Chuyên đề tự chọn nâng cao lớp10 ban khoa học tự nhiên

Chuyên đề tự chọn nâng cao lớp10 ban KHTN Liên kết hóa học § Mục tiêu : 1. Về kiến thức : * Khái niệm về liên kết hóa học. * Bản chất của liên kết * Các trạng thái lai hóa. * Thuyết VSEPR . Thuyết VB. Thuyết MO. 2. Về kĩ năng: * Từ cấu hình electron nguyên tử viết được cấu tạo phân tử. * Từ công thức Lewis của phân tử suy ra dạng hình học của phân tử. * Kết hợp và vận dụng thành thạo các thuyết để viết công thức cấu tạo và giải thích 1 số tính chất của hợp chất. § Thời lượng: 6 tiết ( 3 tiết lý thuyết + 3 tiết bài tập ) A . LÝ THUYẾT : I . Khái niệm về liên kết : Liên kết hóa học được thực hiện giữa các nguyên tử trong phân tử đơn chất hay hợp chất. Sự liên kết giữa các nguyên tử theo chiều hướng làm giảm năng lượng tổng thể, để đạt được cơ cấu vững bền. II. Quy tắc bát tử: Các nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hướng liên kết với các nguyên tử khác để đạt đuợc cấu hình eletron của khí hiếm với 8 electron ( hoặc 2 electronđối với He) ở lớp ngòai cùng. Ví dụ: H H – F H – S – H H – N – H - Quy tắc này không giải thích được các hợp chất hydrua của Li, Be, B - Be có 4e lớp ngòai cùng trong phân tử H2Be. H – Be – H - B có 6e lớp ngòai cùng trong BH3. H H – B – H - Quy tắc này không giải thích được các hợp chất có nguyên tử có qúa 8 e lớp ngòai cùng : PCl5 , SF6 …. Hoặc số e hóa trị lẻ : NO , NO2 III . Liên kết ion: 1* Xét phân tử MgCl2 Cl + Mg + Cl --------> Cl- + Mg2+ + Cl- [Ne] 3s2 3p5 [Ne] 3s2 [Ne] 3s2 3p5 [Ar] [Ne] [Ar] Định nghĩa liên kết ion xem SGK KHTN trang 68 2* Phương trình phản ứng: 2e Mg + Cl2 -----> MgCl2 3* Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành liên kết ion: a. Năng lượng ion hóa: - Năng lượng cần thiết để tách e ra khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản. - Nguyên tử của các kim lọai có năng lượng ion hóa nhỏ càng dễ biến thành cation. b. Aùi lực electron : - Năng lượng tỏa ra hay hấp thu khi nguyên tử kết hợp thêm electron để biến thành ion âm. - Các nguyên tử có ái lực electron càng lớn thì nguyên tử đó càng dễ biến thành anion. c. Năng lượng mạng lưới : - Năng lượng tỏa ra khi các ion kết hợp với nhau để tạo thành mạng lưới tinh thể. - Năng lượng mạng lưới càng lớn hợp chất ion càng bền. 4*Điều kiện để có mối liên kết ion: - Kim lọai có năng lượng ion hóa thấp liên kết với các nguyên tử có ái lực electron cao. - Hiệu số độ âm điện ≥ 1,8 .( tính tương đối) IV. Liên kết cộng hóa trị : Định nghĩa xem SGK KHTN trang 74. Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị : Theo qui tắc bát tử: Mô hình Lewis Xét phân tử HCl CT electron Công thức cấu tạo H • + • Cl : ----> H : Cl : H – Cl cặp electron không liên kết Cặp electron liên kết Biể u diễn liên kết CHT bằng các ô lượng tử: H 1s1 Cl [Ne] 3s2 3p5 *Cách viết công thức Lewis : a. Tìm tổng số electron hóa trị của các nguyên tử có trong phân tử được Ne . Nếu Ne là số chẳn => Số cặp electron = ½ Ne Nếu Ne là số lẻ => số cặp electron = ½ ( Ne -1) b. Số electron góp chung của nguyên tử thông thường tạo liên kết đơn bằng với số electron cần có để đạt trạng thái bát tử. c. Nếu là ion cần chú ý điện tích của ion để biết được số electron đã nhường (cation) hoặc số electron ion đã nhận (anion). V. Dạng hình học phân tử- Thuyết VSEPR: * Thuyết VSEPR: Mọi cặp electron liên kết và không liên kết( cặp electron tự do) của lớp ngòai đều cư trú ở cùng một khỏang cách đến hạt nhân. Các electron tương ứng sẽ ở vị trí xa nhau nhất để lực đẩy của chúng giảm đến cực tiểu. * Mô hình VSEPR: Xét phân tử AXmen : - A nguyên tố trung tâm - Nguyên tử X liên kết với A bằng những liên kết s. - n cặp electron không liên kết ( cặp e tự do) Tổng m+n xác định dạng hình học của phân tử: m+n = 2 => phân tử thẳng hàng. m+n = 3 => phân tử phẳng tam giác. m+n = 4 => phân tử tứ diện. m+n = 5 => phân tử tháp đôi đáy tam giác. m+n = 6 => phân tử tháp đôi đáy vuông, hình bát diện. m+n Đa diện phối trí AXmen Công thức Dạng phân tử AXm Phân tử liên kết đơn Phân tử liên kết bội Trạng thái lai hóa 2 Đọan thẳng AX2e0 Thẳng hàng BeH2 BeCl2 CO2 HCN sp 3 3 Tam giácđều AX3e0 Tam giác đều BH3 AlCl3 SO3, NO3- sp2 AX2e1 Gấp khúc SnCl2 SO2, NO2,NOCl sp2 4 Tứ diện AX4e0 Tứ diện CH4 , NH4+ SO42-, POCl3 sp3 AX3e1 Tháp đáy tam giác NH3, H3O+ SOBr2, ClO3- sp3 AX2e2 Gấp khúc OF2 , NH2- ClO2- sp3 5 Tháp đôi đáy tam giác AX5e0 Tháp đôi đáy tam giác PCl5 ,AsF5 SOF4, Fe(CO)5 sp3d AX4e1 Tứ diện không đều IF4+, TeCl4 IOF3 , XeF2O2 sp3d AX3e2 Dạng chử T BrF3 sp3d AX2e2 Thẳng hàng I3- , XeF2 sp3d 6 Bát diện AX6e0 Bát diện SF6 IF5O sp3d2 AX5e1 Tháp đáy vuông BrF5 , SBCl3- XeF4O sp3d2 AX4e2 vuông ICl4- , XeF4 sp3d2 * Thứ tự lực đẩy giữa các cặp e ảnh hưởng đến cấu tạo phân tử của chất: - Một e độc thân đẩy yếu hơn 1 cặp e. - Thứ tự lực đẩy của các cặp e: [ klk : cặp e không liên kết ] [lk : cặp e liên kết ] klk-klk > klk – lk > lk – lk. * Cặp e klk của nguyên tử trung tâm A chiếm thể tích lớn hơn cặp lk , do đó làm mở gốc eAX và làm khép gốc XAX. VI. Khảo sát liên kết hóa học bằng phương pháp VB và MO: 1- Phương pháp VB( Valence- Bond): Phương pháp liên kết hóa trị hay phương pháp cặp electron. - Xét mối liên kết s và p xem sách giáo khoa. *Các dạng lai hóa: (dạng hình học xem bảng trên) * AO: Ocbital nguyên tử - Lai hóa sp3 ( tứ diện) : 1AOs +3 AOp ---> 4AOsp3 - Lai hóa sp2 ( tam giác) : AOs +2 AOp ---> 3AOsp2 - Lai hóa sp ( thẳng hàng) : 1AOs +1 AOp ---> 2AOsp 2.Phương pháp MO (Moleccular-orbital): Phương pháp ocbital phân tử. * Qui ước : ss là MOs liên kết ss* là MO phản liên kết dạng s s liên kết tạo thành từ AOs (KK) chỉ 4 e ở 1s2 của 2 nguyên tử của lớp K không tham gia tạo thành MO * Cấu hình electron của các phân tử cuối chu kỳ : O2, F2,Ne2 có dạng (KK) ss ss* (ps = py ) sZ (ps* = py* ) sZ* * Cấu hình electron của các phân tử đầu chu kỳ : Li2, Be2,B2 ,C2, N2 có dạng (KK) ss ss*sZ (ps = py ) (ps* = py* ) sZ* Dựa vào thứ tự mức năng lượng các MO ở trên, ta có thể viết cấu hình electron phân tử của các chất được tạo thành ở chu kỳ 2.Sự phân bố electron vào các MO tương tự như cách điền vào các AO, nghĩa là tuân theo qui tắc vững bền, nguyên lý Pauli và quy tắc Hund. Ví dụ: Cấu hình electron phân tử của B2 có 10e / (KK) ss2 ss2* (ps = py )2 Bậc liên kết theo phương pháp MO: Bậc liên kết N = - Bậc liên kết càng lớn liên kết càng bền , độ dài liên kết càng ngắn. - Bậc liên kết bằng không, liên kết không hình thành. Ví dụ : Bậc liên kết trong phân tử B2 N = = 1 B. Bài tập: I. Sự hình thành liên kết: 1. Mô tả hình thành liên kết trong phân tử LiF theo 3 cách: a. Theo cấu hình electron. b. Theo các ô lượng tử. c. Theo công thức LeWis. 2. Mô tả kiểu liên kết trong các hợp chất: CaO, NaClO3 , Ca(OH)2. II. Dạng hình học phân tử – Thuyết VSEPR- Sự lai hóa các ocbital: 1. Mô tả liên kết trong phân tử HNO3 bằng phương pháp VB. 2. Mô tả sự tạo thành phân tử BCl3 theo thuyết lai hóa. II. 3. Nhận xét về mối liên quan giữa số electron xung quanh nguyên tử trung tâm và dạng hình học của phân tử ? Xét dạng hình học của các phân tử và ion sau: BeCl2 , SO3 , SO2 , SO42- , ClO3- , ClO2- , PCl5, IOF3, BrF3, I3- , SF6, BrF5. 4. Theo phương pháp VB có thể tồn tại các phân tử sau không giải thích : BrF7 , IF7 ,ClF3 , OF6 , PCl5 , NCl5 , I7F. 5. Viết cấu hình electron phân tử của N2, O2 , CO , NO và hãy cho biết từ tính của các phân tử này.Tìm bậc liên kết của phân tử từ đó suy ra độ bền của 4 chất trên. 6. Hãy cho biết dạng hình học và so sánh gốc liên kết của các phân tử với gốc cơ bản trong mỗi dãy sau: a. F2O , NH3 , BF3. b. PH3 , PCl3 , PF3 . 7. Có các phân tử sau: CO2 , H2O , NH3 . NF3 . * Phân tử nào có liên kết phân cực nhất ? * Phân tử nào phân cực ? Vì sao ? 8. Hãy phân tích và nêu quy tắc viết công thức cấu tạo của phân tử hoặc ion theo sơ đồ lewis . a. NH3 b. H2SO4 c. NO2+