Hệ thống lí thuyết và bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học trường trung học phổ thông (phần cấu tạo chất)

Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi Qua tham khảo các đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi olimpic, chúng tôithấy cần trang bị thêm cho các em các kiến thức về bán kính i

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học vinh

(Phần cấu tạo chất )

Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục

Vinh – 2006

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học vinh

Chuyên nghành: Lý luận và phơng pháp dạy học

hóa học

M số: 60.14.10 ã số: 60.14.10

Luận văn thạc sĩ giáo dục học

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS - TS Nguyễn Điểu

Ngoài ra còn có sự động viên giúp đỡ vô cùng quý báu của gia đình tôi,ban giám hiệu trờng THPT Kim Liên nơi tôi công tác, bạn bè đồng nghiệp vàcác em học sinh của các trờng THPT Kim Liên, trờng THPT Nam Đàn I,THPT Lê Viết Thuật

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS - TS Nguyễn

Điểu, thầy giáo Thạc sĩ Cao Cự Giác về sự hớng dẫn tận tình đầy tâm huyếttrong suốt quá trình xây dựng và hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoaHoá học, khoa Sau đại học trờng Đại học Vinh, ban gíam hiệu trờng THPTKim Liên, đến gia đình tôi, đến các bạn đồng nghiệp và các em học sinh củacác trờng thực nghiệm đẵ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốtluận văn này

Chơng I Cơ sở lý luận và thực tiễn vấn đề 4

1.1 Một số quan niệm về học sinh giỏi hóa 4

1.2 Các biện pháp để phát hiện và tổ chức bồi dỡng học sinh có năng khiếu về

1.3 Thực trạng bồi dỡng học sinh giỏi hóa học của tỉnh Nghệ An 8

1.4 Các nội dung về phần cấu tạo chất thờng đợc đề cập trong các

đề thi học sinh giỏi hóa của tỉnh Nghệ An 9

1.4 2 Bảng tuần hoàn và định luật tuần hoàn 10

1.4.3 Liên kết hóa học 11

Chơng II Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản và những vấn đề cần

2.1.1 Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản 12

2.1.2 Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi 13

2.2 Chơng: Bảng tuần hoàn và định luật tuần hoàn 18

2.2.1.Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản 18

2.2.2 Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi 19

2.3 Chơng: Liên kết hóa học 27

2.3.1 Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản 27

2.3 2 Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi 29 Chơng III Lựa chọn hệ thống câu hỏi lý thuyết và bài tập 39

3.1 Nguyên tắc lựa chọn 39

3.2 Câu hỏi lý thuyết và bài tập chơng I: nguyên tử 41

Dạng 1 Mối quan hệ giữa các hạt cấu tạo nguyên tử 41

Dạng 2 Tính theo thành phần % các đồng vị 48

Dạng 3 Bài tập về các số lợng tử 51

Dạng 4 Cấu hình electron của nguyên tử 53

Dạng 5 Bài tập trắc nghiệm khách quan 60

3.3 Câu hỏi lý thuyết và bài tập chơng II: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học và định luật tuần hoàn 65

Dạng 1 Mối liên quan giữa vị trí của các nguyên tố trong chu kì và trong nhóm 66

Dạng 2 Quy luật biến đổi tính chất của các nguyên tố 74

Dạng 3 Hóa trị và số oxi hóa 80

Dạng 4 Bài tập trắc nghiệm khách quan 86

3.4 Câu hỏi lý thuyết và bài tập chơng III: Liên kết hoá học 93

Dạng 1 Sự hình thành liên kết 93 Dạng 2 Lai hóa 100

Dạng 3 Góc hóa trị - độ phân cực của phân tử 106

Dạng 4 Các lực liên kết yếu 108

Chơng IV Thực nghịêm s phạm 112

4.1 Mục đích của thực nghiệm s phạm 112

4.2 Nhịêm vụ của thực nghiệm s phạm 112

4.3 Nội dung thực nghịêm s phạm 112

4.4 Phơng pháp thực nghiệm s phạm 113

4.4.1 Chọn mẫu thực nghịêm 113

4.4.2 Kiểm tra mẫu trớc thực nghiệm 114

4.4.3 Chọn giáo viên dạy thực nghịêm 114

4.4.4 Tiến hành thực nghịêm s phạm 114

4.5 Kết quả thực nghịêm s phạm 114

4.5.1 Kết quả kiểm tra trớc thực nghịêm 114

4.5.2 Kết quả kiểm tra sau thực nghịêm 115

Kết lụân 120

1 Những vịêc đã hoàn thành của lụân văn 120

2 Các kết lụân 120

3 Hớng phát triển của đề tài 120

Tài liệu tham khảo 122

Nghị quyết Trung ơng 4 (khóa VII) về tiếp tục sự nghiệp Giáo dục và

Đào tạo đã nhấn mạnh đến việc phải đào tạo những con ngời lao động mới, tựchủ, năng động sáng tạo, có năng lực tự giải quyết những vấn đề do cuộc sống

đặt ra, chủ động tìm kiếm việc làm, lập nghiệp và góp phần xây dựng đất nớcgiàu mạnh, xã hội công bằng văn minh

Trờng THPT Kim Liên

Giáo án dạy bồi dỡng 10

Giáo viên: Phan Thị Vân

Trờng THPT Kim Liên

Sổ tích lũy kinh nghiệm

Giáo viên: Phan Thị Vân

Để quán triệt những quan điểm trên của Đảng, ngành giáo dục và đàotạo không những có nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho thế hệ trẻ mà còn phải cóchức năng phát hiện, bồi dỡng những học sinh có năng khiếu nhằm đào tạocác em trở thành những ngời đi đầu trong các lĩnh vực của khoa học và đờisống Nhiệm vụ này đợc thực hiện thờng xuyên trong quá trình dạy học và quacác kỳ thi chọn và bồi dỡng học sinh giỏi các cấp.

Số lợng học sinh giỏi các trờng cũng là một trong những mặt để khẳng

định uy tín của giáo viên và vị thế của nhà trờng Cho nên vấn đề này đang

đ-ợc các giáo viên và nhà trờng rất quan tâm Việc tổng kết đúc rút kinh nghiệmbồi dỡng học sinh giỏi là rất cần thiết và mang tính thiết thực, góp phần nângcao chất lợng giáo dục

Nắm vững kiến thức lý thuyết hóa học là rất quan trọng để giải các bàitập một cách linh hoạt và sáng tạo Giải bài tập là một phơng pháp học tập tíchcực Bài tập hóa học có tác dụng khắc sâu, củng cố và mở rộng kiến thức, tạo

điều kiện để t duy học sinh phát triển, nâng cao hứng thú học tập của học sinh

Là một giáo viên hóa học ở trờng trung học phổ thông, đã đợc tham gia bồi ỡng học sinh giỏi hóa lớp 10 và đã thu đợc những kết quả cao, tôi rất hứng thúvới hoạt động này nên đã chọn đề tài: “Hệ thống lý thuyết và bàitập bồi dỡng học sinh giỏi hóa học – trờng trung họcphổ thông (phần cấu tạo chất)” làm đề tài nghiên cứu của mình

d-2 Mục đích của đề tài

- Xây dựng một hệ thống lý thuyết – bài tập cơ bản, nâng cao để bồi ỡng đội tuyển học sinh giỏi hóa phần cấu tạo chất

d Nghiên cứu cách phát hiện và tổ chức bồi dỡng học sinh giỏi hóa ở trd ờng phổ thông

tr-3 Nhiệm vụ của đề tài

- Tổng kết và mở rộng lý thuyết cơ bản phần cấu tạo chất

- Xây dựng hệ thống bài tập và phân loại bài tập nhằm làm cho học sinhvận dụng tốt kiến thức lý thuyết, có khả năng t duy sáng tạo

- Tổng kết cách giải một số dạng bài tập

- Thực nghiệm s phạm đánh giá chất lợng và khả năng áp dụng của đềtài

4 Khách thể và đối tợng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: quá trình dạy học hóa học phần cấu tạo chất

- Đối tợng nghiên cứu: vấn đề phát hiện và bồi dỡng học sinh giỏi hóahọc ở trờng phổ thông.

5 Giả thuyết khoa học

- Nếu xây dựng đợc một hệ thống lý thuyết và bài tập phần cấu tạo chấtdùng để bồi dỡng học sinh giỏi hoàn chỉnh thì sẽ nâng cao đợc chất lợng dạyhọc của giáo viên và nâng cao hiệu quả của đội tuyển thi học sinh giỏi hóahọc

- Phơng pháp trao đổi kinh nghiệm với các giáo viên đã tham gia bồi ỡng đội tuyển học sinh giỏi

d Phơng pháp thực nghiệm s phạm nhằm chứng minh cho các vần đề đặt

ra là đúng đắn và khả năng áp dụng của đề tài vào thực tế giảng dạy bồi dỡnghọc sinh giỏi

7 Những đóng góp của đề tài

- Về mặt lý luận: Đề tài đã góp phần xây dựng đợc một hệ thống lýthuyết và bài tập phần cấu tạo chất tơng đối phù hợp với yêu cầu và mục đíchbồi dỡng học sinh giỏi hóa học ở trờng phổ thông

- Về mặt thực tiễn: Nội dung đề tài giúp cho giáo viên có thêm t liệu bổích trong việc bồi dỡng đội tuyển học sinh giỏi hóa

Chơng I

Cơ sở lý luận và thực tiễn vấn đề

1.1 Một số quan niệm về học sinh giỏi hóa

Cùng với việc chú trọng bồi dỡng nhân tài trong ngành giáo dục nh hiệnnay, vấn đề phát hiện và bồi dỡng học sinh giỏi các môn học nói chung vàmôn hóa nói riêng đang đợc các trờng phổ thông và các nhà giáo dục rất quantâm Vậy thế nào là một học sinh giỏi hóa? Sau đây là một số quan điểm vềhọc sinh giỏi hóa:

1 1 1 Theo tác giả Trần Thành Huế (ĐHSP Hà Nội)

Nếu dựa vào kết quả bài thi để đánh giá thì một học sinh giỏi hóa cần hội

đủ các yếu tố sau đây:

- Có kiến thức cơ bản tốt, thể hiện nắm vững các khái niệm, định nghĩa,

định luật, quy tắc đã đợc quy định trong chơng trình, không thể hiện thiếu sót

về công thức, phơng trình hóa học Số điểm phần này chiếm 50% toàn bài

- Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, đúng các kiến thức cơ bản trên Phầnnày chiếm khoảng 40% toàn bài

- Tiếp thu và dùng đợc ngay một số ít vấn đề mới do đầu bài đa ra.Những vấn đề mới này là những vấn đề cha đợc cập nhật hoặc đã đề cập đếnmột mức độ nào đó trong chơng trình hóa học phổ thông, nhng nhất thiết vấn

đề đó phải liên hệ mật thiết với các nội dung của chơng trình Số điểm chiếmkhoảng 6% toàn bài

- Bài làm cần đợc trình bày rõ ràng, càng sạch và đẹp càng tốt Phầnnày chiếm khoảng 4% toàn bài

1.1.2 Theo các tài liệu về tâm lý học, phơng pháp dạy học hóa học và những tài liệu, bài viết về vấn đề học sinh giỏi hóa học thì học sinh giỏi hóa đợc thể hiện qua các năng lực sau đây:

a) Có năng lực tiếp thu kiến thức và có kiến thức cơ bản tốt.

- Có khả năng tiếp thu nhanh các kiến thức bài mới, luôn hào hứng trongcác tiết học.

- Nắm vững kiến thức cơ bản một cách sâu sắc, có hệ thống

- Có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện kiến thức ngay ở dạng sơ khởi

b) Có năng lực t duy tốt và sáng tạo:

- Biết phân tích sự vật và hiện tợng qua các dấu hiệu đặc trng của chúng

- Biết thay đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật hiện tợng

- Biết cách tìm ra con đờng ngắn nhất để sớm đi tới kết luận cần thiết

- Biết xét đủ các điều kiện cần thiết để đạt đợc kết quả mong muốn

- Biết xây dựng các phần ví dụ để loại bỏ một số miền tìm kiếm vô ích

- Biết quay lại điểm vừa xuất phát để tìm đờng đi mới

c) Có năng lực trình bày và diễn đạt:

- Biết diễn đạt chính xác, gọn gàng, logic điều mình muốn

- Biết sử dụng thành thạo hệ thống kí hiệu, quy ớc để diễn đạt vấn đề mộtcách ngắn gọn, nổi bật điều quan trọng nhất

d) Có năng lực lao động sáng tạo:

- Biết vận dụng kiến thức cơ bản một cách sáng tạo vào những tình huốngmới

- Biết tổ hợp các yếu tố, các thao tác để thiết kế một dãy hoạt động, nhằm

đạt kết quả mong muốn

e) Có năng lực kiểm chứng.

- Biết suy xét đúng sai từ một loại sự kiện

- Biết tạo ra các tơng tự hay các tơng phản để khẳng định hoặc bác bỏmột đặc trng nào đó trong sản phẩm do mình làm ra

- Biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ kiện cần phải kiểm nghiệm saukhi thực hiện một số lần kiểm nghiệm.

1.1.3 Theo tác giả Cao Cự Giác (ĐH Vinh)

Một học sinh giỏi hóa phải là:

- Có kiến thức cơ bản tốt: thể hiện nắm vững kiến thức cơ bản một cáchsâu sắc có hệ thống

- Có khả năng t duy tốt và tính sáng tạo cao: trình bày và giải quyết vấn

đề một cách linh hoạt, rõ ràng, khoa học

- Có khả năng thực hành thí nghiệm tốt: Hóa học là khoa học vừa lýthuyết vừa thực nghiệm, do đó không thể tách rời lý thuyết với thực nghiệm,phải biết cách vận dụng lý thuyết để điều khiển thực nghiệm và từ thựcnghiệm kiểm tra các vấn đề của lý thuyết, hoàn thiện lý thuyết cao hơn

Dựa trên những cơ sở đó và qua trao đổi với các giáo viên có kinh nghiệm trong công tác bồi dỡng học sinh giỏi cũng nh kinh nghiệm của bản thân, theo chúng tôi một học sinh giỏi hóa phải là:

- Có khả năng tiếp thu kiến thức và nắm vững kiến thức cơ bản

- Vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thức cơ bản trong giải quyết cácvấn đề thực tế hoặc các vấn đề do bài toán đặt ra dựa trên kỹ năng hoặc dựatrên t duy nhạy bén, sáng tạo.

1.2 Các biện pháp để phát hiện và tổ chức bồi dỡng học sinh có năng khiếu về hóa học

a) Để phát hiện học sinh có năng khiếu về hóa học, các biện pháp đợccác giáo viên và các cấp trong ngành giáo dục thờng áp dụng hiện nay là:

- Dựa trên sự theo dõi hứng thú học tập trên lớp, qua kết quả kiểm tra vởghi, vở bài tập, kết quả bài kiểm tra

- Qua các kì thi chọn học sinh giỏi các cấp: Mức thấp nhất là cấp trờngmức thứ hai là học sinh giỏi tỉnh, sau đó là học sinh giỏi trong toàn quốc Caohơn nữa là học sinh giỏi của nhiều nớc với nhau, thi olimpic quốc tế hóa học

- Qua các kỳ thi vào lớp chọn của trờng hay kỳ thi vào các trờng chuyêncủa tỉnh, các khối trung học phổ thông chuyên của các trờng đại học

b) Để tổ chức bồi dỡng cho học sinh có năng khiếu về hóa học, các hìnhthức tổ chức bồi dỡng thờng đợc thực hiện là:

- Thành lập đội tuyển để bồi dỡng kiến thức, kỹ năng thi học sinh giỏicác cấp

- Tổ chức lớp chọn: lựa chọn những học sinh có kiến thức và năng lực tổchức thành một lớp riêng để các giáo viên dạy có thể nâng cao kiến thức trêncơ sở kiến thức cơ bản trong sách giáo khoa

- Tổ chức trờng chuyên, khối trung học phổ thông chuyên của các trờng

đại học: những học sinh vào học các trờng này đều phải trải qua một kì thituyển chọn nghiêm ngặt, các em đều là những học sinh giỏi của các địa ph-

ơng, có trình độ và năng lực học tập đồng đều nhau do đó việc bồi dỡng, nângcao kiến thức rất thuận lợi Đây cũng là nguồn để đào tạo những học sinh giỏicấp quốc gia, quốc tế

1.3 Thực trạng bồi dỡng học sinh giỏi hóa học của tỉnh Nghệ An

Tỉnh Nghệ An là tỉnh đợc cả nớc đánh giá cao về phong trào học tập.Hàng năm tỉnh đều có số lợng học sinh thi đỗ vào đại học, số học sinh đạt

điểm cao trong các kì thi đại học, số học sinh giỏi quốc gia và quốc tế rất đángkể

Để có đợc những kết quả đó, phải kể đến sự nỗ lực phấn đấu vơn lênkhông ngừng của giáo viên và học sinh trong tỉnh Bên cạnh nâng cao chất l-ợng đại trà thì chất lợng mũi nhọn rất đợc chú trọng, đó là công tác bồi dỡnghọc sinh giỏi Kết quả của những kì thi học sinh giỏi các cấp là nguồn độngviên, cổ vũ rất lớn cho tinh thần thi đua học tập của mỗi trờng

Tuy nhiên, bên cạnh những thành công đó thì công tác bồi dỡng học sinhgiỏi của tỉnh còn có một số vấn đề tồn tại nh:

- Nặng về kiến thức mà ít quan tâm đến phơng pháp t duy

- Cha chú trọng bài tập thực nghiệm liên quan đến kĩ năng thực hành

- Có nhiều phản ứng hóa học khó, phức tạp, giáo viên bắt buộc học sinhphải nhớ một cách máy móc

- Một số giáo viên tham gia công tác bồi dỡng còn hạn chế về kiến thức

và phơng pháp

1.4 Các nội dung về phần cấu tạo chất thờng đợc đề cập trong các đề thi học sinh giỏi hóa của tỉnh Nghệ An

1.4.1 Cấu tạo nguyên tử

Thành phần cấu tạo nguyên tử Nguyên tố hóa học đồng vị Nguyên tửkhối trung bình Cấu hình electron của nguyên tử, của ion Đặc điểm của lớpelectron ngoài cùng

Ví dụ:

- Đề thi năm 2000 - 2001:

M+3 có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3d4

a) Viết cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố M.

b) Xác định vị trí của M trong bảng tuần hoàn (lập luận, không dùngbảng)

c) M có thể có những số oxi hoá nào? Số oxi hoá nào bền nhất? Giảithích?

- Đề thi năm 2005 - 2006:

1) Tổng số hạt mang điện và không mang điện của n nguyên tử của mộtnguyên tố là 18 Xác định tên nguyên tố, viết cấu hình electron của nguyên tửnguyên tố đó

2) Phân tử X có công thức abc Tổng số hạt mang điện và không mang

điện trong phân tử X là 82 Trong đó số hạt mang điện và không mang điện là

22, hiệu số khối giữa b và c gấp 10 lần số khối của a, tổng số khối của b và cgấp 27 lần số khối của a Tìm công thức phân tử đúng của X

1.4 2 Bảng tuần hoàn và định luật tuần hoàn:

quan hệ giữa vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn với cấu hìnhelectron nguyên tử nguyên tố đó Quy luật biến đổi về bán kính nguyên tử, độ

âm điện, năng lợng ion hóa, tính kim loại, phi kim, hóa trị, tính axit – bazơcủa oxit và hiđro xit tơng ứng của các nguyên tố

Ví dụ:

- Đề thi năm 2003 - 2004:

Ba nguyên tố X, Y, Z trong cùng một chu kì, có tổng số hiệu nguyên tử

là 39 Số hiệu nguyên tử của Y bằng trung bình cộng của số hiệu nguyên tửcủa X và Z Ba nguyên tố trên hầu nh không tác dụng với nớc ở nhiệt độ th-ờng

a) Gọi tên, viết cấu hình electron nguyên tử của ba nguyên tố trên và từcấu hình suy ra vị trí của các nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn

b) So sánh (có giải thích): độ âm điện, bán kính nguyên tử , tính bazơ củacác hiđroxit tơng ứng của ba nguyên tố trên.

c) Hãy tách riêng từng oxit trong hỗn hợp oxit của ba nguyên tố trên

1.4.3 Liên kết hóa học

Sự tạo thành liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, quy tắc bát tử, các trờnghợp trái quy tắc bát tử, lai hóa các obitan Viết công thức cấu tạo các chất.Liên kết hiđro, liên kết Vandevan

- Phân loại các oxít trên, nêu tính chất hoá học đặc trng của mỗi loại oxít

và giải thích sự biến thiên tính chất hoá học của mỗi loại oxít

2) Giải thích tại sao BCl3 có thể kết hợp với NH3 cho ra BCl3NH3 và tạisao hai phân tử NO2 có thể kết hợp cho ra N2O4 Viết công thức electron vàcông thức cấu tạo của các hợp chất trên

- Đề thi năm 2002 - 2003:

Viết công thức electron và công thức cấu tạo của SF6 Cho biết trạng tháilai hoá của S trong hợp chất

Chơng II Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản và những

vấn đề cần nâng cao

2.1 Chơng: nguyên tử

2.1.1 Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản

Đối với chơng này, học sinh cần nắm vững những vấn đề sau đây:

1 Vỏ nguyên tử electron (e) Khối lợng: 5,5 10-4 u

Nh vậy: Nguyên tử đợc cấu tạo bởi ba loại hạt cơ bản: p, n, e, trong đó:+ Có hai loại hạt mang điện là p và e, có một loại hạt không mang điện là

n Vì nguyên tử trung hòa điện nên số p bằng số e

+ mp = mn >>me, do đó khối lợng nguyên tử gần bằng tổng khối lợng p

- Là tập hợp những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân (Z+): Z = sốproton = số electron.

- Số khối (A): A = Z + N

- Đồng vị: là những nguyên tử: - Cùng điện tích hạt nhân

- Khác số nơtron (khác A)

- Nguyên tử khối trung bình

2.1.2 Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi

Đối với học sinh giỏi, ngoài việc nắm chắc và vận dụng tốt những kiếnthức cơ bản, các em cần đợc trang bị thêm một số kiến thức để hiểu một cáchsâu sắc về bản chất các kiến thức đã đợc học và để đáp ứng yêu cầu của các

đề thi chọn học sinh giỏi các cấp

Qua tham khảo đề thi học sinh giỏi các tỉnh và đề thi olympic 30 – 4của các tỉnh phía Nam, chúng tôi thấy cần phải bổ sung thêm kiến thức về các

số lợng tử, nguyên nhân của cách viết cấu hình electron của nguyên tử

a) Các số lợng tử

Các số lợng tử n, l, ml xuất hiện khi giải phơng trình Schrodingo đối với

hệ nguyên tử

- Số lợng tử chính n: có vai trò quan trọng nhất, nó có thể nhận những giá

trị nguyên dơng bất kỳ từ một trở đi (n = 1, 2, 3, ……), nó cho biết electronthuộc lớp nào trong nguyên tử (n là số thứ tự của lớp)

- Số lợng tử phụ l (còn gọi là số lợng tử obitan): cùng với số lợng tử chính

xác định năng lợng của obitan của electron Đối với mỗi giá trị của n, l có thểnhận những giá trị nguyên dơng bất kì trong giới hạn từ 0 đến (n-1) Mỗi giátrị của l tơng ứng với một phân lớp electron trong lớp thứ n

Phân lớp s chỉ có một AO: đối xứng cầu trong không gian

Phân lớp p có ba AO: px, py, pz định hớng theo các trục Ox, Oy, Oz.Phân lớp d có năm AO: có năm cách định hớng trong không gian

Sự định hớng trong không gian của các AO thể hiện trong từ trờng vàmỗi cách định hớng ứng với một số lợng tử từ ml ứng với mỗi giá trị của l, ml

có thể nhận bất kỳ giá trị nguyên nào trong giới hạn l, kể cả giá trị 0

Ví dụ: l = 0  ml = 0  có một AO s

l = 1  ml = +1, 0, -1  có ba AO p

l = 2  ml = +2, +1, 0, -1, -2  có 5 AO dVậy ứng với mỗi giá trị l có (2l + 1) giá trị ml Qua đó học sinh hiểu đợctại sao số obitan trong các phân lớp s, p, d, f là 1, 3, 5, 7 obitan

- số lợng tử spin m s: các số lợng tử trên đợc đặc trng cho sự chuyển độngcủa electron trong nguyên tử Tuy nhiên, electron còn có sự chuyển độngriêng: nó có momen động lợng riêng do sự tự quay quanh một trục tởng tợngcủa nó gây ra Vectơ mô tả sự quay đó chỉ có thể định hớng theo hai chiều vàmỗi chiều đó ứng với số lợng tử spin ms = + 1/2 hoặc ms = - 1/2

Nh vậy trạng thái đầy đủ của electron trong nguyên tử đợc đặc trng bằngbốn số lợng tử: n, l, ml, ms

b) Cấu hình electron

Học sinh đã biết sự phân bố các electron trong nguyên tử tuân theonguyên lý Pauli, nguyên lý vững bền và quy tắc Hun Đối với học sinh giỏi,sau khi đã đợc học về các số lợng tử, giáo viên có thể bổ sung thêm cách phátbiểu các nguyên lý và các quy tắc đó theo ngôn ngữ cơ học lợng tử

-Nguyên lý Paoli: Trên 1 obitan chỉ có thể có nhiều nhất là hai electron,

biểu diễn bằng hai mũi tên ngợc chiều nhau (theo cơ học lợng tử: trong mộtnguyên tử, không thể tồn tại hai electron có cùng bốn số lợng tử)

- Nguyên lý vững bền: ở trạng thái cơ bản, các electron lần lợt chiếm

những obitan có mức năng lợng từ thấp đến cao

- Quy tắc Hun: Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên

các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải cóchiều tự quay giống nhau (theo cơ học lợng tử: trong một phân lớp cácelectron đợc sắp xếp nh thế nào để tổng spin là cực đại )  quy tắc Hun 1

- Trật tự các mức năng lợng (quy tắc kinh nghiệm Kletcopxki):

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d……

Cơ sở để sắp xếp các mức năng lợng trên dựa vào các quy tắc sau:

+ Tổng giá trị (n + l) tăng dần

+ Nếu có cùng giá trị (n + l) thì viết theo thứ tự tăng giá trị n

Cần lu ý học sinh cấu hình electron đợc viết theo những nguyên lí và quy

tắc trên là cấu hình electron ở trạng thái cơ bản, đó là trạng thái có năng lợng thấp nhất, những trạng thái có năng lợng cao hơn là trạng thái kích thích.

Ngoài ra, giáo viên cần cung cấp thêm cho các em nội dung quy tắc Hun

2 để xác định bộ số lợng tử của electron trong nguyên tử

- Quy tắc Hun 2: Trong một phân lớp, các electron phân bố vào các obitan

sao cho tổng ml là cực đại

Nghĩa là các electron có khuynh hớng sắp xếp trớc tiên vào obitan có giátrị ml lớn

Ví dụ: Xác định bộ số lợng tử của electron cuối cùng của nguyên tử oxi.

Ta có: O 2s2 2p4

0 +1 0 -1

 bộ số lợng tử của electron cuối cùng của nguyên tử oxi là n = 2, l = 1, ml =+1, ms=- 1/2

c) Một số trờng hợp bất th“ ờng khi xây dựng các lớp electron”

Giáo viên có thể dạy phần này theo phơng pháp nêu vấn đề Ví dụ: Crom

đáng lẽ có cấu hình: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s2 nhng thực tế là

1 5 6 2 6

2

Giải thích: Từ quy tắc Hun 1 ta thấy độ bền của các cấu hình electron

chẳng những phải thể hiện ở các cấu hình electron bão hòa 2 – 8 – 18 – 32

và các phân lớp bão hòa s2 ,p6 ,d10 , f7mà còn thể hiện ở cả cấu hình các phânlớp nửa bão hòa p3, d5

 Trờng hợp của crom: sở dĩ nh vậy vì phân lớp 4s có mức năng lợng xấp xỉphân lớp 3d và cấu hình 3d5 nửa bão hòa là một cấu hình bền vững, ở đây phânlớp 3d đã có 4 electron nên 1 electron của phân lớp 4s đã nhảy vào phân lớp3d để đạt tới cấu hình bền vững (hiện tợng bán bão hòa gấp)

 Trờng hợp của Cu: Nếu cấu hình electron của Cu là

2 9 6 2 6

2

1s s p s p d s thì phân lớp 3d9 cha phải là cấu hình nền vững Vìvậy một electron của phân lớp 4s đã nhảy vào phân lớp 3d để đạt tới cấu hình

3d10 bền vững Do đó cấu hình electron thực tế của Cu là Ar3d104s1 (hiện ợng bão hòa gấp).

t- Trờng hợp của Pd: có cấu hình Kr4d10 5s0 ở đây cả hai electron củaphân lớp 5s nhảy vào phân lớp 4d đã có 8 electron để đạt tới cấu hình 4d10 bềnvững Vì vậy mà phân lớp 5s (do đó cả lớp thứ năm) không có electron nào

Đây là trờng hợp duy nhất trong bảng tuần hoàn mà số lớp electron nhỏ hơn

số chu kì

 Trờng hợp của Nb: Kr4d4 5s1, cũng do khuynh hớng “điền gấp rút”electron ở phân lớp ns vào phân lớp (n - 1)d để tới Mo thì đạt đợc cấu hìnhelectron bền vững (Mo: Kr4d4 5s1)

Các trờng hợp khác giải thích tơng tự

2.2 Chơng: Bảng tuần hoàn và định luật tuần

hoàn

2.2.1.Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản

Trong chơng này học sinh cần nắm vững những vấn đề sau đây:

a) Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn

b) Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

- Ô nguyên tố : số thứ tự của ô = Z = số đơn vị điện tích hạt nhân = sốproton = số electron

- Chu kỳ: Số thứ tự của chu kỳ bằng số lớp electron

+ Chu kỳ nhỏ: là các chu kỳ 1, 2, 3 chỉ gồm các nguyên tố s và nguyên tốp

+ Chu kỳ lớn: là các chu kỳ 4, 5, 6, 7 gồm các nguyên tố s, p, d, f

- Nhóm: Số thứ tự của nhóm bằng số electron hóa trị (trừ hai nhóm cuốicủa VIIIB)

+ Nhóm A: Số thứ tự của nhóm A bằng số electron lớp ngoài cùng, gồmcác nguyên tố s và p

+ Nhóm B: Số thứ tự của nhóm B bằng số electron hóa trị, gồm cácnguyên tố d và f

c) Những đại lợng và tính chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của

điện tích hạt nhân:

- Bán kính nguyên tử

- Năng lợng ion hóa thứ nhất.

- Tính kim loại, tính phi kim

- Tính axit – bazơ của oxit và hiđroxit

- Hóa trị cao nhất của nguyên tố với oxi và hóa trị của nguyên tố phikim với hiđro

d) Định luật tuần hoàn

“Tính chất của các nguyên tố và đơn chất, cũng nh thành phần và tínhchất của các hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó biến đổi tuần hoàn theochiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử ”

Nguyên nhân của định luật tuần hoàn: Theo chiều tăng của điện tích hạt

nhân, có sự biến đổi tuần toàn cấu hình electron nguyên tử các nguyên tố hóahọc

2.2.2 Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi

Qua tham khảo các đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi olimpic, chúng tôithấy cần trang bị thêm cho các em các kiến thức về bán kính ion, một số tr-ờng hợp “bất thờng” của quy luật biến đổi năng lợng ion hóa, nguyên nhâncủa quy luật biến đổi tính axit - bazơ, của các oxit và hiđroxit

a) Bán kính ion

Học sinh đã biết quy luật biến đổi bán kính nguyên tử của các nguyên tốtrong một chu kì và trong một nhóm A Trên cơ sở đó giáo viên có thể đặt câuhỏi:

So sánh bán kính của: - nguyên tử O và ion O2-?

- Bán kính của cation giảm mạnh so với bán kính của nguyên tử trunghòa tơng ứng vì:

+ Sự mất electron làm giảm tác dụng đẩy lẫn nhau của các electron,

do đó làm tăng lực hút của hạt nhân với các electron còn lại, dẫn đến bán kínhnguyên tử giảm

+ Khi mất electron để tạo thành cation với cấu hình khí hiếm thì mất

đi cả lớp vỏ electron

b) Năng lợng ion hóa

Học sinh đã biết giải thích quy luật biến đổi năng lợng ion hóa thứ nhấtcủa các nguyên tố trong chu kì và trong nhóm A Tuy nhiên đối với học sinhgiỏi, cần phải giải thích đợc năng lợng ion hoá thứ nhất của một số nguyên tốtrong chu kì không theo quy luật chung

Giáo viên có thể dạy nội dung này theo phơng pháp nêu vấn đề Chẳnghạn giáo viên đa ra câu hỏi sau:

Cho biết năng lợng ion thứ nhất của nguyên tử các nguyên tố thuộc chukì hai:

a) Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi các giá trị của I1 theo Z Nhận xét?b) Giải thích tại sao các nguyên tố Be, N có năng lợng ion hóa thứ nhất caohơn so với nguyên tố đứng trớc và đứng sau nó?

Từ đó dẫn dắt đến lý thuyết quan trọng:

- Nguyên tố Be có cấu hình electron ngoài cùng là 2s2 bão hòa, nguyên

tố N có cấu hình electron ngoài cùng 2p3 nữa bão hòa là những cấu hình tơng

đối bền, khả năng nhờng electron là rất khó, nên nguyên tử các nguyên tố này

có năng lợng ion hóa I1 khá lớn

Giáo viên yêu cầu học sinh làm bài tập tơng tự: Giải thích tại sao cácnguyên tố B, O có năng lợng ion hóa thứ nhất thấp hơn so với nguyên tố đứngtrớc và đứng sau nó?

hay gặp trong các đề thi chọn học sinh giỏi Do đó giáo viên cần đa ra cáchgiải thích quy luật này đối với học sinh giỏi Qua đó học sinh không chỉ sosánh tính axit bazơ của các oxit, hiđroxit trong một chu kì, trong một nhóm A

mà còn có thể so sánh tính chất của các oxit, hiđroxit của cùng một nguyên tố

Có nhiều yếu tố ảnh hởng đến tính axit – bazơ của các chất nh độ phâncực của liên kết, sự phân cực hóa ion, ảnh hởng của dung môi,…ở đây ta chỉ

xét dung môi là nớc và ta chú ý đến hai yếu tố quan trọng là độ phân cực của

liên kết và độ bền của liên kết.

- Về độ phân cực của liên kết, ta có thể dựa vào sự khác nhau về độ âm

điện của các nguyên tử trong phân tử Trong dung môi phân cực nh H2O, liênkết càng phân cực càng dễ bị phân li thành các ion tơng ứng

- Về độ bền của các liên kết, ta có thể dựa vào mật độ điện tích (âm

hoặc dơng) của nguyên tử các nguyên tố tạo axit Mật độ điện tích của cácnguyên tử là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hởng đến độ bền của liênkết

Mật độ điện tích của một nguyên tử trong hợp chất ion đợc xác định gần

đúng bằng tỉ số điện tích của ion chia cho thể tích của nó

Đối với hợp chất cộng hóa trị thì điện tích cộng hóa trị của nguyên tử coigần đúng bằng số oxi hóa của nó, còn bán kính đợc coi là bán kính ion với giảthiết là nguyên tử mất đi một số electron để tạo thành ion với điện tích bằng sốoxi hóa Nh đã biết, khi một nguyên tử ở trạng thái số oxi hóa càng cao thì bánkính càng nhỏ và độ âm điện tơng ứng càng tăng

Sự biến đổi tính chất axit – bazơ của các hidrua

- Trong một chu kì: Đối với dãy hidrua NH3, H2O, HF chẳng hạn độ âm

điện tăng dần từ N đến F, độ phân cực của liên kết N – H, O – H, F – Hcũng tăng dần, trong dung môi phân cực (H2O), H+ càng dễ bị tách ra

Mặt khác, bán kính nguyên tử N, O, F không khác nhau nhiều lắm, sốoxi hóa âm lại giảm từ N đến F, do đó mật độ điện tích âm ngày càng giảmdần, độ bền liên kết N – H, O – H, F – H giảm dần, khả năng phân li H+tăng Vì vậy từ NH3 đến HF, tính axit tăng dần

- Trong một nhóm A: Trong trờng hợp các hiđrohalogenua chẳng hạn, có

sự giảm độ phân cực của liên kết H – X từ HF đến HI, nhng do bán kínhnguyên tử tăng từ flo đến iot, số oxi hóa lại nh nhau (-1) nên mật độ điện tích

giảm dần từ F đến I, dẫn đến độ bền liên kết H – X giảm, khả năng phân li

H+ tăng Do đó tính axit tăng dần từ HF đến HI

Sự biến đổi tính axit – bazơ của các oxit và hiđroxit của các nguyên tố

Quy luật:

- Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, tính axit của các hiđroxit ứng với

số oxi hóa lớn nhất tăng dần, đồng thời tính bazơ giảm dần

- Trong một nhóm A, đi từ trên xuống, tính axit của hiđroxit ứng với số

oxi hóa nh nhau giảm dần, đồng thời tính bazơ của chúng tăng dần

Ta sẽ giải thích quy luật trên dựa vào hai yếu tố:

+ ảnh hởng của độ âm điện của nguyên tố trung tâm (yếu tố độ phân cựccủa liên kết)

+ ảnh hởng của mật độ điện tích của nguyên tố trung tâm (yếu tố độ bềncủa liên kết)

ảnh hởng của độ âm điện của nguyên tố trung tâm

Trong dung môi phân cực ( H2O ), các hiđroxit R – O – H có thể phân

li theo kiểu bazơ hoặc theo kiểu axit:

Sự phân li theo kiểu bazơ sẽ xảy ra u tiên nếu liên kết R - O trong phân

tử hiđroxit phân cực hơn liên kết O – H Ngợc lại, nếu liên kết O – H phâncực hơn liên kết R - O thì sự phân li sẽ diễn ra u tiên theo kiểu axit

Nếu độ phân cực của hai liên kết trong R – O – H xấp xỉ nh nhau thìhiđroxit sẽ có tính axit yếu hoặc bazơ yếu và đó là hiđroxit lỡng tính Trongmôi trờng axit, hiđroxit sẽ thể hiện tính bazơ và trong môi trờng bazơ, hiđroxit

sẽ thể hiện tính axit

Độ phân cực của các liên kết R – O, và O – H phụ thuộc vào độ âm

điện của các nguyên tố R, O, H

Hiệu số độ âm điện của R và oxi càng lớn thì liên kết R – O càng phâncực, trong các phân tử hiđroxit, hiệu số độ âm điện của oxi và hiđro tuy là nhnhau nhng liên kết O - H càng ít phân cực hơn (vì mật độ electron trên liên kết

bị dồn về phía H)

Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, độ âm điện của các nguyên tố tăng

Đối với một số nguyên tố, khi số oxi hóa tăng thì độ âm điện cũng tăng.

Chẳng hạn, độ âm điện của Fe đối với Fe+2 là 1,8; đối với Fe+3 là 1,9; đối với

Cu+1 là 1,9; đối với Cu+2 là 2,0; đối với Sn +2 là 1,8; đối với Sn+4 là 1,9,…

Do đó hiệu số độ âm điện giảm dần, độ phân cực của liên kết R – Ocàng giảm: số oxi hóa tăng lên thì tính bazơ của hiđroxit giảm dần, tính axittăng dần

ảnh hởng của mật độ điện tích của nguyên tử trung tâm

Ta đã biết rằng, một trong những yếu tố ảnh hởng đến độ bền tơng đốicủa các liên kết trong phân tử hiđroxit R – O – H là mật độ điện tích d ơngcủa nguyên tố trung tâm R Nếu mật độ điện tích dơng của nguyên tố trungtâm R không lớn (đặc biệt lại kết hợp với điều kiện các obitan bên ngoài đã

đầy đủ) thì trong dung môi phân cực liên kết giữa R – O kém bền hơn là liênkết O – H, hiđroxit phân li theo kiểu bazơ

Ví dụ: NaOH.aq  Na+.aq + OH-.aq

Nguyên tử trung tâm có mật độ điện tích dơng cao sẽ làm tăng khuynh ớng đẩy H+ ra khỏi phân tử hiđroxit, đồng thời làm tăng thêm mật độ electrontrên liên kết R – O và làm tăng độ bền của liên kết này Trong nớc, hiđroxit

h-sẽ phân li theo kiểu axit

Ví dụ: HMnO4  H+.aq + 

4

MnO aq

Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, bán kính nguyên tử (và bán kínhion tơng ứng) của các nguyên tố giảm dần Vì vậy mật độ điện tích dơng của

nguyên tử trung tâm của các hiđroxit với số oxi hóa bằng nhau tăng dần Do

đó sự phân li theo kiểu bazơ của các hiđroxit ngày càng khó khăn Sự phân litheo kiểu axit ngày càng thuận lợi

Nh vậy trong một chu kì, đi từ trái sang phải, tính bazơ của các hiđroxitgiảm dần, tính axit tăng dần

Nếu nguyên tử trung tâm có mật độ điện tích trung bình, cả hai liên kết R– O và O – H có độ bền tơng đơng nhau thì cả sự phân li theo kiểu bazơ vàaxit đều khó khăn Cả tính bazơ và axit đều yếu Đó là trờng hợp các hiđroxitlỡng tính

Trờng hợp nguyên tử trung tâm của các hiđroxit có số oxi hóa ứng với số nhóm: Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, mật độ điện tích càng tăng

nhanh hơn so với trờng hợp trên, sự thay đổi tính chất axit – bazơ cũng theochiều hớng trên nhng nhanh hơn

Ví dụ: các hiđroxit thuộc chu kì 3

+1 +2 +3 +4 +5 +6 +7NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO4 Bazơ kiềm bazơ lỡng tính axit yếu axit axit mạnh axit

trung bình rất mạnh

Trong một nhóm A, đi từ trên xuống dới, bán kính nguyên tử (và bán kính

ion tơng ứng) tăng dần, mật độ điện tích dơng của nguyên tử trung tâm củacác nguyên tố có cùng số oxi hóa giảm dần Do đó tính axit yếu dần, tính bazơtăng dần

Ví dụ: Các hiđroxit thuộc nhóm II A.

Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2

Lỡng tính bazơ bazơ mạnh bazơ mạnh bazơ mạnh

Đối với một nguyên tố có nhiều trạng thái oxi hóa: Khi số oxi hóa của

một nguyên tố tăng thì có sự giảm tơng ứng bán kính nguyên tử, mật độ điệntích của ion trung tâm tăng lên, do đó tính bazơ giảm dần, tính axit tăng dần

Nhận xét:

Ta thấy quy luật biến đổi tính axit, bazơ của các oxit và hiđroxit của cácnguyên tố phù hợp với quy luật biến đổi tính kim loại và tính phi kim, giáoviên có thể đa ra một sơ đồ để học sinh dễ nhớ:

Tạo ra tạo ra

Trong một chu kì đi từ trái sang phải:

- Tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần

- Tính bazơ của các hiđroxit giảm dần, tính axit tăng dần

Trong một phân nhóm chính, đi từ trên xuống dới:

- Tính kim loại tăng dần, tính phi kim giảm dần

- Tính bazơ của các hiđroxit tăng dần, tính axit giảm dần

Có thể thấy tính bazơ của hiđroxit có mối liên quan tỉ lệ thuận với tínhkim loại của nguyên tố, tính axit có mối liên quan tỉ lệ thuận với tính phi kimcủa nguyên tố

Đối với các hiđroxit của cùng một nguyên tố: Ta thấy nguyên tố phi kim

thờng thể hiện mức số oxi hóa dơng cao, do đó một nguyên tố thể hiện nhiều

số oxi hóa thì số oxi hóa dơng cao càng thể hiện tính phi kim, số oxi hóa dơngcàng thấp càng thể hiện tính kim loại Nh vậy khi số oxi hóa tăng thì tính bazơgiảm, tính axít tăng

2.3 Chơng: Liên kết hóa học

2.3.1 Tóm tắt nội dung lý thuyết cơ bản

Trong chơng này học sinh cần nắm vững những kiến thức sau đây:

Các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành phân tử hay tinh thể là để

đạt tới cấu hình bền vững hơn (trạng thái có năng lợng thấp hơn)

Quy tắc bát tử

Nguyên tử của các nguyên tố có khuynh hớng liên kết với các nguyên tửkhác để đạt đợc cấu hình electron vững bền của các khí hiếm với 8 electron(hoặc 2 electron đối với heli) ở lớp ngoài cùng

a) Liên kết ion

- Là liên kết đợc tạo thành do lực hút tĩnh điện của các ion mang điệntích trái dấu.

- Điều kiện liên kết: xảy ra giữa những nguyên tố khác hẳn nhau về bảnchất hóa học (thờng xảy ra với các kim loại điển hình và phi kim diển hình)

Có thể dựa vào hiệu độ âm điện:   1 , 7 là liên kết ion

- Điều kiện liên kết: xảy ra giữa những nguyên tố giống nhau hoặc gầngiống nhau về bản chất hóa học (thờng xảy ra với các nguyên tố phi kim nhómIVA, VA, VIA, VIIA) hoặc có thể dựa vào hiệu độ âm điện: 0 , 0   <0,4

là liên kết cộng hóa trị không cực; 0 , 4   <1,7 là liên kết cộng hóa trị cócực

- Khái niệm về lai hóa, lai hóa sp, sp2, sp3

c) Liên kết kim loại

- Là liên kết đợc hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trongmạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do

- Sự giống nhau và khác nhau của liên kết kim loại với liên kết cộng hóatrị

d) Tinh thể ion, tinh thể nguyên tử, tinh thể phân tử và tinh thể kim loại

Tinh thể ion Tinh thể nguyên

tử

Tinh thể phântử

Tinh thể kimloạiKhái

niệm

Tinh thể ion

đ-ợc hình thành từ

những ionmang điện tích

Tinh thể kimloại đợc hìnhthành từ nhữngion, nguyên tửkim loại vàcác electron tựdo.Lực

Lực liên kết làlực tơng tácphân tử

Lực liên kết cóbản chất tĩnh

điện

tính

- Bền-Khó nóng chảy

- Khó bay hơi

Nhiệt độ nóngchảy và nhiệt độsôi cao

- ít bền

- độ cứng nhỏ-Nhiệt độnóng chảy vànhiệt độ sôithấp

- ánh kim

- Dẫn điện, dẫnnhiệt tốt

- dẻo

e) Hóa trị và số oxi hóa

- Hóa trị trong hợp chất ion

- Hóa trị trong hợp chất cộng hóa trị

- Khái niệm và cách xác định số oxi hóa

2.3 2 Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dỡng cho học sinh giỏi

Qua tham khảo các đề thi chọn học sinh giỏi, chúng tôi thấy cần bổ sungthêm lý thuyết cho học sinh về các vấn đề: lai hóa, liên kết hiđro, liên kếtVandevan Ngoài ra học sinh cũng cần nắm đợc các khái niệm về trạng tháikích thích của nguyên tử để có thêm electron độc thân, độ bội của liên kếtcộng hóa trị, cấu tạo cộng hởng,… để hiểu sâu sắc hơn về liên kết cộng hóatrị

a) Sự kích thích nguyên tử

Các trạng thái có năng lợng cao hơn trạng thái cơ bản đều là trạng tháikích thích Ta thờng quan tâm đến hai trạng thái kích thích sau:

- Sự kích thích nguyên tử để tăng thêm số electron độc thân

Giáo viên có thể dạy nội dung này theo phơng pháp nêu vấn đề

Học sinh đã biết: mỗi liên kết cộng hóa trị đợc hình thành do sự ghép đôihai 2 electron độc thân có spin ngợc nhau của hai nguyên tử tham gia liên kết

Ví dụ: ở trạng thái cơ bản nguyên tử O có hai electron độc thân:

nên có thể kết hợp với hai nguyên tử H (mỗi nguyên tử có mộtelectron độc thân ( ) để tạo thành phân tử H2O

: O

. + 2 H H . .O..H

Còn nguyên tử C ở trạng thái cơ bản có hai electron độc thân :

, nhng tại sao C có thể tạo thành phân tử CH4?



Đó là do nguyên tử C có thể chuyển sang trạng thái kích thích để có bốnelectron độc thân , nên nó có thể liên kết với bốn nguyên

tử H để tạo thành phân tử CH4

Nh vậy, trong một số trờng hợp, số electron độc thân tăng lên do sự kíchthích nguyên tử Sự kích thích nguyên tử cần một năng lợng xác định đã làmtách một hay một số cặp electron đã ghép đôi ở lớp vỏ ngoài của nguyên tửthành electron độc thân và năng lợng này đợc bù đắp khi hình thành liên kếthoá học

tử nhận sẽ đa ra obitan trống để xen phủ với nhau

Nguyên tử oxi để có obitan trống thì phải chuyển sang trạng thái kíchthích (dồn electron lại)

Cần lu ý học sinh: Một liên kết hóa học chỉ bền vững khi sự hình thành

nó có kèm theo giải phóng năng lợng Trạng thái kích thích của nguyên tử chỉtồn tại nếu năng lợng thoát ra khi hình thành liên kết vợt hẳn (về trị số tuyệt

đối) năng lợng kích thích nguyên tử Do đó sự kích thích nguyên tử thờng chỉxảy ra giữa các mức năng lợng xấp xỉ nhau (giữa các phân lớp trong cùng mộtlớp)

b) Độ bội của liên kết cộng hóa trị

- Độ bội của liên kết giữa hai nguyên tử bằng số liên kết giữa chúng,nghĩa là bằng số cặp electron giữa hai nguyên tử

- Độ bội của liên kết càng lớn thì liên kết càng bền và độ dài liên kếtcàng ngắn.

c) Cấu tạo cộng hởng, liên kết  giải tỏa

Ví dụ: ion CO2 

3 ta có thể biểu diễn bằng các công thức cấu tạo sau:

O C

O

O

O C

O

O

O C

O

O -

3 là:

O C

O

O

.

.

2-Trong đó liên kết  đã giải tỏa đều trên ba liên kết đơn C – O

Sự cộng hởng các cấu tạo tơng đơng nhau còn có ở một số trờng hợp nh:

d) Sự lai hóa các obitan nguyên tử

Học sinh đã nắm vững đợc khái niệm về lai hóa, các dạng lai hóa sp, sp2,

sp3 Tuy nhiên đối với học sinh giỏi, các em cần phải biết đợc điều kiện laihóa bền, các trạng thái lai hóa sp3d, sp3d2, dsp2,….và dự đoán đợc trạng thái laihóa của nguyên tử trong phân tử cụ thể

Điều kiện lai hóa bền: Trạng thái lai hóa của một nguyên tử cũng đợc

coi là một trạng thái kích thích của nó Muốn chuyển nguyên tử từ trạng tháicơ bản sang trạng thái lai hóa phải tốn một năng lợng – năng lợng kích thích.Năng lợng này đợc bù trừ bởi năng lợng thoát ra khi hình thành liên kết Nhvậy một lai hóa sẽ càng bền vững khi hiệu các mức năng lợng của các obitan

nguyên tử tinh khiết càng bé và năng lợng của liên kết tạo ra bởi obitan lai hóacàng lớn.

Từ đây ta suy ra điều kiện lai hóa bền phải là:

- Năng lợng các obitan lai hóa thấp và xấp xỉ bằng nhau

- Độ xen phủ của obitan lai hóa với các obitan nguyên tử khác thamgia liên kết phải lớn

Khả năng hình thành các trạng thái lai hóa của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Từ điều kiện lai hóa bền ta suy ra:

- Trong một chu kì, khả năng giảm dần từ trái sang phải, vì theo chiều

đó hiệu các mức năng lợng của các obitan tham gia vào sự lai hóa tăng lên

- Trong một nhóm A, khả năng giảm từ trên xuống dới vì năng lợng các

AO hóa trị tăng dần, mặt khác, sự tăng bán kính nguyên tử làm tăng độ dàiliên kết và do đó sự xen phủ của các obitan lai hóa giảm, năng lợng đợc giảiphóng không đủ để bù trừ cho năng lợng kích thích

Ví dụ: Các nguyên tố Si, P, S, Cl của chu kì ba tạo thành các ion SiO 4 

Dãy NH3 - PH3 – AsH3 – SbH3 của nhóm VA, khi đi từ trên xuống dớitrong nhóm, khả năng lai hóa sp3 giảm dần, dẫn đến góc hóa trị và độ bền liênkết giảm dần

Các kiểu lai hóa

Ngoài ba kiểu lai hóa sp, sp2, sp3 đã đợc học, học sinh cần biết thêm cáckiểu lai hóa sau:

- Lai hóa sp3d: (lỡng chóp tam giác)

- Lai hóa dsp2: (vuông phẳng )

- Lai hóa sp3d2: (lỡng chóp tứ giác )

Dự đoán kiểu lai hóa và cấu trúc hình học của phân tử

Khi biết đợc thứ tự liên kết các nguyên tử trong phân tử ta có thể dự đoán

đợc kiểu lai hóa các AO hóa trị của một nguyên tử X bất kì trong phân tử dựavào tổng số sau:

Số liên kết  của X với các nguyên tử xung quanh cộng với số cặpelectron hóa trị của X cha tham gia liên kết

Nếu tổng số này bằng hai có lai hóa sp, bằng ba có lai hóa sp2, bằng bốn

có lai hóa sp3, …

Cần lu ý học sinh: Quy tắc trên là để “dự đoán” kiểu lai hóa để biết đợc

chính xác kiểu lai hóa, cần phải dựa vào dạng hình học phân tử, góc liên kết,

độ dài liên kết, tính chất của phân tử hay ion,… đợc xác định bằng thựcnghiệm Nh vậy thuyết lai hóa có vai trò giải thích hơn là tiên đoán dạng hìnhhọc của phân tử

e) Thuyết về sự đẩy của các cặp electron (mô hình VSEPR)

Cấu trúc hình học của phân tử cũng có thể đợc giải thích bằng thuyết về

sự đẩy của các cặp electron

Nội dung của thuyết: Mọi cặp electron liên kết và không liên kết (cặpelectron tự do) của lớp ngoài đều c trú thống kê ở cùng khoảng cách đến hạtnhân, trên bề mặt quả cầu mà hạt nhân nằm ở tâm Các cặp electron này sẽ ở

vị trí xa nhau nhất để lực đẩy cuả chúng giảm đến cực tiểu

Ví dụ: Phân tử BeH2: lớp ngoài cùng của Be lúc này có hai cặp electron,

để lực đẩy của hai cặp electron này là nhỏ nhất thì chúng phải đợc phân bốtrên một đờng thẳng Vậy phân tử BeH2 có dạng đờng thẳng

H : Be : H hay H – Be – H

- Phân tử CH4: lớp ngoài cùng của phân tử C lúc này có bốn cặp electron,

để lực đẩy lẫn nhau của bốn cặp electron này là nhỏ nhất thì chúng phải đợcphân bố trên bốn đỉnh của hình tứ diện đều, tâm tứ diện là C Phân tử CH4 códạng hình tứ diện đều

Ta thấy cấu trúc hình học của phân tử theo thuyết lai hóa hay theo thuyết

về sự đẩy của các cặp electron cũng gần tơng tự nhau Tuy nhiên, vận dụngthuyết về sự đẩy của các cặp electron để giải thích về sự sai khác góc liên kếtcủa phân tử so với góc chuẩn đợc tạo ra theo mô hình lai hóa là rất thuận lợi.Khi giải thích các góc liên kết, cần phải phân biệt sự khác nhau giữa cáccặp electron liên kết và không liên kết, giữa một liên kết đơn và một liên kếtbội, giữa một liên kết có cực và liên kết không có cực:

- Một cặp electron không liên kết chỉ bị hạt nhân của nguyên tử trungtâm hút Nó chiếm một vùng không gian lớn hơn cặp electron liên kết Chínhvì vậy tơng tác đẩy giữa hai cặp electron không liên kết là lớn hơn cả Rồi đếntơng tác đẩy giữa một cặp electron liên kết và một cặp electron không liên kết.Nhỏ nhất là tơng tác đẩy giữa hai cặp electron liên kết Nh vậy sự có mặt củacặp electron tự do đã gây ra sự giảm góc liên kết.

CH

sẽ gây tác dụng ngợc lại.Ví dụ:

F

C

O O

N H

Liên kết Vandevan là liên kết giữa các nguyên tử và phân tử trung hòa,

mà sự phát sinh ra nó không kèm theo sự truyền electron giữa các nguyên tử.Lực Vandevan cũng có bản chất điện song còn có một số đặc điểm khác vớilực liên kết hóa học nh: có năng lợng rất bé, không bão hòa và thể hiện trênnhững khoảng cách tơng đối lớn

Tùy thuộc vào bản chất của các phân tử mà có thể chia tơng tácVandevan thành mấy loại sau:

phân cực thì dới ảnh hởng của điện trờng gây ra bởi lỡng cực phân tử của phân

tử phân cực, các phân tử không phân cực bị cảm ứng điện và xuất hiện lỡngcực cảm ứng Sau đó các phân tử hút nhau bằng các cực ngợc dấu Lỡng cựccảm ứng càng mạnh khi phân tử có momen lỡng cực càng lớn và phân tửkhông phân cực càng dễ bị phân cực cảm ứng

- Tơng tác khuếch tán: là tơng tác xuất hiện nhờ các lỡng cực tạm thời

xuất hiện trong phân tử

Trong phân tử (phân cực cũng nh không phân cực) có các electron luônluôn chuyển động và các nhân nguyên tử luôn luôn dao động quanh vị trí cânbằng nên sự phân bố các điện tích dơng và điện tích âm thờng xuyên bị lệchkhỏi vị trí cân bằng làm xuất hiện những lỡng cực tạm thời trong phân tử L-ỡng cực tạm thời luôn xuất hiện, triệt tiêu, đổi dấu…và có tác dụng cảm ứng

đối với các phân tử bên cạnh, do đó các phân tử không phân cực cũng có thểhút lẫn nhau nhờ lỡng cực tạm thời này Loại lực hút này gọi là lực khuếchtán

.

Hình: Sự xuất hiện của lỡng cực tạm thời và lực khuếch tán

Lực khuếch tán phát sinh ra không những giữa các nguyên tử hay phân

tử không có cực mà cả ở các phân tử có cực và hợp chất ion Đây là lực Vandevan phổ biến nhất

Tóm lại lực Vandevan bao gồm ba loại tơng tác, tùy thuộc vào bản chất

mà lực nào đóng vai trò chủ đạo, chẳng hạn đối các phân tử phân cực lớn nh

H2O thì tơng tác định hớng là tơng tác chủ yếu, còn đối với các khí hiếm thìlực khuếch tán là chủ yếu

Trên đây là các tơng tác hút, nó giảm rất nhanh khi khoảng cách tăng lên.Khi các phân tử (hoặc nguyên tử) đi lại gần nhau đến mức nào đó, vỏ electron

của chúng xen phủ vào nhau làm xuất hiện lực đẩy giữa các phân tử Lực đẩycàng lớn khi khoảng cách giữa hai phân tử càng nhỏ.

Đặc điểm của lực Vandevan: Do tơng tác khuếch tán có vai trò lớn trong

tơng tác hút giữa các phân tử nên lực Vandevan phụ thuộc mạnh vào độ bịphân cực của phân tử, mà độ bị phân cực này tăng lên theo kích thớc của phân

tử (hay theo chiều tăng khối lợng phân tử )

Khi nguyên tử hiđro liên kết với các nguyên tử có độ âm điện lớn.Nguyên tử hiđro gần nh trở thành hạt proton H+, một hạt nhân trần trụi không

có vỏ electron Hạt proton mang điện dơng dễ dàng tham gia tơng tác hút vớicực âm của phân tử khác Nh vậy hai phân tử này liên kết đợc với nhau nhờnguyên tử hiđro, ngời ta gọi liên kết đó là liên kết hiđro (đợc biểu diễn bằngdấu ba chấm):

A H B liên kết hiđro

Vì H+ không có vỏ electron, do đó liên kết hiđro chỉ có lực hút mà không

có lực đẩy Các ion dơng khác nh Li+, Na+ không tạo đợc liên kết hiđro.Nếu A, B thuộc về hai phân tử khác nhau, liên kết hiđro là liên phân tử.Nếu A, B thuộc về một phân tử, liên kết hiđro là nội phân tử

Bản chất liên kết hiđro

Dựa trên hai cơ sở

- Tơng tác tĩnh điện giữa các đầu khác dấu của các vi lỡng cực: liên kết

hiđro sinh ra càng mạnh khi nguyên tố liên kết với nó có độ âm điện càng lớn,bởi vậy liên kết hiđro chỉ đặc trng cho hợp chất của F, O, N ( đôi khi cả Cl)

- Tơng tác cho nhận: do nguyên tử hiđro bị phân cực dơng mạnh mà

obitan 1s của nó bị trống 1 phần và có thể nhận một phần bổ sung nào đó từcặp electron tự do của nguyên tử tạo liên kết hiđro với nó, do đó liên kết hiđro

có tính định hớng

Ví dụ: liên kết hiđro giữa các phân tử nớc.

H O H

H

O H

H O

ảnh hởng của liên kết hiđro liên phân tử đến tính chất của các chất

- Năng lợng của liên kết hiđro vào khoảng 20 – 40 KJ/mol (lớn hơnlực liên kết Vandevan, nhng nhỏ hơn liên kết cộng hóa trị rất nhiều lần), do đólàm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất

- ảnh hởng đến khả năng hòa tan giữa các chất lỏng: Những chất cóliên kết hiđro thì rất dễ hòa tan vào nhau, do sự tạo thành liên kết hiđro giữacác chất tan và dung môi làm tăng độ phân tán của chất tan trong dung môi

- Liên kết hiđro đã giải thích tại sao ở thể hơi hoặc trong dung dịch,một số hợp chất ở trạng thái đa phân tử

CHƯƠNG III LựA CHọN Hệ THốNG CÂU HỏI Lý THUYếT Và

BàI TậP

3.1 Nguyên tắc lựa chọn

Trong sách giáo khoa, sách bài tập và nhiều sách tham khảo của các tácgiả có uy tín, số lợng bài tập về nguyên tử - định luật tuần hoàn, hệ thốnghuần hoàn – liên kết hóa học khá nhiều Thời gian học tập của học sinh là cóhạn, việc lựa chọn bài tập để bồi dỡng kiến thức cho học sinh là rất quantrọng, đòi hỏi ngời giáo viên phải đầu t nhiều thời gian vào việc chọn bài tập.Dựa trên kinh nghiệm giảng dạy của bản thân trong công tác bồi dỡnghọc sinh giỏi và qua tham khảo ý kiến của một số giáo viên giỏi khác Trên cơ

sở phân tích kĩ lỡng tác dụng của từng bài tập, chúng tôi đã lựa chọn các bàitập đa ra trong luận văn này theo những nguyên tắc sau đây:

- Rèn luyện cho học sinh kỹ năng mới trong tính toán

- Củng cố và rèn luyện một nội dung kiến thức

- Khi giải bài tập, nếu nóng vội, học sinh có thể sẽ bị nhầm lẫn, làm saikết quả, sau khi đợc hớng dẫn thì các em sẽ nhớ lâu hơn

- Cung cấp một nội dung kiến thức mới trên cơ sở kiến thức đã có

- Cung cấp một dạng bài tập mới và phơng pháp giải dạng bài tập đó.Các bài tập có thể đáp ứng một hay nhiều trong những nguyên tắc trên.Mỗi bài tập rèn luyện một kỹ năng tính toán hay một nội dung kiến thức khácnhau Tập hợp các bài tập trong một chơng phải làm cho học sinh nắm chắc vàvận dụng linh hoạt các kiến thức của chơng đó Chúng tôi đã chia thành cácdạng bài tập, mỗi dạng có nhiều bài tập phong phú xoay quanh một chủ đề.Cách học này học sinh rất có hứng thú, vì sau một vài ví dụ giáo viên hớngdẫn cụ thể, các em đã nắm đợc kiến thức lý thuyết và phơng pháp giải đối vớidạng đó, các em có thể tự làm những bài tập tiếp theo Học sinh sẽ nắm vững

lý thuyết và hình thành các kĩ năng trong giải bài tập

Sau các dạng bài tập rèn luyện, củng cố kiến thức và kĩ năng, đề tài có đa

ra dạng bài tập trắc nghiệm khách quan Đây là dạng bài tập mới, có nhiều u

điểm, đợc khuyến khích đa vào để đánh giá học sinh theo hớng đổi mới đánhgiá kết quả học tập của học sinh hiện nay

Do mỗi câu trắc nghiệm khách quan chỉ làm trong khoảng thời gian từmột đến hai phút nên học sinh phải trả lời nhanh các câu hỏi Dạng bài tập này

có tác dụng rèn trí thông minh, nhạy bén, sắc sảo khả năng phát hiện nhanhvấn đề cho học sinh Đây là tố chất quan trọng để đảm bảo thành công trongxã hội phát triển hiện nay

Đối với bài trắc nghiệm kiểm tra kiến thức lý thuyết, yêu cầu học sinhcần nắm chắc lý thuyết và vận dụng linh hoạt kiến thức lý thuyết trong nhữngtình huống khác nhau.

Đối với bài trắc nghiệm có tính toán, để tìm ra đáp án đúng một cáchnhanh nhất, học sinh cần có những nhận xét sắc sảo phát hiện ra vấn đề, đó làmối quan hệ giữa các đại lợng nh: số hiệu nguyên tử, số nơtron, số proton, sốmol, khối lợng mol phân tử, thể tích các chất khí, …… Dựa vào những mốiquan hệ đặc biệt ấy, giáo viên xây dựng những bài toán có thể giải nhanhdùng làm câu hỏi trắc nghiệm khách quan

3.2 Câu hỏi lý thuyết và bài tập chơng I: nguyên tử

Trong chơng I, yêu cầu học sinh phải nắm đợc những kiến thức về thànhphần cấu tạo nguyên tử, mối quan hệ giữa các hạt electron, proton, nơtrontrong nguyên tử, khái niệm về nguyên tố hóa học, cách tính nguyên tử khốitrung bình, cách sắp xếp các electron trong lớp vỏ nguyên tử, cách viết cấuhình electron…

Chúng tôi đã chia ra thành các dạng bài tập xếp theo trình tự kiến thứctrong sách giáo khoa nh sau:

Dạng 1 Mối quan hệ giữa các hạt cấu tạo nguyên tử

Đây là dạng bài tập hay gặp nhất trong các bài tập về nguyên tử Khithiết kế các bài tập này, giáo viên dựa vào đặc điểm của các hạt cơ bản cấu tạonguyên tử, mối quan hệ giữa các hạt đó, quan hệ giữa các hạt đó với khối lợngnguyên tử, khối lợng phân tử, …

Ví dụ 1 Tổng số proton, nơtron, electron trong nguyên tử của nguyên tố

X là 155, số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 33 hạt Tính

số proton, số nơtron và viết kí hiệu nguyên tử của nguyên tố X

Phân tích cách giải: Nếu gọi số proton, số nơtron, số electron trong X là

P, N, E trong đó P = E = Z thì ta có hai ẩn là Z và N Dựa vào hai dữ kiệntrong bài lập hai phơng trình đối với hai ẩn này Từ đó trả lời đợc yêu cầu củabài

155 2

N Z N Z

- Giải các bài tập này học sinh đã nắm vững mối quan hệ giữa các hạtcơ bản (p, n, e) của nguyên tử.

- Biết cách giải bài toán đơn giản tìm tên nguyên tố khi lập đợc số

ph-ơng trình bằng số ẩn

- Rèn luyện kĩ năng tính toán, giải phơng trình, viết kí hiệu nguyên tử

Ví dụ 2 Hợp chất MX3 có tổng số proton, nơtron, electron là 196, trong

đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 60 Nguyên tử khốicủa X lớn hơn so với M là 8 Tổng 3 loại hạt trong nguyên tử X nhiều hơntrong M là 12 Xác định M và X, ghi kí hiệu nguyên tử của hai nguyên tố M

và X Viết công thức hóa học của MX3

Phân tích cách giải: Ta có bốn ẩn là ZM, NM, ZX, NX, bài ra cho bốn dữkiện Lập bốn phơng trình toán học ứng với bốn dữ kiện, giải tìm ra các ẩn Từ

đó trả lời đợc yêu cầu của bài

Giải: Gọi số hiệu nguyên tử và số nơtron của M và X lần lợt là ZM, NM,

2 ( 2

8 )

(

6 0 3

6 2

1 96 )

( 3 2

M M

X X

M M

X X

X M

X M

X X

M M

N Z

N Z

N Z

N Z

N N

Z Z

N Z

N Z

13

18 ,

17

M M

X X

N N

N Z

Tác dụng của bài tập

- Bài tập này ở mức độ khó hơn so với bài một, qua bài tập này học sinhbiết đợc cách tính số hạt proton, nơtron, electron trong hợp chất

- Học sinh biết giải loại bài tập tìm công thức hợp chất dựa vào mốiquan hệ của các hạt proton, nơtron, electron trong hợp chất, bằng cách lập sốphơng trình bằng số ẩn

- Rèn luyện kỹ năng giải hệ nhiều phơng trình, viết ký hiệu nguyên tử

Ví dụ 3 Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong nguyên tử bền của

các nguyên tố X, Y, Z lần lợt là 21, 34, 58 Biết Z là kim loại Xác định X, Y,

Z và tính nguyên tử khối gần đúng của mỗi nguyên tử X, Y, Z

Phân tích cách giải:

Gọi  là tổng số hạt proton, nơtron, electron của nguyên tử, ta thấy mỗinguyên tử lập đợc một phơng trình là 2Z + N = 

Có hai ẩn mà chỉ có một phơng trình (số ẩn nhiều hơn số phơng trình),

nh vậy phải tìm cách biện luận

Cần lu ý: Đối với các nguyên tử bền (Z ≤ 82) thì: 1 1,5

Z

N

(trừ H) (*)Dựa vào đặc điểm này để biện luận

Tác dụng của bài tập:

- Giải bài tập này học sinh biết cách biện luận xác định tên nguyên tốnếu chỉ biết tổng số hạt proton, nơtron, electron

- Biết thêm kiến thức mới: 1   1 5

Z

N

( đối với nguyên tử bền, trừ H)

- Phát triển t duy: phân tích, suy luận

- Rèn luyện kỹ năng: biến đổi bất phơng trình

Ví dụ 4 Trong hợp chất M a R b, R chiếm 6,67% về khối lợng Biết a + b

= 4 Trong nguyên tử R, số nơtron bằng số proton, còn trong nguyên tử M sốnơtron nhiều hơn số proton là 4 hạt Trong M a R b, tổng số proton là 84 hạt