Nội dung chính hóa học 10 chân trời sáng tạo Bài 10: Liên kết cộng hóa trị

BÀI 10. LIÊN CỘNG HÓA TRỊ

1. SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

- Phân tử HCl, mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo 1 cặp electron chung. Do đó H đạt được cấu hình electron bền của helium, Cl đạt được cấu hình electron bền của neon

- Phân tử O₂, mỗi nguyên tử O góp 2 electron tạo 2 cặp electron chung. Do đó O đạt được cấu hình electron bền của neon.

- Phân tử N₂, mỗi nguyên tử N góp 3 electron tạo 3 cặp electron chung. Do đó N đạt được cấu hình electron bền của neon.

- Trả lời câu hỏi 1 sgk trang 59:

Các nguyên tử trong các phân tử trên đều tuân theo quy tắc octet bằng cách góp chung 1, 2 hoặc 3 electron khi chúng tham gia liên kết. Nhờ đó, phân tử HCl, nguyên tử hydrogen đạt cấu hình bền của khí hiếm helium, nguyên tử chlorine đạt được cấu hình bền của khí hiếm neon; ở phân tử O₂, mỗi nguyên tử oxygen đều đạt cấu hình bền của khí hiếm neon; phân tử N₂, mỗi nguyên tử nitrogen cũng đều đạt cấu hình electron bền của khí hiếm neon.

- Trả lời câu 2 sgk trang 59:

+ Nguyên tử hydrogen và nguyên tử chlotine lần lượt có 1 electron và 7 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành phân tử HCl, mỗi nguyên tử góp 1 electron, tạo thành một cặp electron chung, nhờ đó mỗi nguyên tử trong phân tử HCl đều đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm helium và argon.

+ Mỗi nguyên tử oxygen có 6 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành nên phân tử O₂, mỗi nguyên tử O góp chung 2 electron, nhờ đó mỗi nguyên tử trong phân tử O₂ đều đạt được cấu hình electron của khí hiếm neon.

+ Mỗi nguyên tử nitrogen có 5 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành phân tử N₂, mỗi nguyên tử N góp 3 electron, tạo thành 3 cặp electron chung, nhờ đó mỗi nguyên tử trong phân tử N₂ đều đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm neon.

→ Kết luận: liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành giữa hai hay nhiều nguyên tử bằng một hay nhiều cặp electron dùng chung.

- Trả lời câu 3 sgk trang 60:

Liên kết đơn, liên kết đôi, liên kết ba là các liên kết cộng hóa trị lần lượt được tạo nên bởi 1, 2 và 33 cặp electron chung.

- Trả lời luyện tập sgk trang 60:

Nguyên tử chlorine có 7 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành phân tử Cl₂, mỗi nguyên tử Cl góp 1 electron, tạo thành cặp electron chung, nhờ đó mỗi nguyên tử trong phân tử Cl₂ đều đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm argon.

- Viết lại công thức:

H – Cl, O = O , N ≡ N

Liên kết đơn: –

Liên kết đôi: =

Liên kết ba: ≡

- VD:

 PH₃:

- Giải thích: Nguyên tử H và nguyên tử P lần lượt có 1 electron và 5 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành phân tử PH₃, mỗi nguyên tử H góp 1 electron, nguyên tử P góp 3 electron tạo thành 3 cặp electron chung (3 liên kết đơn), nhờ đó mỗi nguyên tử trong phân tử HCl đều đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm helium và argon.

HBr:

- Giải thích nguyên tử H và nguyên tử Br lần lượt có 1 electron và 7 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành phân tử HBr, mỗi nguyên tử góp 1 electron, tạo thành một cặp electron chung, nhờ đó mỗi nguyên tử trong phân tử HBr đều đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm helium và Krypton.

C₂H₆:

- Giải thích: Nguyên tử H và nguyên tử C lần lượt có 1 electron và 4 electron ở lớp ngoài cùng. Để hình thành phân tử C₂H₆, mỗi nguyên tử H góp 1 electron, nguyên tử C góp 4 electron tạo thành 7 cặp electron chung (7 liên kết đơn), nhờ đó mỗi nguuyên tử trong phân tử C₂H₆ đều đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm helium và neon.

- Trả lời câu 4 sgk trang 60:

- Trả lời luyện tập sgk trang 60:

Nguyên tử nitrogen có 5 electron lớp ngoài cùng, nguyên tử hydrogen có 1 electron lớp ngoài cùng. Trong phân tử NH₃, nguyên tử nitrogen góp 3 electron, mỗi nguyên tử hydrogen góp 1 electron hình thành 3 cặp electron chung giữa nguyên tử nitrogen và 3 nguyên tử hydrogen.

- Nhận xét sự chênh lệch độ âm điện của mỗi tử trong 1 phân tử

H₂: độ chênh lệch độ âm điện =0

CCl₄: độ chênh lệch độ âm điện =  0,61

NaCl: độ chênh lệch độ âm điện = 2,23

→ Nhận xét: Liên kết cộng hóa trị được hình thành từ các nguyên tử không chênh lệch hoặc có sự chênh lệch độ âm điện nhỏ. Liên kết ion được hình thành từ các nguyên tử có sự chênh lệch độ âm điện lớn.

→ Kết luận: Liên kết cộng hóa trị thường được hình thành giữa các nguyên tử cùng một nguyên tố hoặc giữa các nguyên tử của các nguyên tố không khác nhiều về độ âm điện.

2. LIÊN KẾT CHO – NHẬN

- Trả lời câu 5 sgk trang 61:

- Trả lời câu 6 sgk trang 61:

Trong phân tử có liên kết cho – nhận, nguyên tử “cho” phải có cặp electron chưa tham gia liên kết, nguyên tử “nhận” phải có orbital còn trống.

- Trả lời luyện tập sgk trang 61:

Trên nguyên tử N trong NH₃ còn một cặp electron riêng. Khi cho NH₃ tác dụng với ion H⁺, cặp electron này trở thành cặp electron chung cho cả nguyên tử N và nguyên tử H vừa tham gia liên kết. Liên kết này gọi là liên kết cho – nhận.

→ Kết luận: Liên kết cho – nhận là một trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị, trong đó cặp electron chung chỉ do một nguyên tử đóng góp.

3. PHÂN BIỆT CÁC LOẠI LIÊN KẾT DỰA THEO ĐỘ ÂM ĐIỆN

- Trả lời câu hỏi 8 sgk trang 62:

+ Trong phân tử HCl, cặp electron chung lệch về phía nguyên tử chlorine, do độ âm điện của chlorine lớn hơn của hydrogen.

+ Trong phân tử NH₃, các cặp electron chung lệch về phía nguyên tử nitrogen, do độ âm điện của nitrogen lớn hơn của hydrogen.

+ Trong phân tử CO₂, các cặp electron chung lệch về phía nguyên tử oxygen, do độ âm điện của oxygen lớn hơn của carbon.

→ Kết luận:

+ Liên kết cộng hóa trị không phân cực là liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung không lệch về phía nguyên tử nào.

+ Liên kết cộng hóa trị phân cực là liên kết cộng hóa trị trong đó cặp electron chung lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.

- Trả lời câu 7 sgk trang 62:

Do độ âm điện của hai nguyên tử tham gia liên kết là như nhau, cặp electron chung trong các phân tử Cl₂, O₂ và N₂ không lệch về phía nguyên tử nào nên liên kết cộng hóa trị trong các phân tử này là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

- Trả lời câu luyện tập sgk trang 62:

- Trả lời câu hỏi 9 sgk trang 62:

Do độ âm điện của 2 nguyên tử tham gia liên kết như nhau, nên cặp electron chung giữa chúng không bị lệch về phía nguyên tử nào. Do đó các phân tử dạng A₂ luôn là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

- Trả lời câu 10 sgk trang 63: Khi độ âm điện giữa hai nguyên tử tham gia liên kết quá chênh lệch, cặp electron chung trong liên kết cộng hóa trị sẽ lệch hẳn về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Khi đó liên kết cộng hóa trị chuyển hoàn toàn thành liên kết ion.

- Sơ đồ biểu diễn:

- Trả lời luyện tập sgk trang 63:

4. SỰ HÌNH THÀNH NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT σ, π VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

- Trả lời câu hỏi 11 sgk trang 62:

+ Các hình từ 10. 5 đến 10. 7, liên kết trong mỗi phân tử được tạo thành bởi sự xen phủ trục của các orbital nguyên tử (AO), đó là liên kết σ.

+ Trong Hình 10. 8, liên kết trong phân tử gồm 2 loại: vừa được tạo thành bởi sự xen phủ trục giữa các orbital nguyên tử p, với nhau tạo liên kết ơ, vừa được tạo thành bởi sự xen phủ bên giữa các orbital nguyên tử p, với nhau tạo liên kết π.

- Trả lời câu 12 sgk trang 63:

Liên kết σ là loại liên kết cộng hoá trị được hình thành do sự xen phủ trục của các orbital nguyên tử (AO). Vùng xen phủ năm trên đường nối tâm của hai nguyên tử tham gia liên kết.

- Trả lời câu 13 sgk trang 64:

Liên kết π là loại liên kết cộng hoá trị được hình thành do sự xen phủ bên của các orbital nguyên tử (AO). Vùng xen phủ nằm hai bên đường nối tâm của hai nguyên tử tham gia liên kết.

- Trả lời câu 14 sgk trang 64:

Cả 2 loại liên kết đều hình thành do sự xen phủ giữa các orbital. Tuy nhiên, nếu sự xen phủ trục giữa hai AO tạo liên kết ơ thì sự xen phủ bên giữa hai AO sẽ tạo liên kết π.

- Trả lời câu 15 sgk trang 64:

+ Liên kết bội là liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử tham gia liên kết bằng hai hoặc ba cặp electron chung.

+ Phân tử có chứa liên kết bội trong các phân tử đã nêu là O, và N. .

- Trả lời câu 16 sgk trang 64:

Sự xen phủ có sự tham gia của orbital s với một orbital khác luôn là sự xen phủ trục, tạo

liên kết σ.

→ Kết luận:

+ Liên kết σ là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự đi xen phủ trục của hai orbital. Vùng xen phủ nằm trên đường nối tâm hai nguyên tử.

+ Liên kết π là loại liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự xen phủ bên của hai orbital. Vùng xen phủ nằm hai bên đường nối tâm hai nguyên tử.

- Trả lời câu 17 sgk trang 64:

+ Liên kết đơn chỉ là 1 liên kết σ.

+ Liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π

+ Liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π

- Trả lời câu luyện tập sgk trang 64:

- Trả lời câu 18 sgk trang 64:

Các phản ứng (1) và (2) cho thấy cần phải cung cấp lần lượt 432 kJ và 945 kJ để phá vỡ 1 mol liên kết khí H₂ và 1 mol khí N₂ thành các nguyên tử tương ứng ở thể khí. Như vậy, để phá vỡ liên kết H – H cần ít năng lượng hơn so với liên kết N – N bên liên kết H – H dễ bị phá vỡ hơn.

- Trả lời câu 19 sgk trang 65:

Năng lượng liên kết luôn có giá trị dương vì cần cung cấp năng lượng để phá vỡ một liên kết.

→ Kết luận:

+ Năng lượng liên kết của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol liên kết đó ở thể khí, tạo thành các nguyên tử ở thể khí.

+ Giá trị năng lượng của một liên kết hóa học là thước đo độ bền liên kết.

- Trả lời câu luyện tập sgk trang 65:

Để tham gia vào các phản ứng hóa học, phân tử nitrogen (N≡N) phản bị cắt đứt thành các nguyên tử. Do phân tử có liên kết ba bền vững, nitrogen gần như trơ ở điều kiện thường chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao.

- Trả lời câu vận dụng sgk trang 65:

Khi bơm lốp (vỏ) xe bằng không khí, khí oxygen có trong không khí có thể oxi hóa cao su và các lớp bố theo thời gian. Do là chất khí gần như trơ ở điều kiện thường, khí nitrogen khắc phục được nhược điểm này.

- Trả lời các câu hỏi:

a, Trong phân tử HF, trọng tâm không trùng với trọng tâm điện tích dương nên moment lưỡng cực phân tử HF không bị triệt tiêu

→ phân tử HF là phân tử phân cực.

b, Do phân tử CO₂ thẳng hàng nên tổng moment lưỡng cực không triệt tiêu nhau nên CO₂ là phân tử không phân cực. Do phân tử H₂O có dạng góc nên tổng moment lưỡng cực không triệt tiêu nhau nên H₂O là phân tử phân cực.

c, Các phân tử có liên kết cộng hóa trị dạng A₂ luôn là phân tử không phân cực, do trong phân tử không có sự hình thành các moment lưỡng cực.

d, Xét hai phân tử sau: BF₃ có cấu tạo phẳng và NH₃ có dạng hình chóp:

+ Liên kết trong hai phân tử đều là liên kết cộng hóa trị có cực nên đều xuất hiện các moment lưỡng cực. Tuy nhiên, phân tử BF₃ có cấu tạo phẳng nên tổng các moment lưỡng cực bị triệt tiêu nên BF₃ là phân tử phân cực.

+ Do NH₃ có dạng hình chóp nên tổng các moment lực không bị triệt tiêu nên NH₃ là phân tử phân cực.

- Các bước thực hiện:

+ Bước 1: Xác định hình học phân tử của các chất cần lắp ráp. Phân tử CH₄ có dạng tứ diện đều, phân tử CO₂ có dạng đường thẳng, phân tử NH₃ có dạng hình chóp, phân tử C₂H₂ có dạng đường thẳng.

+ Bước 2: Xác định số lượng các loại liên kết và kiểu liên kết trong phân tử, qua đó xác định số lượng mỗi loại khối cầu và số thanh nối cần dùng.

Phân tử CH₄: 1 quả cầu nguyên tử C, 4 quả cầu nguyên tử H và 4 liên kết đơn.

Phân tử CO₂: 1 quả cầu nguyên tử C, 2 quả cầu nguyên tử O và 2 liên kết đôi.

Phân tử NH₃: 1 quả cầu nguyên tử N, 3 quả cầu H và 3 liên kết đơn.

Phân tử C₂H₂: 2 quả cầu nguyên tử C, 2 quả cầu H và 2 liên kết đơn, 1 liên kết 3.