Dạng 1. Sự hình thành liên kết
Các bài tập dạng này nhằm làm cho học sinh nắm vững cơ chế hình thành liên kết. Học sinh thờng gặp khó khăn khi giải thích sự tạo thành liên kết trong các phân tử, mối quan hệ giữa liên kết hóa học của phân tử và tính chất vật lý hay tính chất hóa học của phân tử. Giáo viên cần chú ý thiết kế các bài tập loại này để học sinh nắm vững kiến thức.
Ví dụ 1. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử hai nguyên tố A, B tơng ứng là 4s2 và 4s24p5.
a) Xác định hai nguyên tố A, B. Biết A, B đều ở nhóm A?
Phân tích cách giải:
- A, B đều ở nhóm A nên A có mức năng lợng cao nhất là 4s. Dựa vào thứ tự sắp xếp các electron trên các mức năng lợng ta viết đợc cấu hình electron đầy đủ của A, B từ đó tìm đợc tên A, B.
A: 1s22s22p63s23p6 4s2 → Ca
B: 1s22s22p63s23p6 3d10 4s24p5 → Br
- Ca là kim loại mạnh, Br là phi kim mạnh nên hợp chất giữa hai nguyên tố này là liên kết ion.
Br + Ca + Br Br- + Ca2+ + Br-
[ArƯ3d104s24p5 [Ar]4s2 [ArƯ3d104s24p5 [Kr] [Ar] [Kr]
1e
1e
Tác dụng của bài tập:
- Học sinh nắm vững điều kiện tạo thành liên kết ion, viết sơ đồ tạo thành liên kết ion.
- Rèn luyện kỹ năng viết cấu hình electron của nguyên tử, ion.
Ví dụ 2. Viết công thức electron, công thức cấu tạo của CO, NO, NO2, BCl3, NH3. Giải thích tại sao BCl3 có thể kết hợp với NH3 cho ra BCl3NH3. Giải thích tại sao hai phân tử NO2 có thể kết hợp cho ra N2O4?
Phân tích cách giải: Liên kết cộng hóa trị đợc hình thành là do sự xen phủ của hai obitan chứa electron độc thân của hai nguyên tử tham gia liên kết (hoặc một obitan chứa electron cặp đôi với một obitan trống), do đó để xác định đợc liên kết trong các phân tử cần phải dựa vào cấu hình electron của mỗi nguyên tử.
Chẳng hạn trong CO, từ cấu hình electron hóa trị của C và O: C 2s2 2p2 O 2s2 2p4
Ta thấy mỗi nguyên tử có hai electron độc thân nên các electron độc thân này sẽ xen phủ với nhau từng đôi một tạo ra hai liên kết cộng hóa trị,
ngoài ra nguyên tử cacbon còn một obitan trống nên có thể nhận cặp e còn lại của oxi. Ta có công thức electron và công thức cấu tạo:
C O : X X X X C OX X ..
Trong NO2 từ cấu hình electron hóa trị của N và O: N: 2s2 2p3 O: 2s2 2p4
Ta thấy nguyên tử N khi liên kết với một nguyên tử O đã đem hai obitan chứa electron độc thân để xen phủ hai obitan chứa electron độc thân của nguyên tử O đó, nguyên tử O còn lại phải ở trạng thái kích thích để có một obitan trống:
Và N liên kết với O này bằng liên kết cho nhận: N cho O, nguyên tử N còn một electron độc thân.
Công thức electron và công thức cấu tạo:
O . N : OXX N O .
. O . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự hình thành phân tử N2O4: Ta thấy trong NO2, nguyên tử N còn một electron độc thân do đó giữa hai nguyên tử N có thể tạo ra một liên kết cộng hóa trị bằng cách xen phủ các electron độc thân.
O N O . N O O . O N O N O O
Sự hình thành phân tử BCl3NH3: Ta thấy trong BCl3, nguyên tử B còn một obitan trống, trong NH3 nguyên tử N còn một cặp electron cha liên kết → giữa
B Cl Cl Cl N H H H : B Cl Cl Cl N H H H Tác dụng của bài tập:
- Giải bài tập này, học sinh đã nắm vững kiến thức về cấu hình electron của nguyên tử, các trạng thái kích thích, cơ chế hình thành liên kết cộng hóa trị, đặc biệt là các trờng hợp không theo quy tắc bát tử.
- Rèn luyện kĩ năng viết công thức electron, công thức cấu tạo của các chất.
Ví dụ 3. Hãy giải thích tại sao ở nhiệt độ thờng nitơ là chất khí nhng photpho lại là chất rắn? Photpho là nguyên tố có độ âm điện bé hơn nitơ nhng lại hoạt động hơn nitơ? nitơ và clo có độ âm điện xấp xỉ nhau nhng nitơ có tính oxi hóa kém clo?
Phân tích cách giải:
Để làm bài tập này, ta dựa trên các cơ sở sau:
- Trạng thái vật lý của các chất phụ thuộc vào lực tơng tác giữa các phân tử.
- Khả năng hoạt động hóa học của các chất phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo, độ bền liên kết của phân tử các chất.
Trên cơ sở đó ta thấy:
- Kích thớc của phân tử nitơ bé hơn photpho, phân tử photpho lại gồm một số lớn nguyên tử, do đó năng lợng tơng tác Vandevan giữa các phân tử nitơ bé hơn photpho, dẫn đến ở điều kiện thờng nitơ là chất khí còn photpho là chất rắn.
- Liên kết đơn P – P trong phân tử P4 kém bền hơn so với liên kết N
N
bị kích thích từ 3s 3p lên 3d tạo ra 5 electron độc thân, hình thành 5 liên kết cộng hóa trị, do đó photpho hoạt động hơn N2.
- Nitơ và clo mặc dù có độ âm điện xấp xỉ bằng nhau ( N = 3,04; Cl = 3,16) nhng phân tử clo có một liên kết đơn σ còn phân tử N2 có một liên kết ba gồm một liên kết σ và hai liên kết π, do đó phân tử N2 bền hơn Cl2. Để tham gia phản ứng, phân tử N2 cần cung cấp năng lợng lớn hơn Cl2 để phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử, vì vậy ở điều kiện thờng phân tử N2 bền hơn Cl2
nên thể hiện tính oxi hóa yếu hơn.
Tác dụng của bài tập:
- Giải bài tập này học sinh đã thấy đợc mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất của các chất.
- Phát triển t duy phân tích, so sánh, tổng hợp.
Ví dụ 4. Cho một lợng halogen X tác dụng vừa đủ với kim loại M hóa trị I thu đợc 4,12g chất A. Cũng lợng halogen đó tác dụng hết với Al tạo ra 3,56g hợp chất B. Nếu cho lợng M nói trên tác dụng với lu huỳnh thì thu đợc 1,56g hợp chất C.
a) Xác định tên halogen X và kim loại M.
b) Viết công thức phân tử và công thức cấu tạo của A, B, C. Xác định hóa trị của mỗi nguyên tố trong từng hợp chất.
Phân tích cách giải:
Nếu gọi a là số mol X đã phản ứng với M. Trong hai phản ứng còn lại, số mol các chất tham gia và tạo thành cũng phụ thuộc vào a. Gọi khối lợng mol của halogen X và kim loại M là X (g) và M (g).
Ta có ba ẩn: a, X, M, bài ra có ba dữ kiện → Lập ba phơng trình với ba ẩn trên ta sẽ tìm đợc ba ẩn và trả lời đợc yêu cầu của bài.
Giải: a) Gọi a là số mol của halogen X2
3X2 + 2Al → 2AlX3 (B) (2) a a 3 2 2M + S → M2S (3) 2a a 12 . 4 ) ( 2 + = → a M X mA (I) 56 . 3 ) 3 27 ( 3 2 + = → a X mB (II) 56 . 1 ) 32 2 ( + = →a M mB (III)
Giải hệ (I), (II) và (III) ta đợc: a = 0,02 X = 80 (brôm) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M = 23 (natri)
b) Công thức phân tử của A, B, C là NaBr, AlBr3, Na2S.
+ Hiệu độ âm điện: ∆Na−Br =2.96−0.93=2.03>1.7→liên kết ion. Công thức cấu tạo NaBr: Na+Br-
Điện hóa trị của Na là 1+, của Br là 1-
+ ∆Al−Br =2.96−1.61=1.35<1.7→liên kết cộng hóa trị có cực Công thức cấu tạo AlBr3:
Br
Br Br
Al
Cộng hóa trị của Al là III, của Br là I
+∆Na−S =2.58−0.93=1.65<1.7→ liên kết cộng hóa trị có cực
Công thức cấu tạo: Na – S – Na
Cộng hóa trị của Na là I, của S là II
Tác dụng của bài tập:
- Rèn luyện cho học sinh kỹ năng tính toán dựa vào phơng trình phản ứng, kỹ năng giải toán hóa học.
- Nắm vững cách viết công thức cấu tạo của hợp chất ion, hợp chất cộng hóa trị, cách xác định hóa trị của nguyên tố trong các hợp chất đó.
Một số bài tập đề xuất
3.1.1. Xác định loại liên kết hóa học giữa các ion và phân tử và hóa trị của mỗi nguyên tố trong mỗi phân tử hay ion đó: Na2SO4, NaHSO4, SO42-, HSO4-, SO2, SO3, H2SO4. Trong hai trờng hợp:
a) Nguyên tử các nguyên tố đều tuân theo quy tắc bát tử. b) Chỉ có S không tuân theo quy tắc bát tử.
3.1.2. Cho một lợng halogen X tác dụng hết với canxi thu đợc 22,2g halogenua A. Cũng lợng halogen X đó tác dụng hết với gali thu đợc 23,53g galiclorua B.
- Xác định tên, khối lợng halogen ban đầu.
- Viết công thức cấu tạo, công thức electron nếu có và công thức cấu tạo của A và của galiclorua B.
- Tính hóa trị của mỗi nguyên tố trong từng hợp chất đó.
3.1.3. Giải thích tại sao CO32- không thể nhận thêm một oxi trái với SO32-
có thể nhận thêm một nguyên tử oxi tạo ra SO42-?
3.1.4. Giải thích sự tạo thành phân tử SiF4 và SiF62-? Có thể tồn tại phân tử CF4 và ion CF62- đợc không? Tại sao?
3.1.5. Theo phơng pháp cặp electron liên kết, hãy cho biết có thể tồn tại các phân tử sau không: BrF5, ClF3, OF6, I7F? Hãy cho biết dạng hình học của chúng?
3.1.6. Giải thích tại sao oxi không thể biểu diễn đúng bằng công thức:
O O= (1) hay . −. − − −−O O (2) ?
và 11 và trong Y là 47. Hai nguyên tố trong Y thuộc hai chu kì kế tiếp nhau và thuộc hai nhóm kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn.
a) Hãy xác định công thức phân tử của M? b) Mô tả bản chất các liên kết trong phân tử M? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.8. Có 3 nguyên tố A, B, C với ZA < ZB < ZC (Z là điện tích hạt nhân). Biết ZA. ZB .ZC = 952 và + =3 B C A Z Z Z
nguyên tử C có electron cuối cùng ứng với bốn số lợng tử: n = 3, l = 1, ml = 0, mS = -1/2
a) Viết cấu hình electron của C. Xác định vị trí của C trong bảng tuần hoàn. Từ đó suy ra nguyên tố C.
b) Xác định trạng thái vật lý của hợp chất với hiđro của A, B, C. c) Giải thích sự khác nhau giữa các trạng thái này.
d) Hợp chất X tạo bởi ba nguyên tố A, B, C có công thức ABC. Viết công thức cấu tạo của X, gọi tên X?
e) ở trạng thái lỏng, X có tính dẫn điện, cho biết X đợc hình thành bằng liên kết gì?
Dạng 2. Lai hóa
Lai hóa là kiến thức mới và rất trừu tợng đối với học sinh. Học sinh thờng gặp khó khăn khi xác định kiểu lai hóa và dạng hình học của phân tử. Giáo viên cần chú ý thiết kế dạng bài tập này để học sinh nắm vững kiến thức.
Ví dụ 1. Dùng thuyết obitan lai hóa, hãy giải thích sự tạo thành liên kết hóa học và dạng hình học của các phân tử: CH4, BeH2, SO2, SO3.
Phân tích cách giải: Dựa vào công thức cấu tạo phẳng của phân tử, ta biết đợc tổng số liên kết σ và số cặp electron không liên kết của nguyên tử trung tâm, kết hợp với cấu hình electron hóa trị của nguyên tử đó. Từ đó ta xác
định đợc trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và cách hình thành các liên kết cộng hóa trị.
- Với phân tử CH4, cấu tạo phẳng:
C H H H H → C có 4 liên kết σ. Cấu hình electron hóa trị của cacbon ở trạng thái kích thích:
2s1 2p3
→Trong CH4, C lai hóa sp3. Mỗi obitan lai hóa chứa 1 electron độc thân xen phủ với obitan độc thân của nguyên tử H, tạo ra 4 liên kết σ hớng về 4 đỉnh của hình tứ diện. Phân tử có hình tứ diện đều.
C H
H H H
- Với phân tử BeH2, cấu tạo phẳng: H – Be – H → Be có hai liên kết σ
Cấu hình electron hóa trị của Be ở trạng thái kích thích:
2s1 2p1
→Be lai hóa sp: mỗi obitan lai hóa chứa một electron độc thân xen phủ với một obitan s chứa electron độc thân của nguyên tử hiđro. Phân tử có dạng đờng thẳng:
H – Be – H - Với phân tử SO2, cấu tạo phẳng: O = S → O
3s2 3p4
Cấu hình electron hóa trị của O và O*:
2s 2p
O O*
2 4
S lai hóa sp2, trong đó có một obitan lai hóa sp2 chứa electron độc thân và hai obitan sp2 chứa electron cặp đôi. Obitan sp2 chứa electron độc thân của S xen phủ với một obitan p chứa electron độc thân của nguyên tử oxi (tạo ra liên kết σ). S còn lại một obitan p không lai hóa có phơng vuông góc với mặt phẳng chứa các obitan lai hóa sp2 và song song với obitan p chứa electron độc thân còn lại của nguyên tử O, hai obitan p này xen phủ bên với nhau tạo ra liên kết π. Một obitan sp2 chứa electron cặp đôi của S xen phủ với obitan trống của nguyên tử O* tạo ra liên kết σ. S còn lại một obitan lai hóa sp2 không liên kết. Phân tử có cấu trúc góc.
O ..
S O (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Với phân tử SO3, cấu tạo phẳng:
S O
O O
→
S có ba liên kết σ
→ S lai hóa sp2. Cách hình thành liên kết với hai nguyên tử oxi tơng tự nh trong SO2. Với nguyên tử oxi còn lại, S dùng obitan lai hóa sp2 còn lại xen phủ với obitan trống của nguyên tử O*. Phân tử có dạng tam giác đều:
S O O
O
- Giải bài tập này, học sinh đã nắm vững cơ chế tạo thành liên kết cộng hóa trị, cách xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm, xác định dạng hình học của phân tử.
- Rèn luyện kỹ năng phân tích, tổng hợp.
- Bài tập này giáo viên có thể dùng để củng cố kiến thức sau khi học xong lý thuyết hoặc dùng để ôn tập, luyện tập.
Ví dụ 2. Sử dụng phơng pháp liên kết hóa trị để giải thích sự tạo thành ion phức:
a) [Ni(CN)4]2- có cấu trúc vuông phẳng và nghịch từ.
b) [Ni(NH3)6]2+ có cấu trúc vuông bát diện đều và thuận từ.
Phân tích cách giải:
Các phối tử nh CN-, NH3 đều có cặp electron cha liên kết, do đó khi tạo phức với kim loại sẽ tạo liên kết bằng cách xen phủ cặp electron cha liên kết với obitan trống của kim loại tạo ra liên kết cho - nhận.
- Trong [Ni(CN)4]2-: coi nh Ni2+ kết hợp với bốn ion CN-, ta có cấu hình electron của Ni và Ni2+.
Ni: 3d84s2
Ni2+
Vì [Ni(CN)4]2- có cấu trúc vuông phẳng và nghịch từ nên Ni2+ phải ở trạng thái kích thích để không còn electron độc thân và lai hóa dsp2.
dsp2
CN-: [:C ≡N:]−
Trong [Ni(CN)4]2-: bốn obitan lai hóa dsp2 của Ni2+ xen phủ với 4 obitan chứa electron cặp đôi của nguyên tử C trong 4 ion CN-.
- Trong [Ni(NH3)6] coi nh Ni kết hợp với 6 phân tử NH3. Vì ion phức này có cấu trúc bát diện đều và thuận từ nên Ni2+ ở trạng thái lai hóa sp3d2 (trong Ni2+ còn electron độc thân):
sp3d2
→ Có hai electron độc thân nên ion có tính thuận từ.
Tác dụng của bài tập:
- ở ví dụ 2a, học sinh dễ nhầm lẫn Ni2+ ở trạng thái lai hóa sp3, do đó với hợp chất của kim loại chuyển tiếp cần căn cứ vào các dữ kiện thực nghiệm để xác định đúng trạng thái lai hóa.
- Học sinh biết đợc khái niệm về tính thuận từ, nghịch từ.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});