BÀI 11: LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ

MỞ ĐẦU

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 hay không.

Giải nhanh:

- Công thức cần tìm có dạng: 

- Nó thể hiện quy tắc octet.

1. LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ

Câu 1: Mỗi nguyên tử trong phân tử HF (Hình 11.1) có bao nhiêu electron dùng chung, bao nhiêu electron hoá trị riêng (electron hoá trị thuộc về một nguyên tử)?

Giải nhanh:

- Số electron chung: 2 

- Electron hóa trị riêng: của H là 1, của F là 7.

Câu 2: Trong phân tử HCl, lớp electron ngoài cùng của Cl và H lần lượt có bao nhiêu electron?

Giải nhanh:

Lần lượt là 7 electron và 1 electron.

Câu 3: 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 sự hình thành liên kết trong phân tử F₂.

Giải nhanh:

- Vì fluorine có độ âm điện lớn nên khả năng nhận 1 electron dễ hơn và với hai nguyên tử F chỉ tạo liên kết cộng hóa trị không cực.

- Để đạt cấu hình của khí hiếm, mỗi nguyên tử F đều cần thêm 1 electron. Vì vậy mỗi nguyên tử F cùng góp 1 electron để tạo nên 1 cặp electron chung.

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

Giải nhanh:

H có 1e ở lớp ngoài cùn g, N có 3e ở lớp ngoài cùng nên các nguyên tử góp chung 3 cặp electron để đạt cấu hình khí hiếm. Công thức Lewis:

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

Giải nhanh:

Giữa chúng có 2 cặp electron dùng chung.

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

Giải nhanh:

Để đạt cấu hình khí hiếm, mỗi nguyên tử N cần 3 electron nên mỗi nguyên tử N góp 3 electron để tạo 3 cặp electron chung. Công thức Lewis:

Câu 6: Những nguyên tử nào trong cation ammonium thỏa mãn quy tắc octet?

Giải nhanh:

Nguyên tử N và H.

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

Giải nhanh:

Không vì cặp electron dùng chung không bị lệch về phía nguyên tử nào.

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

Giải nhanh:

- 1 cặp electron trên O trở thành cặp electron chung cho O và H.

- Cặp electron còn lại của O trong H₂O tạo liên kết với H⁺ 

II. PHÂN LOẠI LIÊN KẾT THEO ĐỘ ÂM ĐIỆN

Luyện tập 3: Dựa vào giá trị độ âm điện, hãy dự đoán loại liên kết trong các phân tử: H₂S, CH₄, K₂O, F₂O, NaBr.

Giải nhanh:

- Cộng hóa trị không cực: H₂S, CH_4.

- Cộng hóa trị có cực: F₂O

- Liên kết ion: K₂O, NaBr.

III. LIÊN KẾT SIGMA (σ) VÀ LIÊN KẾT PI (π)

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

Giải nhanh:

Orbital ngoài cùng của H và F lần lượt là:

- H₂: 2 AOs của H 

- F₂: 2 AOp của F 

- HF: 1 AOs của H với một AOp của F.

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

Giải nhanh:

Orbital lớp ngoài cùng của N:

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.

IV. NĂNG LƯỢNG CỦA LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ

Vận dụng: 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 hoá học. Xây dựng mô hình các phân tử: CH₂=CH₂, CHCl=CHCl.

Biết rằng các nguyên tử đều nằm trên cùng một mặt phẳng.

Giải nhanh:

- CH₂=CH₂:

- CHCl = CHCl:

Luyện tập 6: 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.

Giải nhanh:

Thứ tự đúng: liên kết đơn, liên kết đôi, liên kết ba.

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

BÀI TẬP

Bài 1: Những phát biểu nào sau đây đúng?

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

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

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

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

Giải nhanh:

Phát biểu b, d đúng.

Bài 2: Những phát biểu nào sau đây đúng?

(a) Liên kết đôi được tạo nên từ 2 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 đôi được tạo nên từ 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Giải nhanh:

Phát biểu c, d đúng.

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

Giải nhanh:

H₂O có 2 cặp electron hóa trị riêng.

CH₄ không có cặp electron hóa trị riêng.

Bài 4: 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?

Giải nhanh:

a) H₂S gồm 2 liên kết S-H. Tổng năng lượng liên kết: 2.368 = 736 kJ mol^-1

H₂O gồm 2 liên kết O-H. Tổng năng lượng liên kết: 2.464 = 928 kJ mol^-1

b) Năng lượng liên kết trong phân tử H₂O lớn hơn H₂S nên nhiệt độ phân hủy của H₂O lớn hơn.

Bài 5: 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)?

Giải nhanh:

Vì năng lượng liên kết F-F < năng lượng liên kết N≡N nên phản ứng của F₂ với H₂ thuận lợi hơn.