Đề đáp ứng được yêu cầu về đổi mới theo chương trình GDPT 2018, môn Hóa học nói riêng đã có những thay đổi đáng kể. Một trong số đó là chương: “liên kết hóa học” thuộc chương trình hóa học lớp 10. Với chương liên kết hóa học mục tiêu đề ra: Trình bày và vận dụng được quy tắc octet trong quá trình hình thành liên kết cho các nguyên tố, viết được công thức Lewis một số chất đơn giản, …Mà đây là những điểm mới của chương trình hiện hành so với chương trình sgk cũ. Xuất phát từ lí do trên, tôi đã chọn chương liên kết hóa học, cụ thể là bài quy tắc octet và bài liên kết cộng hóa trị để xây dựng nội dung kế hoạch dạy học.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
Trang 2PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
ĐIỂM
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022
Giảng viên
TS Nguyễn Hữu Chung
Trang 3PHẦN I MỞ ĐẦU I.1 Đặt vấn đề
Đề đáp ứng được yêu cầu về đổi mới theo chương trình GDPT 2018, môn Hóa học
nói riêng đã có những thay đổi đáng kể Một trong số đó là chương: “liên kết hóa
học” thuộc chương trình hóa học lớp 10
Với chương liên kết hóa học mục tiêu đề ra: Trình bày và vận dụng được quy tắc octettrong quá trình hình thành liên kết cho các nguyên tố, viết được công thức Lewis một
số chất đơn giản, …Mà đây là những điểm mới của chương trình hiện hành so vớichương trình sgk cũ
Xuất phát từ lí do trên, tôi đã chọn chương liên kết hóa học, cụ thể là bài quy tắc octet
và bài liên kết cộng hóa trị để xây dựng nội dung kế hoạch dạy học
I.2 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu về khái niệm, ý nghĩa, vai trò của các thuyết liên kết
I.3 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu hệ thống cơ sở lí thuyết về liên kết
- Nghiên cứu về cấu trúc chấm Lewis, lực đẩy của cặp electron hóa trị (VSEPR)
và dự đoán dạng hình học của các phân tử
- Nghiên cứu các dạng bài toán viết kí hiệu Lewis đối với nguyên tử trung hòa và ion, vẽ cấu trúc Lewis mô tả liên kết một số phân tử đơn giản
- Vận dụng kiến thức đã nghiên cứu về các nguyên tố nhóm A xây dựng giáo án dạy học phần liên kết hóa học
- So sánh nội dung chương trình SGK năm 2006 với chương trình GDPT 2018 về nội dung chủ đề: “liên kết hóa học”
- Vận dụng hệ thống lí thuyết về liên kết hóa học giúp HS giải thích được các tình huống trong thực tiễn
I.4 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu chương trình, giáo trình, tài liệu liên quan, công văn, thông tư của BộGiáo dục và Đào tạo, sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành về các nguyên tố nhóm A vàcác phương pháp dạy học
PHẦN II: NỘI DUNG
II.1 Cơ sở lí thuyết
II.1.1 Công thức Lewis
II.1.1.1 Sơ đồ dấu chấm electron Lewis
Sơ đồ electron dấu chấm của của Lewis là điểm khởi đầu đơn giản để phân tíchmột liên kết trong phân tử G N Lewis, là nhà khoa học người Mỹ, ông đã có nhiềuđóng góp nhiều cho sự hiểu biết về nhiệt động lực học và liên kết hóa học từ thế kỉ 20
3
Trang 4Theo sơ đồ của Lewis, liên kết giữa hai nguyên tử tồn tại khi chúng có một hoặcnhiều cặp electron chia sẻ electron Ngoài ra một số phân tử còn có cặp electron khôngphân chia, gọi là cặp electron độc thân trên các nguyên tử Những electron này đónggóp vào hình thành hình dạng, khả năng phản ứng, nhưng không liên kết trực tiếpnguyên tử với nhau.
Hầu hết cấu trúc của Lewis dựa trên khái niệm về electron hóa trị, tương ứng vớielectron s và p ngoài cùng của khí trơ, tạo thành cấu hình electron bền vững s2p6 nhưcủa khí hiếm Trừ trường hợp với hydro và heli với cầu hình electron hóa trị bền vững
là 2 Các phân tử được hình thành bởi các electron liên kết trong mối quan hệ ổn địnhlẫn nhau
Ngoài ra một số phân tử có nhiều hơn 8 electrong xung quanh một nguyên tử trungtâm, hoặc một số phân tử có số electron xung quanh nguyên tử ít hơn 8 electron Liênkết công hóa trị hình thành có thể là phân cực hay không phân cực ứng với hai nguyên
tử khác nhau về độ âam điện, hay hai nguyên tử giống nhau về độ âm điện Theo môhình của Lewis khi liên kết đôi hình thành gồm 4 electron dùng chung hai cặp electron(như O2) và liên kết ba có 6 electrong dùng chung, ba cặp electron (như C2H2) Cácelectron phân chia được coi là đóng góp của cả hai nguyên tử liên quan, do đó cặpelectron là sự góp chung của cả hai nguyên tử
Ví dụ liên kết công hóa trị không phân cực (đôi electron nằm giữa hai nguyên tử)hình thành liên kết đơn như phân tử H2, liên kết đôi trong phân tử oxi và liên kết phâncực cộng hóa trị trong hình thành phân tử H2O (đôi electron lệch về phía nguyên tử có
độ âm điện hơn) Phân tử H2O phân cực là một phân tử có chứa các vùng có điện tíchtrái dấu Các phân tử cực xảy ra khi các nguyên tử chia sẻ các electron không đềunhau Vì mỗi proton tạo ra một điện tích dương giống hệt nhau, một hạt nhân chứa támproton tạo ra một điện tích lớn gấp tám lần một hạt nhân chứa một proton nghĩa là cácelectron tích điện âm có trong phân tử nước bị thu hút mạnh mẽ vào hạt nhân oxy hơn
so với hạt nhân hydro Do đó, mỗi nguyên tử hydro một electron âm độc thân dichuyển về phía nguyên tử oxy, làm cho đầu oxy của liên kết của chúng âm hơn mộtchút so với đầu hydro của liên kết
Trang 5II.1.1.2 Cấu trúc Lewis
Sử dụng các ký hiệu Lewis để chỉ ra cấu trúc sự hình thành các liên kết cộng hóatrị Vẽ mô tả liên kết trong các phân tử và các ion nhiều nguyên tử Ví dụ, khi hainguyên tử clo tạo thành một phân tử clo, bằng cặp electron dùng chung
Cấu trúc Lewis chỉ ra rằng mỗi nguyên tử Cl có ba cặp electron không được sửdụng trong liên kết gọi là cặp electron độc thân và một cặp electron dùng chung giữahai nguyên tử Một dấu gạch ngang hoặc đường thẳng đôi khi được sử dụng để biểu thịmột cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử
II.1.1.3 Kí hiệu Lewis
Sử dụng các ký hiệu Lewis để mô tả các cấu hình electron hóa trị của các nguyên
tử và các ion phân tử Kí hiệu Lewis bao gồm kí hiệu các nguyên tố được bao quanhbởi một dấu chấm cho một electron hóa trị
Bảng minh họa kí hiệu Lewis số lượng electron hóa trị một số nguyên tố trong
bảng tuần hoàn.
Trang 6Cách biểu diễn bằng electron góp chung gọi là công thức electron (2 electron dungchung gọi là một cặp liên kết) Mỗi cặp elctron thay bằng một gạch gọi là công thứccấu tạo.
Trong phân tử thấy các cặp electron không tham gia liên kết gọi là cặp electronkhông liên kết hay cặp electron không phân chia hoặc cặp electron tự do
Cách biểu diễn hình thành liên kết theo công thức electron hay công thức cấu tạo
gọi là sự biểu diễn theo sơ đồ Lewis
Liên kết giữa hai nguyên tử gọi là bậc liên kết Số liên kết cộng hóa trị liên quan đếnhóa trị của nguyên tố trong trong hợp chất cộng hóa trị bằng số liên kết hình thành giữanguyên tử của nguyên tố đó với nguyên tử khác trong phân tử)
* Trường hợp đặc biệt: liên kết cho nhận
Ngoài ra một số phân tử khi hình thành liên kết CHT do đôi lectron góp chung từ mộtnguyên tử cho lúc đó liên kết cộng hóa trị được gọi là liên kết cho nhận Liên kết chonhận biểu diễn bằng mùi tên (→)
Là liên kết cho nhận cũng là liên kết cộng hóa trị , liên kết được hình thành do mộtcặp electron không phân chia của một nguyên tử với 1 ỏbital hóa trị trống của 1 nguyên tửkhác Cặp electron dùng chung do một nguyên tử (ion) đóng góp cung cấp ( thường dùngmũi tên → để chỉ liên kết cho - nhận)
Ví dụ: hình thành liên kết phân tử NH3: nguyên tử nitơ có 3 e độc thân sẽ ghép đôivới 3e độc thân của 3 nguyên tử H tạo thành 3 liên kết N-H, như vậy trong phân tử NH3
còn 1 cặp e chưa phân chia
Khi NH3 tiến gần tới H+ nó sẽ bị rơi vào trường tác dụng của H+, H+ sẽ hút cặp echưa phân chia của N tạo thành một liên kết N-H tứ 4 (bởi một cặp electron độc thân của
N và 1 orbital hóa trị trống của H+)
Liên kết này là liên kết cho nhận, được kí hiệu bằng mũi tên () di từ nguyên tố cho
cặp e đến nguyên tố nhận cặp e
- Điện tích dương trở thành điện tích chung của cả ion NH4+ chứ không thuộc nguyên
tử Hyđro nào cả
II.1.1.4 Cách viết công thức Lewis theo quy tắc bát tử
Đối với các phân tử và ion phân tử đơn giản, chúng ta có thể viết các cấu trúc Lewis bằng cách ghép nối các electron chưa ghép đôi trên các nguyên tử với nhau Ví dụ sau:
Trang 7Với các phân tử hay ion phân tử phức tạp, ta có thể viết công thức Lewis theo cáchsau đây:
Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị (vỏ ngoài cùng) Đối với các cation trừ đi
một electron cho mỗi điện tích dương Đối với anion cộng thêm một electron cho mỗiđiện tích âm
Bước 2: Vẽ cấu trúc khung của phân tử hoặc ion phân tử, sắp xếp các nguyên tử xung
quanh nguyên tử trung tâm Thông thường, nên đặt nguyên tử có độ âm điện nhỏ nhất vàotrung tâm Kết nối mỗi nguyên tử với nguyên tử trung tâm bằng một liên kết đơn (một cặpelectron)
Bước 3: Phân bổ các electron còn lại dưới dạng các cặp đơn độc thân trên các nguyên
tử thành bát tử (trừ hydro) xung quanh mỗi nguyên tử
Bước 4: Đặt tất cả các electron còn lại vào nguyên tử trung tâm.
Bước 5: Sắp xếp lại các electron bên ngoài của các nguyên tử tạo ra nhiều liên kết với
nguyên tử trung tâm để thu được các cấu trúc bát tử có thể
Ví dụ:
Hãy xác định cấu trúc Lewis của các phân tử sau: SiH4, CHO2−, NO+, và OF2
Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị (vỏ ngoài cùng) của phân tử và ion phân tử Với phân tử SiH 4
Si: số electron hóa trị = 4 x 1 = 4 H: Số electron hóa trị = 1 x 4 =4
Số electron hóa trị của phân tử SiH4 bằng 4 + 4 = 8
Với phân tử CHO 2 - có một điện tích âm, do đó ta cần công thêm 1 điện tích âm vào
số electron hóa trị
C: electron hóa trị bằng: 4 x 1 =4 H: electron hóa trị bằng: 1 x 1 = 1 O: electron hóa trị bằng: 6 x 2 = 12
Electron hóa trị của ion phân tử CHO2- = 4 + 1 + 12 + 1 = 18 electron hóa trị
Với phân tử NO + : có một điện tích dương Vậy ta cần trừ đi 1 điện tích dương vào
số electron hóa trị của ion phân tử
N; electron hóa trị bằng: 5 x 1 = 5 O: electron hóa trị bằng: 6 x 1 = 6
Tổng số electron hóa trị của NO+ = 5 + 6 -1 =10 electron hóa trị
Với phân tử OF 2
Trang 8O: electron hóa trị bằng: 6
x 1 =6 F: electron hóa trị
bằng: 7 x 2 = 14
Electron hóa trị của phân tử OF2 = 6 + 14 = 20 electron hóa trị
Bước 2: Vẽ khung các phân tử hay ion phân tử, sắp xếp các nguyên tử xung quanh
một nguyên tử trung tâm và kết nối mỗi nguyên tử với nguyên tử trung tâm bằng một liênkết (một cặp electron) Lưu ý rằng biểu thị các ion bằng dấu ngoắc vuông xung quanh cấutrúc và điện tích biểu thị bên ngoài góc tay phải
Khi có thể sắp xếp một số nguyên tử trung tâm khác nhau có thể trong cấu trúc, chúng
ta sử dụng kết quả thực nghiệm để chọn đúng nguyên tử Thông thường nguyên tố có độ
âm điện bé nhất nằm ở trung tâm, Trong ion phân tử CHO2-, nguyên tử C độ âm điện bénhất nên nằm trung tâm bao quanh nguyên tử H và O
Bước 3: Phân bố các electron còn lại dưới dạng các cặp đơn độc thân trên các nguyên
tử để hoàn thành lớp vỏ hóa trị của chúng với 8 electron (trừ hydro) Phân tử SiH4 không
có electron còn lại trên phân tử SiH4, vì vậy nó không thay đổi
Bước 4: Đặt tất cả các electron còn lại vào nguyên tử trung tâm
Với các phân tử SiH4, CHO2− và NO+ không có các electron còn lại, đã đặt tất cả cácelectron được xác định trong bước 1
Đối với OF2, còn lại 4 electron được đặt vào nguyên tử trung tâm oxy:
Bước 5: Sắp xếp lại các electron lớp vỏ ngoài của các nguyên tử để tạo ra nhiều liên
kết với nguyên tử trung tâm đạt cấu trúc bát tử có thể
Trong phân tử SiH 4: nguyên tử Si đã có bát tử (8 electron) không cần phải làm gì thêm
Phân tử CHO 2 − : Mặc dù phân bố electron hóa trị đủ trên nguyên tử O, nhưng còn
thiếu electron trên nguyên tử C để đạt cấu trúc bát tử
Với ion phân tử NO +
Nguyên tử bên O không thể thêm vào electron vì đã xác định tổng số ở bước 1 Vìvậy phải chuyển electron để hình thành liên kết đôi
Trang 9Điều này vẫn không tạo ra bát tử, vì vậy phải di chuyển tiếp một cặp khác ở N, tạo thành một liên kết ba:
Trong OF 2 , mỗi nguyên tử có 8 electron, vì vậy không có thay đổi
II.1.1.5 Cấu trúc cộng hưởng
Trong cấu trúc của Lewis, việc lựa chọn nguyên tử nào trong phân tử được liên kếtbằng nhiều liên kết (liên kết bội) là bất kì Khi các vị trí lựa chọn được thay thế bằng liênkết đơn hay liên kết bội thì có khả năng tất cả các cấu trúc theo Lewis là hợp lệ
Ví dụ ta vẽ 3 cấu trúc cộng hưởng của [CO3]2-, thể hiện liên kết đôi ở một trong ba vịtrí của liên kêt C-O có thể
Thực nghiệm thực tế đã chứng minh rằng ba liên kết C - O là hoàn toàn tương đương,tất cả ba cấu trúc mô tả phân tử CO2 là tương đương Đây gọi là cấu trúc cộng hưởng II.1.2 Quy tắc bát tử và sự hình thành liên kết
Trong một phân tử, khi hình thành liên kết, các nguyên tử của nguyên tố này cókhuynh hướng liên kết với các nguyên tử của nguyên tố kia sao cho cấu trúc của chúngđạt tới cấu trúc electron bền vững của các khí hiếm với 8 electron, hoặc 2 giống với H ởlớp ngoài cùng – quy tắc bát tử ( Hạn chế chủ yếu là các nguyên tố của chu kỳ 2)
Giống như phân tử clo các phân tử halogen khác như (F2, Br2, I2 và At2) hình thànhmột liên kết đơn giữa hai nguyên tử và 3 cặp electron độc thân trên mỗi nguyên tử Điềunày cho thấy mỗi nguyên tố halogen đạt cấu hình khí hiếm Khuynh hướng các nguyên tố
hình thành liên kết chứa 8 electron hóa trị gọi là qui tắc bát tử.
Như nguyên tử N có 5 electron hóa trị trong kí hiệu Lewis, để đặt được theo qui tắcbắt tử thì nguyên tử này phải hình thành 3 liên kết cộng hóa trị như trong phân tử HN3.oxy và nguyên tử khác phải hình thành 2 liên kết cộng hóa trị
Qua đó nhận thấy trong một phân tử, khi hình thành liên kết, các nguyên tử củanguyên tố này có khuynh hướng liên kết với các nguyên tử của nguyên tố kia sao cho cấu
Trang 10trúc của chúng đạt tới cấu trúc bền vững của khí trơ (cấu hình electron lớp ngoài cùng có
8 electron (ns2np6)
II.1.3 Sức đẩy của cặp electron hóa trị VSEPR (Valence shell electron - pair repulsion)
II.1.3.1 Khái niệm
Sức đẩy của cặp electron hóa trị là phương pháp dự đoán hình dạng của các phân tửdựa trên lực đẩy tĩnh điện cặp electron được mô tả bởi Sidgwick và Powell4 vào năm
1940 và được phát triển thêm bởi G illespie và Nyholm vào năm 1957, gọi tắt là phươngpháp VSEPR
Đây là phương pháp tiếp cận đơn giản, dựa trên các cấu trúc dấu chấm electron củaLewis, phương pháp VSEPR dùng để dự đoán các hình dạng của các phân tử, qua đó rấtthuận lợi khi so sánh với các cấu trúc thực của phân tử được xác định bằng thực nghiệm,thường xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ electron, nhiễu xạ neutron vànhiều phương pháp quang phổ…Tuy nhiên đây là một phương pháp rất tốt cho việc xácđịnh gần đúng hình dạng của các phân tử
Cơ sở của phương pháp VSEPR là các electron đẩy nhau vì chúng tích điện âm Theo
cơ học lượng tử các electron có thể chiếm giữ cùng một vùng trong không gian như cáccặp eelectron liên kết hoặc các cặp electron độc thân, nhưng các cặp electron này đẩy lẫnnhau Do đó, theo mô hình VSEPR, các phân tử có dạng hình học sao cho các cặpelectron hóa trị ở vào vị trị càng xa nhau càng tốt để giảm thiểu tối đa lực đẩy electron -electron
II.1.3.2 Dự đoán hình dạng các phân tử
Hình học phân tử được tạo nên từ sự phân bố các nguyên tử xung quanh nguyên tử
trung tâm Dự đoán hình học phân tử của phân tử và ion phải kết hợp kết quả của hìnhhọc cặp electron độc thân với số lượng các nguyên tử có xung quanh nguyên tử trung tâm
Đơn giản hình dung một phân tử có thể được mô tả theo công thức chung AX m E n,
trong đó A kí hiệu là nguyên tử trung tâm, X là kí hiệu của bất kỳ nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử nào xung quanh nguyên tử trung tâm A E kí hiệu cặp electron đọc thân (m và
n hệ số của X và E)
Tổng số (m + n) gọi là số không gian, là tổng số vị trí chiếm đóng bởi nguyên tử
hoặc cặp electron độc thân xung quanh nguyên tử trung tâm Cặp electron độc thân và cặpelectron liên kết đều ảnh hưởng đến hình dạng của phân tử Hình dung các cặp electronđược phân bố trong một không gian hình cầu chung quanh hạt nhân nguyên tử
Trường hợp m + n = 2: Khi phân tử không có cặp electron độc thân (n=0) phân tử tương ứng với số không gian là hình dạng thẳng AX 2, góc liên kết là 180o, như phân tửBeCl2,CO2
Trường hợp m + n = 3
+ Nếu n= 0, phân tử thuộc dạng AX3 có hình dạng tam giác phẳng
Trang 11+ Nếu n = 1, phân tử thuộc dạng AX2E, có dạng góc
Trường hợp m + n = 4
+ Nếu n = 0, phân tử thuộc dạng AX4, có dạng tứ diện
+ Nếu n = 1, phân tử thuộc dạng AX3E, có dạng chóp tam giác
+ Nếu n = 2, phân tử thuộc dạng AX2E2, có dạng góc
Trường hợp m + n = 5
+ Nếu n = 0, phân tử thuộc dạng AX5, có dạng lưỡng tháp tam giác và tháp vuông+ Nếu n = 1, phân tử thuộc dạng AX4E, có dạng tứ giác biến dạng
+ Nếu n = 2, phân tử thuộc dạng AX3E2, có dạng chữ T
+ Nếu n = 3, phân tử thuộc dạng AX2E3, có dạng đường thẳng
Trường hợp m+ n =6
+ Nếu n = 0, phân tử thuộc dạng AX6, có dạng bát diện
+ Nếu n = 1, phân tử thuộc dạng AX5E, có dạng tháp vuông
+ Nếu n = 2, phân tử thuộc dạng AX4E2, có dạng vuông phẳng
+ Nếu n = 3, phân tử thuộc dạng AX3E3, có dạng chư T, giống trường hợp đã nêu ởtrên
+ Nếu n = 4, phân tử dạng AX2E4, phân tử thẳng
II.1.3.3.Quy tắc xác định hình dạng phân tử dùng VSEPR
1 Vẽ cấu trúc Lewis của phân tử phù hợp nhất theo các quy tắc được đưa trình bàytrong mục cách xác định cấu trúc phân tử theo Lewis
2 Đếm số cặp electron đã liên kết và chưa liên kết quanh nguyên tử trung tâm, chú ýcác liên kết bội (lk đôi, ba) cũng coi như 1 cặp liên kết và xác định hình dạng electron
Ví dụ như trường hợp phân tử SOCl2, có bốn cặp electron: liên kết đôi S = O, cặpelectron độc thân và hai liên kết đơn S – Cl Mặc dù tổng cộng có 5 cặp electron liên kếtvới nguyên tử trung tâm S
3 Khi số lượng cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm đã được xác định, xácđịnh hình học cặp electron theo quy tắc VSEPR, các cặp electron sắp xếp sao cho khoảng cáchgiữa các cặp electron là xa nhau nhất có thể Chẳng hạn xung quanh nguyên tử trungt âmchỉ có 2 cặp electron, thì cấu hình tốt nhất để 2 cặp đó xa nhau nhất có thể là đường thẳnggóc tảo bởi 180o
Dựa vào tổng số cặp e quanh nguyên tử trung tâm, dạng hình học cặp electron vàđồng thời dựa vào số nguyên tử xung quanh nguyên tử trung tâm, kết luận về hình họcphân tử , hoặc góc liên kết
