Hoạt động Mở đầu (trang 59) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trong việc hình thành liên kết hóa học, không phải lúc nào các nguyên tử cũng cho, nhận electron hóa trị với nhau như trong liên kết ion. Thay vào đó, chúng có thể cùng nhau sử dụng chung các electron hóa trị để cùng thỏa mãn quy tắc octet. Trong trường hợp này, một loại liên kết hóa học mới được hình thành. Đó là loại liên kết gì?
Trả lời:
- Liên kết mà các nguyên tử sử dụng chung các electron hóa trị để cùng thỏa mãn quy tắc octet được gọi là liên kết cộng hóa trị.
- Vậy liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron dùng chung.
1. Sự hình thành liên kết cộng hóa trị
a. Tìm hiểu về sự hình thành liên kết trong các phân tử hydrogen chloride, oxygen và nitrogen
Câu hỏi 1 (trang 59) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Quan sát các hình từ 10.1 đến 10.3,c ho biết quy tắc octet đã được áp dụng ra sau khi các nguyên tử tham gia hình thành liên kết
Trả lời:
- Khi các nguyên tử tham gia hình thành liên kết chúng đều có xu hướng tạo thành lớp vỏ ngoài cùng tương ứng với khí hiếm gần nhất
Câu hỏi 2 (trang 59) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Giải thích sự hình thành liên kết trong các phân tử HCl, O2 và N2
Trả lời:
- Xét phân tử HCl:
+ Nguyên tử H có 1 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhận thêm 1 electron
+ Nguyên tử Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhận thêm 1 electron
=> Nguyên tử H và Cl sẽ góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron chung
- Xét phân tử O2:
+ Nguyên tử O có 6 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhận thêm 2 electron
=> Mỗi nguyên tử O sẽ góp 2 electron tạo thành 2 cặp electron chung
- Xét phân tử N2:
+ Nguyên tử N có 5 electron ở lớp ngoài cùng, có xu hướng nhận thêm 3 electron
=> Mỗi nguyên tử N sẽ góp 3 electron tạo thành 3 cặp electron chung
Câu hỏi 3 (trang 60) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Thế nào là liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba?
- Liên kết đơn là liên kết được tạo bởi 1 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, biểu diễn bằng một gạch nối “–”
- Liên kết đôi là liên kết được tạo bởi 2 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, biểu diễn bằng hai gạch nối “=”
- Liên kết ba là liên kết được tạo bởi 3 cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử, biểu diễn bằng ba gạch nối “≡”
Luyện tập (trang 60) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trình bày sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử Cl2
Lời giải:
- Nguyên tử Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng => Có xu hướng nhận thêm 1 electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm Ar
=> Khi hình thành phân tử Cl2, mỗi nguyên tử sẽ góp 1 electron để tạo thành 1 cặp electron chung
b. Tìm hiểu cách viết công thức Lewis
Câu hỏi 4 (trang 60) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của Cl2, H2O, CH4.
Trả lời:
Luyện tập (trang 60) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trình bày sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử NH3
Lời giải:
- Xét phân tử khí amonia
- Nguyên tử H có 1 electron ở lớp ngoài cùng
- Nguyên tử N có 5 electron ở lớp ngoài cùng
=> Nguyên tử H cần thêm 1 electron và N cần thêm 3 electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm
=> Khi 3 nguyên tử H và 1 nguyên tử N liên kết với nhau, mỗi nguyên tử H góp 1 electron và nguyên tử N góp ra 3 electron để tạo ra 3 đôi electron dùng chung
2. Liên kết cho - nhận
Câu hỏi 5 (trang 61) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Biết phân tử CO cũng có liên kết cho- nhận. Viết công thức electron và công thức cấu tạo của CO
Trả lời:
- Cấu hình electron của O là: 1s22s22p4 ⇒ O có 6 electron ở lớp ngoài cùng ⇒ Cần nhận thêm 2 electron để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm.
- Cấu hình electron của C là: 1s22s22p2 ⇒ C có 4 elctron ở lớp ngoài cùng ⇒ Cần nhận thêm 4 electron để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm.
⇒ Mỗi nguyên tử sẽ góp chung 2 electron để tạo thành 2 cặp electron chung.
- Khi đó nguyên tử C có 6 electron (chưa đủ octet), O có 8 electron ở lớp ngoài cùng
⇒ O sẽ sử dụng 1 cặp electron chưa liên kết làm cặp electron chung với nguyên tử C. Trong CO, nguyên tử O đóng góp cặp electron chung nên nguyên là nguyên tử cho, còn nguyên tử C không đóng góp electron nên đóng vai trò nhận
⇒ Công thức electron
Công thức cấu tạo:
Câu hỏi 6 (trang 61) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Cho biết đặc điểm của nguyên tử "cho" và nguyên tử "nhận" trong phân tử liên kết cho- nhận
Trả lời:
- Trong liên kết cho - nhận, cặp electron chung giữa hai nguyên tử tham gia liên kết chỉ do nguyê tử "cho" đóng góp và nguyên tử "nhận" thì không đóng góp electron và dùng chung cặp electron đó.
Luyện tập (trang 61) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trình bày liên kết cho – nhận trong ion NH4+
Lời giải:
- Trong phân tử NH3, nguyên tử N còn 1 cặp electron chưa liên kết, ion H+ có orbital trống, không chứa electron.
- Khi cho NH3 kết hợp với ion H+, nguyên tử N sử dụng 1 cặp electron chưa tham gia liên kết làm cặp electron chung với ion H+ tạo thành ion NH4+.
- Trong ion NH4+, nguyên tử N đóng góp 1 cặp electron chung nên là nguyên tử cho, ion H+ không đóng góp electron, đóng vai trò nhận electron.
3. Phân biệt các loại liên kết dựa theo độ âm điện
a. Phân biệt liên kết cộng hóa trị phân cực và không phân cực
Câu hỏi 7 (trang 62) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Vì sao liên kết cộng hóa trị trong các phân tử Cl2, O2, N2 là liên kết cộng hóa trị không phân cực?
- Liên kết cộng hóa trị trong các phân tử Cl2, O2, N2 là liên kết cộng hóa trị không phân cực vì hai nguyên tử tạo nên phân tử có độ âm điện bằng nhau, đôi electron không bị lệch về phía nguyên tử nào.
Câu hỏi 8 (trang 62) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trong các phân tử HCl, NH3 và CO2, cặp electron chung lệch về phía nguyên tử nào? Giải thích
Trả lời:
- Trong các phân tử HCl, NH3 và CO2, cặp electron chung lệch về phía các nguyên tử lần lượt là Cl, N, O
- Vì độ âm điện của H nhỏ hơn Cl, độ âm điện của H nhỏ hơn N, độ âm điện của C nhỏ hơn O
Luyện tập (trang 62) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Nêu thêm ví dụ về phân tử có liên kết cộng hóa trị không phân cực và liên kết cộng hóa trị phân cực. Viết công thức electron của chúng để minh họa.
Lời giải:
- Liên kết cộng hóa trị không phân cực: H2, Br2…
- Liên kết cộng hóa trị phân cực: H2O, HBr, …
b. Phân biệt loại liên kết trong phân tử dựa trên giá trị hiệu độ âm điện
Câu hỏi 9 (trang 62) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Liên kết cộng hóa trị trong phân tử dạng A2 luôn là liên kết cộng hóa trị phân cực hay không phân cực? Giải thích.
Trả lời:
- Phân tử dạng A2 được tạo bởi 2 nguyên tử giống nhau
=> Hiệu độ âm điện = 0
=> Cộng hóa trị không phân cực
=> Liên kết cộng hóa trị trong phân tử dạng A2 luôn là liên kết cộng hóa trị không phân cực
Câu hỏi 10 (trang 63) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Em có nhận xét gì khi cặp electron chung trong liên kết lệch hẳn về một phía nguyên tử.
Khi cặp electron chung trong liên kết lệch hẳn về một phía nguyên tử là liên kết ion.
Luyện tập: Cho biết loại liên kết trong các phân tử MgCl2, CO2, C2H4?
Lời giải:
- Hiệu độ âm điện của Mg và Cl là: 3,16 - 1,31 = 1,85 nên liên kết trong phân tử MgCl là liên kết ion
- Hiệu độ âm điện của C và O là: 3,44 - 2,55 = 0,89 nên liên kết trong phân tử CO2 là liên kết cộng hóa trị phân cực
- Hiệu độ âm điện của C và H là: 2,55 - 2,2 = 0,35 nên liên kết trong phân từ C2H4 là liên kết cộng hóa trị không phân cực.
4. Sự hình thành liên kết σ, π và năng lượng liên kết
a. Tìm hiểu sự hình thành liên kết σ, π
Câu hỏi 11 (trang 63) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Quan sát các Hình từ 10.5 đến 10.8, cho biết liên kết nào trong mỗi phân tử được tạo thành bởi sự xen phủ trục hoặc xen phủ bên của các orbital
- Liên kết σ trong mỗi phân tử được tạo thành bởi sự xen phủ trục
- Liên kết п trong mỗi phân tử được tạo thành bởi sự xen phủ bên
Câu hỏi 12 (trang 63) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Mô tả sự hình thành liên kết σ.
Liên kết σ được hình thành do sự xen phủ trục của hai orbital. Vùng xen phủ nằm trên đường nối tâm hai nguyên tử.
Câu hỏi 13 (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Mô tả sự hình thành liên kết π
Trả lời:
- Liên kết π là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ bên của hai orbital. Vùng xen phủ nằm hai bên đường nối tâm hai nguyên tử.
Câu hỏi 14 (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Quan sát Hình 10.8, hãy so sánh sự hình thành liên kết σ và liên kết п
Trả lời:
Câu hỏi 15 (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Theo em, thế nào là liên kết bội? Phân tử nào dưới đây có chứa liên kết bội: Cl2, HCl, O2 và N2?
Liên kết bội là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tố bằng hai hoặc ba cặp electron góp chung. Liên kết này được biểu thị bằng hai gạch nối hoặc ba gạch nối.
Liên kết bội gồm cả liên kết σ và liên kết π.
- Phân tử Cl2 được tạo thành bởi 1 cặp electron dùng chung:
⇒ Phân tử Cl2 không chứa liên kết bội.
- Phân tử HCl được tạo thành bởi 1 cặp electron dùng chung:
⇒ Phân tử HCl không chứa liên kết bội.
- Phân tử O2 được tạo thành bởi 2 cặp electron dùng chung:
⇒ Phân tử O2 chứa liên kết bội.
- Phân tử N2 được tạo thành bởi 3 cặp electron dùng chung:
⇒ Phân tử N2 chứa liên kết bội.
Câu hỏi 16 (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Sự xen phủ có sự tham gia của orbital nào luôn là xen phủ trục?
- Sự xen phủ có sự tham gia của orbital s luôn là xen phủ trục
Câu hỏi 17 (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Số liên kết σ và liên kết п trong mỗi liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba lần lượt bằng bao nhiêu?
Trả lời:
- Liên kết đơn: 1 liên kết σ
- Liên kết đôi: 1 liên kết σ, 1 liên kết п
- Liên kết ba: 1 liên kết σ, 2 liên kết п
b. Tìm hiểu khái niệm năng lượng liên kết
Luyện tập (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Vẽ sơ đồ xen phủ orbital giữa 2 nguyên tử carbon hình thành liên kết đôi trong phân tử ethylene (C2H4).
Lời giải:
Sơ đồ xen phủ orbital giữa 2 nguyên tử carbon hình thành liên kết đôi trong phân tử ethylene (C2H4):
Câu hỏi 18 (trang 64) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Căn cứ giá trị năng lượng liên kết H-H và N≡N đã cho liên kết trong phân tử nào dễ bị phá vỡ?
Trả lời:
- Căn cứ giá trị năng lượng liên kết H-H và N≡N ta thấy liên kết trong phân tử H2 dễ bị phá vỡ hơn.
Câu hỏi 19: Theo em vì sao năng lượng liên kết luôn có giá trị dương?
Trả lời:
- Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền của liên kết. Năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền và ngược lại
=> Năng lượng liên kết luôn mong giá trị dương, nếu mang giá trị âm thì phân tử đó không tồn tại
Luyện tập (trang 65) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích không khí nhưng chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao. Vì sao nitrogen là một chất khí không hoạt động ở điều kiện thường?
Lời giải:
Năng lượng liên kết trong phân tử N2 là Eb = 945 kJ/mol. Tức là để phá vỡ 1 mol phân tử N2 cần cung cấp năng lượng là 945 kJ.
⇒ Phân tử N2 rất khó bị phá vỡ ⇒ Bền ở điều kiện thường.
Vận dụng (trang 65) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trong một số trường hợp đặc biệt, khí nitrogen được sử dụng để bơm lốp (vỏ) xe thay cho không khí là do khí oxygen có trong không khí có thể oxi hóa cao su theo thời gian. Khí nitrogen vì sao khắc phục được nhược điểm này?
Lời giải:
- Để phá vỡ 1 mol phân tử N2 cần cùng cấp năng lượng lớn là 945 kJ
=> Phân tử N2 rất khó bị phá vỡ, bền ở điều kiện thường
=> Nitrogen không tham gia phản ứng hóa học ở điều kiện thường
=> Nitrogen sẽ không oxi hóa cao su
=> Người ta dùng khí nitrogen để bơm vào lốp xe, tránh mòn lốp
c. Thực hành lắp ráp mô hình phân tử một số chất
Câu hỏi 20 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trình bày các bước trong quá trình lắp ráp mô hình phân tử NH3.
Các bước trong quá trình lắp ráp mô hình phân tử NH3:
Bước 1: Xác định hình học phân tử của chất cần lắp ráp.
Phân tử NH3 có dạng:
Công thức VESEPR của NH3 là AX3E1. Để giảm tối đa lực đẩy giữa 4 cặp electron hóa trị (gồm 3 cặp electron chung và 1 cặp electron riêng), 4 cặp electron này phải chiếm 4 khu vực điện tích âm sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất. Tuy nhiên cặp electron riêng đẩy mạnh hơn làm góc liên kết giảm, nên nhỏ hơn 109,5o
Bước 2: Xác định số lượng các loại liên kết và kiểu liên kết trong phân tử, qua đó xác định số lượng mỗi loại khối cầu và số thanh nối cần dùng.
Chọn 3 thanh nối biểu diễn 3 liên kết đơn N-H. Chọn 1 quả cầu biểu diễn nguyên tử N và 3 quả cầu (khác màu với N) biểu diễn 3 nguyên tử H.
Bước 3: Hoàn chỉnh mô hình phân tử
Câu hỏi 21 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Mô hình sau biểu diễn phân tử CH4 hay phân tử CH3Cl?
Trả lời:
- Phân tử CH4 được tạo bởi 2 nguyên tố: C và H
- Phân tử CH3Cl được tạo bởi 3 nguyên tố: C, H và Cl
=> Mô hình trên biểu diễn phân tử của CH3Cl
Vận dụng (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Lắp ráp mô hình phân tử CH≡CH, biết toàn bộ các nguyên tử nằm trên cùng một đường thẳng.
Lời giải:
Bước 1: Xác định hình học phân tử của chất cần lắp ráp.
Toàn bộ các nguyên tử nằm trên cùng một đường thẳng.
Bước 2: Xác định số lượng các loại liên kết và kiểu liên kết trong phân tử, qua đó xác định số lượng mỗi loại khối cầu và số thanh nối cần dùng.
Chuẩn bị 5 thanh nối tương ứng với 5 liên kết.
2 quả cầu màu xám biểu diễn nguyên tử C, hai quả cầu màu trắng biểu diễn nguyên tử H.
Bước 3: Hoàn chỉnh mô hình phân tử
Bài tập
Bài tập 1 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trong phân tử iodine (I2), mỗi nguyên tử idonine đã góp một electron để tạo cặp electron chung. Nhờ đó, mỗi nguyên tử iodine đã đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm nào dưới đây?
A. Xe
B. Ne
C. Ar
D. Kr
Đáp án: A. Xe
Bài tập 2 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Hydrogen sulfide (H2S) và phosphine (PH3) đều là những chất có mùi khó ngửi và rất độc. Trình bày sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử các chất trên.
Lời giải:
- Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử H2S:
+ Nguyên tử S có cấu hình electron là: 1s22s22p63s23p4. Cần 2 electron để đạt được cấu hình giống khí hiếm.
+ Nguyên tử H có cấu hình electron là: 1s1. Cần thêm 1 electron để đạt được cấu hình giống khí hiếm.
+ Khi hình thành phân tử, mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử S để tạo thành 2 cặp electron dùng chung.
- Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử PH3:
+ Nguyên tử P có cấu hình electron là: 1s22s22p63s23p3. Để đạt được cấu hình electron giống khí hiếm thì cần thêm 3 electron.
+ Nguyên tử H có cấu hình electron là: 1s1. Để đạt được cấu hình electron giống khí hiếm thì cần thêm 1 electron.
+ Khi hình thành phân tử, mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử P để tạo thành 3 cặp electron dùng chung.
Bài tập 3 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Viết công thức Lewis của các phân tử CS2, SCl2 và CCl4
Lời giải:
- Phân tử CS2: Mỗi nguyên tử S sẽ góp chung 2 electron mới nguyên tử C tạo thành 4 cặp electron dùng chung được biểu thị bằng 4 gạch nối.
- Phân tử SCl2: Mỗi nguyên tử Cl sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử S để tạo thành 2 cặp electron dùng chung.
- Phân tử CCl4: Mỗi nguyên tử Cl sẽ góp 1 electron với nguyên tử C để tạo thành 4 cặp electron dùng chung.
Bài tập 4 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Trình bày sự hình thành liên kết cho - nhận trong phân tử sulful dioxide (SO2)
Lời giải:
Trong phân tử SO2, nguyên tử S còn góp chung 2 electron với 1 nguyên tử O và với nguyên tử O còn lại chỉ do nguyên tử S đóng góp 2 electron , liên kết cộng hóa trị với nguyên tử O đó với nguyên tử S gọi là liên kết cho - nhận.
Bài tập 5 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Mô tả sự tạo thành liên kết trong phân tử chlorine bằng sự xen phủ của các AO
Lời giải:
Để giải thích sự hình thành liên kết Cl−Cl, có thể dựa vào cấu hình electron của mỗi nguyên tử clo:
Sự hình thành liên kết giữa hai nguyên tử chlorine là do sự xen phủ giữa hai obitan p chứa electron độc thân của mỗi nguyên tử chlorine
Bài tập 6 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Sự xen phủ giữa hai orbital p trong trường hợp nào sẽ tạo thành liên kết σ? Trong trường hợp nào sẽ tạo thành liên kết π? Cho ví dụ.
Lời giải:
Khi các nguyên tử liên kết với nhau, các AO phải được sắp xếp ở vị trí phù hợp. Chẳng hạn khi hình thành phân tử giữa hai nguyên tử, vị trí của các AO như sau:
- Hai AO pz nằm dọc trên cùng một trục nên chỉ có thể xen phủ trục với nhau ⇒ Chỉ tạo thành liên kết σ.
- Hai AO px hoặc hai AO py là song song nên chỉ có thể xen phủ bên với nhau ⇒ Tạo thành liên kết π.
Bài tập 7 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Cho biết số liên kết σ và liên kết π trong phân tử acetylene (C2H2)
Lời giải:
- Phân tử acetylene (C2H2) có số liên kết π là 2, số liên kết σ là 3
Bài tập 8 (trang 66) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 10: Năng lượng liên kết của các hydrogen halide được liệt kê trong bảng sau:
Sắp xếp theo chiều tăng dần độ bền liên kết trong các phân tử HF, HCl, HBr và HI
Lời giải:
- Sắp xếp theo chiều tăng dần giá trị năng lượng liên kết: HI < HBr < HCl < HF
=> Sắp xếp theo chiều tăng dần độ bền liên kết: HI < HBr < HCl < HF