Bài 1. Liên kết hóa học - Chuyên đề học tập Hóa 10 Kết nối tri thức
Mở đầu: Theo em, dạng hình học nào sau đây của hai phân tử carbon dioxide và nước là đúng? Những electron như thế nào được gọi là: Electron hóa trị
Mở đầu
Dạng hình học phân tử ảnh hưởng đến khả năng phản ứng, hoạt tính sinh học, tính phân cực,… của phân tử. Dựa trên cơ sở nào để dự đoán dạng hình học của một phân tử
Phương pháp giải:
Mô hình VSEPR
Lời giải chi tiết:
Mô hình VSEPR được sử dụng để mô tả dạng hình học của các phân tử dựa trên lực đẩy giữa các cặp electron hóa trị
Tuy nhiên, do cặp electron chưa liên kết chiếm khoảng không gian lớn hơn so với các cặp electron liên kết, tương tác đẩy giữa các cặp electron chưa liên kết lớn hơn tương tác đẩy giữa các cặp electron liên kết, nên góc liên kết \[\widehat {HOH}\] thực tế bằng 104,5 o , nhỏ hơn góc hóa trị theo lí thuyết (109,5 o ). Phân tử có dạng góc.
CH mục I CH1
Công thức Lewis của CS 2 là
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử CS 2
Bước 2: Vẽ khung phân tử
Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh
Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại
Lời giải chi tiết:
Bước 1: C có 4 electron hóa trị, S có 6 electron hóa trị
=> Tổng electron hóa trị CS 2 = 4 + 6.2 = 16 electron
Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn
S – C – S
Bước 3: Mỗi nguyên tử S cần 6 electron hóa trị để đạt octet:
Bước 4:
- Số electron hóa trị còn lại = 16 – 2.2 – 6.2 = 0
- Số electron hóa trị của nguyên tử C là 4
=> Để đạt octet mỗi nguyên tử S dùng 1 cặp electron hóa trị để tạo liên kết đôi với nguyên tử C
Công thức Lewis của CS 2 :
Đáp án B
a) Electron hóa trị là những electron ở các orbital của lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng chưa bão hòa, có thể tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.
b) Electron chung là những electron hóa trị mà tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.
c) Electron hóa trị riêng là những electron hóa trị nhưng không tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.
Ví dụ:
- Nguyên tử Cl có có cấu hình electron là 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
⇒ Nguyên tử Cl có 7 electron hóa trị
- Phân tử Cl2 có liên kết giữa hai nguyên tử Cl được thực hiện nhờ 1 đôi electron góp chung; các
CH mục I CH2
Trình bày các bước để viết công thức Lewis của phân tử NH 3
Công thức cấu tạo của CO 2 là O = C = O
Công thức cấu tạo của H 2 O là H – O – H
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử NH 3
Bước 2: Vẽ khung phân tử
Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh
Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại
Lời giải chi tiết:
Bước 1: N có 5 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị
=> Tổng electron hóa trị NH 3 = 5 + 1.3 = 8 electron
Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn
Bước 4:
- Số electron hóa trị còn lại = 8 – 2.3 = 2
=> Chuyển 2 electron còn lại vào nguyên tử N để đạt octet, thu được công thức Lewis của phân tử NH 3
CH mục I CH3
Viết các công thức Lewis cho mỗi phân tử sau:
a) Cl 2 , N 2
b) SO 2 , SO 3
c) H 2 O, H 2 S, HOCl
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử
Bước 2: Vẽ khung phân tử
Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh
Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại
Lời giải chi tiết:
a) Cl 2
Bước 1: Cl có 7 electron hóa trị
=> Tổng electron hóa trị Cl 2 = 7.2 = 14 electron
Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn
Cl - Cl
Bước 3: Mỗi nguyên tử Cl cần 6 electron hóa trị để đạt octet
Bước 4:
- Số electron hóa trị còn lại = 14 – 2.6 – 1.2 = 0
=> Công thức Lewis của Cl 2
N 2
Bước 1: N có 5 electron hóa trị
=> Tổng electron hóa trị N 2 = 5.2 = 10 electron
Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn
N - N
Bước 3: Hoàn thiện octet cho nguyên tử N
Bước 4:
- Số electron hóa trị còn lại là: 10 – 6.2 – 2.1 = - 4
- Số electron hóa trị của nguyên tử N là 5, nên để đạt octet mỗi nguyên tử N sẽ góp chung 3 electron hóa trị để tạo liên kết với nhau.
Công thức Lewis của phân tử N 2 là
b) SO 2
Bước 1: S có 6 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị
=> Tổng electron hóa trị SO 2 = 6 + 6.2 = 18 electron
Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn
O – S - O
Bước 3: Hoàn thiện octet cho nguyên tử O
Bước 4:
- Số electron hóa trị còn lại là: 18 – 6.2 – 2.2 = 2
- Nguyên tử S có 4 electron hóa trị nên 1 nguyên tử O sẽ dùng 1 cặp electron để tạo liên kết với S và nguyên tử S còn 1 đôi electron chưa tham gia liên kết.
SO 3
Bước 1: S có 6 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị. Trong phân tử SO 3 , có 1 nguyên tử S và 3 nguyên tử O
⇒ Tổng số electron hóa trị = 1.6 + 3.6 = 24 electron
Bước 3: Mỗi nguyên tử O cần 6 electron để đạt octet.
Bước 4: Số electron hóa trị còn lại là: 24 – 2.3 – 6.3 = 0
Tuy nhiên S chưa đủ octet nên ta chuyển 1 cặp electron của nguyên tử O tạo thành cặp electron dùng chung.
c) H 2 O
Bước 1. Tổng số electron hóa trị là 1.2 + 1.6 = 8
Bước 2. Trong phân tử H 2 O, nguyên tử O cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, O là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử H được xếp xung quanh.
H – O – H.
Bước 3. Nguyên tử H đã đạt octet.
Bước 4. Số electron hóa trị còn lại là: 8 – 2.2 = 4
Nguyên tử O có 4 electron hóa trị nên sẽ chuyển 4 electron còn lại cho O để nguyên tử O đạt octet.
Công thức Lewis của H 2 O là:
H 2 S
Bước 1. Tổng số electron hóa trị của phân tử = 1.2 + 1.6 = 8 electron
Bước 2. Trong phân tử H 2 S, nguyên tử S cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron để đạt octet. Vì vậy, nguyên tử S là nguyên tử trung tâm, còn 2 nguyên tử H được xếp xung quanh:
H – S – H
Bước 3. 2 nguyên tử H đã đạt octet.
Bước 4. Số electron hóa trị còn lại = 8 – 2.2 = 4
Nguyên tử S có 4 electron hóa trị nên để đạt octet thì chuyển 4 electron còn lại cho nguyên tử S.
Công thức Lewis của H 2 S là:
HOCl
Bước 1. Tổng số electron hóa trị của phân tử = 1.1 + 1.6 + 1.7 = 14 electron.
Bước 2. Trong phân tử HOCl, nguyên tử Cl cần 1 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron để đạt octet. Vì vậy, O là nguyên tử trung tâm, nguyên tử H và Cl được xếp xung quanh:
H – O – Cl
Bước 3. Nguyên tử H đã đạt octet, nguyên tử Cl cần 6 electron hóa trị để đạt octet:
Bước 4. Số electron hóa trị còn lại = 14 – 2.2 – 3.2 = 4
Nguyên tử O có 4 electron hóa trị nên sẽ chuyển 4 electron còn lại cho O để nguyên tử O đạt octet.
CH mục I CH4
Công thức Lewis của NO 2 là
Phương pháp giải:
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử
Bước 2: Vẽ khung phân tử
Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh
Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại
Lời giải chi tiết:
Bước 1: Tổng số electron hóa trị trong phân tử = 1.5 + 2.6 = 17 electron
Bước 2: Trong phân tử NO 2 , nguyên tử N cần 3 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, N là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử O được xếp xung quanh:
O – N – O
Bước 3: Mỗi nguyên tử O cần 6 electron hóa trị để đạt octet:
Bước 4: Số electron hóa trị còn lại là 17 – 6.2 – 2.2 = 1
Mà nguyên tử N chưa đạt octet nên 1 nguyên tử O sẽ dùng 1 cặp electron hóa trị để tạo liên kết với nguyên tử N và trên nguyên tử N vẫn còn 1 electron chưa tham gia liên kết.
Công thức Lewis của NO 2 là
Đáp án C
CH mục II CH5
Công thức của PCl 3 theo mô hình VSEPR là
A. AX 3
B. AXE 2
C. AX 3 E
D. AX 2 E
Phương pháp giải:
E là cặp electron hóa trị chưa liên kết của nguyên tử P
Công thức Lewis của PCl 3 là
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của PCl 3 là
Theo mô hình VSEPR, công thức phân tử của PCl 3 có dạng AX 3 E vì có 3 nguyên tử Cl liên kết với nguyên tử trung tâm P và có nguyên tử P có 1 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.
Đáp án C
CH mục II CH6
Viết công thức của một số phân tử sau theo mô hình VSEPR: CCl 4 , H 2 S, CO 2 , SO 3 và PH 3 . Nêu số cặp electron hóa trị liên kết và chưa liên kết trong mỗi phân tử
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của CCl 4 là:
Phân tử CCl 4 : có 4 nguyên tử Cl liên kết với nguyên tử trung tâm C và nguyên tử C không còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX 4 .
⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 4.
Công thức Lewis của H 2 S là:
Phân tử H 2 S: có 2 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm S và nguyên tử S còn 2 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX 2 E 2 .
⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 2.
Công thức Lewis của CO 2 là:
Phân tử CO 2 : có 2 nguyên tử O liên kết với nguyên tử trung tâm C và nguyên tử C không còn cặp electron hóa trị chưa liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX 2 .
⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 4.
Công thức Lewis của SO 3 là:
Phân tử SO 3 : có 3 nguyên tử O liên kết với nguyên tử trung tâm S và nguyên tử S không còn cặp electron hóa trị chưa liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX 3 .
⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 6.
Công thức Lewis của PH 3 là:
Phân tử PH 3 : có 3 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm P và nguyên tử P còn 1 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX 3 E.
⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 3.
CH mục II CH7
Viết công thức theo mô hình VSEPR và cho biết dạng hình học của phân tử OF 2 . Phân tử này có phân cực không?
Phương pháp giải:
Bước 1: Viết công thức Lewis
Bước 2: Viết công thức VSEPR dưới dạng AX n E m
Bước 3: Các cặp electron chưa liên kết chiếm không gian lớn hơn so với cặp electron liên kết, làm giảm góc liên kết của phân tử
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của OF 2 là:
Trong phân tử OF 2 có 2 nguyên tử F liên kết với nguyên tử trung tâm O và xung quanh nguyên tử trung tâm O có 2 cặp electron chưa liên kết nên công thức VSEPR của OF 2 là AX 2 E 2 .
Do cặp electron chưa tham gia liên kết chiếm khoảng không gian lớn hơn so với cặp electron liên kết, tương tác đẩy giữa cặp electron chưa liên kết lớn hơn tương tác đẩy giữa cặp electron liên kết, nên góc liên kết FOF thực tế bằng 104,5 o , nhỏ hơn góc hóa trị theo lí thuyết (109,5 o ). Phân tử có dạng góc.
⇒ Phân tử OF 2 phân cực do phân tử dạng góc và liên kết O – F phân cực.
CH mục II CH8
Dạng hình học của ion NH 4 + là
A. tứ diện đều
B. tháp tam giác
C. tam giác phẳng
D. đường thẳng
Phương pháp giải:
N là nguyên tử trung tâm, liên kết với 4H bằng 4 cặp electron, theo mô hình VSEPR có dạng AX 4
Lời giải chi tiết:
Ion NH 4 + gồm có 4 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm N bằng 4 cặp electron liên kết (theo mô hình VSEPR có dạng AX 4 ), chiếm bốn khu vực tích điện âm đẩy nhau để góc hóa trị lớn nhất là 109,5 o . Bốn cặp electron được phân bố hướng về 4 đỉnh của tứ diện, phân tử có cấu trúc tứ diện, tâm tứ diện là nguyên tử trung tâm N.
Đáp án A
Ion NH 4 + gồm có 4 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm N bằng 4 cặp electron liên kết (theo mô hình VSEPR có dạng AX 4 ), chiếm bốn khu vực tích điện âm đẩy nhau để góc hóa trị lớn nhất là 109,5 o . Bốn cặp electron được phân bố hướng về 4 đỉnh của tứ diện, phân tử có cấu trúc tứ diện, tâm tứ diện là nguyên tử trung tâm N.
CH mục II CH9
Dự đoán dạng hình học của một số phân tử sau: CO 2 , CS 2 , BF 3 , SCl 2
Phương pháp giải:
Cần phải xác định được nguyên tử trung tâm còn bao nhiêu cặp electron chưa tham gia liên kết
Lời giải chi tiết:
Phân tử CO 2 theo mô hình VSEPR có dạng AX 2 nên phân tử có cấu trúc thẳng.
Phân tử CS 2 theo mô hình VSEPR có dạng AX 2 nên phân tử có cấu trúc thẳng.
Phân tử BF 3 theo mô hình VSEPR có dạng AX 3 nên phân tử có cấu trúc tam giác phẳng.
Phân tử SCl 2 theo mô hình VSEPR có dạng AX 2 E 2 nên phân tử có dạng góc.
CH mục III CH10
Các nguyên tử carbon (1), (2), (3) trong hình bên ở những trạng thái lai hóa nào?
Phương pháp giải:
- Nguyên tử carbon có thể có cả ba trạng thái lai hóa. Ví dụ
+ Lai hóa sp 3 trong trường hợp nguyên tử C có liên kết đơn (CH 3 – CH 3 )
+ Lai hóa sp 2 trong trường hợp nguyên tử C có liên kết đôi (CH 2 = CH 2 )
+ Lai hóa sp trong trường hợp nguyên tử C có liên kết ba (CH ≡ CH)
Lời giải chi tiết:
C (1) lai hóa sp 3 bởi vì C này chỉ tạo liên kết đơn.
C (2) lai hóa sp 2 bởi vì C này có tạo liên kết đôi.
C (3) lai hóa sp bởi vì C này có tạo liên kết ba.
CH mục III CH11
Mô tả sự tạo thành các phân tử sau theo khái niệm lai hóa orbital
a) Phân tử BeH 2
b) Phân tử SO 2
c) Phân tử NH 3
Phương pháp giải:
- Lai hóa sp 3 : 1 AO s tổ hợp với 3 AO p trong một nguyên tử
- Lai hóa sp 2 : 1 AO s tổ hợp với 2 AO p trong một nguyên tử
- Lai hóa sp: 1 AO s tổ hợp với 1 AO p trong một nguyên tử
Lời giải chi tiết:
a) Phân tử BeH 2 .
Cấu hình electron hóa trị của Be: 2s 2 .
Trong nguyên tử Be, một AO 2s tổ hợp với 1 AO 2p, tạo ra hai AO lai hóa sp.
Hai AO lai hóa sp của nguyên tử Be xen phủ với hai AO s của hai nguyên tử H tạo thành hai liên kết σ giữa Be – H.
b) Phân tử SO 2 .
Cấu hình electron hóa trị của S: 3s 2 3p 4 .
Trong nguyên tử S, một AO 3s lai hóa với hai AO p, tạo ra ba AO lai hóa sp 2 .
S còn AO p chứa 1 electron độc thân sẽ xen phủ 1 AO p chứa 1 electron độc thân của O hình thành liên kết π và AO chưa lai hóa có 1 electron độc thân sẽ tiếp tục xen phủ với OA p của nguyên tử O đó để hình thành liên kết σ. Với nguyên tử O còn lại thì nguyên tử S dùng AO chứa 2 electron để xen phủ với 2 AO chứa electron độc thân của nguyên tử O còn lại.
c) Phân tử NH 3 .
Cấu hình electron hóa trị của N: 2s 2 2p 3 .
Trong nguyên tử N, 1 AO 2s và 3 AO 2p của nguyên tử N lai hóa với nhau tạo nên 4 AO lai hóa sp 3 giống hệt nhau, hướng về 4 đỉnh của hình tứ diện đều. Trên 3 AO lai hóa có electron độc thân. Trên AO lai hóa còn lại có cặp electron ghép đôi.
Ba AO lai hóa chứa electron độc thân của nguyên tử N xen phủ với 3 AO 1s chứa electron độc thân của 3 nguyên tử H, tạo nên 3 liên kết σ.
CH mục III CH13
Cho các phân tử NCl 3 , SO 3 , CO 2
a) Nguyên tử trung tâm trong các phân tử trên ở trạng thái lai hóa nào?
b) Phân tử nào không phân cực, phân tử nào phân cực? Vì sao?
Phương pháp giải:
- Tính số liên kết và số cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết (liên kết đôi, đơn, ba đều coi là 1 liên kết)
+ Tổng là 4: sp 3
+ Tổng là 3: sp 2
+ Tổng là 2: sp
Lời giải chi tiết:
a)
Trong phân tử NCl 3 , nguyên tử N là nguyên tử trung tâm, tham gia 3 liên kết với 3 nguyên tử H và còn 1 cặp electron chưa tham gia liên kết => lai hóa sp 3 .
Trong phân tử SO 3 , nguyên tử S là nguyên tử trung tâm, tham gia 3 liên kết với 3 nguyên tử O => lai hóa sp 2 .
Trong phân tử CO 2 , nguyên tử C là nguyên tử trung tâm, tham gia 2 liên kết với 2 nguyên tử O => lai hóa sp.
b)
Phân tử NCl 3 , SO 3 phân cực vì liên kết giữa nguyên tử trung tâm với nguyên tử còn lại là liên kết phân cực.
Phân tử CO 2 không phân cực vì hai liên kết phân cực C = O bị triệt tiêu do phân tử có dạng đường thẳng.