Giáo án NLS chuyên đề Hoá học 10 Bài 1: Liên kết hoá học

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS tìm hiểu SGK và kết hợp kiến thức đã được học:

+ 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.

- GV đặt câu hỏi: 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).

+ Bước 2: GV giới thiệu nguyên tử trung tâm và phối tử.

Xác định nguyên tử trung tâm và phối tử của phân tử CO₂?

(nguyên tử trung tâm: C, phối tử: O).

+ GV hướng dẫn HS thực hiện bước 3 và bước 4. 

Ví dụ với CO₂, không còn electron hóa trị còn lại mà C lại thiếu 4 electron nên sẽ tạo liên kết đôi với O.

+ Căn cứ các bước đã nêu ở trên, hãy giải thích từng bước khi viết công thức Lewis của các chất: PCl₃

+ GV lưu ý: trong một số trường hợp nguyên tử trung tâm có thể có số lẻ electron hoặc nhiều hơn 8 electron.

- GV cho HS thực hiện theo nhóm đôi làm Câu hỏi 1, 2, và câu 3 ý a, b.  GV hỏi thêm 

+ Xác đinh tổng số electron hóa trị của các phân tử. 

+ Bước 2: xác định nguyên tử trung tâm, phối tử.

+ Ở bước 4: ta điền số electron còn lại hay sẽ sử dụng liên kết đôi, liên kết ba?

(NH₃: , có tổng số electron hóa trị là 8. Nguyên tử trung tâm: N, phối tử: H. Ở bước 4, ta điền số electron còn lại vào nguyên tử N).

- Để làm bài tập nhóm hiệu quả, Nhóm trưởng hãy đề xuất các công cụ và công nghệ số khác nhau cho quá trình hợp tác: Lập một trang Google Jamboard (hoặc Docs) và chia sẻ quyền chỉnh sửa để 2 bạn cùng dùng điện thoại/tablet vẽ công thức Lewis lên bảng trắng trực tuyến.

- Đối với phân tử phức tạp, HS hãy mô tả các yêu cầu để đặt prompt phù hợp với mục tiêu cụ thể trên ChatGPT. Ví dụ lệnh: "Đóng vai giáo viên Hóa học, hãy giải thích từng bước viết công thức Lewis của SO3 theo quy tắc Octet. Ràng buộc: Trình bày ngắn gọn, dễ hiểu cho học sinh lớp 10."

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.

- HS thao tác vẽ CT trên nền tảng Jamboard.

- HS thực hành thiết lập prompt AI.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận: 

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- HS trình chiếu Jamboard, giải thích các bước.

- Báo cáo AI: HS nhận xét việc yêu cầu AI đóng vai và giới hạn độ dài giúp thu được câu trả lời đi thẳng vào trọng tâm (các bước tính e hóa trị), hỗ trợ tự học rất tốt.

- 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.

I. Công thức Lewis

1. Công thức electron, công thức 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:

Khi thay mỗi cặp electron dùng chung trong công thức electron bằng một gạch nối (-), ta được công thức Lewis.

Ví dụ:

	HCl	O2

2. Các bước viết công thức Lewis

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

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

Nguyên tử trung tâm của một phân tử hay ion là nguyên tử cần nhiều nhất số electron để tạo octet cho vỏ hóa trị của nó (hay nguyên tử có số oxi hóa cao nhất về giá trị tuyệt đối), các nguyên tử khác của phân tử hay ion đó là phối tử.

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

Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại. 

+ Nếu còn electron hóa trị: sử dụng để hoàn thành octet của nguyên tử trung tâm.

+ Nếu electron hóa trị hết: nguyên tử trung tâm chưa đạt octet thì chuyển các cặp electron hóa trị từ nguyên tử xung quanh để tạo liên kết đôi hoặc liên kết ba với nguyên tử trung tâm.

Ví dụ: 

Câu hỏi 1: Đáp án B. 

Số electron lớp ngoài cungd của C và S đều tuân theo quy tắc octet.

Câu hỏi 2:

Bước 1: Xác định tổng số electron hóa trị trong phân tử: (1.5)=(3.1) = 8.

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

Bước 3: Hoàn thiện octet cho nguyên tử N:

Bước 4: Tính số electron hóa trị còn lại = 8 – [(1.5)+(3.1)] = 0.

Câu hỏi 3:

a) Cl₂:

 N₂:

b) SO₂:

SO₃:

[2.4.NC1a]: Nhóm trưởng chủ động đề xuất và thiết lập không gian làm việc số (Google Jamboard) để các thành viên hợp tác trực tuyến, cùng nhau vẽ và chỉnh sửa công thức cấu tạo phân tử một cách đồng bộ.

[10.C3.1]: HS xác định và mô tả được các thành phần của một câu lệnh (prompt) tối ưu: Định danh vai trò, xác định rõ nhiệm vụ và giới hạn đầu ra, giúp khai thác công cụ AI hiệu quả trong việc học Hóa học.

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.

+ Ví dụ: CH₄. GV nhấn mạnh: 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?

+ Một số trạng thái lai hóa cơ bản? (sp, sp², sp³).

- GV chiếu hình ảnh, hướng dẫn về lai hóa sp³, 

Cho ví dụ về hình ảnh lai hóa của AO của NF_3.

- Tương tự với các chất BF₃,BeF₂, để giới thiệu các trường hợp lai hóa AO sp², sp.

- 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)

- HS thực hiện nhóm đôi làm Câu hỏi 10, 11a và 11 b.

- GV giao nhiệm vụ cho HS thảo luận 2 câu hỏi dưới đây:

+ "Trong nghiên cứu dược phẩm hiện đại, người ta dùng AI để dự đoán sự lai hóa và cấu trúc không gian của các phân tử thuốc mới. Tuy nhiên, hãy giải thích tại sao việc con người kiểm soát AI là quan trọng trong trường hợp này?

+ "Nếu phần mềm AI đó chỉ được nạp dữ liệu về các hợp chất hữu cơ của Carbon, khi dự đoán thuốc vô cơ nó sẽ bị sai. Em hãy chỉ ra vấn đề đạo đức trong vận hành AI ở đây là gì?"

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.

- HS suy luận về triết lí đạo đức và quản trị AI.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận: 

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Báo cáo AI: (1) Con người phải kiểm soát vì nếu AI dự đoán sai hình học phân tử, phân tử thuốc đó có thể thay đổi tính chất hóa học, trở thành chất độc gây nguy hiểm chết người. (2) Vấn đề đạo đức là "Thiên vị dữ liệu" (Data bias). Dữ liệu huấn luyện lệch chuẩn dẫn đến AI đưa ra kết quả phân biệt, không chính xác.

- 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.

III. Sự lai hóa orbital nguyên tử

1. Khái niệm lai hóa orbital

- Các orbital của cùng một nguyên tử có năng lượng gần nhau có thể tổ hợp với nhau tạo ra orbital mới có hình dạng giống nhau và có năng lượng bằng nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian, gọi là orbital lai hóa.

Số orbital lai hóa được hình thành bằng tổng số orbital tham gia lai hóa.

Ví dụ (SGK -tr9).

2. Một số trạng thái lai hóa cơ bản

a) Lai hóa sp³

Một AO s tổ hợp với ba AO p trong một nguyên tửu tạo ra bốn AO lai hóa sp³, hướng về bốn đỉnh của một tứ diện đều mà tâm của hình tứ diện là hạt nhân nguyên tử đang xét. Góc tạo bởi hai trục của hai AO kề nhau là 109,5^o. Lai hóa sp³ còn được gọi là lai hóa tứ diện.

Ví dụ: NF₃

b) Lai hóa sp²

Một AO s tổ hợp với hai AO p trong một nguyên tử, tạo ra ba AO lai hoá sp2 hướng về ba đình của một tam giác đều. Ba AO này cùng nằm trong một mặt phẳng, góc tạo bởi hai trục của hai AO kề nhau là 120°. Lai hoá sp2 còn được gọi là lai hoá tam giác phẳng.

Ví dụ: BF₃

c) Lai hóa sp

Một AO s tổ hợp với một AO p trong một nguyên tử tạo ra hai AO là 180^o. Lai hóa sp còn được gọi là lai hóa thẳng.

Ví dụ: BeF₂

Câu hỏi 10:

Trạng thái lai hoá của là là là .

Nguyên tử có tổng số liên kết lai hoá .

có tổng số liên kết lai hoá .

có tổng số liên kết lai hoá sp. 

Câu hỏi 11. 

a) Phân tử : Cấu hình electron của .

lai hoá với tạo hai lai hoá sp và còn hai không lai hoá.

Hai lai hoá sp của xen phủ với hai của hai nguyên tử tạo hai liên kết . Nguyên tử trung tâm Be không còn electron chưa liên kết nên hai lai hoá đẩy nhau với lực lớn nhất tạo góc . Trong phân tử , nguyên tử còn hai không lai hoá và là trống.

b) Phân tử : Cấu hình electron hoá trị của .

Nguyên tử ở trạng thái lai hoá :

gồm 3AO lai hóa + 1AO không lại hóa.

Nguyên tử dùng lai hoá thứ nhất (chứa 1 e độc thân) xen phủ với p của một trong hai nguyên tử tạo liên kết và dùng không lai hoá chứa 1 e độc thân xen phủ với p của chính nguyên tử đó tạo ra liên kết . Nguyên tử dùng lai hoá thứ hai chứa cặp e tạo liên kết cho - nhận với trống của nguyên tử còn lại và nguyên tử còn lai hoá 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 có dạng góc (chữ ).

[10.A1.2]: HS giải thích được tầm quan trọng sống còn của việc con người kiểm soát AI trong nghiên cứu hóa dược, liên hệ mật thiết đến an toàn tính mạng con người.

[10.B3.1]: HS trình bày được ví dụ minh họa về "Thiên vị dữ liệu" trong thuật toán AI, hiểu rõ giới hạn của máy móc phụ thuộc vào chất lượng dữ liệu con người cung cấp.