2.3.3.1. Mục tiêu của chương [28]
* Về kiến thức:
Cho học sinh hiểu :
- Vì sao nguyên tử các nguyên tố (trừ khí hiếm) có xu hướng liên kết với nhau tạo thành phân tử hay tinh thể ?
- Có mấy loại liên kết hoá học ? Các nguyên tử liên kết với nhau như thế nào ?
* Về kĩ năng ;
- Viết PTHH thể hiện một số quá trình đơn giản như:
Sự hình thành cation, anion. Sự trao đổi electron giửa kim loại và phi kim để tạo thành phân tử hợp chất ion.
Sự hình thành một số phân tử có liên kết cộng hoá trị như HCl, CO2... - Sử dụng hiệu độ âm điện để dự đoán về mặt lí thuyết loại liên kết hoá học có trong một số hợp chất đơn giản (giới hạn trong trường hợp dự đoán lí thuyết phù hợp với thực nghiệm).
- So sánh liên kết ion và liên kết cộng hoá trị. So sánh tinh thể ion, tinh thể nguyên tử, tinh thể phân tử. vận dụng đặc tính của loại liên kết hoặc của loại tinh thể để làm một số bài tập đơn giản như so sánh độ bền, so sánh nhiệt độ nóng chảy...
- Xác định hoá trị và số oxi hoá.
Các loại vật liệu được làm bằng các chất cấu tạo từ các loại mạng tinh thể khác nhau nên có tính chất khác nhau. Muốn sử dụng chúng phù hợp thì cần nắm vững cấu tạo của chúng. Qua đó, học sinh tự nhận thức được khoa học luôn gắn với thực tế.
2.3.3.2. Hệ thống bài tập hoá học củng cố và phát triển kiến thức củachương chương
Loại bài tập số 1 : Sử dụng khi nghiên cứu bài “Liên kết ion - Tinh thể ion”.
Đề bài 1 : Trong tự nhiên các nguyên tử khí hiếm tồn tại ở dạng nguyên tử tự do mà không liên kết với nhau để tạo thành phân tử, trong khi đó các nguyên tử nguyên tố khác lại không tồn tại ở dạng nguyên tử tự do mà liên kết với nhau tạo thành phân tử hay tinh thể. Giải thích điều này như thế nào ?
Hướng dẫn : Đặc điểm cấu trúc lớp electron hoá trị của nguyên tử khí hiếm là bền vững, với các nguyên tử nguyên tố khác do cấu trúc lớp electron hoá trị không bền nên chúng liên kết với nhau để có cấu trúc electron bền giống với khí hiếm gần nhất.
Kiến thức cũ được tái hiện : Đặc điểm của các electron lớp ngoài cùng.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Học sinh nắm được nội dung của quy tắc bát tử.
Đề bài 2 : Liên kết ion được hình thành giữa các nguyên tử như thế nào ? Bản chất của liên kết ion ?
Hướng dẫn : Liên kết ion được hình thành giữa hai nguyên tử có bản chất hoá học khác biệt nhau (∆χ ≥
1,7). Bằng cách hình thành cặp ion trái dấu và hút nhau bằng lực hút tĩnh điện.
Kiến thức cũ được tái hiện : Tính kim loại, tính phi kim, quy luật biến thiên tuần hoàn tính chất các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Nhận biết được khi nào thì xảy ra sự tạo thành liên kết ion, bản chất của liên kết ion.
Đề bài 4 : Thế nào là ion, cation, anion, ion đơn nguyên tử, ion đa nguyên tử ? Nguyên tử kim loại hay nguyên tử phi kim có thể tạo thành cation đơn nguyên tử, anion đơn nguyên tử ?
Kiến thức cũ được tái hiện : Sự tạo thành ion. Tính chất của kim loại, tính chất của phi kim.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Nhận thấy nguyên tử phi kim thường tạo ra anion đơn nguyên tử, nguyên tử kim loại thường tạo ra cation đơn nguyên tử, cation thường là KLn+ nhưng cũng có thể là H+; NH4+ (muối amoni tính tan tương tự muối của kim loại kiềm tương ứng).
Đề bài 5 : Mô tả sự dịch chuyển electron từ nguyên tử Na sang nguyên tử Cl để tạo thành hợp chất NaCl theo các cách sau :
a/ Theo cấu hình electron.
b/ Theo sơ đồ obitan (ô lượng tử). c/ Theo kí hiệu Li uyt.
Kiến thức cũ được tái hiện : Cấu hình electron, biểu diễn cấu hình electron dưới dạng ô lượng tử. Sự tạo thành liên kết ion.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Học sinh có cách nhìn tổng quát về quá trình tạo thành liên kết ion, nhờ đó hiểu bản chất vấn đề một cách sâu sắc hơn.
Loại bài tập số 2 : Sử dụng khi nghiên cứu bài “Liên kết cộng hoá trị”.
Đề bài 1 : Liên kết cộng hoá trị được hình thành giữa các nguyên tử như thế nào ? Bản chất của liên kết cộng hoá trị ?
Hướng dẫn : Liên kết cộng hoá trị được hình thành giữa các nguyên tử có bản chất hoá học giống nhau hoặc tương tự nhau (∆χ<1,7), bản chất là hình thành
cặp electron dùng chung giữa các nguyên tử.
Kiến thức cũ được tái hiện : Tính kim loại, tính phi kim, quy luật biến thiên tuần hoàn tính chất các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Nhận biết được khi nào thì xảy ra sự tạo thành liên kết cộng hoá trị, bản chất của liên kết cộng hoá trị, sự khác nhau giữa liên kết cộng hoá tri với liên kết ion.
Đề bài 2 : Theo qui tắc bát tử thì các nguyên tử liên kết với nhau để đạt tới cấu hình electron bền vững giống khí hiếm gần nhất. Hãy lấy 4 ví dụ minh hoạ qui tắc bát tử và 2 ví dụ không tuân theo qui tắc bát tử.
Hướng dẫn : Đa số đều tuân theo quy tắc bát tử, tuy nhiên có một số không tuân theo quy tắc bát tử chẳng hạn NO2, PCl5, ...
Kiến thức cũ được tái hiện : Viết cấu hình electron, biểu diễn dưới dạng ô lượng tử, mô tả sự tạo thành liên kết giữa các nguyên tử.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Quy tắc bát tử chỉ có tính chất gần đúng, tuy vậy quy tắc này vẫn có thể vận dụng được với đa số trường hợp. Giải thích được vì sao NO2 lại có thể trùng hợp theo kiểu đi me tạo ra N2O4.
Đề bài 3 : Nguyên nhân nào gây nên sự phân cực các liên kết trong phân tử hợp chất ? Có ranh giới rõ rệt giữa liên kết cộng hoá trị và liên kết ion không ? Hãy chỉ ra một mốc để từ đó có thể phân biệt (một cách tương đối) đâu là liên kết cộng hoá trị, đâu là liên kết ion ?
Hướng dẫn : Độ âm điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tố trong phân tử, cặp electron bị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn là cho liên kết bị phân cực. Không thể có ranh giới rõ ràng giữa liên kết công hoá trị và liên kết ion tuy nhiên có thể phân chia một cách tương đối :
χ
∆ ≤1,7 là liên kết cộng hoá trị, ∆χ ≥1,7 là liên kết ion.
Kiến thức cũ được tái hiện : Sự tạo thành liên kết cộng hoá trị, liên kết ion.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Không có liên kết ion thuần khiết, liên kết cộng hoá trị có cực là bước chuyển tiếp giữa liên kết cộng hoá trị và liên kết ion.
Đề bài 4 : Liên kết σ , liên kết π, liên kết cho nhận có phải là liên kết cộng hoá
trị không ? hãy chỉ ra những điểm “đặc trưng” của những loại liên kết này ?
Hướng dẫn : Tất cả 3 loại liên kết trên đều là liên kết cộng hoá trị vì đều có sự tạo thành cặp electron dùng chung. Liên kết σ có đặc điểm là xen phủ trục,
liên kết π có đặc điểm là xen phủ bên. Liên kết cho nhận có đặc điểm là một
trong hai nguyên tử đưa ra cả cặp electron trong khi nguyên tử còn lại chỉ có obitan trống để hình thành nên cặp electron dùng chung.
Kiến thức cũ được tái hiện : Khái niệm liên kết cộng hoá trị.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Liên kết σ xen phủ trục nên bền hơn liên kết π
xen phủ bên, trong các phản ứng hoá học liên kết π dễ bị bẻ gãy hơn liên kết σ .
Đề bài 5 : Mô tả liên kết hoá học theo quan điểm “xen phủ đám mây” trong các phân tử : CH4, C2H4, C2H2. Cho biết góc liên kết, các loại liên kết trong các phân tử vừa nêu ?
Hướng dẫn : CH4 nguyên tử C có dạng lai hoá sp3 nên các gócHCH∧
đều bằng nhau và bằng 109028’, C2H4 hai nguyên tử C đều nằm ở trạng thái lai hoá sp2
nên các gócHCH∧ ;
HCC∧
đều xấp xỉ nhau và gần bằng 1200, C2H2 hai nguyên tử C đều nằm ở trạng thái lai hoá sp nên các góc nên phân tử cấu trúc thẳng các góc liên kết đều băng 1800. Trong phân tử C2H4, C2H2 ngoài liên kết σ còn có
liên kết π tạo nên từ các obitan p không lai hoá.
Kiến thức cũ được tái hiện : Sự lai hoá của các obitan. Sự hình thành liên kết cộng hoá trị.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Học sinh biết vận dụng kiến thức về liên kết để giải thích đặc điểm cấu tạo phân tử các hợp chất.
Đề bài 6 : Tại sao năng lượng cần cung cấp để phá vở liên kết C-C trong C2H6
là 347 kJ/mol, trong khi đó năng lượng để phá vở liên kết C = C trong C2H4
lại không gấp đôi mà chỉ là 614 kJ/mol, tương tự với liên kết C≡C trong C2H2
năng lượng phá vở liên kết cũng chỉ có 812 kJ/mol ?
Hướng dẫn : Liên kết σ tạo thành từ sự xen phủ trục nên bền hơn liên kết π
được tạo thành từ sự xen phủ bên. Liên kết đơn chỉ có liên kết σ , liên kết đôi
gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π, liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π.
Kiến thức cũ được tái hiện : Hiện tượng lai hoá các obitan, liên kết σ , liên kết π
.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Liên kết cộng hoá trị đôi là tổ hợp gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết π. Liên kết cộng hoá trị ba là tổ hợp gồm 1 liên kết σ và 2
liên kết π. Các hợp chất phân tử có chứa liên kết C = C hay C≡C dễ xảy ra phản ứng hoá học theo kiểu bẻ gãy liên kết π.
Đề bài 7 : Dựa vào đặc điểm cấu tạo của phân tử NH3 và H2O hãy cho biết tại sao góc hoá trị của các phân tử lại khác nhau: HNH∧
= 1070,HNH∧
= 1050.
Hướng dẫn :
Trong phân tử HnX (X là O, N) nguyên tử X đều nằm ở trạng thái lai hoá sp3 nên các góc hoá trị gần với góc 109028’, nhưng do cặp electron tự do không tham gia liên kết trên obitan lai hoá khuyếch tán khá rộng trong không gian so với cặp electron liên kết nên nó có tác dụng đẩy đám mây electron liên kết và do đó góc liên kết thực tế nhỏ thua góc lai hoá sp3. Sự giảm góc hoá trị từ NH3
(1070) > H2O (1050) là do số cặp electron tự do tăng, độ dài liên kết N - H > O - H, mặt khác độ âm điện của O lớn hơn N, nên cặp electron trên obitan không liên kết ở gần hạt nhân hơn và định hướng rõ ràng trong không gian hơn.
Kiến thức cũ được tái hiện : Liên kết cộng hoá học, hiện tượng lai hoá của các obitan.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Biết vận dụng sự đẩy nhau giữa các cặp electron liên kết, tự do để giải thích những kết quả “bất bình thường” thu được từ thực nghiệm.
Loại bài tập số 3 : Sử dụng khi nghiên cứu bài “Tinh thể nguyên tử và tinh thể phân tử”.
Đề bài 1 : Cho biết sự khác nhau về liên kết trong hai kiểu tinh thể nguyên tử và tinh thể phân tử, từ đó cho nhận xét sự khác biệt về nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của hai loại tinh thể đó ?
Hướng dẫn : Trong tinh thể nguyên tử các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị. Trong tinh thể phân tử các phân tử liên kết với nhau bằng lực Van-dec-van. Ở đây liên kết hoá học bền hơn nhiều so với liên kết vật lí nên nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của chất có cấu trúc tinh thể phân tử thường thấp hơn so với chất có cấu trúc tinh thể nguyên tử.
Kiến thức cũ được tái hiện : Khái niệm, tính chất của tinh thể nguyên tử, tinh thể phân tử.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Giải thích được vì sao nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các chất có cấu trúc tinh thể nguyên tử thường cao trong khi các chất có cấu trúc tinh thể phân tử lại thấp, một số chất như iôt, naphtalen, ... lại có tính “thăng hoa”.
Đề bài 2 : Kim cương và graphit (than chì) là hai dạng thù hình của các bon, đều có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử, nhưng tại sao kim cương rất cứng, không dẫn điện trong khi graphit (than chì) mềm, dẫn được điện (được dùng để làm điện cực) ?
Hướng dẫn :
Kim cương có cấu trúc tứ diện, các nguyên tử cacbon nằm ở trạng thái lai hoá sp3 liên kết với nhau bằng 4 liên kết cộng hoá trị rất bền nên kim cương rất cứng. Vì các electron hoá trị của cacbon đều đã được sử dụng hết vào tham gia liên kết cộng hoá trị nên kim cương không dẫn điện.
Graphit mỗi nguyên tử cacbon liên kết với 3 nguyên tử cacbon lân cận bởi các obitan lai hoá sp2 còn lại obitan Pz liên kết yếu ớt với nguyên tử cacbon ở lớp khác nên mềm, các electron của Pz khá linh động nên vẫn có khả năng dẫn điện.
Kiến thức cũ được tái hiện : Khái niệm thù hình, liên kết hoá học, hiện tượng lai hoá của các obitan. Điều kiện để một chất có thể dẫn điện là phải chứa các hạt điện tích chuyển động tự do.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Học sinh sử dụng các kiến thức biết giải thích được nguyên nhân gây ra sự khác nhau về tính chất vật lí của 2 dạng thù hình của cac bon ở trên.
Đề bài 3 : Vì sao NaCl không dẫn điện ở trạng thái rắn mà chỉ dẫn điện khi ở trạng thái nóng chảy hay đã hoà tan vào nước tạo thành dung dịch. Trong khi đó các kim loại (chẳng hạn Fe, Cu, ...) thì lại có thể dẫn điện rất tốt ngay ở điều kiện thường ?
Hướng dẫn : Ở trạng thái rắn các ion Na+, Cl- liên kết chặt chẽ với nhau. Khi nóng chảy hay hoà tan trong nước NaCl mới bị phân li thành các ion chuyển động tự do. Các kim loại có cấu trúc mạng tinh thể kim loại, các nguyên tử kim loại bị tách các electron hoá trị thành các ion dương nằm ở các nút mạng các electron hoá trị bị tách ra chuyển động tự do khắp mạng tinh thể nên có thể dẫn điện ngay ở điều kiện thường.
Kiến thức cũ được tái hiện : Điều kiện để một chất dẫn điện. Liên kết ion và tinh thể ion.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Giải thích được vì sao các chất có kiểu cấu trúc mạng tinh thể ion chỉ dẫn điện khi nóng chảy hay hoà tan trong dung dịch. Biết thêm về mạng tinh thể kim loại và một loại liên kết mới “liên kết kim loại”
Đề bài 4 : Liệt kê các kiểu tinh thể quan trọng kèm theo các ví dụ về chất có kiểu tinh thể tương ứng, nêu một vài tính chất tiêu biểu của chất đó?
Hướng dẫn : Một số kiểu tinh thể quan trọng là: tinh thể nguyên tử (kim cương, than chì, silic ...), tinh thể phân tử (nước đá, iôt rắn, ...), tinh thể ion (NaCl rắn, KCl rắn, CaF2 rắn ...), tinh thể kim loại (lập phương tâm khối: Na rắn; lập phương tâm diện: Ca rắn; lục phương: Co rắn).
Kim cương rất cứng, than chì mềm, có thể dẫn điện. Nước đá có khối lượng riêng nhỏ hơn nước lỏng. iôt dễ thăng hoa. NaCl, KCl khó nóng chảy. Na, Ca, Co có khả năng dẫn điện, nhiệt, một số kim loại như Li, Na là kim loại nhẹ ....
Kiến thức cũ được tái hiện : Các kiến thức về tinh thể đã được học.