Bài 1. Liên kết hóa học

Mở đầu

Dạng hình học phân tử ảnh hưởng đến khả năng phản ứng, hoạt tính sinh học, tính phân cực,… của phân tử. Dựa trên cơ sở nào để dự đoán dạng hình học của một phân tử

Phương pháp giải:

Mô hình VSEPR

Lời giải chi tiết:

Mô hình VSEPR được sử dụng để mô tả dạng hình học của các phân tử dựa trên lực đẩy giữa các cặp electron hóa trị

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 104,5^o, nhỏ hơn góc hóa trị theo lí thuyết (109,5^o). Phân tử có dạng góc.

CH mục I CH1

Công thức Lewis của CS2 là

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử CS2

Bước 2: Vẽ khung phân tử

Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh

Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại

Lời giải chi tiết:

Bước 1: C có 4 electron hóa trị, S có 6 electron hóa trị 

=> Tổng electron hóa trị CS2 = 4 + 6.2 = 16 electron

Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn

S – C – S

Bước 3: Mỗi nguyên tử S cần 6 electron hóa trị để đạt octet:

Bước 4: 

- Số electron hóa trị còn lại = 16 – 2.2 – 6.2 = 0

- Số electron hóa trị của nguyên tử C là 4

=> Để đạt octet mỗi nguyên tử S dùng 1 cặp electron hóa trị để tạo liên kết đôi với nguyên tử C

Công thức Lewis của CS2:

Đáp án B

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

CH mục I CH2

Trình bày các bước để viết công thức Lewis của phân tử NH3

Công thức cấu tạo của CO₂ là O = C = O

Công thức cấu tạo của H₂O là H – O – H

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử NH3

Bước 2: Vẽ khung phân tử

Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh

Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại

Lời giải chi tiết:

Bước 1: N có 5 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị 

=> Tổng electron hóa trị NH3 = 5 + 1.3 = 8 electron

Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn

Bước 4: 

- Số electron hóa trị còn lại = 8 – 2.3 = 2

=> Chuyển 2 electron còn lại vào nguyên tử N để đạt octet, thu được công thức Lewis của phân tử NH3

CH mục I CH3

Viết các công thức Lewis cho mỗi phân tử sau:

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử

Bước 2: Vẽ khung phân tử

Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh

Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại

Lời giải chi tiết:

a) Cl₂

Bước 1: Cl có 7 electron hóa trị 

=> Tổng electron hóa trị Cl2 = 7.2 = 14 electron

Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn

Cl - Cl

Bước 3: Mỗi nguyên tử Cl cần 6 electron hóa trị để đạt octet

Bước 4: 

- Số electron hóa trị còn lại = 14 – 2.6 – 1.2 = 0

=> Công thức Lewis của Cl₂ 

N₂

Bước 1: N có 5 electron hóa trị 

=> Tổng electron hóa trị N₂ = 5.2 = 10 electron

Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn

N - N

Bước 3: Hoàn thiện octet cho nguyên tử N

Bước 4: 

- Số electron hóa trị còn lại là: 10 – 6.2 – 2.1 = - 4

- Số electron hóa trị của nguyên tử N là 5, nên để đạt octet mỗi nguyên tử N sẽ góp chung 3 electron hóa trị để tạo liên kết với nhau.

Công thức Lewis của phân tử N₂ là

b) SO₂

Bước 1: S có 6 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị 

=> Tổng electron hóa trị SO₂ = 6 + 6.2 = 18 electron

Bước 2: Vẽ khung phân tử với các liên kết đơn

O – S - O

Bước 3: Hoàn thiện octet cho nguyên tử O

Bước 4: 

- Số electron hóa trị còn lại là: 18 – 6.2 – 2.2  = 2

- Nguyên tử S có 4 electron hóa trị nên 1 nguyên tử O sẽ dùng 1 cặp electron để tạo liên kết với S và nguyên tử S còn 1 đôi electron chưa tham gia liên kết.

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 = 1.6 + 3.6 = 24 electron

Bước 3: Mỗi nguyên tử O cần 6 electron để đạt octet.

Bước 4: Số electron hóa trị còn lại là: 24 – 2.3 – 6.3 = 0

Tuy nhiên S chưa đủ octet nên ta chuyển 1 cặp electron của nguyên tử O tạo thành cặp electron dùng chung.

c) H₂O

Bước 1. Tổng số electron hóa trị là 1.2 + 1.6 = 8

Bước 2. Trong phân tử H₂O, nguyên tử O cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, O là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử H được xếp xung quanh. 

H – O – H.

Bước 3. Nguyên tử H đã đạt octet.

Bước 4. Số electron hóa trị còn lại là: 8 – 2.2 = 4

Nguyên tử O có 4 electron hóa trị nên sẽ chuyển 4 electron còn lại cho O để nguyên tử O đạt octet.

Công thức Lewis của H₂O là: 

H₂S

Bước 1. Tổng số electron hóa trị của phân tử = 1.2 + 1.6 = 8 electron

Bước 2. Trong phân tử H₂S, nguyên tử S cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron để đạt octet. Vì vậy, nguyên tử S là nguyên tử trung tâm, còn 2 nguyên tử H được xếp xung quanh:

H – S – H

Bước 3. 2 nguyên tử H đã đạt octet.

Bước 4. Số electron hóa trị còn lại = 8 – 2.2 = 4

Nguyên tử S có 4 electron hóa trị nên để đạt octet thì chuyển 4 electron còn lại cho nguyên tử S.

Công thức Lewis của H₂S là:

HOCl

Bước 1. Tổng số electron hóa trị của phân tử = 1.1 + 1.6 + 1.7 = 14 electron.

Bước 2. Trong phân tử HOCl, nguyên tử Cl cần 1 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron để đạt octet. Vì vậy, O là nguyên tử trung tâm, nguyên tử H và Cl được xếp xung quanh: 

H – O – Cl

Bước 3. Nguyên tử H đã đạt octet, nguyên tử Cl cần 6 electron hóa trị để đạt octet:

Bước 4. Số electron hóa trị còn lại = 14 – 2.2 – 3.2 = 4

Nguyên tử O có 4 electron hóa trị nên sẽ chuyển 4 electron còn lại cho O để nguyên tử O đạt octet. 

CH mục I CH4

Công thức Lewis của NO2 là

Phương pháp giải:

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định tổng electron hóa trị trong phân tử

Bước 2: Vẽ khung phân tử

Bước 3: Điền các electron hóa trị chưa tham gia liên kết vào các nguyên tử xung quanh

Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Tổng số electron hóa trị trong phân tử = 1.5 + 2.6 = 17 electron

Bước 2: Trong phân tử NO₂, nguyên tử N cần 3 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, N là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử O được xếp xung quanh: 

O – N – O

Bước 3: Mỗi nguyên tử O cần 6 electron hóa trị để đạt octet:

Bước 4: Số electron hóa trị còn lại là 17 – 6.2 – 2.2 = 1

Mà nguyên tử N chưa đạt octet nên 1 nguyên tử O sẽ dùng 1 cặp electron hóa trị để tạo liên kết với nguyên tử N và trên nguyên tử N vẫn còn 1 electron chưa tham gia liên kết.

Công thức Lewis của NO₂ là

Đáp án C

CH mục II CH5

Công thức của PCl3 theo mô hình VSEPR là

Phương pháp giải:

E là cặp electron hóa trị chưa liên kết của nguyên tử P

Công thức Lewis của PCl₃ là

Lời giải chi tiết:

Công thức Lewis của PCl₃ là

Theo mô hình VSEPR, công thức phân tử của PCl₃ có dạng AX₃E vì có 3 nguyên tử Cl liên kết với nguyên tử trung tâm P và có nguyên tử P có 1 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

Đáp án C

CH mục II CH6

Viết công thức của một số phân tử sau theo mô hình VSEPR: CCl₄, H₂S, CO₂, SO₃ và PH₃. Nêu số cặp electron hóa trị liên kết và chưa liên kết trong mỗi phân tử

Lời giải chi tiết:

Công thức Lewis của CCl₄ là:

Phân tử CCl₄: có 4 nguyên tử Cl liên kết với nguyên tử trung tâm C và nguyên tử C không còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX₄.

⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 4.

Công thức Lewis của H₂S là:

Phân tử H₂S: có 2 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm S và nguyên tử S còn 2 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX₂E₂.

⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 2.

Công thức Lewis của CO₂ là:

Phân tử CO₂: có 2 nguyên tử O liên kết với nguyên tử trung tâm C và nguyên tử C không còn cặp electron hóa trị chưa liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX₂.

⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 4.

Công thức Lewis của SO₃ là:

Phân tử SO₃: có 3 nguyên tử O liên kết với nguyên tử trung tâm S và nguyên tử S không còn cặp electron hóa trị chưa liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX₃.

⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 6.

Công thức Lewis của PH₃ là:

Phân tử PH₃: có 3 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm P và nguyên tử P còn 1 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết nên theo mô hình VSEPR có dạng AX₃E.

⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 3.

CH mục II CH7

Viết công thức theo mô hình VSEPR và cho biết dạng hình học của phân tử OF2. Phân tử này có phân cực không?

Phương pháp giải:

Bước 1: Viết công thức Lewis

Bước 2: Viết công thức VSEPR dưới dạng AX_nE_m

Bước 3: Các cặp electron chưa liên kết chiếm không gian lớn hơn so với cặp electron liên kết, làm giảm góc liên kết của phân tử

Lời giải chi tiết:

Công thức Lewis của OF₂ là:

Trong phân tử OF₂ có 2 nguyên tử F liên kết với nguyên tử trung tâm O và xung quanh nguyên tử trung tâm O có 2 cặp electron chưa liên kết nên công thức VSEPR của OF₂ là AX₂E₂.

Do cặp electron chưa tham gia liên kết chiếm khoảng không gian lớn hơn so với cặp electron liên kết, tương tác đẩy giữa cặp electron chưa liên kết lớn hơn tương tác đẩy giữa cặp electron liên kết, nên góc liên kết FOF thực tế bằng 104,5^o, nhỏ hơn góc hóa trị theo lí thuyết (109,5^o). Phân tử có dạng góc.

⇒ Phân tử OF₂ phân cực do phân tử dạng góc và liên kết O – F phân cực.

CH mục II CH8

Dạng hình học của ion NH₄⁺ là

A. tứ diện đều

B. tháp tam giác

C. tam giác phẳng

D. đường thẳng

Phương pháp giải:

N là nguyên tử trung tâm, liên kết với 4H bằng 4 cặp electron, theo mô hình VSEPR có dạng AX₄

Lời giải chi tiết:

Ion NH₄⁺ gồm có 4 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm N bằng 4 cặp electron liên kết (theo mô hình VSEPR có dạng AX₄), chiếm bốn khu vực tích điện âm đẩy nhau để góc hóa trị lớn nhất là 109,5^o. Bốn cặp electron được phân bố hướng về 4 đỉnh của tứ diện, phân tử có cấu trúc tứ diện, tâm tứ diện là nguyên tử trung tâm N.

Đáp án A

Ion NH4+ gồm có 4 nguyên tử H liên kết với nguyên tử trung tâm N bằng 4 cặp electron liên kết (theo mô hình VSEPR có dạng AX4), chiếm bốn khu vực tích điện âm đẩy nhau để góc hóa trị lớn nhất là 109,5o. Bốn cặp electron được phân bố hướng về 4 đỉnh của tứ diện, phân tử có cấu trúc tứ diện, tâm tứ diện là nguyên tử trung tâm N.

CH mục II CH9

Dự đoán dạng hình học của một số phân tử sau: CO₂, CS₂, BF₃, SCl₂

Phương pháp giải:

Cần phải xác định được nguyên tử trung tâm còn bao nhiêu cặp electron chưa tham gia liên kết

Lời giải chi tiết:

Phân tử CO₂ theo mô hình VSEPR có dạng AX₂ nên phân tử có cấu trúc thẳng.

Phân tử CS₂ theo mô hình VSEPR có dạng AX₂ nên phân tử có cấu trúc thẳng.

Phân tử BF₃ theo mô hình VSEPR có dạng AX₃ nên phân tử có cấu trúc tam giác phẳng.

Phân tử SCl₂ theo mô hình VSEPR có dạng AX₂E₂ nên phân tử có dạng góc.

CH mục III CH10

Các nguyên tử carbon (1), (2), (3) trong hình bên ở những trạng thái lai hóa nào?

Phương pháp giải:

- Nguyên tử carbon có thể có cả ba trạng thái lai hóa. Ví dụ

   + Lai hóa sp³ trong trường hợp nguyên tử C có liên kết đơn (CH₃ – CH₃)

   + Lai hóa sp² trong trường hợp nguyên tử C có liên kết đôi (CH₂ = CH₂)

   + Lai hóa sp trong trường hợp nguyên tử C có liên kết ba (CH ≡ CH)

Lời giải chi tiết:

C (1) lai hóa sp³ bởi vì C này chỉ tạo liên kết đơn.

C (2) lai hóa sp² bởi vì C này có tạo liên kết đôi.

C (3) lai hóa sp bởi vì C này có tạo liên kết ba.

CH mục III CH11

Mô tả sự tạo thành các phân tử sau theo khái niệm lai hóa orbital

a) Phân tử BeH₂

b) Phân tử SO₂

c) Phân tử NH₃

Phương pháp giải:

- Lai hóa sp³: 1 AO s tổ hợp với 3 AO p trong một nguyên tử

- Lai hóa sp²: 1 AO s tổ hợp với 2 AO p trong một nguyên tử

- Lai hóa sp: 1 AO s tổ hợp với 1 AO p trong một nguyên tử

Lời giải chi tiết:

a) Phân tử BeH₂.

Cấu hình electron hóa trị của Be: 2s².

Trong nguyên tử Be, một AO 2s tổ hợp với 1 AO 2p, tạo ra hai AO lai hóa sp.

Hai AO lai hóa sp của nguyên tử Be xen phủ với hai AO s của hai nguyên tử H tạo thành hai liên kết σ giữa Be – H.

b) Phân tử SO₂.

Cấu hình electron hóa trị của S: 3s²3p⁴.

Trong nguyên tử S, một AO 3s lai hóa với hai AO p, tạo ra ba AO lai hóa sp².

S còn AO p chứa 1 electron độc thân sẽ xen phủ 1 AO p chứa 1 electron độc thân của O hình thành liên kết π và AO chưa lai hóa có 1 electron độc thân sẽ tiếp tục xen phủ với OA p của nguyên tử O đó để hình thành liên kết σ. Với nguyên tử O còn lại thì nguyên tử S dùng AO chứa 2 electron để xen phủ với 2 AO chứa electron độc thân của nguyên tử O còn lại.

c) Phân tử NH₃.

Cấu hình electron hóa trị của N: 2s²2p³.

Trong nguyên tử N, 1 AO 2s và 3 AO 2p của nguyên tử N lai hóa với nhau tạo nên 4 AO lai hóa sp³ giống hệt nhau, hướng về 4 đỉnh của hình tứ diện đều. Trên 3 AO lai hóa có electron độc thân. Trên AO lai hóa còn lại có cặp electron ghép đôi.

Ba AO lai hóa chứa electron độc thân của nguyên tử N xen phủ với 3 AO 1s chứa electron độc thân của 3 nguyên tử H, tạo nên 3 liên kết σ.

CH mục III CH12

Cho các phân tử NCl₃, SO₃, CO₂

a) Nguyên tử trung tâm trong các phân tử trên ở trạng thái lai hóa nào?

b) Phân tử nào không phân cực, phân tử nào phân cực? Vì sao?

Phương pháp giải:

- Tính số liên kết và số cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết (liên kết đôi, đơn, ba đều coi là 1 liên kết)

   + Tổng là 4: sp³

   + Tổng là 3: sp²

   + Tổng là 2: sp

Lời giải chi tiết:

a) 

Trong phân tử NCl₃, nguyên tử N là nguyên tử trung tâm, tham gia 3 liên kết với 3 nguyên tử H và còn 1 cặp electron chưa tham gia liên kết => lai hóa sp³.

Trong phân tử SO₃, nguyên tử S là nguyên tử trung tâm, tham gia 3 liên kết với 3 nguyên tử O => lai hóa sp².

Trong phân tử CO₂, nguyên tử C là nguyên tử trung tâm, tham gia 2 liên kết với 2 nguyên tử O => lai hóa sp.

b) 

Phân tử NCl₃, SO₃ phân cực vì liên kết giữa nguyên tử trung tâm với nguyên tử còn lại là liên kết phân cực.

Phân tử CO₂ không phân cực vì hai liên kết phân cực C = O bị triệt tiêu do phân tử có dạng đường thẳng.