HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS nhắc lại về công thức electron. HS trình bày:

+ Thế nào là công thức Lewis

+ Trình bày sự khác nhau giữa công thức electron và công thức Lewis.

+ Viết công thức electron và công thức Lewis của HCl, và O₂.

- HS thảo luận trả lời câu hỏi:

1. Viết công thức Lewwis của nguyên tử oxygen và nguyên tử magnesium.

2. Viết công thức electron của phân tử CH₄.

- HS trả lời Vận dụng:

Khi dùng chlorine để khử trùng hồ bơi, chlorine sẽ phản ứng với urea trong nước tiểu và mồ hôi người tắm tạo hợp chất nitrogen trichloride  gây ra nhiều tác động xấu đến sức khoẻ như đỏ mắt, hen suyễn,... Viết công thức Lewis của nitrogen trichloride.

- GV yêu cầu HS tìm hiểu SGK, thảo luận nhóm đôi tìm hiểu:

+ Trình bày các bước để viết công thức Lewis.

+ Ở bước 1: hãy nêu lại cách xác định electron hóa trị của một nguyên tử? Nêu lại electron hóa trị của các nguyên tử theo nhóm A?

(Các electron thuộc lớp ngoài cùng hoặc sát lớp ngoài cùng tham gia vào quá trình tạo thành liên kết.

Nhóm IA: 1 electron hóa trị, nhóm IIA: 2 electron hóa trị, tương tự với các nhóm khác từ IIIA đến VIIIA).

+ Giải thích cách tính tổng số electron hóa trị của CO₂?

(C thuộc nhóm IVA có 4 electron hóa trị, O thuộc nhóm VIA có 6 electron hóa trị).

+ GV hướng dẫn HS thực hiện Bước 3 và 4 như Ví dụ 3.

- HS thực hiện theo nhóm đôi Thảo luận 3, 4, 5. Gv hướng dẫn, yêu cầu HS giải thích.

3. Hãy tính tổng số electron hoá trị của phân tử .

4. Xác định nguyên tử trung tâm trong . Lập sơ đồ khung của phân tử .

5. Thực hiện Bước 3 cho phân tử  và cho biết có cần tiếp tục bước 4 ?

- HS thực Luyện tập:

Viết công thức Lewis của phân tử .

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

- GV quan sát, hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

1. Công thức Lewis

a) Tìm hiểu công thức electron và công thức theo Lewis

Công thức electron

Khi biểu diễn liên kết giữa các nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron dùng chung, ta được công thức electron.

Công thức Lewis:

Công thức Lewis được viết dựa trên công thức electron, trong đó mỗi cặp electron dùng chung trong công thức electron bằng một gạch nối "-".

Ví dụ 1, 2 (SGK -tr5)

Ví dụ:

Thảo luận:

1. Cấu trúc Lewis của nguyên tử oxygen và nguyên tử magnesium: ;

2. Công thức electron của phân tử methane  

Vận dụng:

Công thức Lewis của NCl₃:

b) Tìm hiểu quy tắc viết công thức Lewis của một phân tử hay ion

Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị của phân tử hay ion cần biểu diễn.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và vẽ sơ đổ khung biểu diễn liên kết giữa nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh qua các liên kết đơn. Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn (ngoại trừ một số trường hợp như Cl₂O, Br₂O, H₂O, NH₃, CH₄, …)

Bước 3: Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (trừ hydrogen) trong sơ đồ.

Tính số electron hoá trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết. Nếu electron hoá trị còn dư, đặt số electron hoá trị dư trên nguyên tử trung tâm. Kiểm tra nguyên tử trung tâm đã đạt quy tắc octet chưa. Nếu nguyên tử trung tâm chưa đạt quy tắc octet, chuyển sang Bước 4.

Bước 4: Chuyển cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử xung quanh thành electron liên kết sao cho nguyên tử trung tâm thoả mãn quy tắc octet.

Ví dụ 3 (SGK-tr6)

Thảo luận 3:

Tổng số electron hoá trị của

Thảo luận 4:

Nguyên tử trung tâm trong  là . Sơ đồ khung phân tử  :

Thảo luận 5:

Hoàn thiện octet cho nguyên tử có độ âm điện lớn hơn:

Các nguyên tử fluoride đã đạt octet. Mặt khác số electron hoá trị chưa tham gia liên kết là  nên không còn electron hoá trị dứ trên .

Nguyên tử  chưa đạt octet. Tuy nhiên,  là trường hợp ngoại lệ, chỉ cần đạt 6 electron ngoài cùng đã trở nên bền vững. Do đó không cần tiến hành bước 4 và công thức Lewis của  là

Luyện tập:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV giới thiệu cho HS về mô hình VSEPR và công thức phân tử với dưới dạng

AX_nE_m

+ Giải thích sự phân bố về phương diện hình học của các cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm dựa trên sự đẩy của các cặp electron đó.

+ Phân biệt cặp electron chung và cặp electron riêng trong một phân tử. Ví dụ: xác định cặp electrong chung và riêng của nguyên tử trung tâm của CO₂, NO₂)

(CO₂: Không có electron riêng,

NO₂: có 1 electron riêng vì công thức Lewis là:

- GV phân tích Ví dụ 4 cho HS hiểu:

+ Xác định nguyên tử trung tâm A = N.

+ Xác định phối tử X = H.

+ Xác định số cặp electron riêng của A thì m = 1.

Từ đó ta có công thức của NH₃ theo mô hình VSEPR là: NH₃E.

- GV cho HS làm Thảo luận 6, 7, 8 thực hiện theo nhóm 4.

Thảo luận 6:

Theo công thức Lewis của nước, phân tử nước có bao nhiêu cặp electron chung và bao nhiêu cặp electron riêng ở nguyên tử trung tâm?

Thảo luận 7:

Xác định giá trị n,  trong công thức VSEPR của phân tử . Cho biết công thức Lewis của  là:

Thảo luận 8:

Viết công thức VSEPR của  và .

- GV giới thiệu nội dụng mô hình VSEPR.

- GV cho HS hoạt động nhóm 4 thực hiện Phiếu học tập.

- GV chốt lại kiến thức trọng tâm.

- GV có thể giới thiệu về trường hợp tổng quát:

Tổng  quyết định dạng hình học của phân tử.
phân tử có dạng đoạn thẳng;
 và
phân tử có dạng tam giác phẳng;
 và
phân tử có dạng tứ diện.

- HS thực hiện Luyện tập theo nhóm đôi.

Sử dụng mô hình VSEPR để dự đoán hình học của phân tử .

- GV có thể cho HS một số hình ảnh minh họa trực quan hơn:

https://www.youtube.com/watch?v=nxebQZUVvTg

(Từ 0:42 đến 18:00).

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

- GV: quan sát và trợ giúp HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

2. Hình học một số phân tử

a) Tìm hiểu mô hình VSEPR

- Liên kết cộng hóa trị là liên kết có tính định hướng trong không gian, làm phân tử có những hình dạng nhất định, đó là hình học phân tử.

- Mô hình VSEPR dựa vào sự đẩy nhau giữa các cặp electron riêng của nguyên tử trung tâm trong công thức Lewis để dự đoán hình dạng phân tử hoặc ion.

- Công thức các chất viết dưới dạng AX_nE_m

A: nguyên tử trung tâm;

X: nguyên tử xung quanh (phối tử);

n: là số nguyên tử X đã liên kết với nguyên tử A.

E: cặp electron riêng của nguyên tử A (cũng có thể là 1 electron hóa trị riêng của A, như trong trường hợp NO₂).

m là cặp electron riêng của nguyên tử A.

Giá trị (n + m) quyết định hình học phân tử AX_nE_m.

Ví dụ 4 (SGK -tr7)

Thảo luận 6:

Công thức Lewis của  là:

Như vậy trong phân tử nước, nguyên tử trung tâm  có 2 cặp electron chung và 2 cặp electron riêng.

Thảo luận 7:

Phân tử  có . Công thức VSEPR của  là .

Thảo luận 8:

Nội dung mô hình VSEPR bao gồm:

1. Hình học phân tử phụ thuộc vào tổng số các cặp electron hóa trị của nguyên tử trung tâm (n + m).

2. Các cặp electron hóa trị được phân bố xùng quanh nguyên tử trung tâm sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất.

3. Lực đẩy của các cặp electrong chung (X) và cặp electron riêng (E) giảm theo thứ tự:

E – E > E – X > X – X.

b) Mô tả hình học một số phân tử

Bảng 1.1 (SGK- tr8)

Hình học một số phân tử chỉ phụ thuộc vào tổng số các cặp electron hóa trị (liên kết và chưa liên kết) của nguyên tử trung tâm.

Luyện tập:

Công thức Lewis của phân tử CS₂ là:

Như vậy công thức VSEPR của phân tử CS₂ là AX₂ nên phân tử CS₂ có dạng đường thẳng.

PHIẾU HỌC TẬP

Câu 1: Viết công thức phân tử, công thức electron và công thức Lewis của H₂O, CO₂, SO₂, NH₃ và ion .

Câu 2: Viết công thức VSEPR cho lần lượt  các phân tử và ion đã cho. Tổng giá trị (n + m) trong mỗi công thức VSEPR là bao nhiêu?

Câu 3: Dự đoán hình học các phân tử và ion.

Điền vào bảng sau:

Trường hợp nào góc liên kết không đúng với lí thuyết? Theo em đâu là nguyên nhân gây ra sự khác biệt?

...............................................................................................................................................................

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV đặt vấn đề: Khi sử dụng sự xen phủ các orbital nguyên tử tạo thành liên kết hóa học, không giải thích được góc liên kết ở một số trường hợp.

- GV dẫn dắt: lấy ví dụ về CH₄

+ 4 orbital lai hóa xen phủ với các orbital 1s của bốn nguyên tử H, tạo ra bốn liên kết , nên góc liên kết  trong tứ diện đều (có nguyên tử C ở tâm) bằng .

- Để giải thích có thể sử dụng khái niệm lai hóa orbital.

- HS tìm hiểu SGK, trả lời:

+ Thế nào là lai hóa orbital?

+ Điều kiện để các AO nguyên tử có lai hóa với nhau?

- GV cho HS thảo luận trả lời câu hỏi 9, 10, 11:

9. Vì sao góc liên kết  trong phân tử methane không thể là  ?

10. Em có nhận xét gì về hình dạng, kích thước, năng lượng và hướng của các orbital nguyên tử lai hóa?

11. Nếu tổng số các AO tham gia lai hóa là 3 sẽ tạo ra bao nhiêu AO lai hóa?

- GV lưu ý:

+ Các obital lai hoá không tồn tại trong các nguyên tử độc lập. Chúng chỉ được hình thành trong các phân tử có liên kết cộng hoá trị.

+ Các obital lai hoá có hình dạng, kích thước và hướng khác với các obital nguyên tử trong các nguyên tử độc lập.

+ Sự xen phủ của obital lai hoá tạo thành liên kết .

+ Các cặp electron riêng thường hiện diện trong các obital lai hoá.

- GV giới thiệu: Một số trạng thái lai hóa cơ bản: sp, sp², sp³.

- GV đưa ra hình ảnh ví dụ về 3 phân tử: BeCl₂, BF₃, CH₄ để HS tiếp cận đến 3 dạng lai hóa cơ bản.

+ BeCl₂:

+ BF₃:

+ CH­₄:

- GV cho HS thảo luận nhóm 4, tìm hiểu một số dạng lai hóa theo các ý:

+ Khái niệm, tên thường gọi. Các góc tạo bởi bằng bao nhiêu. Dạng hình học của các lai hóa đó.

+ Hình ảnh về sự hình thành các AO lai hóa.

+ Ví dụ.

- HS thực hiện các Thảo luận 12, 13, 14, 15.

12. Nguyên tử carbon trong phân tử  ở trạng thái lai hoá nào? Giải thích liên kết hoá học tạo thành trong phân tử  theo thuyết lai hoá.

13. Theo mô hình VSEPR, phân tử formaldehyde có dạng tam giác phẳng. Xác định trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm C. Cho biết formaldehyde có công thức như hình sau:

14. Tương tự như công thức VSEPR, có thể dự đoán nhanh trạng thái lai hoá của nguyên tử  (nguyên tố  ) trong phân tử bất kì như sau:

·        Xác định số nguyên tử liên kết trực tiếp với .

·        Xác định số cặp electron hoá trị riêng của .

·        Nếu tổng hai giá trị là 2; 3 hoặc 4 thì trạng thái lai hoá của A lần lượt là sp; sp² hoặc sp³.

Dự đoán trạng thái lai hoá của nguyên tử  và  trong các phân tử  và . Ta có

15. Phân tử chứa nguyên tử lai hóa sp³ có cấu trúc phẳng không? Giải thích và cho ví dụ.

- GV lưu ý câu 13;

+ Do tổng liên kết  và số cặp electron hoá trị riêng trên  trong  là  nên nguyên tử carbon trong HCHO ở trạng thái lai hoá sp².

+ Nếu phân tử  có dạng góc, trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm  ảnh hưởng đến giá trị của góc liên kết AXA. Ví dụ  trong  ở trạng thái lai hoá sp² có góc  là ;  trong  (nước) ở trạng thái lai hoá sp  có góc  là .

- GV hướng dẫn tổng quát:

+ Tổng số liên kết  của nguyên tử trung tâm A với các nguyên tử xung quanh X+ số cặp electron hóa trị của A chưa liên kết.

(Cặp electron liên kết được biểu diễn bằng dấu gạch, electron chưa liên kết có thể là electron độc thân và liên kết kép được coi là 1 liên kết).

+ Nếu tổng số này là 2 thì trạng thái lai hóa sp, là 3 thì trạng thái lai hóa sp², là 4 thì trạng thái lai hóa sp³.

- Ví dụ: Nguyên tử C trong CO₂ (O=C=O) chỉ có 2 liên kết nên ở trạng thái lai hóa sp.

Nguyên tử N trong NO₂ (O-N=O) có 3 liên kết nên ở trạng thái lai hóa sp².

- GV chú ý cho HS: Các kiểu lai hóa quyết định dạng hình học của phân tử

+ Lai hoá sp: đường thẳng

+ Lai hoá sp²: tam giác phẳng

+ Lai hoá : hình tứ diện (hoặc tháp tam giác)

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

3. Sự lai hóa orbital nguyên tử

a) Tìm hiểu khái niệm lai hóa orbital

- Lai hóa orbital là sự tổ hợp các orbital của cùng một nguyên tử để tạo thành các orbital mới có năng lượng bằng nhau, hình dạng và kích thước giống nhau, nhưng định hướng khác nhau trong không gian.

- Điều kiện để các orbital nguyên tử (AO) có thể lai hóa với nhau là chúng có năng lượng gần bằng nhau.

- Số AO lai hóa bằng tổng số AO tham gia lai hóa.

Ví dụ: mô hình mô phỏng cấu trúc phân tử methane

Thảo luận 9:

+ Theo thuyết VSERP, để giảm tối đa lực đẩy giữa bốn cặp electron chung trong phân tử  bốn cặp electron này phải chiếm bốn khu vực điện tích âm sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất. Do đó góc liên kết không thể là  mà là 109,5°, ứng với cấu trúc tứ diện đều.

+ Kết quả này hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm là trong phân tử methane, 4 liên kết C-H đều có độ dài tương đương là , có độ bên liên kết là  và có các góc liên kết HCH là .

+ Điều này được giải thích là do trong nguyên tử C của phân tử methane,  2s đã tổ hợp với , tạo thành  lai hoá , trong đó các thuỳ lớn hướng về bốn đỉnh của một tứ diện, góc giữa hai obital bất kì là 109,5°.

Thảo luận 10:

Các orbital nguyên tử lai hoá hoàn toàn tương đồng về hình dạng, kích thước, năng lượng và chỉ khác nhau về hướng trong không gian

Thảo luận 11:

Do số  lai hoá bằng tổng số  tham gia lai hoá nên nếu tổng số các  tham gia lai hoá là 3 sẽ tạo ra  lai hoá.

b) Tìm hiểu một số dạng lai hóa cơ bản

a) Lai hóa sp

Trong một nguyên tử, 1 AO ns tổ hợp với 1 AO np tạo ra 2 AO lai hóa sp có góc liên kết 180^o.

Lai hóa sp còn được gọi là lai hóa đường thẳng.

Ví dụ 5: BeCl₂

b) Lai hóa sp²_:

Trong một nguyên tử, 1 AO ns tổ hợp với 2 AO np tạo ra 3 AO lai hóa sp² hướng về 3 đỉnh của một tam giác đều. 3 AO này nằm cùng một mặt phẳng. Góc tạo bởi hai trục của hai AO là .

Lai hóa sp² còn được gọi là lai hóa tam giác.

Ví dụ 6: BF₃

c) Lai hóa sp³

Trong một nguyên tử, 1 Ao ns tổ hợp với 3 AO np tạo ra 4 AO lai hóa sp³ hướng về 4 đỉnh của một tứ diện đều. Góc tạo bởi hai trục của hai AO là .

Lai hóa sp³ còn được gọi là lai hóa tứ diện.

Ví dụ 7: CH₄.

Thảo luận 12:

- Công thức Lewis của phân tử CO₂ là:

- Như vậy trong phân tử  tổng liên kết  và số cặp electron hoá trị riêng trên nguyên tử  là  nên nguyên tử carbon ở trạng thái lai hoá sp; tổng liên kết  và số cặp electron hoá trị còn dư trên mỗi nguyên tử O là  nên mỗi nguyên tử oxygen đều ở trạng thái lai hoá sp².

- Cấu hình electron của

Một  2s tổ hợp với một  tạo hai  lai hoá sp.

- Cấu hình electron của O ( Z = 8):

Một AO 2s tổ hợp với hai  tạo ba  lai hoá sp².

- Mỗi nguyên tử C có 2 AO lai hóa sp, sẽ xen phủ với 1 Ao lai hóa sp² của mỗi nguyên tử O tạo hai liên kết , còn 2 AO p không lai hóa của nguyên tử X sẽ xen phủ với nhau từng đôi một với AO không lai hóa của mỗi nguyên tử O tạo thêm một liên kết  giữa mỗi nguyên tử O như sau:

Thảo luận 13:

Với cấu trúc tam giác phẳng, trạng thái lai hoá của nguyên tử carbon (C) trong phân tử formaldehyde phải là .

Thảo luận 14:

·        Xác định số nguyên tử liên kết trực tiếp với .

·        Xác định số cặp electron hoá trị riêng của .

·        Nếu tổng hai giá trị là 2; 3 hoặc 4 thì trạng thái lai hoá của A lần lượt là sp; sp² hoặc sp³.

Dự đoán trạng thái lai hoá của nguyên tử C, S, và N trong các phân tử CO_2; SO₂ và NH₃:

Thảo luận 15:

- Lai hoá sp³ là lai hoá tứ diện nên phân tử chứa nguyên tử lai hoá sp³ không thể có cấu trúc phẳng nếu công thức VSEPR của phân tử có dạng  (nhứ  hoặc  (như .

- Trong trường hợp công thức VSEPR có dạng  (như , ...), phân tử có cấu trúc phẳng. Cấu trúc phẳng cũng gặp trong trường hợp phân tử  có chứa nguyên tử lai hoá sp  như