Chuyờn đề liờn kết hidro; liờn kết Vanđecvan và liờn kết kim loại

10. Cấu trỳc của luận văn

2.3. Chuyờn đề phõn tử và liờn kết húa học

2.3.3. Chuyờn đề liờn kết hidro; liờn kết Vanđecvan và liờn kết kim loại

2.3.3.1. Nội dung chuyờn đề

I. Mục tiờu

1. Kiến thức: HS hiểu 3 loại liờn kết và ứng dụng của nú

2. Kĩ năng: Giải thớch một số tớnh chất của phõn tử; tớnh toỏn liờn quan đến tinh thể

III. Thời lượng: 4 tiết (1tiết lớ thuyết; 3 tiết bài tập) IV. Hệ thống lớ thuyết

IV.1. Liờn kết hidro IV.1.1. Định nghĩa

ư Liờn kết hidro là liờn kết hoỏ học được hỡnh thành bằng lực hỳt tĩnh điện yếu giữa: phần dương là nguyờn tử H mang điện dương (do hidro liờn kết với nguyờn tử cú độ õm điện mạnh như Cl, N, O, F) phần õm là nguyờn tử của nguyờn tố cú độ õm điện mạnh (Cl, O, N, F …)

ư Cú thể cú liờn kết hidro liờn phõn tử và liờn kết hidro nội phõn tử + Liờn kết hidro liờn phõn tử

X H+ ... Yư R (X: O, F, N, Cl) (Y: O, F, N, Cl) + Liờn kết hidro nội phõn tử

VD H2C CH2 O H O H C O OH O H ;

IV.1.2. Ảnh hưởng của liờn kết hiđro đến tớnh chất của phõn tử ư Giải thớch nhiệt độ sụi cao bất thường của cỏc chất; khả năng tan trong nước

Vớ dụ: Do cú liờn kết hidro nờn H2O cú nhiệt độ sụi cao hơn cỏc hợp chất cú khối lượng phõn tử tương đương(hoặc lớn hơn) nhưng khụng cú liờn kết hidro như H2S, HBr, HI...

Liờn kết hidro của C2H5OH với H2O làm cho ancol etylic tan vụ hạn trong nước. ...O ư H C2H5 ... Hư O C2H5 ... O ư H C2H5 ... O ư H H ... O ư H H ... ...

Vớ dụ: HF tạo liờn kết hidro mạnh trong dung dịch nờn tớnh axit của HF giảm mạnh so với cỏc axit HCl, HBr, HI. Ngoài ra cú thể giải thớch Clo cú độ õm điện mạnh hơn brom nờn hỳt electron mạnh hơn, tạo sự phõn cực lớn hơn, H+ khú bị giải phúng hơn nờn tớnh axit HCl yếu hơn HBr …

IV.2. Liờn kết Vanđecvan (liờn kết liờn phõn tử)

ư Liờn kết Vanđecvan là liờn kết hoỏ học được hỡnh thành bằng lực hỳt tĩnh điện rất yếu giữa cỏc phõn tử phõn cực thường trực hay phõn cực tạm thời.

ư Lực liờn kết Vanđecvan hỡnh thành giữa tập hợp của cỏc chất rắn, lỏng, khớ. ư Độ lớn của lực liờn kết Vanđecvan phụ thuộc: Độ phõn cực của phõn tử càng tăng thỡ lực càng tăng; khoảng cỏch giữa cỏc phõn tử càng giảm thỡ lực càng tăng; khối lượng phõn tử càng tăng thỡ lực càng tăng.

ư Vậy tương tỏc Vanđecvan càng mạnh thỡ chất cú nhiệt độ núng chảy, nhiệt độ sụi càng cao, càng dễ hoỏ lỏng, tan vào nhau đỏng kể.

ư Liờn kết Vanđecvan ảnh hưởng đến tớnh chất của phõn tử tương tự liờn kết hidro nhưng yếu hơn :

IV.3. Liờn kết kim loại, tinh thể kim loại

IV.3.1. Định nghĩa: Liờn kết kim loại là liờn kết hoỏ học hỡnh thành do cỏc electron tự do liờn kết với cỏc ion dương kim loại trong mạng tinh thể kim loại hay trong kim loại lỏng.

Bản chất của lực liờn kết kim loại là lực hỳt tĩnh điện giữa cỏc electron tự do và cỏc ion (+) kim loại.

IV.3.2 . Tinh thể kim loại

IV.3.2.1. Mạng lập phương tõm khối:

ư Đỉnh và tõm khối hộp lập phương là nguyờn tử hay ion dương kim loại; Số phối trớ = 8.; d=0,68; của kim loại kiềm

2 3 a a a = 4r

Số quả cầu trong một ụ cơ sở : 1 + 8. 1/8 = 2 Tổng thể tớch quả cầu 4 3 2. . 3r 4 3 3 2. .( ) 3 a 4 Thể tớch của một ụ cơ sở a3 a3 IV.3.2.2. Mạng lập phương tõm diện

ư Đỉnh và tõm cỏc mặt của khối hộp lập phương là cỏc nguyờn tử hoặc ion dương kim loại; Số phối trớ = 12. d=0,74; của Cu, Al, Pb, Ag …

a

a a 2 = 4.r Số quả cầu trong một ụ cơ sở : 6. 1/2 + 8. 1/8 = 4 Tổng thể tớch quả cầu 4 3 4. . 3r 4 2 3 4. .( ) 3 a 4 Thể tớch của một ụ cơ sở a3 a3 IV.3.2.3. Mạng lục phương

Khối lăng trụ lục giỏc gồm 3 ụ mạng cơ sở. Mỗi ụ mạng cơ sở là một khối hộp hỡnh thoi. Cỏc đỉnh và tõm khối hộp hỡnh thoi là nguyờn tử hay ion kim loại; Số phối trớ = 12. d=0,74; của kim loại Mg, Zn …

Số quả cầu trong một ụ cơ sở: 4. 1/6 + 4. 1/12 + 1 = 2 Tổng thể tớch quả cầu 4 3 2. . 3 r 4 3 2. .( ) 3 2 a  Thể tớch của một ụ cơ sở . 3 2 . 6. 2 2 a a a 3 2 a = = = 74% = = = 68% = = = 74%

a a a a a a 3 2 a 6 3 2a 6 3 a = 2.r Ô cơ sở b= a

IV.3.2.4. Ảnh hưởng của liờn kết kim loại đến tớnh chất vật lý của kim loại Cỏc kim loại rắn cú những tớnh chất vật lý chung: tớnh dẫn điện, tớnh dẫn nhiệt, tớnh dẻo, ỏnh kim. Cỏc tớnh chất vật lý chung đú đều do cỏc electron tự do trong kim loại gõy ra. Ngoài ra đặc điểm của liờn kết kim loại: Mật độ nguyờn tử (hay độ đặc khớt), mật độ electron tự do, điện tớch của cation kim loại cũng ảnh hưởng đến cỏc tớnh chất vật lý khỏc của kim loại như: độ cứng, nhiệt độ núng chảy, nhiệt độ sụi, tỷ khối.

V. Hệ thống bài tập

1. Tớnh khối lượng riờng của tinh thể Ni, biết Ni kết tinh theo mạng tinh thể lập phương tõm mặt và bỏn kớnh của Ni là 1,24 A0 .

2. Tinh thể đồng kim loại cú cấu trỳc lập phương tõm diện.

a) Hóy vẽ cấu trỳc mạng tế bào cơ sở và cho biết số nguyờn tử Cu chứa trong tế bào sơ đẳng này

b) Tớnh cạnh lập phương a(Å) của mạng tinh thể, biết nguyờn tử Cu cú bỏn kớnh bằng 1,28 Å

c) Xỏc định khoảng cỏch gần nhất giữa hai nguyờn tử Cu trong mạng d) Tớnh khối lượng riờng của Cu theo g/cm3

3. Phõn tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tõm diện. Hóy biểu diễn mạng cơ sở của CuCl.

a) Tớnh số ion Cu+ và Cl ư rồi suy ra số phõn tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở.

b) Xỏc định bỏn kớnh ion Cu+.

4. Sắt dạng  (Fe) kết tinh trong mạng lập phương tõm khối, nguyờn tử cú bỏn kớnh r = 1,24 Å. Hóy tớnh:

a) Cạnh a của tế bào sơ đẳng b) Tỉ khối của Fe theo g/cm3.

c) Khoảng cỏch ngắn nhất giữa hai nguyờn tử Fe

5. Tinh thể NaCl cú cấu trỳc lập phương tõm mặt của cỏc ion Na+, cũn cỏc ion Clư chiếm cỏc lỗ trống tỏm mặt trong ụ mạng cơ sở của cỏc ion Na+, nghĩa là cú 1 ion Clư chiếm tõm của hỡnh lập phương. Biết cạnh a của ụ mạng cơ sở là 5,58 A0 . Khối lượng mol của Na và Cl lần lượt là 22,99 g/mol; 35,45 g/mol. Tớnh :

a) Bỏn kớnh của ion Na+. b) Khối lượng riờng của NaCl (tinh thể). 6. Tớnh bỏn kớnh nguyờn tử gần đỳng của Fe ở 200C, biết tại nhiệt độ đú khối lượng riờng của Fe bằng 7,87 g/cm3. Giả thiết trong tinh thể cỏc nguyờn tử Fe cú hỡnh cầu, cú độ đặc khớt là 68%.

VI. Hướng dẫn một số bài tập

1. a a a 2 = 4.r a = 4 4.1, 24 3, 507( )0 2 2 r A   ; P = 0,74

Khối lượng riờng của Ni:

8 3 23

3.58, 7.0, 74

4.3,14.(1, 24.10 ) .6, 02.10 =9,04 (g/cm3)

2. a) Mạng tế bào cơ sở của Cu (hỡnh vẽ)

A B C D a E D C A B E

Theo hỡnh vẽ, số nguyờn tử Cu là  Ở tỏm đỉnh lập phương = 8 1

8 = 1  Ở 6 mặt lập phương = 6 1

2 = 3

Vậy tổng số nguyờn tử Cu chứa trong tế bào sơ đẳng

= 1 + 3 = 4 (nguyờn tử) b) Xột mặt lập phương ABCD ta cú: AC = a 2 = 4  rCu a = 0 Cu 4 r 4 1, 28 A 2 2     3,63 Å

c) Khoảng cỏch ngắn nhất giữa 2 nguyờn tử là đoạn AE: AE = AC a 2

2  2 = 2,55 Å d) + 1 mol Cu = 64 gam

+ Thể tớch của 1 tế bào cơ sở = a3 chứa 4 nguyờn tử Cu + 1 mol Cu cú NA = 6,02 1023 nguyờn tử

Khối lượng riờng d = m

V= 4  23 64 8 3

6,02 10 (3,63 10 )  = 8,88 g/cm3

4. a) Mạng tế bào cơ sở của Fe Theo hỡnh vẽ, số nguyờn tử Fe là  Ở tỏm đỉnh lập phương = 8 1

8 = 1  Ở tõm lập phương = 1

Vậy tổng số nguyờn tử Cu chứa trong tế bào sơ đảng = 1 + 1 = 2 (nguyờn tử)

b) Từ hỡnh vẽ, ta cú: AD2 = a2 + a2= 2a2 xột mặt ABCD: AC2 = a2 + AD2 = 3a2 mặt khỏc, ta thấy AC = 4r = a 3 A B C D a D C A B E E a

nờn a = 4r

3 = 4 1, 24 3



= 2,85 Å

c) Khoảng cỏch ngắn nhất giữa 2 nguyờn tử là đoạn AE: AE = AC a 3 2  2 = 2,85 3 2  = 2,468 Å d) + 1 mol Fe = 56 gam

+ Thể tớch của 1 tế bào cơ sở = a3 chứa 2 nguyờn tử Fe + 1 mol Fe cú NA = 6,02 1023 nguyờn tử

Khối lượng riờng d = m V

= 2  23 56 8 3

6,02 10 (2,85 10 )  = 7,95 g/cm3 6. Thể tớch của 1 mol Fe = 55,85

7,87 = 7,097 cm3.

một mol Fe chứa NA = 6,02 1023 nguyờn tử Fe Theo độ đặc khớt, thể tớch của 1 nguyờn tử Fe = 7,097 0,6823

6,02 10   = 0,8 1023 cm3 Từ V = 4 3 r 3  Bỏn kớnh nguyờn tử Fe = r = 3 3V 4 r = 23 3 3 0,8 10 4 3,14     = 1,24 108 cm

2.3.3.2. Phương phỏp sử dụng của chuyờn đề

Chuyờn đề này thường xuyờn xuất hiện trong cỏc đề thi: sử dụng để giải thớch một số tớnh chất của phõn tử, tớnh chất của cỏc chất: tớnh axit, nhiệt độ sụi, tớnh chất kim loại ... đặc biệt là cỏc bài tập về phần tinh thể.

Phần bài tập cần nhiều đến kĩ năng tớnh toỏn, do đú GV cần chuẩn bị hệ thống bài tập cho HS làm trước ở nhà. Cỏc dạng bài tập tuy khụng nhiều nhưng dễ nhầm lẫn, thường tạo ra tõm lớ “ngại” ban đầu khi HS mới tiếp xỳc. Phần bài tập cũng cần nhiều đến kĩ năng toỏn học, do đú GV để HS cú điều kiện thời gian trao đổi trước ở nhà. GV chỉ chọn lọc và chữa cỏc dạng bài cơ bản.

Tiểu kết chương 2

Trong chương này chỳng tụi đó trỡnh bày một số vấn đề sau:

ư Trỡnh bày phương phỏp sử dụng hệ thống lớ thuyết và bài tập phần nguyờn tử, phõn tử và liờn kết để bồi dưỡng học sinh giỏi, bao gồm cỏc lưu ý về dạy trờn lớp; soạn bài cho học sinh tự học về nhà; kiểm tra đỏnh giỏ học sinh

ư Đó xõy dựng được dưới dạng giỏo ỏn cỏc chuyờn đề bồi dưỡng HSG, mỗi chuyờn đề đều gồm mục đớch yờu cầu, xỏc định vấn đề trọng tõm, vấn đề lớ thuyết cần lưu ý; đưa ra túm tắt hệ thống lớ thuyết; hệ thống bài tập theo nhiều mức độ và hướng dẫn giải.

ư Hệ thống bài tập dựng để bồi dưỡng học sinh giỏi + Cấu tạo, kớch thước, khối lượng nguyờn tử (5 bài) + Bài tập về cỏc hạt tạo thành nguyờn tử (9 bài) + Số khối, đồng vị, nguyờn tử khối trung bỡnh (4 bài) + Phản ứng hạt nhõn. Sự phúng xạ (9 bài)

+ Cấu hỡnh electron nguyờn tử, xỏc định tớnh chất (10 bài) + Bài tập về cỏc số lượng tử (2 bài)

+ Vỏ nguyờn tử (2 bài)

+ Viết cụng thức cấu tạo, mụ tả hỡnh thành liờn kết (13 bài) + Trạng thỏi lai húa; dạng hỡnh học của phõn tử (10 bài) + Thuyết MO (3 bài)

CHƯƠNG 3

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM