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

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 11: Liên kết cộng hóa trị

Video giải bài tập Hóa lớp 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.

Trả lời:

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).

Trả lời:

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?

Trả lời:

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 electron bền vững 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.

Trả lời:

- 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.

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.

Trả lời:

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.

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?

Trả lời:

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.

Trả lời:

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?

Trả lời:

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?

Trả lời:

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)

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 chưa bị lệch hoàn toàn về phía nguyên tử nào.

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

Trả lời:

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.

Trả lời:

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.

Trả lời:

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.

Trả lời:

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 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

Trả lời:

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: liên kết đơn, liên kết đôi, liên kết ba của cùng một cặp nguyên tố theo chiều tăng dần. Giải thích

Trả lời:

- Chiều tăng dần năng lượng của các loại liên kết của cùng một cặp nguyên tố:

Năng lượng liên kết đơn < năng lượng liên kết đôi < liên kết ba

- Giải thích: 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.

Trả lời:

Phát biểu đúng là: (b), (d)

(a) Sai vì: 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 vì: 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.

Trả lời:

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?

Trả lời:

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?

Trả lời:

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)?

Trả lời:

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.

Lý thuyết Liên kết cộng hóa trị

I. Liên kết cộng hóa trị

- Quy tắc octet có thể đạt được bằng cách góp chung electron.

- Electron dùng chung là electron được coi như thuộc về đồng thời hai nguyên tử tham gia liên kết.

- Liên kết cộng hóa trị là liên kết được hình thành bởi một hay nhiều cặp electron dùng chung giữa hai nguyên tử.

- Liên kết cộng hóa trị thường gặp giữa phi kim với phi kim.

Ví dụ 1: Nguyên từ hydrogen (H) có cấu hình electron là 1s¹, chlorine (Cl) có cấu hình electron là [Ne]3s²3p⁵. 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 để tạo nên 1 cặp electron dùng chung cho cả hai nguyên tử.

Hình 11.1. Sơ đồ mô tả sự hình thành cặp electron dùng chung của HCl

+ Như vậy, liên kết giữa nguyên tử H và Cl được tạo nên bởi 1 cặp electron dùng chung. Công thức được gọi là công thức electron của HCl.

+ Nếu giữa hai nguyên tử chỉ có một cặp electron dùng chung thì cặp electron này được biểu diễn bằng một nối đơn (-) và được gọi là liên kết đơn. Khi đó HCl được biểu diễn như sau:

+ Công thức trên được gọi là công thức Lewis của HCl.

+ Hợp chất HCl được tạo nên bởi liên kết cộng hóa trị nên thuộc loại hợp chất cộng hóa trị.

- Kết luận: Công thức Lewis biểu diễn cấu tạo phân tử qua các liên kết (cặp electron dùng chung) và các electron hóa trị riêng.

- Chú ý:

+ Nếu giữa hai nguyên tử có hai cặp electron dùng chung thì hai cặp electron này được biểu diễn bằng một nối đôi (=) và gọi là liên kết đôi.

+ Nếu giữa hai nguyên tử có ba cặp electron dùng chung thì ba cặp electron này được biểu diễn bằng một nối ba (≡) và gọi là liên kết ba.

Ví dụ 2: Phân tử ammonia kết hợp với ion H⁺ tạo ra cation ammonium ($N{H}_4^{+}$)

Hình 11.4. Sơ đồ mô tả sự hình thành liên kết cho – nhận trong cation ammonium

+ Trên nguyên tử N còn một cặp electron hóa trị riêng, khi hình thành ion $N{H}_4^{+}$, cặp electron này trở thành cặp electron dùng chung cho cả N và H, cả N và các nguyên tử H đều thỏa mãn quy tắc octet.

+ Như vậy, liên kết đơn giữa nguyên tử N trong NH₃ với H⁺ được tạo thành bởi một cặp electron góp chung của nguyên tử N.

+ Để chỉ rõ sự khác biệt về nguồn gốc cặp electron dùng chung, liên kết tạo bởi cặp electron của N và ion H⁺ được kí hiệu là mũi tên (®) xuất phát từ N. Loại liên kết này được gọi là liên kết cho – nhận.

- Kết luận: Liên kết cho – nhận là liên kết cộng hóa trị mà cặp electron dùng chung được đóng góp từ một nguyên tử.

II. Phân loại liên kết theo độ âm điện

- Dựa vào độ âm điện (Δχ, đọc là đen – ta khi) giữa hai nguyên tử A và B , có thể dự đoán được loại liên kết giữa hai nguyên tử đó.

Δχ = χ(B) – χ(A), trong đó χ(B) > χ(A)

- Phân loại liên kết theo độ âm điện

+ 0 £ Δχ < 0,4: Liên kết cộng hóa trị không cực

A : B

+ 0,4 £ Δχ < 1,7: Liên kết cộng hóa trị có cực

$A^{{\delta }^{+}}$ : $B^{{\delta }^{-}}$

+ Δχ > 1,7: Liên kết ion

$A^{+}$ : $B^{-}$

Lưu ý:

- Một số trường hợp ngoại lệ không tuân theo cách phân loại theo độ âm điện như: hợp chất cộng hóa trị HF, hợp chất ion MnI₂, ...

- Trong liên kết giữa nguyên tử A và B, nếu độ âm điện của nguyên tử A nhỏ hơn độ âm điện của nguyên tử B thì cặp electron dùng chung sẽ bị lệch về phía nguyên tử B. Nguyên tử B lúc này mang một phần điện tích âm (${\delta }^{-}$), nguyên tử A mang một phần điện tích dương (${\delta }^{+}$). Liên kết này gọi là liên kết cộng hóa trị có cực.

III. Liên kết sigma (s) và liên lết pi (p)

- Liên kết cộng hóa trị được hình thành từ cặp electron dùng chung. Để tạo nên một cặp electron dùng chung, hai AO chứa electron độc thân (hoặc giữa một AO trống và 1 AO bão hòa electron) cần xen phủ với nhau.

- Có hai kiểu xen phủ AO là xen phủ trục và xen phủ bên.

- Xen phủ trục: là xen phủ giữa hai AO dọc theo trục nối (trục z) hai nguyên tử. Có ba khả năng xen phủ trục.

+ Xen phủ giữa AO s với AO s

+ Xen phủ giữa AO s với AO p

+ Xen phủ giữa AO p với AO p

Liên kết được tạo nên từ xen phủ trục của hai AO gọi là liên kết sigma (s).

- Xen phủ bên: là sự xen phủ xảy ra giữa hai AO p song song với nhau.

Liên kết được tạo nên từ xen phủ bên của hai AO gọi là liên kết pi (p).

- Kết luận: Liên kết đơn còn gọi là liên kết s, liên kết đôi gồm một liên kết s và một liên kết p, liên kết ba gồm một liên kết s và hai liên kết p.

Lưu ý:

- Khi các nguyên tử liên kết với nhau, các AO phải được sắp xếp ở vị trí phù hợp. Chẳng hạn khi hình thành phân tử hai nguyên tử, vị trí của các AO như sau:

+ Hai AO p_z nằm dọc trên cùng một trục nên chỉ có thể xen phủ trục với nhau.

+ Hai AO p_x (cũng như hai AO p_y) là song song với nhau nên chỉ có thể xen phủ bên với nhau.

- Liên kết s bền vững hơn liên kết p bởi vùng xen phủ AO chứa electron chung chắn giữa hai hạt nhân, làm giảm lực đẩy giữa chúng. Để phân tử bền vững thì trong phân tử phải luôn có liên kết s.

IV. Năng lượng của liên kết cộng hóa trị

- Khi các nguyên tử liên kết với nhau sẽ tạo thành một hệ bền vững hơn, quá trình này giải phóng năng lượng. Do vậy, để phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử thì phải cung cấp năng lượng.

Ví dụ: Để phá vỡ liên kết H – H trong 1 mol khí H₂ ở 25^oC và 1 bar cần năng lượng là 436 kJ.

Hình 11.5. Sơ đồ sự phá vỡ liên kết H – H

- Năng lượng liên kết (E_b) là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết xác định trong phân tử ở thể khí, tại 25^oC và 1 bar.

- Đơn vị của năng lượng liên kết thường là kJ mol^-1.

- Năng lượng liên kết càng lớn, liên kết đó càng bền.

Ví dụ: Năng lượng liên kết H – H 436 kJ mol^-1, của F – F là 159 kJ mol^-1. Như vậy liên kết H – H bền hơn liên kết F – F.

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

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

Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 11: Liên kết cộng hóa trị

Trắc nghiệm Bài 11: Liên kết cộng hóa trị