Đề tài Giảng dạy một số nội dung liên kết hóa học ở trường THPT

óa trị XAX = 109028’ nhưng trên thực tế các góc XAX < 109028’ một chút. Ta xem xét trường hợp cụ thể ñối với phân tử NH3 H H 1070 H - AX2E2
nguyên tử trung tâm A cũng có 4 ñôi electron, nhưng do có hai ñôi electron riêng nên hình dạng phân tử khác với phân tử AX4 hay AX3E (cũng có 4 ñôi electron). ðôi electron riêng 1 ñôi electron riêng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 24 Phân tử này có góc nhỏ hơn góc tứ diện 109028’, và nhất là góc hóa trị XAX cũng nhỏ hơn cả góc XAX của phân tử AX3E. 1070 H H Ta nhận thấy góc liên kết HOH trong phân tử H2O nhỏ hơn góc liên kết HNH trong phân tử NH3, nguyên nhân của hiện tượng trên là do trong phân tử H2O thì nguyên tử Oxi còn 2 cặp electron riêng nên gây ra hiệu ứng ñẩy mạnh hơn, nên sẽ thu hẹp góc hóa trị của liên kết lại. - AX4E
sự phân bố 1 ñôi electron riêng và 4 ñôi electron liên kết tạo ra hình dạng phân tử là hình tháp chóp (hình cái bập bênh – một số sách của PGS.TS Trần Thành Huế). Thí dụ SF4… - AX3E2
3 ñôi electron liên kết tạo 3 liên kết A – X, sự ñẩy tương hổ giữa 3 ñôi electron này với nhau và với 2 ñôi electron không liên kết, kết quả hình học phân tử có dạng hình chữ T. Thí dụ ClF3, HClO2… - AX2E3
có 2 cặp electron liên kết và 3 cặp electron không liên kết, tổng số là 5. Vậy hình dạng tương tác ñẩy là song tháp tam giác, tuy nhiên 3 cặp electron không liên kết chiếm không gian rộng hơn nên phân bố theo vị trí xích ñạo, còn 2 cặp electron liên kết chiếm vị trí trục. Do ñó mà cấu trúc hình học của phân tử là thẳng. - AX5E
4 trong năm ñôi electron liên kết ñược phân bố trên một mặt phẳng, một ñôi electron liên kết còn lại ñược phân bố trên trục gần như vuông góc với mặt phẳng trên. Do ñó 5 ñôi electron liên kết tạo thành hình tháp vuông. ðôi electron riêng còn lại trong trường hợp này cũng phân bố trên trục gần như vuông góc với mặt phẳng trên, sự tương tác ở ñây không ñáng kể lắm. Do ñó kết luận hình học phân tử ñối với AX5E là hình tháp vuông. Thí dụ BrF5… 2 ñôi electron riêng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 25 - AX4E2
2 ñôi electron riêng ñược phân bố trans (phân bố về 2 phía của mặt phẳng) so với 4 ñôi electron liên kết, mặt khác 4 ñôi electron liên kết này ñược phân bố trong mặt phẳng nên tạo ra hình vuông phẳng. Thí dụ XeF4… F FF F PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 26 Chương 2: GIẢNG DẠY NỘI DUNG LIÊN KẾT Ở TRƯỜNG THPT 2.1. Một số nội dung về liên kết hoá học ở chương 3 SGK hoá học 10 nâng cao: Bài 16 Khái niệm về liên kết hoá học liên kết ion I. Khái niệm về liên kết hoá học 1. Khái niêm về liên kết 2. Quy tắc bát tử (8 electron) Bài 17 Liên kết cộng hoá trị I. Sự hình thành liên kết cộng hoá trị bằng cặp electron chung 1. Sự hình thành phân tử ñơn chất - Sự hình thành phân tử H2 - Sự hình thành phân tử N2 2. Sự hình thành phân tử hợp chất - Sự hình thành phân tử HCl - Sự hình thành phân tử CO2 (có cấu tạo thẳng) - Liên kết cho nhận 3. Tính chất của các chất có liên kết cộng hoá trị II. Liên kết cộng hoá trị và sự xen phủ các orbitan nguyên tử 1. Sự xen phủ của các orbitan nguyên tử khi hình thành các phân tử ñơn chất - Sự hình thành phân tử H2 - Sự hình thành phân tử Cl2 2. Sự xen phủ của các orbitan nguyên tử khi hình thành các phân tử hợp chất - Sự hình thành phân tử HCl - Sự hình thành phân tử H2S PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 27 Bài 18 Sự lai hoá các orbitan nguyên tử. Sự hình thành liên kết ñơn, liên kết ñôi và liên kết ba I. Khái niệm về sự lai hoá II. Các kiểu lai hoá thường gặp 1. Lai hoá sp 2. Lai hoá sp2 3. Lai hoá sp3 III. Nhận xét chung về thuyết lai hoá IV. Sự xen phủ trục và xen phủ bên 1. Sư xen phủ trục 2. Sư xen phủ bên V. Sự tạo thành liên kết ñơn, liên kết ñôi và liên kết ba 1. Liên kết ñơn 2. Liên kết ñôi 3. Liên kết ba Bài 21 Hiệu ñộ âm ñiện và liên kết hoá học 1. Hiệu ñộ âm ñiện và liên kết cộng hoá trị không cực 2. Hiệu ñộ âm ñiện và liên kết cộng hoá tri có cực 3. Hiệu ñộ âm ñiện và liên kết ion Bài 22 Hoá trị và số oxi hoá I. Hoá trị 1. Hoá trị trong hợp chất ion 2. Hoá trị trong hợp chất cộng hoá trị II. Số oxi hoá (4 quy tắc xác ñịnh số oxi hoá) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 28 2.2. Một số nội dung về liên kết hoá học trong các bài của SGK hoá học 10, 11 2.2.1. Chương trình SGK hoá học 10 nâng cao Bài 41. Cấu tạo phân tử O2 Bài 42. Cấu tạo phân tử Ozon (O3) và hidro peoxit (H2O2) Bài 44. Cấu tạo phân tử hidro sunfua (H2S) Bài 45. Cấu tạo phân tử SO2, SO3, H2SO4 2.2.2. Chương trình SGK hoá học 11 nâng cao Bài 30. Cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ (Chương 4) - Thuyết cấu tạo hoá học - Liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ Bài 34. Cấu trúc phân tử Ankan Bài 39. Cấu trúc phân tử Anken Bài 41. Cấu trúc phân tử ankañien Bài 43. Cấu trúc phân tử Ankin Bài 46. Cấu trúc phân tử benzene 2.3. Một số khái niệm 2.3.1. Quy tắc octet (quy tắc bát tử) Từ sự phân tích kết quả thực nghiệm và cấu tạo hóa học của các phân tử, năm 1916 nhà hóa học Kossel và Lewis ñã ñưa ra nhận xét mà ngày nay ta gọi là quy tắc octet: “Khi tạo liên kết hóa học, các nguyên tử có xu hướng ñạt tới cấu hình lớp ngoài cùng bền vững của các nguyên tố khí trơ với 8 electron hoặc 2 electron ñối với He” Cần lưu ý là quy tắc trên chỉ áp dụng ñúng cho một số nguyên tố giới hạn thuộc chu kì 2, các chu kì khác quy tắc octet có sự sai lệch. 2.3.2. Liên kết cộng hóa trị Liên kết hóa học ñược hình thành nhờ ñôi electron dùng chung (hay góp chung) giữa hai nguyên tử PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 29 Thí dụ: Phân tử H2 có cấu tạo H – H. Vậy trong nguyên tử này có một ñôi electron dùng chung giữa hai nguyên tử H Phân tử N2 có cấu tạo N N≡ . Vậy trong phân tử này có ba ñôi electron dùng chung giữa hai nguyên tử N - Liên kết cộng hóa trị không phân cực (hay không có cực): Trong liên kết này ñôi electron dùng chung ở chính giữa khoảng cách hai hạt nhân. Thí dụ: Phân tử Cl2 Ta có: Cl : Cl hay Cl – Cl. ðó là phân tử ñơn chất (của các phi kim là chủ yếu). Lưu ý một ñiều là do các electron luôn ở trạng thái dao ñộng, nên ñôi khi ñôi electron dùng chung này cũng bị lệch sang một nguyên tử. chẳng hạn, trong phân tử H2, sự lệch ñôi electron này chiếm khoảng 30%, tức là liên kết phân cực cũng ñã xuất hiện. - Liên kết cộng hóa trị phân cực (hay có cực) Trong liên kết này, ñôi electron dùng chung lệch về phía nguyên tử có ñộ âm ñiện lớn hơn (hay nguyên tử có tính phi kim mạnh hơn) Thí dụ: Xét phân tử HX (X là các nguyên tử Halogen), các nguyên tử Halogen là những phi kim có ñộ âm ñiện lớn hơn rất nhiều so với nguyên tử H. Nên trong trường hợp này, ñôi electron dùng chung bị lệch về phía các nguyên tử Halogen X Chú ý học sinh: Sự phân loại liên kết như trên là có tính quy ước, không có ranh giới rõ rệt giữa các loại liên kết trên. - Tiêu chuẩn về hiệu số ñộ âm ñiện χ∆ ñược áp dụng trong trường hợp trên ñể có thể phân loại liên kết một cách ñại cương. 2.3.3. Công thức cấu tạo Lewis (sơ ñồ Lewis) Mặc dù hiện nay ñã có các thuyết hiện ñại giải thích về liên kết hóa học, nhưng việc biểu diễn một cách trực quan gần ñúng công thức cấu tạo phân tử giúp cho người ñọc dễ dàng hình dung nhất (ñối với các phân tử phức tạp) là một ñiều rất cần thiết. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 30 2.3.3.1. Nội dung và phạm vi áp dụng của công thức Nội dung: quy ước dùng một dấu chấm () ñể biểu thị một electron; hai dấu chấm (:) hoặc một vạch (–) ñể chỉ một ñôi electron trong nguyên tử hay phân tử. Công thức hóa học có dùng kí hiệu trên ñược gọi là công thức cấu tạo Lewis. Thí dụ: Các cách viết công thức cấu tạo Lewis cho NH3, CO2 N H HH N HH H NH3NH3 _ _ CO O C OOHay Áp dụng: Phân tử liên kết cộng hóa trị hay liên kết ion ñều có thể ñược biểu diễn bằng công thức Lewis. Tuy nhiên, trong thực tế người ta thường dùng công thức Lewis cho các phân tử có liên kết cộng hóa trị. Trong ñó ta không cần chỉ rõ sự lệch của ñôi electron liên kết, “một công thức hóa học thực có thể ñược biểu diễn dưới dạng một hay nhiều công thức Lewis khác nhau”. 2.3.3.2. Ưu, khuyết ñiểm của công thức phân tử theo Lewis - Ưu ñiểm: ðơn giản, dễ hiểu, giải thích ñược sự hiện diện của một số ñông hợp chất. - Khuyết ñiểm: + Vì chỉ có tính cách hình thức nên thuyết ñiện tử về hóa trị của Kossel và Lewis ñưa ra không giải thích ñược cơ cấu không gian (hình học phân tử) của hóa chất (gốc liên kết, ñộ dài liên kết). Thí dụ: Liên kết O – H bị phân cực nhưng ta không thể biết ñược trong phân tử H2O có phân cực hay không? (NH3) (CO2) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 31 H – O – H O Không phân cực H H Phân cực + Chỉ áp dụng ñúng cho nguyên tố chu kỳ 2, còn các nguyên tử của các nguyên tố chu kỳ khác thì ñã không còn tuyệt ñối ñúng cho lớp electron ngoài cùng. Thí dụ: BeCl2 quanh Be chỉ có 4 ñiện tử ở lớp ngoài cùng AlCl3 quanh Al chỉ có 6 ñiện tử ở lớp ngoài cùng PCl5 quanh P có 10 ñiện tử lớp ngoài cùng SF6 quanh S có 12 ñiện tử lớp ngoài cùng P Cl Cl Cl Cl Cl F F F F F S F + Không thể giải thích ñược sự hiện diện của những phân tử như Benzen (C6H6): Nếu biểu diễn Benzen như sau thì Benzen gồm 3 liên kết ñơn và 3 liên kết ñôi, trong khi ñó thực nghiệm các phép ño vật lý cho thấy C6H6 có 6 liên kết C – C hoàn toàn giống nhau và có ñộ dài liên kết là trung gian giữa bề dài của một liên kết ñơn và của một liên kết ñôi. + Không giải thích ñược sự hiện diện của những phân tử có chứa một số ñiện tử lẻ như NO, NO2…ðặc biệt với công thức Lewis, người ta không thể hình dung ñúng ñặc tính của oxigen (trên thực tế thì O2 có tính chất thuận từ vì có electron ñộc thân trên phân tử) Thực tế công thức cấu tạo của Benzen phải có dạng như sau   PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 32 + Và cuối cùng cần nhớ rằng, trước khi viết công thức Lewis cho một chất bất kì như ñã nói ở các mục trước ta cần phải biết rõ thứ thứ tự liên kết của các nguyên tử trong phân tử chất ñó, nghĩa là biết rõ cấu tạo hóa học của nó. Thí dụ: Ứng với công thức phân tử CHNO có ñến 2 công thức Lewis ứng với 2 chất khác nhau: O CH N H O C NHay NH C O Hay H N C O (Axit xianic) (Axit isoxianic) 2.3.3.3. Thành lập công thức cấu tạo Lewis của các chất Hiện nay, ở chương trình hóa học phổ thông (ñặc biệt là chương trình hóa học 10) vẫn còn sử dụng công thức Lewis, cụ thể là yêu cầu học sinh viết công thức electron của một phân tử từ ñó say ra công thức cấu tạo của chúng. ðể có thể viết ñược cấu tạo Lewis cho một công thức bất kì, ta hãy làm quen với một số khái niệm sau: - Nguyên tử trung tâm và phối tử Trong một công thức hóa học, nguyên tử trung tâm là nguyên tử cần nhiều nhất số electron ñể tạo ñược octet cho lớp ngoài cùng của nó (hay nguyên tử có số oxi hóa cao nhất). các nguyên tử khác và cả ñôi electron riêng của nguyên tử trung tâm gọi là phối tử. - ðiên tích lõi nguyên tử: là một số nguyên dương, có trị số bằng số electron hóa trị (electron lớp ngoài cùng) vốn có của nguyên tử ñó. Ví dụ ta xét ñiện tích lõi của các nguyên tử C, S, Cl, O… C: +4, S: +6; Cl: +7; O: +6… - ðiện tích hình thức của nguyên tử ñược xác ñịnh theo công thức sau: - ðiện tích giải tỏa (trên một nguyên tử) ðiện tích giải tỏa trên một nguyên ðiện tích giải tỏa trên một nguyên tử Số cấu tạo cộng = ðiện tích hình thức của nguyên tử ðiện tích lõi của nguyên tử Tổng số e riêng của nguyên tử = - - Số liên kết nguyên tử ñó tham gia PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 33 - Cấu tạo giới hạn, cấu tạo cộng hưởng + Cấu tạo giới hạn: chính là công thức cấu tạo ñược viết theo quy ước Lewis + Cấu tạo cộng hưởng: nếu một công thức hóa học mà có nhiều công thức Lewis (công thức giới hạn) thì các công thức giới hạn ñó là các công thức cấu tạo cộng hưởng của công thức ñó (như chúng ta ñã nói ở trên, một công thức hóa học có thể có một hoặc nhiều công thức Lewis) Nội dung thuyết cấu tạo cộng hưởng: Có 3 nội dung chính - Bất kì một phân tử hoặc ion nào cũng có thể ñược biểu diễn bởi hai hoặc nhiều công thức Lewis (chỉ khác nhau là ở vị trí các electron), gọi là công thức cộng hưởng hay công thức giới hạn. - Không một công thức nào trong chúng biểu diễn ñúng ñược hình học phân tử. Không một công thức cộng hưởng nào phù hợp hoàn toàn với tính chất vật lí hoặc tính chất hóa học của chất. - Phân tử hoặc ion ñó sẽ ñược biểu diễn tốt hơn bằng sự “lai hóa” giữa các công thức cộng hưởng. Thí dụ: ta có thể lấy dẫn chứng như trường hợp các ion CO32-, NO3-… những trường hợp này ta sẽ xem xét trong phần bài tập áp dụng bên dưới. 2.3.3.4. Các bước viết công thức cấu tạo Lewis
Thí dụ: Thiết lập công thức Lewis cho ion CO32- Bước 1: ðưa ra công thức cấu tạo Lewis giả ñịnh (dựa vào kinh nghiện bản thân, giả sử rằng các liên kết tạo thành là liên kết ñơn) C O O O Bước 2: Tính tổng số electron hóa trị của công thức giả ñịnh (kí hiệu n1) n1 = 4.1 + 6.3 + 2 = 24 (vì ở ñây CO32- là một anion ñiện tích (--) nên ta cộng thêm 2 vào trong tổng trên) (a) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 34 Bước 3: Tính số electron còn lại (kí hiệu n2) n2 = n1 – n’ (n’ là tổng số electron ñã tạo liên kết trong công thức giả ñịnh a) n2 = 24 – 2.3 = 18 Dùng n2 tạo octet cho nguyên tử âm ñiện nhất (nguyên tử cần nhiều hơn số electron ñể tạo ñược octet) trong công thức giả ñịnh (a)
khi ñó ta ñược công thức sơ bộ (b) C O O O Octet Cho Oxi C O O O Bước 4: Lập công thức Lewis ñúng Tính số electron còn lại (kí hiệu n3) sau khi ñã tạo octet ở bước 3: n3 = n2 – noctet = 18 – 18 = 0. Nếu trường hợp n3 ≠ 0 thì ta cần ñưa số electron này vào nguyên tử trung tâm rồi mới làm tiếp bước sau ñây - Tính ñiện tích hình thức trên mỗi nguyên tử trong công thức (b) dùng công thức ñã giới thiệu ở trên C: 4 – (3 + 0) = 1+ O: 6 – (1 + 6) = 1- Ta biểu diễn kết quả thu ñược trên công thức sau C O O O -1 -1 -1+1 Chuyển ñôi electron riêng của oxi thành ñôi electron liên kết ñể: - Tạo octet cho nguyên tử O (nguyên tử trung tâm A nói chung) - Trung hòa ñiện tích hình thức trên một số nguyên tử liên quan (chuyển một ñôi electron trên 1 trong 3 nguyên tử O bất kì thành ñôi e liên kết) C O O O C O O O (0) (0) -1 -1 (b) (c) (d) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 35 Tính lại ñiện tích hình thức, kết luận O bên trái có ñiện tích hình thức là: 6 – (2 + 4) = 0 C có ñiện tích hình thức là: 4 – (4 + 0) = 0 Hai O còn lại ñều có ñiện tích hình thức là: 6 – (6 + 1) = 1- Vậy ñiện tích hình thức của cả công thức (d) là: 1- + 1- = 2- Như ta ñã nói, có 3 nguyên tử O và cả 3 nguyên tử O này ñều có khả năng chuyển ñôi electron riêng của mình ñể tạo octet cho nguyên tử C do ñó thay vào việc có một cấu tạo (d) thì ta sẽ có 3 cấu tạo tương ứng (d1), (d2), (d3) C O O O C O O OC O O O (d1) (d2) (d3) Vậy ion CO32- có 3 cấu tạo giới hạn (hay 3 cấu tạo cộng hưởng), ñiện tích ñược giải tỏa trên mỗi nguyên tử O của ion CO32- là 23− Thí dụ: Hãy viết công thức cấu tạo Lewis cho PCl3 Áp dụng các bước trên ta sẽ có lần lượt các kết quả sau: P Cl Cl Cl Từ (a) ta có số elctron ñã tham gia liên kết n2 = 6e Số electron còn lại n3 = 26 – 6 = 20e Lấy số electron còn lại ở trên tạo octet cho nguyên tử âm ñiện hơn (Cl), số electron cần tạo octet là n4 = 6.3 = 18e P Cl Cl Cl Số electron còn lại sau khi ñã tạo octet ở trên là n5 = 20 – 18 = 2e (a) (b) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 36 Ta thấy, n5 > 0 nên ta dùng n5 ñiền vào nguyên tử P (chú ý chỉ ñược ñiền vào các nguyên tố chu kì 3 trở lên, vì quy tắc octet không còn phù hợp) P Cl Cl Cl Từ công thức (c) ta tính ñiện tích hình thức của mỗi nguyên tử trong phân tử P: 5 – 2 – 3 = 0 Cl: 7 – 6 – 1 = 0 Kết luận: Công thức (c) ở trên là công thức Lewis ñúng của PCl3 2.4. Khảo sát hình học phân tử một số hợp chất cộng hoá trị ðể dự ñoán hình học phân tử, có thể dùng mô hình tương tác ñẩy VSEPR (quy tắc kinh nghiệm gilexpi). Chúng ta có thể hệ thống quy tắc kinh nghiệm gilexpi trên theo bảng sau ñây, kết hợp cả hai loại phân tử (AXn và AXnEm). Chú ý ñặc biệt ñến 2 khái niệm “hình dạng tương tác ñẩy” và khái niệm “cấu trúc hình học phân tử”. Bảng 2.1. Cấu hình không gian của một số phân tử Phân tử Tổng số cặp e Hình dạng tương tác ñẩy Số cặp e liên kết Cấu trúc hình học phân tử Phân tử ñiển hình AX2 2 Thẳng 2 Thẳng BeCl2, BeH2. Tam giác ñều BF3 AX3 AX2E 3 3 3 2 Chữ V SO2 Tứ diện CH4 Hình tháp chóp NH3 AX4 AX3E AX2E2 4 4 4 4 3 2 Chữ V H2O Song tháp PCl5 Hình tháp chóp SF4 Chữ T ClF3 (c) Tam giác ñều AX5 AX4E AX3E2 5 5 5 5 4 3 Song tháp tam giác Tứ diện PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 37 Bát diện SF6 Hình chóp BrF5 AX6 AX5E AX4E2 6 6 6 Bát diện 6 5 4 Vuông phẳng XeF4
Nhận xét: Ta thấy ñối với các trường hợp trong phân tử không có cặp electron riêng nên hình dạng tương tác ñẩy ñối với các cặp electron cũng chính là hình học phân tử của chúng. Trong trường hợp ngược lại, các phân tử có ñôi electron riêng thì do tương hổ giữa chúng với các cặp electron liên kết nên hình học phân tử của chúng sẽ biến ñổi theo các quy luật như ñã trình bày ở phần trên. Như vậy, khi bạn ñã xác ñịnh tổng số cặp electron của công thức Lewis, từ ñó suy ra mô hình tương tác ñẩy của chúng, tiếp theo là dựa vào mức ñộ tương quan giữa các cặp e liên kết và các cặp e riêng (của nguyên tử trung tâm) ta suy ra hình học phân tử của các công thức ñó. Thí dụ: Dựa vào công thức Lewis một số chất vừa xác ñịnh ở trên, chúng ta sẽ suy ra hình học phân tử của chúng. Phân tử PCl3: có công thức Lewis ñúng là P Cl Cl Cl Tổng số cặp e hóa trị là 4 (trong ñó có 3 cặp e liên kết và 1 cặp e không liên kết) Kết luận: - Hình dạng tương tác ñẩy là tứ diện, nhưng do trên nguyên tử P còn một ñôi e riêng nên hình học phân tử có hình tháp chóp (hay hình tháp tam giác) giống trường hợp của phân tử NH3 AX2E3 5 2 Thẳng XeF2 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 38 - Theo nguyên tắc hình dạng tương tác ñẩy là hình tứ diện, tức là các ñôi mây e của nguyên tử trung tâm phân bố có dạng là hình tứ diện ñều, các góc tứ diện bằng nhau và bằng 109029’. Tuy nhiên có một ñôi e riêng trong số ñó chiếm khoảng không gian lớn, dẫn ñến sự thu hẹp các mây e liên kết nên từ hình tứ diện (dạng tương tác ñẩy) chuyển sang dạng tháp tam giác (hình tháp chóp) 109028' (Mô hình tương tác ñẩy tứ diện ñều) 109028' P Cl Cl Cl Ta suy luận chắc chắn rằng: Góc hóa trị ClPCl sẽ nhỏ hơn góc tứ diện 109029’, còn cụ thể là bao nhiêu thì cần phải có thực nghiệm chứng minh.
Tuy nhiên ta có một cách khác ñể tính toán số lượng các cặp e liên kết và các cặp e riêng (không cần phải viết công thức Lewis) - Việc xác ñịnh số liên kết σ hay số cặp e liên kết không có gì là khó khăn cả. Hễ có bao nhiêu nguyên tử biên liên kết với nguyên tử trung tâm thì có bấy nhiêu liên kết σ . Thí dụ PH3 (số liên kết σ = 3
có 3 cặp e liên kết vì có 3 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm P…) - Việc xác ñịnh số electron hóa trị tự do có thể dùng phương pháp ñơn giản sau: + Tính tổng số electron hóa trị của các nguyên tử trong phân tử (ion ban ñầu) (kí hiệu X) + Tính số electron hóa trị bảo hòa dành cho các nguyên tử biên liên kết với nguyên tử trung tâm (kí hiệu Y), (bát tử ñối với mỗi nguyên tử biên nói chung và 2 electron ñối với mỗi nguyên tử biên là nguyên tử H). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 39 + Tính hiệu số giữa tổng số electron hóa trị của phân tử và số electron hóa trị dành cho các phân tử biên (X – Y). Hiệu số này chính là số electron hóa trị tự do của nguyên tử trung tâm cần tìm. Bảng 2.2. Kết quả tính toán số cặp electron hóa trị tự do của các nguyên tử trung tâm ñối với một số phân tử và ion. Nguyên tử Trung tâm Số cặp e tự do 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 4 4 4 6 CO2 NO2+ BF3 CO32- CCl4 NH4+ PCl5 SO2 NO2- SO32- SF4 TeCl4 BrF5 H2O ClF3 XeF4 XeF2 C N B C C N P S N S S Te Br O Cl Xe Xe 4 + 2.6 5 + 2.6 – 1 3 + 3.7 4 + 3.6 + 2 4 + 4.7 5 + 4.1 – 1 5 + 5.7 3.6 5 + 2.6 + 1 4.6 + 2 6 + 4.7 6 + 4.7 6.7 2 + 6 4.7 8 + 4.7 8 + 2.7 2.8 2.8 3.8 3.8 4.8 4.2 5.8 2.8 2.8 3.8 4.8 4.8 5.8 2.8 3.8 4.8 2.8 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 X - Y X Y Phân tử, ion PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 40 Như vậy, việc giải thích hình học phân tử ñã ñược giải quyết một cách ñơn giản với mô hình VSEPR ( hay còn có thêm tên gọi là mô hình tĩnh ñiện hoặc mô hình Gilexpia) 2.5. Lai hoá AO nguyên tử 2.5.1. Lai hoá sp3 Ta xét 2 hai trường hợp ñiển hình nhất là CH4, H2O TH 1: phân tử CH4 (chú ý phân tử có dạng AX4) 2s 2p C trang thai kích thích 2s 2p C* 4 orbitan lai hoa Nếu như 4 AO 1s của 4 nguyên tử H tiến vào xen phủ với 4 AO hóa trị 1 electron của nguyên tử C thì sẽ tạo thành 4 liên kết cộng hóa trị (sự góp chung ñôi electron hình thành liên kết). ðặc ñiểm của 4 liên kết này sẽ khác nhau (khác nhau về tính ñịnh hướng, về năng lượng các liên kết), nhưng trên thực tế các số liệu thực nghiệm chứng minh rằng 4 liên kết này hoàn toàn giống nhau và góc hóa trị luôn luôn bằng 109029’. Như vậy, ñể giải thích sự mẫu thuẫn trên, ta sẽ áp dụng khái niệm lai hóa trong trường hợp này. Mà cụ thể là dạng lai hóa sp3, 4 AO lai hoa tạo thành hoàn toàn giống nhau, khi xen phủ với 4 AO 1s của 4 nguyên tử H sẽ cho các liên kết giống nhau
và chúng ñịnh hướng trong không gian hình tứ diện ñều. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 41 109029' H CH4 H H H TH 2: phân tử H2O (phân tử có dạng AX2E2) 2s 2p O 2s 2p O* kích thích Nếu như 2 AO 1s của 2 nguyên tử H xen phủ với 4 AO hóa trị 1 electron của nguyên tử O, sẽ hình thành hai liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, như ñã nói ở trên, các AO lai hóa tạo thành những liên kết bền vững hơn các AO “nguyên chất”. Vì vậy trong những trường hợp mà nguyên tử trung tâm có những cặp ñiện tử không phân chia và khi hiệu năng lượng của các AO không quá lớn, các liên kết trong phân tử cũng ñược giải thích bằng các AO lai hóa. H H 104,50 O H2O Vì góc liên kết trong nước 104,50 (gần xấp xỉ bằng góc tứ diện 109029’), nên người ta giải thích trong phân tử nước các AO “nguyên chất” của nguyên tử O ñã tham gia lai hóa, cụ thể là lai hóa tứ diện sp3. Nhưng sở dĩ, có sự chênh lệch ñôi chút giữa góc liên kết và góc tứ diện là do 2 cặp ñiện tử tự do của O ñã chiếm cứ 2 trong số 4 AO lai hóa của nguyên tử O, và lực ñẩy của 2 mây electron tự do này mạnh hơn so với các mây electron liên kết làm giảm ñộ lớn của góc. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 42 Như ñã nói ở phần trước ñây, trong phân tử H2O xuất hiện momen lưỡng cực. Mômen lưỡng cực xuất hiện ở ñây không phải chỉ do sự phân cực của H2O, mà còn do mômen lưỡng cực của các cặp ñiện tử tự do, trọng tâm ñám mây ñiện tử không trùng với hạt nhân nguyên tử trung tâm. (ta tham khảo thêm một số giáo trình khác) Chính vì những lí do trên mà phân tử nước không có dạng tứ diện ñều mà có hình dạng góc. 2.5.2. Lai hoá sp2 Ta xét trường hợp phân tử BCl3 (phân tử có dạng AX3) 2s 2p B kích thích B* Thực nghiệm cho biết rằng góc liên kết trong phân tử BCl3 bằng 1200 có dạng góc của tam giác ñều. Do ñó, nguyên tử B trong phân tử BCl3 phải tham gia lai hóa sp2 Quá trình lai hóa giải thích như sau: Nguyên tử B bị kích thích có cấu hình electron vỏ hóa trị là 2s1 2p2 và khi tham gia tạo liên kết với các nguyên tử Cl nó ở trạng thái lai hóa sp2, ta sẽ có hình dạng tương ứng là hình tam giác ñều (chúng phân bố trên cùng một mặt phẳng, 3 ñỉnh của tam giác ñều là 3 nguyên tử Cl) Mô hình hóa như sau: 1200 Cl Cl Cl B Cl ClCl (a) (b) B Tuy nhiên, trong trường hợp của phân tử BCl3, các liên kết B – Cl không phải là các liên kết ñơn. Liên kết này có bậc lớn hơn 1 do có sự che phủ bổ sung giữa obitan hóa trị tự do của B và AO chứa cặp electron hóa trị tự do của Cl. Tạo thành các liên kết pi không ñịnh cư (chuyển ñộng trên toàn bộ khung nguyên tử - hình (b)). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 43 2.5.3. Lai hoá sp Một số trường hợp nguyên tử trung tâm cho lai hóa sp như BeX2, ZnX2, CdX2 (X là các nguyên tử halogen)…ñặc biệt là C2H2 (phân tử này ta sẽ dạy phần ankin). Khi ñó góc liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử thẳng là 1800. Bảng 2.3. Mối quan hệ giữa cấu hình không gian ABn (có chứa cặp electron hóa trị tự do) và số cặp electron liên kết Sốcặp electron Phân tử Số liên kết e hóa trị tự do Tổng số Kiểu lai hóa nguyên tử trung tâm Cấu hình phân tử Ví dụ AB3 AB2 3 2 0 1 3 3 sp2 Tam giác ñều Góc BF3,SO3, CO32 SO2, O3, NO2- AB2 AB3 AB4 2 3 4 2 1 0 4 4 4 sp3 Góc Tháp tam giác Tứ diện ñều AB2 AB3 AB4 AB5 2 3 4 5 3 2 1 0 5 5 5 5 sp3d AB4 AB5 AB6 4 5 6 2 1 0 6 6 6 sp3d2 H2O, ClO2, OF2 NH3, SO32- CH4, CCl4.. XeF2… ClF3... SF4, TeCl4… AsF5, PCl5 ðường Thẳng Chữ T Tứ diện lệch Lưỡng tháp tam giác Vuông phẳng XeF4… CrF5… SF6… Tháp vuông Bát diện ñều PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 44 2.6. Mối liên hệ giữa công thức Lewis – VSEPR – Lai hoá AO Công thức Lewis AXn AXnEm. Nhận xét: Ta chú ý ñến một số công thức ñã xét dạng lai hóa của chúng (CH4, BCl3, H2O…). so sánh chúng với phần mô hình tương tác ñẩy (VSEPR), ta thấy sẽ có sự tương ứng giống nhau. - Phân tử CH4 : Nguyên tử trung tâm C có dạng lai hóa sp3
hình học phân tử là hình tứ diện ñều + Theo VSEPR hình dạng tương tác ñẩy là tứ diện
hình học phân tử là tứ diện ñều + Nguyên tử trung tâm C không có cặp electron riêng - Phân tử H2O: Nguyên tử trung tâm lai hóa sp3
hình học phân tử có dạng góc + Theo VSEPR hình dạng tương tác ñẩy là tứ diện
hình học phân tử cũng có dạng góc Có n ñôi e liên kết Không có ñôi e riêng Có n ñôi electron liên kết Có m ñôi e riêng Hình dạng tương tác ñẩy (của các cặp electron) Gồm 5 dạng phổ biến Thẳng Tam giác ñều Tứ diện Bát diện Song tháp tam giác Dạng lai hoá Hình học phân tử Hình học phân tử PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 45 + Nguyên tử trung tâm O có 2 cặp electron riêng.
Từ những dẫn chứng trên, ta thấy rằng có mối quan hệ giữa 2 thuyết VSEPR – thuyết lai hóa. Chỉ khác nhau ở chổ là việc giải thích sẽ khác nhau tùy từng loại phân tử nhất ñịnh.
Mô hình ở trên có thể xem là khái quát hóa mối quan hệ giữa: công thức Lewis – VSEPR – Lai hoá AO trong việc xét ñoán hình học phân tử của các chất. Khi bạn ñã xác ñịnh tổng số cặp electron của công thức, từ ñó suy ra mô hình tương tác ñẩy của chúng, tiếp theo là dựa vào mức ñộ tương quan giữa các cặp e liên kết và các cặp e riêng ta suy ra hình học phân tử của các công thức ñó. Như vậy, ðể chọn kiểu lai hoá cho nguyên tử trung tâm ta dựa vào n (tổng số liên kết xích ma (σ ) của nguyên tử trung tâm với số cặp electron hoá trị không phân chia. - Nếu tổng ñó bằng 2 thì nguyên tử trung tâm có lai hoá dạng sp - Nếu tổng ñó bằng 3 thì nguyên tử trung tâm có lai hoá dạng sp2 - Nếu tổng ñó bằng 4 thì nguyên tử trung tâm có lai hoá dạng sp3 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 46 Chương 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ BAN ðẦU 3.1. Kết quả khảo sát 3.1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của việc khảo sát ðánh giá khả năng nắm vững kiến thức “liên kết hoá học” của HS các lớp 10, 11 trường THPT TP Cao Lãnh. So sánh kết quả khảo sát giữa các lớp, từ ñó ñánh giá sơ bộ việc dạy và học nội dung “liên kết hoá học” của GV và HS. Xử lí và phân tích kết quả, ñể ñưa ra nhận xét. 3.1.2. Kế hoạch khảo sát Xây dựng mẫu phiếu ñiều tra tham khảo ý kiến của GV về việc giảng dạy các bài, mục có nội dung liên quan ñến khái niệm “liên kết hóa học” Xây dựng mẫu ñề trắc nghiệm 10 phút ñể kiểm tra mức ñộ nắm vững kiến thức của HS các lớp 3.1.3. Thống kê số liệu Thông qua bài kiểm tra 10 phút cho HS các lớp 10 ở trường THPT TP Cao Lãnh (lớp 10H, lớp 10T, lớp 10A1) ta có kết quả ban ñầu như sau: Bảng 3.1. ðiểm và số lượng HS của lớp 10H (tổng số học sinh n = 37) ðiểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số lượng 0 0 0 1 3 10 7 8 7 0 1 Bảng 3.2. ðiểm và số lượng HS của lớp 10T (tổng số học sinh n = 37) ðiểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số lượng 0 0 0 0 2 12 9 5 6 2 1 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 47 Bảng 3.3. ðiểm và số lượng HS của lớp 10L (tổng số học sinh n = 24) ðiểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số lượng 0 0 0 1 3 7 8 2 2 1 0 Bảng 3.4. ðiểm và số lượng HS của lớp 10A1 (tổng số học sinh n = 48) ðiểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số lượng 0 0 5 6 9 8 13 6 1 0 0 Bảng 3.5. Phân phối tần suất (fi (%) = số lượng/n) Tần suất fi (%) ðiểm 10H 10T 10L 10A1 0 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 1 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 2 0.00% 0.00% 0.00% 10.42% 3 2.70% 0.00% 4.17% 12.50% 4 8.11% 5.41% 12.50% 18.75% 5 27.03% 32.43% 29.17% 16.67% 6 18.92% 24.32% 33.33% 27.08% 7 21.62% 13.51% 8.33% 12.50% 8 18.92% 16.22% 8.33% 2.08% 9 0.00% 5.41% 4.17% 0.00% 10 2.70% 2.70% 0.00% 0.00% Tổng 100% 100% 100% 100% PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 48 3.1.4. ðồ thị Dựa vào số liệu ñã trình bày ở trên ta có các ñồ thị và biểu ñồ biểu diễn như sau: 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 10H 10T 10L 10A1 Hình 3.1. Biểu ñồ cột biểu thị tần suất fi(%) Dựa vào bảng 3.5. ta tính ñược tần suất luỹ tích như sau: Bảng 3.6. Biểu diễn tần suất luỹ tích Tần suất luỹ tích ðiểm 10H 10T 10L 10A1 0 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 1 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 2 0.00% 0.00% 0.00% 10.42% 3 2.70% 0.00% 4.17% 22.92% 4 10.81% 5.41% 16.67% 41.67% 5 37.84% 37.84% 45.84% 58.34% 6 56.76% 62.16% 79.17% 85.34% 7 78.38% 75.67% 87.5% 97.92% 8 97.3% 91.89% 95.83% 100% PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 49 9 97.3% 97.3% 100% 100% 10 100% 100% 100% 100% Tổng 100% 100% 100% 100% 0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% 120.00% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10H 10T 10L 10A1 Hình 3.2. Biểu ñồ cột biểu thị tần suất luỹ tích 3.1.5. Nhận xét Thông qua các số liệu và ñồ thị trên ta nhận thấy: Nhìn chung mức ñộ nắm vững kiến thức về “liên kết hoá học” của HS khối 10 ở mức ñộ trung bình. Cụ thể ñối với lớp 10H (chuyên hoá), 10T (chuyên toán) số HS có ñiểm từ trung bình trở xuống (ñiểm 5≤ ) chiếm khoảng 37,84%, lớp 10L tỉ lệ ñó là 45,84% còn ñối với lớp 10A1 thì tỉ lệ còn thấp hơn nữa là 58,34%. Thông qua số liệu thống kê như trên ta thấy: Tỉ lệ HS từ trung bình trở xuống gần như 50% tổng số HS ñược khảo sát trong ñợt thực tập sư phạm. Con số thực nghiệm ñưa ra như trên ñã phản ánh một phần mức ñộ nắm vững kiến thức của các em vẫn còn hạn chế. Do ñó cần phải có phương pháp dạy và học nội dung này hợp lí hơn ñể các em có thể tiếp thu bài chủ ñộng hơn. Thông qua việc lấy ý kiến của các GV trường THPT TP Cao Lãnh tôi nhận thấy hầu hết các GV lâu năm ñều cho rằng các kiến thức ở chương 3 (SGK hoá học 10 nâng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 50 cao) trừu tượng (nhất là khái niệm về lai hoá…). Những khái niệm này GV cảm thấy khó truyền ñạt cho HS, làm cho các tiết dạy trở nên thụ ñộng. 3.2. Một số giáo án giảng dạy nội dung liên kết hóa học Bài 17 (Tiết 1) I. Mục tiêu: 1. Kiến thức: - Học sinh biết: + Sự tạo thành cặp electron chung là xu hướng ñạt cấu hình electron bền giữa các nguyên tử phi kim liên kết nhau. Sự phân cực của liên kết cộng hoá trị. + Thế nào là liên kết cộng hoá trị, liên kết cho – nhận. + Tính chất của hợp chất cộng hoá trị. - Học sinh hiểu: + Nguyên nhân hình thành liên kết cộng hoá trị. + ðịnh nghĩa liên kết cộng hoá trị và liên kết cho – nhận. + ðặc ñiểm của liên kết cộng hoá trị. 2. Kỹ năng: + Củng cố kỹ năng viết cấu hình electron của nguyên tử và ion. + Viết sơ ñồ minh hoạ sự tạo thành liên kết cộng hoá trị. 3. Thái ñộ: Nhận thức sự ña dạng của liên kết hoá học. II. ðồ dùng dạy học: - Giáo viên: + Giáo án, kế hoạch lên lớp. + Máy chiếu, phiếu học tập, phim mô tả phân tử Cl2 và HI. - Học sinh: Chuẩn bị bài trước ở nhà. III. Phương pháp dạy học: Hoạt ñộng nhóm, trao ñổi – ñàm thoại. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 51 IV. Các hoạt ñộng dạy học: Hoạt ñộng của giáo viên Hoạt ñộng của học sinh I. Sự hình thành liên kết cộng hoá trị bằng cặp electron chung
Phân tử ñơn chất HOẠT ðỘNG 1 - Yêu cầu HS xác ñịnh: + Xu hướng ñạt cấu hình electron bền của các nguyên tử phi kim là gì? + Hình thức liên kết giữa các nguyên tử phi kim là như thế nào? - Phân nhóm (khoảng 8 HS) và phát phiếu học tập cho các nhóm. - Thảo luận câu hỏi trong phiếu (10 phút). HOẠT ðỘNG 2 - Gọi 3 HS nhóm 1 trình bày sự tạo thành cặp electron chung của H2, O2, N2. - Gọi 3 HS nhóm 2 lên bảng viết sơ ñồ electron tạo thành H2, O2, N2. - Nhận xét, chỉnh lý. - Gọi 1 HS nhóm 2 nêu ñịnh nghĩa liên kết cộng hoá trị, liên kết ñơn, liên kết ñôi, liên kết ba. - Nhận xét, chỉnh lý. - Gọi 1 HS nhóm 1 trình bày tính phân cực.
Phân tử ñơn chất HOẠT ðỘNG 1 - HS trả lời: + Nhận thêm electron vào lớp ngoài cùng. + Góp chung electron tạo thành cặp electron chung. - Tổ chức nhóm theo hướng dẫn của GV. - Thảo luận. HOẠT ðỘNG 2 2.1. Sự hình thành phân tử H2 - Nguyên tử H có 1 electron, có xu hướng nhận vào 1 electron ñể có cấu hình electron bền của 2He. - Mỗi nguyên tử H góp 1 electron, tạo thành 1 cặp electron chung. Trong phân tử H2, mỗi nguyên tử H có 2 electron. H . + . H → H : H - Công thức H : H là c.thức electron. Công thức H – H là c.thức cấu tạo. - Liên kết ñược tạo bởi 1 cặp electron chung giữa 1 nguyên tử là liên kết ñơn. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 52 - Nhận xét, chỉnh lý. 2.2. Sự hình thành phân tử O2: - Nguyên tử O có 6 electron lớp ngoài cùng nên có xu hướng nhận vào 2 electron ñể có cấu hình electron bền của 10Ne. - Mỗi nguyên tử O góp 2 electron, tạo thành 2 cặp electron chung. Trong phân tử O2, mỗi nguyên tử O có 8 electron. O : + : O → : O :: O : - Công thức electron là :O :: O: Công thức cấu tạo là O = O - Liên kết ñược tạo bởi 2 cặp electron chung giữa 2 nguyên tử là liên kết ñôi. 2.3. Sự hình thành phân tử N2: - Nguyên tử N có 5 electron lớp ngoài cùng nên có xu hướng nhận vào 3 electron ñể có cấu hình electron bền của 10Ne. - Mỗi nguyên tử N góp 3 electron, tạo thành 3 cặp electron chung. Trong phân tử N2, mỗi nguyên tử N có 8 electron. N N N N Công thức trên là c.thức electron. Công thức N ≡ N là c.thức cấu tạo. - Liên kết ñược tạo bởi 3 cặp electron chung giữa 2 nguyên tử là liên kết ba. . PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 53
Phân tử hợp chất HOẠT ðỘNG 3 - Gọi 3 HS nhóm 3 trình bày sự tạo thành cặp electron chung của HCl, H2O và CO2. - Gọi 3 HS nhóm 4 lên bảng viết sơ ñồ electron tạo thành HCl, H2O, CO2. - Nhận xét, chỉnh lý. - Gọi 1 HS nhóm 4 chỉ rõ sự phân cực trong các phân tử trên. HOẠT ðỘNG 4 - Gọi 1 HS nhóm 5 trả lời câu hỏi 1, 2 phiếu 3. - Nhận xét, chỉnh lý. - Gọi 1 HS nhóm 6 trình bày tính chất chung của các chất tạo thành bởi liên kết cộng hoá trị. - Nhận xét, chỉnh lý. 2.4. ðịnh nghĩa liên kết cộng hoá trị. Liên kết ñơn, liên kết ñôi, liên kết ba.
Phân tử hợp chất HOẠT ðỘNG 3 3.1. Sự hình thành phân tử hợp chất: 3.1.1. Sự hình thành phân tử HCl: “Hình thành công thức electron Suy ra CTCT” 3.1.2. Sự hình thành phân tử H2O: “Hình thành công thức electron Suy ra CTCT” 3.1.3. Sự hình thành phân tử CO2: “Hình thành công thức electron Suy ra CTCT” 3.1.4. Liên kết cho – nhận: ptử SO2. “Hình thành công thức electron Suy ra CTCT” - “Liên kết cho – nhận là liên kết cộng hoá trị ñặc biệt, trong ñó cặp electron chung do 1 nguyên tử ñưa ra”. + Nguyên tử cho: ñã có cấu hình electron bền của khí hiếm. + Nguyên tử nhận: phải có orbitan trống. 3.2. Tính chất của các chất có liên kết cộng hoá trị: (SGK./73) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 54 Bài 17 (Tiết 2) HOẠT ðỘNG 1: GV ôn tập lại nội dung kiến thức của tiết trước: - Liên kết cộng hoá trị là gì? - Liên kết cộng hoá trị ñược tạo thành từ những nguyên tử của nguyên tố nào? - Liên kết ñơn, liên kết ñôi, liên kết ba là gì? - Thế nào là liên kết cộng hoá trị không cực? Liên kết cộng hoá trị có cực? - Thế nào là liên kết cho – nhận? - Hợp chất tạo bởi liên kết cộng hoá trị có những tính chất chung nào? Hoạt ñộng của giáo viên Hoạt ñộng của học sinh II. Liên kết cộng hoá trị và sự xen phủ các orbitan nguyên tử
Các phân tử ñơn chất: HOẠT ðỘNG 2 - Trình chiếu mô phỏng sự tạo thành phân tử H2, Cl2, - Yêu cầu HS nhận xét trong quá trình tạo cặp electron chung của các phân tử trên có sự xen phủ của những orbitan nguyên tử nào?
Các phân tử hợp chất: - Trình chiếu mô phỏng sự tạo thành phân tử HI, HCl, H2O, H2S…
Các phân tử ñơn chất: HOẠT ðỘNG 2 - Xem trình chiếu. - Trả lời: + Phân tử H2 có xen phủ của 2 obitan s. H H H H + Phân tử Cl2 có xen phủ của 2 obitan p. Cl Cl Cl-Cl
Các phân tử hợp chất: + Phân tử HI ( hay HCl) có xen phủ của 1 obitan s và 1 obitan p. H I H-I PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 55 HOẠT ðỘNG 3 3.1. Củng cố: - Khi tạo thành cặp electron chung giữa các nguyên tử phi kim thì orbitan chứa electron ñộc thân của những nguyên tử này có hoạt ñộng gì? - Khoảng cách cân bằng giữa hạt nhân của 2 nguyên tử ñược duy trì bởi yếu tố nào? - Cho biết “hướng của trục liên kết” trong các phân tử tạo bởi liên kết cộng hoá trị? 3.2. Yêu cầu HS: Xem trước nội dung bài 18: “Sự lai hoá các obitan nguyên tử. Sự hình thành liên kết ñơn, liên kết ñôi và liên kết ba” + Phân tử H2O (hay H2S) có xen phủ của 2 obitan s và 2 obitan p. HOẠT ðỘNG 3 3.1. HS trả lời - Có sự xen phủ của orbitan chứa electron ñộc thân. - Lực hút giữa hạt nhân của các nguyên tử tạo thành liên kết và vùng xen phủ orbitan giữa 2 hạt nhân. - ði qua tâm các nguyên tử tạo thành liên kết.
Củng cố bài: 1. Chọn câu ñúng nhất về liên kết cộng hóa trị . Liên kết cộn hóa trị là liên kết : A. Giữa các phi kim với nhau. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 56 B. Trong ñó cặp electron chung bị lệch về một nguyên tử. C. ðược hình thành do sự dùng chung electron của 2 nguyên tử khác nhau. D. ðược tạo thành giữa 2 nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron chung. 2. Cho các phân tủ : N2 ; SO2 ; H2 ; HBr. Phân tử nào trong các phân tử trên có liên kết cộng hóa trị không phân cực ? A. N2 ; SO2 B. H2 ; HBr C. SO2 ; HBr D. H2 ; N2 3. Sự so sánh nào sau ñây là ñúng? A. Liên kết ion và liên kết CHT không có ñiểm nào giống nhau. B. Liên kết CHT không cực và liên kết CHT phân cực không có ñiểm nào khác nhau C. Liên kết CHT không cực và liên kết CHT phân cực không có ñiểm nào giống nhau D. Liên kết CHT phân cực là dạng trung gian giữa liên kết CHT không cực và liên kết ion 4. Liên kết hoá học trong phân tử nào sau ñây ñược hình thành bởi sự xen phủ p – p : A. H2 B. Cl2 C. N2 D. B và C 5. Liên kết ion khác với liên kết cộng hóa trị ở: A. Tính ñịnh hướng và tính bão hòa . B. Việc tuân theo quy tắc bát tử. C. Việc tuân theo nguyên tắc xen phủ ñám mây electron nhiều nhất. D. Tính ñịnh hướng. Hãy chọn ñáp án ñúng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 57 Bài 18 (Tiết 1) I. Mục tiêu: 1. Kiến thức: - Học sinh biết: + Khái niệm về lai hoá. Một số kiểu lai hoá phổ biến. + Sự xen phủ trục, xen phủ bên và các liên kết hoá học tạo ra bởi các sự xen phủ ñó. - Học sinh hiểu: + Nguyên nhân có sự lai hoá orbitan nguyên tử. + Nguyên nhân sự xen phủ trục tạo liên kết bền hơn xen phủ bên. 2. Kỹ năng:Vận dụng thuyết lai hoá giải thích dạng hình học của 1 số phân tử. 3. Thái ñộ: Nhận thức sự ña dạng của liên kết cộng hoá trị. II. ðồ dùng dạy học: 1. Giáo viên: Giáo án ñiện tử, kế hoạch lên lớp, máy chiếu. 2. Học sinh: Sách giáo khoa, tập ghi bài. III. Phương pháp dạy học chủ yếu: Trình bày minh hoạ, diễn giảng, trao ñổi – ñàm thoại. IV. Các hoạt ñộng dạy học: Hoạt ñộng của giáo viên Hoạt ñộng của học sinh I. Khái niệm về sự lai hoá HOẠT ðỘNG 1 - Trình chiếu, diễn giải trạng thái nguyên tử C trong phân tử CH4 ñể HS thấy rằng theo lý luận HOẠT ðỘNG 1 - Nghe giảng, nhận xét. - Xem trình chiếu, nhận xét. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 58 bình thường, liên kết trong phân tử CH4 có 2 loại với dạng khác nhau. - Trình chiếu mô hình phân tử CH4 ñược xác ñịnh trong thực nghiệm ñể HS thấy rằng phân tử CH4 có 4 liên kết như nhau về hình dạng và năng lượng. - Từ ñó, phải có 1 lí thuyết ñể giải thích ñiều này ñó là thuyết lai hoá. (giống như hoạt ñộng dẫn vào bài học) - Giới thiệu khái niệm và nguyên nhân lai hoá của các orbitan. - Tìm hiểu khái niệm và nguyên nhân lai hoá các orbitan ngtử theo hướng dẫn của GV. (SGK/77) II. Các kiểu lai hoá thường gặp Lai hoá sp HOẠT ðỘNG 2 - Trình chiếu mô phỏng lai hoá sp2 cho HS nhận xét: AO tham gia lai hoá, số orbitan lai hoá tạo thành, phân bố của các orbitan sau khi lai hoá. - Trình chiếu các dạng không gian của BeH2, BeCl2 cho HS nhận xét và phân tích trạng thái lai hoá của nguyên tử Be. z y x orbitan s orbitan p z y x z y x 2 orbitan lai hoa sp z y x BeH2 Be* Lai hoá sp HOẠT ðỘNG 2 - Xem và nhận xét: lai hoá sp là sự tổ hợp (trộn lẫn) giữa 1 AO-s và 1 AO-px, tạo 2 orbitan lai hoá thẳng hàng và ñối xứng nhau. - Nhận xét: + Nguyên tử Be* tổ hợp từ 1 AO-2s và 1 AO-2px, có lai hoá sp + Hình dạng 2 AO lai hoá tạo thành giống nhau (gồm 2 thùy: thuỳ lớn và thuỳ nhỏ) + Góc lai hoá (góc hoá trị 1800) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 59 Lai hoá sp2 HOẠT ðỘNG 3 - Trình chiếu mô phỏng lai hoá sp2 cho HS nhận xét: AO tham gia lai hoá, số orbitan lai hoá tạo thành, phân bố của các orbitan sau khi lai hoá. - Trình chiếu các dạng không gian của BH3, BCl3 cho HS nhận xét và phân tích trạng thái lai hoá của nguyên tử B. orbitan s orbitan p z y x z y x orbitan p z y x 3 orbitan lai hoa 1200 Cl Cl Cl B Cl ClCl (a) (b) B Lai hoá sp3 HOẠT ðỘNG 4 - Trình chiếu mô phỏng lai hoá sp3 cho HS nhận xét: AO tham gia lai hoá, số orbitan lai hoá tạo thành, phân bố của các orbitan sau khi lai hoá. - Trình chiếu các dạng không gian của NH3, H2O Lai hoá sp2 HOẠT ðỘNG 3 - Xem và nhận xét: lai hoá sp2 từ AO-s và AO-px,y, tạo 3 orbitan lai hoá phân bố từ tâm ra 3 ñỉnh tam giác ñều. - Nhận xét: + Nguyên tử B* tổ hợp AO-2s và 2 AO-2px,y, có lai hoá sp2 + Góc lai hoá (góc hoá trị 1200) Lai hoá sp3 HOẠT ðỘNG 4 - Xem và nhận xét: lai hoá sp3 từ AO-s và AO-px,y,z, tạo 4 orbitan lai hoá phân bố từ tâm ra 4 ñỉnh tứ diện ñều. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 60 cho HS nhận xét và phân tích trạng thái lai hoá của nguyên tử N, O. orbitan s orbitan p z y x z y x orbitan p z y x 4 orbitan lai hoa orbitan p z y x 109028' H CH4 H H H H H 104,50 O H2O Chú ý: Giới thiệu vai trò của thuyết lai hoá: Nhấn mạnh ñây là lý thuyết ñể giải thích kết quả thực nghiệm chứ không phải là lý thuyết ñể tiên ñoán. HOẠT ðỘNG 5 - Củng cố: Thuyết lai hoá AO có vai trò gì? - Yêu cầu HS xem nội dung còn lại chuẩn bị cho tiết sau. - Nhận xét: Nguyên tử N, O tổ hợp AO-2s và 3 AO-2px,y,z, có lai hoá sp3 - Góc lai hoá (góc hoá trị 109029’) HOẠT ðỘNG 5 - Giải thích sự ñồng nhất về năng lượng của AO khi tạo liên kết bền và dạng hình học của phân tử. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 61 Bài 18 (Tiết 2) Hoạt ñộng của giáo viên Hoạt ñộng của học sinh III. Sự xen phủ trục và xen phủ bên HOẠT ðỘNG 6 - Trình chiếu các hình thức xen phủ của các AO–s và AO–p cho HS thấy thế nào là xen phủ trục và xen phủ bên. - Lưu ý HS về hướng của trục orbitan và ñường nối tâm. - Yêu cầu HS phát biểu nhận xét về xen phủ trục và xen phủ bên. Xen phủ trục Xen phủ bên - Giới thiệu loại liên kết và ñộ bền của liên kết tạo bởi 2 loại xen phủ trên. + Xen phủ trục tạo liên kết xích ma ( )σ bền. + Xen phủ bên tạo liên kết pi )(pi kém bền. HOẠT ðỘNG 6 - Xem trình chiếu, nhận xét. - Phát biểu: + Khi trục của orbitan tham gia liên kết trùng với ñường nối tâm của 2 nguyên tử liên kết thì gọi là xen phủ trục. + Khi trục của orbitan tham gia liên kết song song nhau và vuông góc với ñường nối tâm của 2 nguyên tử liên kết thì gọi là xen phủ bên. - Nghe giảng. - Xem trình chiếu, nhận xét. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 62 IV. Sự tạo thành liên kết ñơn, liên kết ñôi, liên kết ba HOẠT ðỘNG 7 - Trình chiếu cho HS xem hình ảnh xen phủ ñể tạo liên kết ñơn, ñôi, ba. - Yêu cầu HS nhận xét thành phần liên kết xíchma ( )σ và liên kết pi )(pi trong mỗi loại liên kết. - Yêu cầu HS giới thiệu một số phân tử lần lượt có các loại liên kết trên Thí dụ: H2, HCl, Cl2…có liên kết ( )σ C2H4…có liên kết ñôi N2…có liên kết ba - Giúp HS giải thích sự hình thành các loại liên kết trên. HOẠT ðỘNG 8 - Củng cố: + Các AO s và p xen phủ nhau như thế nào? + Bản chất hình thành liên kết ñơn, liên kết ñôi, liên kết ba? - Yêu cầu HS ôn các bài về liên kết và lai hoá. Tiết 32 luyện tập. HOẠT ðỘNG 7 - Phát biểu: Liên kết ñơn là liên kết σ. Liên kết ñôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết pi. Liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết pi. HOẠT ðỘNG 8 - HS trả lời các câu hỏi.
Củng cố bài: 1. Nhận xét nào sau ñây là ñúng: A. Sự lai hoá obitan nguyên tử ñể ñược số orbitan khác nhau và có ñịnh hướng không gian khác nhau PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 63 B. Sự lai hoá sp của mỗi nguyên tử C là nguyên nhân dẫn ñến tính thẳng hàng trong phân tử C2H2 C. Sự lai hoá sp2 của mỗi nguyên tử C là nguyên nhân dẫn ñến tính thẳng hàng trong phân tử C2H4 D. Phân tử CH4 có lai hoá sp3, còn phân tử NH3 có lai hoá sp2 2. Phân tử nào có sự lai hóa sp2 ? A. BF3 B. BeF2 C. NH3 D. CH4. 3. Phân tử H2O có góc liên kết bằng 104,50 do nguyên tử oxi ở trạng thái lai hóa : A. sp B. sp2 C. sp3 D. không xác ñịnh ñược. 4. Các liên kết trong phân tử N2 ñược tạo thành là do sự xen phủ của : A. các obitan s với nhau và các obitan p với nhau. B. 3 obitan p với nhau . C. 1 obitan s và 2 obitan p với nhau. D. 3 obitan p giống nhau về hình dạng và kích thước nhưng khác nhau về ñịnh hướng không gian với nhau. Hãy chọn ñáp án ñúng . 5. Nguyên tử P trong phân tử PH3 ở trạng thái lai hóa : A. sp. B. sp2 C. sp3. D. không xác ñịnh ñược Hãy chọn ñáp án ñúng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 64 PHẦN III: KẾT LUẬN 1. Kết luận chung Thông qua cơ sở lí luận và thực tế việc tham khảo ý kiến một số GV và khảo sát HS các khối lớp 10 (3 lớp chuyên và 1 lớp 10A1) ta có một số kết luận như sau: - ðã nêu lên ñược tổng quan lí luận về “liên kết hoá học và hình học phân tử”, ñưa ra một số dạng cụ thể (có ví dụ minh hoạ). Hệ thống một số bài tập vận dung nội dung trên (có ñáp án kèm theo). - ðã khảo sát thực tế HS ở trường THPT TP Cao Lãnh (qua bài kiểm tra 10 phút) về khả năng nắm vững kiến thức của các em. - Tóm lại qua ñề tài khoá luận này tôi nhận thấy vấn ñề giảng dạy nội dung “liên kết hoá học” là quan trọng. Tuy nhiên do một số nguyên nhân khách quan và chủ quan nên hiệu quả giảng dạy của GV vẫn chưa cao.làm cho HS tiếp thu bài kém (cụ thể kết quả khảo sát qua bài kiểm tra 10 phút trong ñợt thực tập sư phạm). 2. Ý kiến ñề xuất 2.1. ðối với sinh viên trường sư phạm Sinh viên nên hệ thống lại các kiến thức ñã học và vận dụng các nội dung ñó vào chương trình SGK 10, 11, 12. Nó sẽ giúp ích cho bản thân trong quá trình thực tập tốt nghiệp, ñồng thời sẽ là hành trang sư phạm cho các bạn trong tương lai. 2.2. ðối với trường THPT Khi dạy học các nội dung này GV nên sử dụng các phương tiện trực quan (máy chiếu, ảnh…) ñể HS dễ hình dung vấn ñề nhất là các bài trong chương 3 SGK hoá học 10, (các ñoạn Flash mô tả hình ảnh các AO, sự xen phủ các AO, sự lai hóa các AO…) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Ngô Ngọc An (2007), Giải toán hóa học 10, Nxb Giáo dục, Hà Nội 2. Nguyễn ðức Chung (2002), Hóa học ñại cương, Nxb ðại học quốc gia Tp.HCM. 3. Nguyễn ðức Chuy (1995), Hóa học ñại cương, Nxb Giáo dục, Hà Nội. 4. Trần Thành Huế (2003), Hóa học ñại cương 1 Cấu tạo chất, Nxb ðại học sư phạm, Hà Nội 5. Trần Thành Huế (2008), Tư liệu hoá học 10, Nxb Giáo dục, Hà Nội. 6. Nguyễn ðình Huề, Nguyễn ðức Chuy (2003), Thuyết lượng tử về nguyên tử và phân tử, Nxb Giáo dục, Hà Nội. 7. Nguyễn Trọng Thọ (2005), Hóa ðại Cương, Nxb Giáo Dục, Hà Nội. 8. ðào ðình Thức (2006), Nguyên tử và liên kết hóa học tập 2, Nxb Giáo dục, Hà Nội. 9. ðào ðình Thức (1999), ðối xứng phân tử và ứng dụng lí thuyết nhóm trong hóa học, Nxb Giáo dục, Hà Nội. 10. Chu Phạm Ngọc Sơn (1995), Cơ sở lí thuyết hóa ñại cương cấu tạo chất, Nxb ðại học tổng hợp Tp.HCM. 11. Website www.ebook.com.vn www.hoahocvietnam.com.vn PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial ::