên Hùng Vương-Gia Lai 2008) Hãy so sánh có giải thích: a) Góc liên kết HOH phân tử H2O và FOF phân tử OF2 b) Nhiệt độ nóng chảy và độ hòa tan nước của NaCl và RbCl c) Năng lượng liên kết của F2 và Cl2 d) Năng lượng ion hóa thứ nhất của P (Z = 15) và S (Z = 16) Câu 13 (Chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm-Vĩnh Long 2008) Trong số các phân tử và ion: CH 2Br2; F− ; CH2O; Ca 2+ ; AsH3; CH3NH2; (C2H5)2O phân tử và ion nào có thể tạo được liên kết hiđro với nước? Giải thích và mô tả sự hình thành liên kết đó Câu 14 (Chuyên Phan Ngọc Hiển-Cà Mau 2008) Cho biết trạng thái lai hóa và dạng hình học của các phân tử: + BrF3; ICl−4 ; HClO2; NH −2 ; I3− ; IF5O; [ Ag(NH ) ] ; Fe(CO)5 Câu 15 (Chuyên Lê Quý Đôn-Long An 2008) Một nguyên tố A tạo được với oxi hai dạng oxit: • Oxit thứ nhất đó oxi chiếm 50% về khới lượng • Oxit thứ hai đó oxi chiếm 60% về khối lượng a) Tìm công thức phân tử hai oxit b) Cho biết cấu tạo dạng hình học hai oxit; trạng thái lai hóa của nguyên tố A hai oxit Đáp số: A là lưu huỳnh; lai hóa sp2 Câu 16 (Olympic 10 2013) Cho nguyên tố A, B, D (ZA < ZB < ZD) Cho biết: - A, B thuộc cùng một phân nhóm chính và ở hai chu kì kế tiếp bảng tuần hoàn - B, D là nguyên tố kế tiếp một chu kì a) A có 6e ở lớp ngoài cùng, hợp chất khí X của A với hiđro đó %H = 11,1% (về khối lượng) Xác định tên của A và B b) Hợp chất Y có công thức AD đó lớp electron ngoài cùng của A và D có cấu hình bền khí hiếm Cho biết tên nguyên tố D Viết công thức electron và công thức cấu tạo của Y c) Z là hợp chất tạo bởi A, B, D có tỉ lệ khối lượng A, B, D là : 1: 2,22 Xác định công thức phân tử của Z biết phân tử khối của Z là 135u Cho biết kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm Z và dạng hình học của Z Đáp số: a) O, S; b) Cl; c) SO2Cl2; lai hóa sp3 (tứ diện) · Câu 17 (Chuyên Nguyễn Thi Minh Khai-Sóc Trăng 2013) So sánh (có giải thích) độ lớn góc liên kết ONO các phân tử NO2; NO2Cl; NaNO2 Câu 18 (Chuyên Lê Hồng Phong-TPHCM 2011) Cho các phân tử, ion XeF2; XeO2F2; (CN ) 2− ; NFO a) Viết công thức cấu tạo Lewis cho từng phân tử, ion b) Áp dụng quy tắc đẩy giữa các cặp electron hóa trị, hãy dự đoán cấu trúc hình học của các phân tử, ion đó Cho biết kiểu lai hóa của nguyên tố trung tâm từng phân tử, ion · Thực nghiệm xác định được momen lưỡng cực của phân tử H 2O là 1,85D; góc liên kết HOH là 104,50; độ dài liên kết O-H là 0,0957nm Tính độ ion của liên kết O-H phân tử nước (bỏ qua momen tạo bởi các cặp electron hóa trị không tham gia liên kết của oxi) Cho biết 1D = 3,33.10−30 C.m ; q e = −1,602.10−19 C ; 1nm = 10−9 m Đáp số: Độ ion hóa = 32,8% Câu 19 (Chuyên Hùng Vương-Bình Dương 2011) Cho các phân tử: XeF4; XeOF4 a) Viết công thức Lewis cho từng phân tử b) Áp dụng quy tắc đẩy giữa các cặp electron hóa trị, hãy dự đoán cấu trúc hình học của các phân tử đã cho; xác định kiểu lai hóa của nguyên tố trung tâm Câu 20 (Chuyên Trần Đại Nghĩa-TPHCM 2014) Vẽ cấu trúc và cho biết dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm các phân tử sau: (C6 H )IF5− ; (C6H5)2Xe và I(C6 H5 ) 2+ TRANG 12 13TÀI LIỆU ƠN THI OLIMPIC HĨA HỌC 10 Bằng thực nghiệm người ta đã xác định giá trị momen lưỡng cực của phân tử H 2S là 1,09D và của liên kết SH là 2,61.10−30 C.m Hãy xác định · a) Góc liên kết HSH b) Độ ion của liên kết S-H; biết rằng độ dài liên kết S-H là 1,33A Cho 1D = 3,33.10−30 C.m và µ của cặp electron khơng phân chia của S là không đáng kể · Đáp số: a) HSH = 920 ; b) độ ion 12,3% Câu 21 (Chuyên Lê Hồng Phong-TPHCM 2014) Viết công thức Lewis, cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của các phân tử: CO 2; Cl2O; H2S và O3 Những phân tử nào có momen lưỡng cực khác không? Câu 22 (Chuyên Hùng Vương-Bình Dương 2014) Bằng phương pháp quang phổ vi sóng người ta xác định phân · O = 109,50 tử SO2 ở trạng thái có µSO2 = 1,6D ; d = 1, 432 A ; OS S− O a) Tính điện tích hiệu dụng của nguyên tử O và nguyên tử S phân tử SO b) Tính độ ion của liên kết S-O Đáp số: a) Điện tích hiệu dụng của O là -0,23; của S là +0,46; b) Độ ion hóa = 23% Câu 23 (THPT Nguyễn Thượng Hiền-TPHCM 2015) Cho hai đồng phân cis và trans của C 2H2I2 sau (độ dài liên kết C=C và C-I lần lượt là 0,133nm và 0,21nm) a) Trong hai chất chất nào có nhiệt độ sôi cao hơn? Giải thích b) Tính khoảng cách giữa hai nguyên tử iot mỗi trường hợp Bỏ qua sự thay đổi góc liên kết tương tác giữa các cặp electron phân tử Đáp số: a) cis cao phân tử phân cực; b) dạng cis: 0,343nm; dạng trans: 0,5nm Hãy cho biết: · · a) Góc HOH phân tử H2O và FOF phân tử OF2 thì góc nào lớn hơn? Giải thích b) Nguyên nhân gây nên sự khác về khối lượng riêng của nước ở 0C (D = 1g/ml) và 00C (D = 0,99g/ml) Câu 24 (Chuyên Trần Đại Nghĩa-TPHCM 2015) Cho các giá trị thực nghiệm về góc liên kết của một số hợp chất cacbonyl bảng dữ liệu sau Phân tử COF2 COFCl COCl2 0 · · · Góc liên kết FCF = 107,7 FCCl = 108,8 ClCCl = 111,80 a) Hãy vẽ các công thức cộng hưởng của COFCl b) Giải thích sự biến thiên góc liên kết các phân tử c) So sánh (có giải thích) độ dài liên kết CO mỗi phân tử Câu 25 (Chuyên Nguyễn tất Thành-Kon Tum 2014) Giá trị momen lưỡng cực của p-nitrobenzyl clorua đo dung môi benzen là 3,59D Hãy xác định góc hợp thành giữa liên kết C-Cl và C-NO phân tử trên; biết các giá trị µ của nitrobenzen và benzyl clorua lần lượt bằng 3,98D và 1,85D Đáp số: 115,650 hay 1150 40' Câu 26 (Chuyên Lê Khiết-Quảng Ngãi 2014) Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học không gian của các ion ClO − ; ClO −2 ; ClO3− ; ClO −4 Từ đó so sánh độ bền của bốn ion đã cho Đáp số: Độ bền tăng theo: ClO − ; ClO −2 ; ClO3− ; ClO −4 (do số cặp electron không liên kết giảm dần) Câu 27 (Chuyên Lương Văn Chánh-Phú Yên 2014) Xác định dạng hình học phân tử của các phân tử và ion sau đồng thời cho biết kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm: SO 24 − ; TeCl4; BrF3; I3− ; IOF5; SbCl− ; ICl−4 Câu 28 (Chuyên Nguyễn Du-ĐăkLăk 2011) Dựa mô hình VSEPR giải thích dạng hình học của NH3; ClF3; XeF4 Nhôm clorua hòa tan vào một số dung môi hoặc bay ở nhiệt độ không quá cao thì tồn tại dạng đime (Al2Cl6) Ở nhiệt độ cao (700 0C) đime bị phân li thành monome (AlCl 3) Viết công thức cấu tạo Lewis của phân tử đime và monome; cho biết kiểu lai hóa của nguyên tử nhôm mỗi trường hợp; mô tả cấu trúc hình học của các phân tử đó TRANG 13 14TÀI LIỆU ÔN THI OLIMPIC HÓA HỌC 10 Câu 29 (Chuyên Huỳnh Mẫn Đạt-Kiên Giang 2011) Dựa vào mô hình VSEPR cho biết dạng hình học; đồng thời cho biết kiểu lai hóa các AO hóa trị của nguyên tử trung tâm các phân tử và ion sau: NH +4 ; BeCl2; [Fe(CN) ]4− ; BrF5 Cho biết có tồn tại phân tử NF5 và AsF5 không? Tại sao? Câu 30 (Chuyên Lê Hồng Phong-TPHCM 2012) Sử dụng mô hình về sự đẩy của các cặp electron hóa trị (VSEPR) dự đoán dạng hình học của các ion và phân tử sau: BeH 2; BCl3; NF3; SiF62− ; NO +2 ; I3− ; [Cu(NH ) ]2+ ; [Zn(NH ) ]2+ Câu 31 (Olympic 10-2017) Ở trạng thái rắn ICl3 không bền và tồn tại dạng nhị hợp I2Cl6 a) Viết công thức Lewis của ICl3 và I2Cl6 b) Dùng thuyết lai hóa kết hợp với mô hình về sự đẩy của các cặp electron hóa trị (VSEPR) dự đoán dạng hình học của ICl3 và I2Cl6 Câu 32 (Chuyên Lê Quý Đôn-Ninh Thuận 2010) So sánh và giải thích sự khác của mỗi đại lượng dưới Chất Cl2O F2O Độ phân cực phân tử (D) 0,78 0,30 Góc liên kết 1100 1030 Câu 33 (Chuyên Long An 2010) a) Có các phân tử XH3: Hãy cho biết dạng hình học của các phân tử PH3 và AsH3 So sánh góc liên kết giữa hai phân tử và giải thích · b) Xét các phân tử POX3: Các phân tử POF3 và POCl3 có dạng hình học thế nào? Góc liên kết XPX phân tử nào lớn hơn? Câu 34 (Chuyên Nguyễn Du-ĐăkLăk 2016) Cho các phân tử: XeF2; XeF4; XeOF4 a) Viết công thức Lewis cho từng phân tử b) Dự đoán cấu trúc hình học của phân tử đó c) Cho biết kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm mỗi phân tử Câu 35 (Chuyên Trần Hưng Đạo-Bình Thuận 2016) X là nguyên tố thuộc nhóm A, hợp chất với hiđro có dạng XH3 Electron cuối cùng nguyên tử X có tổng số lượng tử bằng 4,5 a) Xác định nguyên tố X, viết cấu hình electron nguyên tử b) Ở điều kiện thường XH là một chất khí Viết công thức cấu tạo, dự đoán trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm phân tử XH3, oxit bậc cao nhất, hiđroxit bậc cao nhất của X Đáp số: a) Ga (Z = 31) hoặc N (Z = 7); b) sp3; sp2 và sp2 Câu 36 (THPT Pleiku-Gia Lai 2016) Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được một cách gần đúng góc liên · kết HCH phân tử fomanđehit bằng 1200 Giá trị momen lưỡng cực của các liên kết lần lượt là µ C − H = 0, 4D ; µ C =O = 2,3D Từ các dữ kiện hãy xác định giá trị momen lưỡng cực (D) của phân tử fomanđehit Cho biết: χO > χC > χ H Đáp sớ: µ HCHO = 2,7D Câu 37 (Chun Lê Q Đơn-Khánh Hòa 2016) Ở trạng thái bản, nguyên tử của nguyên tố X, Y, Z có electron cuối cùng ứng với bộ số lượng tử: X: n = 2; l = 1; m l = ; ms = +1/2 Y: n = 2; l = 1; m l = -1; ms = -1/2 Z: n = 3; l = 1; m l = -1; ms = -1/2 a) Xác định X, Y, Z (quy ước số lượng tử từ nhận giá trị từ thấp đến cao) b) Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của các phân tử, ion sau: XY 2; ZY2; ZY42− c) Giải thích các dữ kiện thực nghiệm sau: • XY2 có thể đime hóa thành X2Y4 ZY2 khơng có khả này • Các liên kết giữa nguyên tử Z và Y ion ZY42− có độ dài lớn độ dài liên kết Z=Y và nhỏ độ dài liên kết Z-Y phân tử axit tương ứng Câu 38 (THPT Chu Văn An-ĐăkLăk 2016) So sánh (có giải thích) độ lớn góc liên kết của các phân tử: a) CH4; NH3; H2O b) H2O; H2S Câu 39 (THPT Thực hành cao nguyên-ĐăkLăk 2015) Cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của các phân tử, ion sau: CS2; SO3; BeF42− ; AsCl5; IF7; BF4− Câu 40 (THPT Phan Châu Trinh-Đà Nẵng 2011) Cho ba công thức phân tử dạng AB3: BF3; NF3; IF3 Hãy gán · số liệu góc liên kết BAB : 900; 1070; 1200 phù hợp cho ba phân tử Giải thích TRANG 14 ... tham Liên kết kim loại gia vào quá trình hình thành liên kết • So sánh liên kết kim loại với liên kết ion Loại liên kết Giống Khác - Lực hút tĩnh điện giữa ion dương Liên. .. tố khác có cặp electron chưa tham gia liên kết Liên kết hiđro có hai loại là liên kết hiđro liên phân tử và liên kết hiđro nội phân tử - Liên kết hiđro có ảnh hưởng lớn đến... So sánh liên kết kim loại với liên kết cộng hóa trị Loại liên kết Giống Khác - Electron dùng chung là những Liên kết cộng hóa trị electron hóa trị, một hoặc hai - Liên kết