Bài 1. Liên kết hóa học và hình học phân tử - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều>
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:
Tổng hợp đề thi giữa kì 1 lớp 10 tất cả các môn - Cánh diều
Toán - Văn - Anh - Lí - Hóa - Sinh
Mở đầu
Mở đầu: Theo em, dạng hình học nào sau đây của hai phân tử carbon dioxide và nước là đúng?
Lời giải chi tiết:
Đáp án A
Đối với phân tử CO2
Công thức Lewis của CO2 là
Nguyên tử trung tâm C có 2 liên kết (đôi) xung quanh tương ứng với 2 đám mây electron hóa trị. Công thức VSEPR của CO2 là AE2
Do 2 đám mây electron (liên kết đôi nối với O) phân bố thẳng hàng với nguyên tử C nên phân tử CO2 có dạng thẳng.
Đối với phân tử H2O
Công thức Lewis của H2O là
Xung quanh nguyên tử trung tâm O có 4 đám mây E (hai cặp electron chưa liên kết và hai cặp electron chung). Chiếm 4 khu vực điện tích âm đẩy nhau để góc hóa trị lớn nhất là 109,5o.
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 104,5o, nhỏ hơn góc hóa trị theo lí thuyết (109,5o). Phân tử có dạng góc.
Câu hỏi 1
Những electron như thế nào được gọi là:
a) Electron hóa trị
b) Electron chung
c) Electron hóa trị riêng
Lời giải chi tiết:
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 1s22s22p63s23p5
⇒ 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
electron còn lại được gọi là electron hóa trị riêng.
Câu hỏi 2
Viết công thức cấu tạo của CO2 và H2O
Lời giải chi tiết:
Công thức cấu tạo của CO2 là O = C = O
Công thức cấu tạo của H2O là H – O – H
Luyện tập 1
Viết công thức Lewis của CH4, BF3, SO3, F2O
Lời giải chi tiết:
- Viết công thức Lewis của CH4:
Bước 1: C có 4 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong CH4 có 1 nguyên tử C và 4 nguyên tử H
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 1.4 + 4.1 = 8 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 4.2 = 8 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 8 – 0 = 0
Vậy công thức Lewis của CH4 là
- Viết công thức Lewis của BF3
Bước 1: B có 3 electron hóa trị, F có 7 electron hóa trị. Trong phân tử BF3 có 1 nguyên tử B và 3 nguyên tử F
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 1.3 + 3.7 = 24 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 3.2 = 6 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 24 – 6 = 18 electron
Bước 3: Sử dụng 18 electron này để tạo octet cho F trước (vì F có độ âm điện cao hơn)
Bước 4: Nguyên tử B chưa được octet nên ta chuyển 1 cặp electron chưa liên kết của F tạo cặp electron chung
Vậy công thức Lewis của BF3
- Viết công thức Lewis của SO3
Bước 1: S có 6 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị. Trong phân tử SO3, có 1 nguyên tử S và 3 nguyên tử O
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 1.6 + 3.6 = 24 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 3.2 = 6 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 24 – 6 = 18 electron
Bước 3: Sử dụng N3 = 18 electron để tạo octet cho O trước
Bước 4: Đã sử dụng hết 18 electron để tạo octet cho O. Tuy nhiên S chưa đủ octet nên ta chuyển 1 cặp electron của nguyên tử O bên trái tạo thành cặp electron dùng chung.
- Công thức Lewis của F2O
Bước 1: F có 7 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị. Trong phân tử F2O có hai nguyên tử F và 1 nguyên tử O nên
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 2.7 + 1.6 = 20 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 2.2 = 4 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = 20 – 4 = 16 electron
Bước 3: Sử dụng N3 = 16 electron để tạo octet cho F trước, sau đó tạo octet cho O.
Vậy công thức Lewis của F2O là
Câu hỏi 3
Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau hay hút nhau?
Lời giải chi tiết:
Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau.
Luyện tập 2
Giải thích vì sao khi xung quanh nguyên tử trung tâm có 3 đám mây electron hóa trị E thì 3 đám mây này có xu hướng nằm ở 3 đỉnh của một tam giác phẳng.
Lời giải chi tiết:
Xung quanh nguyên tử trung tâm có 3 đám mây electron hóa trị E, chiếm ba khu vực điện tích âm đẩy nhau, nên góc hóa trị lớn nhất là 120o. Ba đám mây E được phân bố trên mặt phẳng hướng về ba đỉnh của tam giác.
Luyện tập 3
Viết công thức Lewis, dự đoán dạng hình học của phân tử CH4
Lời giải chi tiết:
Bước 1: Viết công thức Lewis của CH4
Bước 2: Nguyên tử trung tâm C có 4 liên kết đơn xung quanh tương ứng với 4 đám mây electron. Công thức VSEPR của CH4 là AE4
Bước 3: Do 4 đám mây hướng tới 4 đỉnh của một tứ diện nên dạng hình học không gian của CH4 có dạng tứ diện
Câu hỏi 4
Đặc điểm dạng hình học khác nhau giữa AO lai hóa với AO s và với AO p là gì?
Lời giải chi tiết:
AO lai hóa có định hướng khác với AO s và AO p trong không gian.
Câu hỏi 5
Nguyên tử C trong CO2 có dạng lai hóa gì? Trình bày sự hình thành dạng lai hóa đó.
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của CO2
Từ công thức Lewis của CO2 ta xác định được phân tử này có dạng đường thẳng theo mô hình VSEPR.
Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s22s22p2. Để tạo liên kết với O, trước tiên có sự dịch chuyển 1 electron từ 2s lên 2p tạo cấu hình electron ở trạng thái kích thích là 1s22s12p3
Trong phân tử CO2, nguyên tử C phải có lai hóa sp giữa 2 AO (1 AO 2s và 1 AO 2p) để tạo ra 2 AO lai hóa (AO sp) cùng nằm trên một đường thẳng.
2 AO lai hóa này xen phủ trục với 2 AO 2p chứa electron độc thân của 2 nguyên tử O tạo thành liên kết σ.
Hai AO 2p không lai hóa của nguyên tử C có chứa electron độc thân xen phủ bên với 2AO 2p chứa electron độc thân còn lại của 2 nguyên tử O, tạo nên 2 liên kết π.
Câu hỏi 6
Phân tử acetone có dạng tam giác phẳng theo mô hình VSEPR. Xác định dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm X. Biết công thức của acetone là
Lời giải chi tiết:
Phân tử acetone có dạng tam giác phẳng theo mô hình VSEPR.
Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s22s22p2. Cấu hình electron của C (Z = 6) ở trạng thái kích thích là 1s22s12p3
1 AO 2s tổ hợp với 2 AO 2p tạo 3 AO lai hóa 2p2
3 AO lai hóa của nguyên tử C hướng về 3 đỉnh của một tam giác đều.
Luyện tập 4
Trình bày sự hình thành lai hóa sp3 của nguyên tử C trong CH4 và hình thành các liên kết trong phân tử này.
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của CH4 là
Từ công thức Lewis của CO2 ta xác định được phân tử này có dạng tứ diện theo mô hình VSEPR.
Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s22s22p2
1 AO 2s tổ hợp với 3 AO 2p tạo 4 AO lai hóa sp3
4 AO lai hóa sp3 của nguyên tử C xen phủ với 4 AO s của nguyên tử H tạo thành 4 liên kết σ hướng về 4 đỉnh của một tứ diện đều.
Bài 1
Viết công thức Lewis của CF4, C2H6, C2H4 và C2H2
Lời giải chi tiết:
- Viết công thức Lewis của CF4
Bước 1: C có 4 electron hóa trị, F có 7 electron hóa trị. Trong phân tử CF4 có 1 nguyên tử C và 4 nguyên tử F.
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 1.4 + 4.7 = 32 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 4.2 = 8 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 32 – 8 = 24 electron
Bước 3: Sử dụng 24 electron này để tạo octet cho F trước (vì F có độ âm điện cao hơn)
Bước 4: Nguyên tử C đã được octet. Vậy công thức Lewis của CF4 là
- Viết công thức Lewis của C2H6
Bước 1: C có 4 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong phân tử C2H6 có 2 nguyên tử C và 6 nguyên tử H
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 2.4 + 6.1 = 14 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 7.2 = 14 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 14 – 14 = 0 electron
Bước 3: Nguyên tử C và H đều đã được octet. Vậy công thức Lewis của C2H6 là
- Viết công thức Lewis của C2H4
Bước 1: C có 4 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong phân tử C2H4, có 2 nguyên tử C và 4 nguyên tử H
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 2.4 + 4.1 = 12 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 5.2 = 10 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 12 – 10 = 2 electron
Bước 3: Sử dụng N3 = 2 electron để tạo octet cho C trước
Bước 4: Đã sử dụng hết 2 electron để tạo octet cho C. Tuy nhiên C còn lại chưa đủ octet nên ta chuyển 1 cặp electron của nguyên tử C vừa được tạo octet tạo thành cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử C. Nguyên tử H đã đủ octet. Vậy công thức Lewis của C2H4 là
- Viết công thức Lewis của C2H2
Bước 1: C có 4 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong phân tử C2H2, có 2 nguyên tử C và 2 nguyên tử H
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 2.4 + 2.1 = 10 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 3.2 = 6 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 10 – 6 = 4 electron
Bước 3: Sử dụng N3 = 4 electron để tạo octet cho một C trước
Bước 4: Đã sử dụng hết 4 electron để tạo octet cho một C. Tuy nhiên C còn lại chưa đủ octet nên ta chuyển 2 cặp electron của nguyên tử C vừa được tạo octet tạo thành cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử C. Các nguyên tử H đã được octet.
Vậy công thức Lewis của C2H2 là
BT 2
Viết công thức Lewis của H2O. Dự đoán dạng hình học phân tử và dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm.
Lời giải chi tiết:
Viết công thức Lewis của H2O
Bước 1: O có 6 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong phân tử H2O, có 2 nguyên tử H và 1 nguyên tử O
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 2.1 + 1.6 = 8 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 2.2 = 4 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 8 – 4 = 4 electron
Bước 3: Sử dụng N3 = 4 electron để tạo octet cho O. Các nguyên tử H đã được octet.
Công thức Lewis của H2O là
Xung quanh nguyên tử trung tâm O có 4 đám mây E (hai cặp electron chưa liên kết và hai cặp electron chung). Chiếm 4 khu vực điện tích âm đẩy nhau để góc hóa trị lớn nhất là 109,5o (dạng tứ diện)
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, 5o, nhỏ hơn góc hóa trị theo lí thuyết (109,5o).
Phân tử có dạng góc.
Cấu hình electron của nguyên tử O (Z = 8) là 1s22s22p4
1 AO 2s tổ hợp với 3 AO 2p tạo 4 AO lai hóa sp3
2 AO lai hóa sp3 chứa electron độc thân của nguyên tử O xen phủ với 2 AO s của nguyên tử H tạo thành 2 liên kết σ.
BT 3
Dựa theo công thức Lewis của CHCl3 xác định được dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm C trong phân tử này là
A. sp
B. sp2
C. sp3
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của CHCl3 là
Nguyên tử trung tâm C có 4 liên kết đơn xung quanh tương ứng với 4 đám mây electron. Công thức VSEPR của CHCl3 là AE4
Do 4 đám mây hướng tới 4 đỉnh của một tứ diện nên dạng hình học không gian của có CHCl3 dạng tứ diện
⇒ Trạng thái lai hóa của nguyên tử C trong phân tử CHCl3 là sp3
BT 4
Xác định công thức Lewis của nitric acid HNO3. Cho biết nguyên tử H liên kết với O mà không phải với N.
Lời giải chi tiết:
Bước 1: N có 5 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong phân tử HNO3, có 1 nguyên tử H, 3 nguyên tử O và 1 nguyên tử N
⇒ Tổng số electron hóa trị N1 = 1.1 + 3.6 + 1.5 = 24 electron
Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:
Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N2 = 4.2 = 8 electron
Số electron hóa trị còn lại là N3 = N1 – N2 = 24 – 8 = 16 electron
Bước 3: Sử dụng N3 = 16 electron để tạo octet cho O trước
Bước 4: Đã sử dụng hết 16 electron để tạo octet cho O. Tuy nhiên N chưa đủ octet nên ta chuyển 1 cặp electron của nguyên tử O bên phải tạo thành cặp electron dùng chung.
Chung cho hai nguyên tử O và N
BT 5
Viết công thức Lewis và xác định dạng hình học của CS2. Xác định dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm C trong phân tử này.
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của CS2
Xung quanh nguyên tử C có hai đám mây electron hóa trị, do lực đẩy giữa 2 đám mây electron nên 2 đám mây này phải xa nhau nhất → CS2 có dạng đường thẳng theo mô hình VSEPR.
Cấu hình electron của C là 1s22s22p2. Để tạo liên kết với S, trước tiên có sự dịch chuyển 1 electron từ 2s lên 2p tạo cấu hình electron ở trạng thái kích thích là 1s22s12p3
Trong phân tử CS2, nguyên tử C phải có lai hóa sp giữa 2 AO (1 AO 2s và 1 AO 2p) để tạo ra 2 AO lai hóa sp cùng nằm trên một đường thẳng.
BT 6
Viết công thức Lewis của PCl5 và SF6
Phương pháp giải:
Lời giải chi tiết:
Công thức Lewis của PCl5
Công thức Lewis của SF6
Các bài khác cùng chuyên mục
- Bài 7. Phòng chống và xử lí cháy nổ - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 6. Hóa học về phản ứng cháy nổ - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 5. Sơ lược về phản ứng cháy và nổ - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 4. Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 7. Phòng chống và xử lí cháy nổ - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 6. Hóa học về phản ứng cháy nổ - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 5. Sơ lược về phản ứng cháy và nổ - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 4. Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều
- Bài 3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học - Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều