Chuyên đề Hóa học 10 Bài 1: Liên kết hóa học | Kết nối tri thức

Giải bài tập Chuyên đề Hóa học 10 Bài 1: Liên kết hóa học

Giải Chuyên đề Hóa học 10 trang 5, 7

A/ Câu hỏi đầu bài

Câu hỏi mở đầu trang 5 Chuyên đề Hóa 10: 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?

Lời giải:

Để dự đoán dạng hình học của một phân tử ta có thể dựa vào mô hình VSEPR.

B/ Câu hỏi giữa bài

I. Công thức Lewis

Câu hỏi 1 trang 7 Chuyên đề Hóa 10: Công thức Lewis của CS₂ là

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Tổng số electron hóa trị = 1.4 + 2.6 = 16 electron.

Trong phân tử CS₂, nguyên tử C cần 4 electron để đạt octet, nguyên tử S cần 2 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, C là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử S được xếp quanh: S – C – S.

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

Số electron hóa trị còn lại = 16 – 2.2 – 2.6 = 0

Số electron hóa trị của nguyên tử C là 4 nên đạt octet mỗi nguyên tử S dùng 1 cặp electron hóa trị để tạo liên kết với nguyên tử C.

Công thức Lewis của CS₂ là 

Câu hỏi 2 trang 7 Chuyên đề Hóa 10: Trình bày các bước để viết công thức Lewis của phân tử NH₃.

Lời giải:

Bước 1. Tổng số electron hóa trị = 1.5 + 3.1 = 8 electron

Bước 2. Trong phân tử NH₃, nguyên tử N cần 3 electron để đạt octet, nguyên tử H cần 1 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, N là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử H được xếp xung quanh:

Bước 3. Nguyên tử H đã đạt octet.

Bước 4. Số electron hóa trị còn lại là: 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.

Câu hỏi 3 trang 7 Chuyên đề Hóa 10: Viết các công thức Lewis cho mỗi phân tử sau:

a) Cl₂; N₂.

b) SO₂; SO₃.

c) H₂O; H₂S; HOCl.

Lời giải:

a) Công thức Lewis của Cl₂ là:

Bước 1. Số electron hóa trị là 2.7 = 14 electron

Bước 2. Trong phân tử Cl₂, mỗi nguyên tử Cl cần 1 electron để đạt octet.

Cl – Cl

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

Bước 4. Số electron hóa trị còn lại là: 14 – 6.2 – 2.1 = 0

Cả hai nguyên tử Cl đều đạt octet nên công thức Lewis của Cl₂ là: 

Công thức Lewis của N₂ là:

Bước 1. Số electron hóa trị là 5.2 = 10 electron

Bước 2. Trong phân tử N₂, mỗi nguyên tử N cần 3 electron để đạt octet.

N – N

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

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) Công thức Lewis của SO₂ là:

Số electron hóa trị là 1.6 + 2.6 = 18 electron.

Trong phân tử SO₂, nguyên tử S cần 2 electron để đạt octet, nguyên tử O cần 2 electron hóa trị để đạt octet. Vì vậy, S là nguyên tử trung tâm, còn nguyên tử O được xếp xung quanh: O – S – O.

Hoàn thiện octet cho nguyên tử O: 

Số electron hóa trị còn lại: 18 – 2.2 – 2.6 = 2

Sử dụng 2 electron này để tạo octet cho S.

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.

Công thức Lewis của SO₃ là:

– 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 = 1.6 + 3.6 = 24 electron

Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:

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.

chung.

c) Công thức Lewis của H₂O là:

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:

Công thức Lewis của H₂S là:

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:

Công thức Lewis của HOCl là:

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 quang: H – O – Cl

Bước 3. Nguyên tử H đã đạt octet, nguyên tử Cl cần 7 electron hóa trị để đạt octet:

Bước 4: Số electron hóa trị còn lại: 14 – 2.2 – 1.6 = 4

Số electron hóa trị của O là 4, nên chuyển 4 electron còn lại vào nguyên tử O.

Công thức Lewis của HOCl là

Câu hỏi 4 trang 7 Chuyên đề Hóa 10: Công thức Lewis biểu diễn cấu tạo của NO₂ là

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

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

Giải Chuyên đề Hóa học 10 trang 9

II. Cấu trúc hình học của một số phân tử

Câu hỏi 5 trang 9 Chuyên đề Hóa 10: Công thức của PCl₃ theo mô hình VSEPR là

A. AX₃.                 

B. AXE₂.               

C. AX₃E.               

D. AX₂E.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

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.

+ Có nguyên tử P có 1 cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

Câu hỏi 6 trang 9 Chuyên đề Hóa 10: 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:

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

⇒ Công thức theo mô hình VSEPR: 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

⇒ Công thức theo mô hình VSEPR: 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

⇒ Công thức theo mô hình VSEPR: 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

⇒ Công thức theo mô hình VSEPR: 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

⇒ Công thức theo mô hình VSEPR: AX₃E.

⇒ Số cặp electron hóa trị liên kết là 3.

Câu hỏi 7 trang 9 Chuyên đề Hóa 10: Viết công thức theo mô hình VSEPR và cho biết dạng hình học của phân tử OF₂. Phân tử này có phân cực không?

Lời giải:

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

⇒ Công thức theo mô hình VSEPR: 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.

Câu hỏi 8 trang 9 Chuyên đề Hóa 10: Dạng hình học của ion $N{H}_4^{+}$ là

A. tứ diện đều.       

B. tháp tam giác.   

C. tam giác phẳng.                               

D. đường thẳng.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Ion $N{H}_4^{+}$ 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.

Câu hỏi 9 trang 9 Chuyên đề Hóa 10: Dự đoán dạng hình học của một số phân tử sau: CO₂, CS₂, BF₃, SCl₂.

Lời giải:

– Công thức Lewis của CO₂

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

– Công thức Lewis của CS₂ là

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

– Công thức Lewis của BF₃ là

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

– Công thức Lewis của SCl₂ là:

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

III. Sự lai hóa orbital nguyên tử

Giải Chuyên đề Hóa học 10 trang 12

Câu hỏi 10 trang 12 Chuyên đề Hóa 10: Các nguyên tử carbon (1), (2), (3) trong hình bên ở những trạng thái lai hóa nào?

Lời giải:

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.

Câu hỏi 11 trang 12 Chuyên đề Hóa 10: 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.

Lời giải:

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. Nguyên tử trung tâm Be không còn electron chưa liên kết nên hai AO lai hóa đẩy nhau với lực lớn nhất tạo góc 180^o. Trong phân tử BeH₂, nguyên tử Be còn hai AO – p không lai hóa và là AO trống.

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.

Nguyên tử S dùng AO lai hóa sp² thứ nhất (chứa 1 e độc thân) xen phủ với AO p của một trong hai nguyên tử O tạo liên kết σ và dùng AO không lai hóa chứa 1 e độc thân xen phủ với AO p của chính nguyên tử O đó tạo ra liên kết π. Nguyên tử S dùng AO lai hóa sp² thứ hai chứa cặp e tạo liên kết cho – nhận với AO trống của nguyên tử O còn lại và nguyên tử S còn AO lai hóa sp2 thứ ba chứa cặp e không liên kết. Do cặp e không liên kết đẩy mạnh hơn hai cặp e liên kết nên phân tử SO₂ có dạng góc (chữ V)

c) Phân tử NH₃.

Công thức Lewis của NH₃ là:

⇒ Công thức VSEPR của NH₃ là: AX₃E₁

Từ công thức VSEPR dự đoán được trạng thái lai hóa của nguyên tử N trong phân tử NH₃ là sp³.

Cấu hình electron của N là: 1s²2s²2p³

1 AO 2s tổ hợp với 3 AO 2p tạo 4 AO lai hóa sp³

Ba AO lai hóa sp³ (chứa electron độc thân) của nguyên tử N xen phủ với AO 1s của 3 nguyên tử H, tạo va liên kết σ, hướng về ba đỉnh của hình tứ diện. Nguyên tử N còn 1 AO lai hóa sp³ chứa một cặp electron chưa liên kết nằm hướng về đỉnh còn lại của tứ diện. Tuy nhiên cặp electron chưa liên kết này đẩy mạnh hơn nên làm góc liên kết giảm, nên nhỏ hơn 109,5^o

Câu hỏi 12 trang 12 Chuyên đề Hóa 10: 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?

Lời giải:

a) Trong phân tử NCl₃, nguyên tử N là nguyên tử trung tâm lai hóa sp³.

Trong phân tử SO₃, nguyên tử S là nguyên tử trung tâm, lai hóa sp².

Trong phân tử CO₂, nguyên tử C là nguyên tử trung tâm, 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.