Giải SGK Hóa 10 (Cánh diều) Bài 11: Liên kết cộng hóa trị

Giải Hóa học 10 Bài 11: Liên kết cộng hóa trị

Mở đầu trang 57 Hóa học 10: Công thức của CH₂O có thể biểu diễn ở dạng công thức (1) hoặc ở dạng công thức (2). Hãy viết công thức của N₂ theo dạng (2) và cho biết công thức này có thể hiện được quy tắc octet không.

Lời giải:

Công thức (2) của nguyên tử N có thể hiện được quy tắc octet. Mỗi nguyên tử N trong phân tử N₂ có 8 electron lớp ngoài cùng, trong đó có 3 cặp electron chung giữa hai nguyên tử.

I. Liên kết cộng hóa trị

Câu hỏi 1 trang 57 Hóa học 10: Mỗi nguyên tử trong phân tử HF (Hình 11.1) có bao nhiêu electron chung, bao nhiêu electron hóa trị riêng (electron thuộc về một nguyên tử).

Lời giải:

Trong phân tử HF có 2 electron dùng chung.

Nguyên tử H không có electron hóa trị riêng.

Nguyên tử F có 6 electron hóa trị riêng.

Câu hỏi 2 trang 58 Hóa học 10: Trong phân tử HCl, lớp electron ngoài cùng của Cl và H lần lượt là bao nhiêu electron?

Lời giải:

H có cấu hình electron là 1s¹ ⇒ Có 1 electron lớp ngoài cùng.

Cl có cấu hình electron là [Ne]3s²3p⁵ ⇒ Có 7 electron lớp ngoài cùng.

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 1 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử H và Cl cùng góp 1 electron chung cho cả hai nguyên tử.

Khi đó trong phân tử HCl, lớp electron ngoài cùng của Cl và H lần lượt là 8 và 2 electron.

Câu hỏi 3 trang 58 Hóa học 10: Nguyên tử fluorine (F) có cấu hình electron là [He]2s²2p⁵. Khi các nguyên tử F liên kết với nhau, để thỏa mãn quy tắc octet, một bạn học sinh đề xuất như sau: Một nguyên tử F nhường 7 electron, tạo ion F⁷⁺ có cấu hình là [He]; 7 nguyên tử F khác, mỗi nguyên tử nhận 1 electron tạo 7 ion F^- có cấu hình [Ne]. Sau đó 8 ion này hút nhau tạo thành chất có công thức (F⁷⁺)(F^-)₇. Vì sao đề xuất này không hợp lí trong thực tế? Hãy mô tả hình thành liên kết trong phân tử F₂.

Lời giải:

- Mô hình này không hợp lí trong thực tế. Để tạo ion F⁷⁺ cần một năng lượng rất lớn so với tạo F^-.

- Mô tả hình thành liên kết trong phân tử F₂:

Nguyên tử F có cấu hình electron: 1s²2s²2p⁵. Để đạt được cấu hình electron của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử này đều cần thêm 1 electron. Vì vậy mỗi nguyên tử F cùng góp 1 electron để tạo nên một cặp electron chung cho cả phân tử.

   $:\underset{..}{\overset{..}{F}}.+:\underset{..}{\overset{..}{F}}.\to :\underset{..}{\overset{..}{F}}:\underset{..}{\overset{..}{F}}:$                                          

Luyện tập 1 trang 58 Hóa học 10: Hãy biểu diễn sự hình thành các cặp electron chung cho phân tử NH₃. Từ đó, viết công thức Lewis của phân tử này.

Lời giải:

Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là 1s²2s²2p³

Nguyên tử H (Z = 1) có cấu hình electron là 1s¹

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, nguyên tử N cần thêm 3 electron, nguyên tử H cần thêm 1 electron. Vì vậy mỗi nguyên tử H sẽ góp chung 1 electron với nguyên tử N để tạo thành 3 cặp electron chung.

Các cặp electron chung cho phân tử NH₃

Công thức electron:

Công thức Lewis:

Câu hỏi 4 trang 58 Hóa học 10: Viết công thức Lewis của CO₂. Giữa nguyên tử carbon và mỗi nguyên tử oxygen có bao nhiêu cặp electron chung?

Lời giải:

Công thức Lewis của CO2

Giữa nguyên tử carbon và mỗi nguyên tử oxygen có 2 cặp electron chung.

Câu hỏi 5 trang 59 Hóa học 10: Mô tả sự hình thành phân tử N₂ từ hai nguyên tử N. Phân tử N₂ có bao nhiêu cặp electron chung? Viết công thức Lewis của N₂.

Lời giải:

Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là: 1s²2s²2p³

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử N đều cần thêm 3 electron. Vì vậy, mỗi nguyên tử N góp chung 3 electron để tạo nên 3 cặp electron chung cho cả hai nguyên tử.

Công thức Lewis của N₂

Câu hỏi 6 trang 59 Hóa học 10: Những nguyên tử nào trong cation ammonium thỏa mãn quy tắc octet?

Lời giải:

Cả nguyên tử N và các nguyên tử H đều thỏa mãn quy tắc octet.

Câu hỏi 7 trang 59 Hóa học 10: Liên kết giữa nguyên tử N trong NH₃ với H⁺ có phải là liên kết ion hay không? Vì sao?

Lời giải:

Liên kết giữa nguyên tử N trong NH₃ với H⁺ không phải là liên kết ion vì cặp electron vẫn được dùng chung cho cả nguyên tử N và H chứ chưa bị lệch hoàn toàn về phía nguyên tử nào.

Chú ý:

- Liên kết ion được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.

- Liên kết cho nhận là liên kết mà cặp electron chung được đóng góp từ một nguyên tử (liên kết cho nhận là trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị)

Luyện tập 2 trang 59 Hóa học 10: Trình bày sự hình thành ion hydronium (H₃O⁺) từ H₂O và H⁺.

Lời giải:

Trên nguyên tử O còn 2 cặp electron riêng, khi hình thành H₃O⁺, O sẽ sử dụng 1 cặp electron riêng này trở thành cặp electron chung cho cả O và H, cả O và các H đều thỏa mãn quy tắc octet. Như vậy, liên kết đơn giữa nguyên tử O trong H₂O và H⁺ được tạo thành bởi một cặp electron góp chung của nguyên tử O.

II. Phân loại liên kết theo độ âm điện

Luyện tập 3 trang 60 Hóa học 10: Dựa theo độ âm điện, hãy cho biết loại liên kết trong các phân tử: H₂S, CH₄, K₂O, F₂O, NaBr.

Lời giải:

H₂S

∆χ = χ(S) – χ(H) = 2,58 – 2,20 = 0,38

Nên liên kết giữa nguyên tử S và H là liên kết cộng hóa trị không cực.

CH₄

∆χ = χ(C) – χ(H) = 2,55 – 2,20 = 0,35

Nên liên kết giữa nguyên tử C và H là liên kết cộng hóa trị không cực.

K₂O

∆χ = χ(O) – χ(K) = 3,44 – 0,82 = 2,62

Nên liên kết giữa nguyên tử O và K là liên kết ion.

F₂O

∆χ = χ(F) – χ(O) = 3,98 – 3,44 = 0,54

Nên liên kết giữa nguyên tử F và O là liên kết cộng hóa trị có cực.

NaBr

∆χ = χ(Br) – χ(Na) = 2,96 – 0,93 = 2,03

Nên liên kết giữa nguyên tử Br và Na là liên kết ion.

III. Liên kết sigma (σ) và liên kết pi (π)

Luyện tập 4 trang 61 Hóa học 10: Viết ô orbital của lớp electron ngoài cùng cho nguyên tử H và F. Từ đó chỉ ra AO nào có thể xen phủ tạo liên kết đơn trong các phân tử H₂, F₂ và HF.

Lời giải:

Ô orbital lớp ngoài cùng của H (Z = 1) là:

Ô orbital lớp ngoài cùng của F (Z = 9) là:

Hai AOs của H xen phủ trục với nhau tạo liên kết đơn trong các phân tử H₂

Hai AOp của F xen phủ trục với nhau tạo liên kết đơn trong các phân tử F₂

Một AOs của H xen phủ trục với một AOp của F tạo liên kết đơn trong phân tử HF

Luyện tập 5 trang 61 Hóa học 10: Viết ô orbital của lớp ngoài cùng cho nguyên tử N. Từ đó chỉ ra những AO nào có thể xen phủ tạo liên kết ba trong phân tử N₂.

Lời giải:

Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron là 1s²2s²2p³

Ô orbital lớp ngoài cùng của N (Z = 7) là:

Mỗi nguyên tử N có 3 AOp. Khi hình thành liên kết trong phân tử N₂, 2 AO p_z xen phủ trục với nhau tạo 1 liên kết σ, 2 AO p_y xen phủ bên với nhau tạo 1 liên kết π, 2AO p_x xen phủ bên với nhau tạo 1 liên kết π.

Như vậy hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng một liên kết ba tạo phân tử N₂ trong đó có 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

IV. Năng lượng của liên kết cộng hóa trị

Vận dụng trang 62 Hóa học 10: Xây dựng mô hình phân tử.

Sử dụng đất sét nặn (hoặc hộp xây dựng mô hình) để tạo hình nguyên tử và các đoạn ống hút để biểu diễn liên kết hóa học. Xây dựng mô hình các phân tử: CH₂=CH₂, CHCl=CHCl. Biết rằng các nguyên tử đều nằm trên cùng một mặt phẳng

Lời giải:

Học sinh tự thiết kế theo mô hình được minh họa như sau:

Mô hình phân tử CH₂=CH₂:

Mô hình phân tử CHCl=CHCl:

Luyện tập 6 trang 62 Hóa học 10: Sắp xếp năng lượng của các loại liên kết của cùng một cặp nguyên tố theo chiều tăng dần: Năng lượng liên kết đơn < năng lượng liên kết đôi < liên kết ba. Giải thích.

Lời giải:

Sắp xếp năng lượng của các loại liên kết của cùng một cặp nguyên tố theo chiều tăng dần: Năng lượng liên kết đơn (năng lượng liên kết đôi) liên kết ba của cùng một cặp nguyên tố tăng dần.

Do liên kết đơn chỉ gồm các liên kết sigma, liên kết đôi gồm 1 liên kết sigma và 1 liên kết pi còn liên kết ba gồm 1 liên kết sigma và 2 liên kết pi.

Bài tập (trang 63)

Bài 1 trang 63 Hóa học 10: Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Nếu cặp electron dùng chung bị lệch về phía một nguyên tử khi đó là liên kết cộng hóa trị không cực.

(b) Nếu cặp electron dùng chung bị lệch về phía một nguyên tử thì đó là liên kết cộng hóa trị có cực.

(c) Cặp electron dùng chung luôn được tạo nên từ 2 electron của cùng một nguyên tử.

(d) Cặp electron dùng chung được tạo nên từ 2 electron hóa trị.

Lời giải:

Phát biểu đúng là: (b), (d)

(a) Sai.

Sửa lại:

Nếu cặp electron chung bị lệch về phía một nguyên tử khi đó là liên kết cộng hóa trị có cực.

(b) Đúng.

(c) Sai

Sửa lại:

Cặp electron chung có thể được tạo nên từ 2 electron của cùng một nguyên tử (liên kết cho nhận) hoặc được tạo nên từ 2 electron của hai nguyên tử khác nhau, trong đó mỗi nguyên tử góp chung 1 electron.

(d) Đúng.

Bài 2 trang 63 Hóa học 10: Những phát biểu nào sau đây là đúng?

(a) Liên kết đôi được tạo nên từ hai liên kết σ.

(b) Liên kết ba được tạo nên từ 2 liên kết σ và 1 liên kết π.

(c) Liên kết đôi được tạo nên từ 1 liên kết σ và 1 liên kết π.

(d) Liên kết ba được tạo nên từ 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Lời giải:

Phát biểu đúng: (c), (d)

Liên kết đôi được tạo nên từ 1 liên kết σ và 1 liên kết π.

Liên kết ba được tạo nên từ 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Bài 3 trang 63 Hóa học 10: Viết công thức Lewis cho các phân tử H₂O và CH₄. Mỗi phân tử này có bao nhiêu cặp electron hóa trị riêng?

Lời giải:

Công thức Lewis của H₂O:

Phân tử H₂O có 2 cặp electron hóa trị riêng.

Công thức Lewis của CH₄

Phân tử CH₄ không có cặp electron hóa trị riêng.

Bài 4 trang 63 Hóa học 10: Sử dụng bảng giá trị năng lượng liên kết ở phụ lục 2:

a) Hãy tính tổng năng lượng liên kết trong mỗi phân tử H₂S và H₂O.

b) Nhiệt độ để bắt đầu phá vỡ liên kết (nhiệt độ phân hủy) mỗi chất trong hai chất trên ứng với một trong hai nhiệt độ sau: 400^oC hoặc 1 000^oC. Em hãy dự đoán nhiệt độ phân hủy của chất nào cao hơn. Vì sao?

Lời giải:

a)

- Công thức phân tử của H₂S là H-S-H

⇒ Phân tử H₂S gồm hai liên kết S-H.

Tổng năng lượng liên kết trong phân tử H₂S là: 2.368 = 736 kJ mol^-1

- Công thức phân tử của H₂O là H-O-H

⇒ Phân tử H₂O gồm hai liên kết O-H

Tổng năng lượng liên kết trong phân tử H₂O là: 2.464 = 928 kJ mol^-1

b) Năng lượng liên kết trong phân tử H₂O lớn hơn H₂S (928 kJ mol^-1 > 736 kJ mol^-1)

⇒ Nhiệt độ để bắt đầu phá vỡ liên kết (nhiệt độ phân hủy) H₂O lớn hơn H₂S

⇒ Nhiệt độ phân hủy của H₂O là 1000^oC, của H₂S là 400^oC

Bài 5 trang 63 Hóa học 10: Khi phản ứng với H₂, các phân tử như F₂, N₂ cần phải phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử. Dựa vào năng lượng liên kết, em hãy dự đoán phản ứng của F₂ hay của N₂ với H₂ sẽ thuận lợi hơn (dễ xảy ra hơn)?

Lời giải:

Năng lượng liên kết F-F là 159 kJ mol^-1

Năng lượng liên kết N≡N là 946 kJ mol^-1

⇒ Năng lượng cần để phá vỡ liên kết N≡N  lớn hơn năng lượng cần để phá vỡ liên kết F-F

⇒ Phản ứng của F₂ với H₂ sẽ thuận lợi hơn.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 9: Quy tắc octet

Bài 10: Liên kết ion

Bài 12: Liên kết hydrogen và tương tác Van Der Waals

Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy