intTypePromotion=1
ADSENSE

Thực hành bài tập hóa học đại cương (Hóa học lý thuyết cơ sở): Phần 2

Chia sẻ: Gió Biển | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

347
lượt xem
99
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1 tài liệu Bài tập hóa học đại cương (Hóa học lý thuyết cơ sở), phần 2 giới thiệu tới người đọc các bài tập về hạt nhân nguyên tử, cấu tạo nguyên tử theo quan điểm cơ học lượng tử, nguyên tử hidro, nguyên tử nhiều electron,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thực hành bài tập hóa học đại cương (Hóa học lý thuyết cơ sở): Phần 2

  1. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Chương XIII CÂC KHÁI NIM CHUNG VÉ LIÊN KT.THUYT VB A- TÓM TẦT LÝ THUYẾT 1. N hững vấn ñề chung - Phân tử ñược hình thành là do có các liên kết hóa học. - Thuyết Lewis: ñối với các hợp chất phi ion, liên kết cộng hóa trị ñược hình thành là do một hay nhiều ñôi eletròn góp chung. - Một số dạng liên kết chính. Ví dụ V Dặc ñxểpi .liếix , Liên ñôi e‘ nằm giữa hai Không phân cực C1 : C1 kết nguyên tử cộng ñôi e‘ lệch vể phía Phân cực /H:C1 hóa nguyên tử có X lớn trị Cho nhận ñôi e' chỉ do một nguyên (liên kết phôi trí) H3N -» :H+ tử ñơn phương cung cấp e‘ chuyển hẳn về một Liên kết ion Na+ Cl' nguyên tử trong phân tử tạo thành các ion 215 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  2. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM - Liên kết cộng hóa trị ñược ñặc trưng bằng nhiều ñại lượng khác nhau. + Năng lượng liên kết ñược tính dựa trên ñịnh luật Hess của nhiệt hóa học bằng các phương pháp khác. Năng lượng liên kết càng lớn thỉ ñộ dài liên kết càng nhỏ, phân tử càng bền vững. + Giá trị momen lưỡng cực ñặc trưng cho khả năng phân cực của phân tử và ñược xác ñịnh bằng biểu thức [X= e.ỉ e - ñiện tích; í - ñộ dài liên kết lD(ñebye) = 3,33.10' 30 C m ðiện tích Tổng sô" e Tổng số e Tổng số liên kết hình thức hóá trị ng.tử tự do theo Lewis h ay th eo ký h iệu : FC = £ VE - [ z VE - £N B ] 2. Lý thuyết VB vể lai hóa các orbital nguyên tử a) Lai hóa sp3. (Lai hóa tứ diện) 1 AO - s + 3AO - p -» 4AO sp3. b) Lai hóa sp 2 (Lai hóa tam giác) 1 AO - s + 2AO - p -» 3AO sp 2 c) Lai hóa sp (Lai hóa thẳng) 1 AO - s + 1 AO - p 2 AO sp. Ngoài ra'còn có các loại lai hóa khác như d2sp3, sp 3d2. 3. Thuyết sức ñẩy các cặp electron hóa trị theo G illespie (VSEPR) ðây là thuyết gần ñúng dựa trên mô hình cặp electron ñịnh cư ñể mô tả dạng hình học của phân tử. Dạng chung của phân tử: AXnEm A- Nguyên tử trung tâm có các e’ hóa trị tạo liên kết X- Các phôi tử tạo liên kết ơ vối A n - số cặp electron tạo thành liên kết ơ 216 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  3. I WWW.DAYKEMQUYNHON.COM E - Cặp electron không phân chia. m - sô" cặp electron không phân chia. Trong phân tử trên t h ì nguyên tử trung tâm A ñ ư ợ c bao bọc bởi tổng sô' các cặp electron hóa trị p = n + m hầu n h ư không tương ñương vối nhau sẽ dẫn tối sự ñẩy giữa các cặp theo thứ tự sau: H ưốngf Cặp electron không phân chia (kpc) - Cặp kpc. sức Cặp kpc - Cặp electron liên kết ñẩy Cặp electron liên kết - Cặp electron liên kết 4. Năng lượng tương tác giữa các ion dạng Az+Bz‘ là: u 0 = - z *z ~e 2 k [ l - - ] r0 n n - Hệ sô" ñẩy Born với 5, 7, 9, 10 ứng vổi câu hình electron các khí trơ He, Ne, Ấr, Kr, Xe. r 0 - Khoảng cách cân bằng giữa Az+ và Bz‘. k ‐ H sô" t l 5. ðộ (p h ần tră m ) ion c ủ a liên k ế t ñược xác ñ ịn h th eo hệ thức 5% = Ò^-AO O ¿z/t H-t/nỉ Pi/t ' Giá trị momen lưdng cực thực nghiệm và lý thuyết. B- BÀỊ TẬP CÓ LỜI GIẢI VII. 1 . a) Hãy biểu diễn liên kết cộng hóa trị của các phân tử: H2 S; BeCl2f N 2 theo sơ ñồ Lewis. b) ðối vổi phân tỏ c o có ñiện tích dư trên cacbon và oxi. 217 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  4. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Hãy biểu diễn sơ ñồ tạo liên kết theo Lewis và chỉ hướng của momen lưõng cực. c) Biết ozon (O3) là phân tử cỏ cấu tạo góc^không ñóng vòng. Cho biết sơ ñồ Lewis cửa phân tử này. Cho: iH.’ 4B61 7N ,mgOj gCj X7CI. BÀI GIẢI a) ðể biểu diễn liên kết cộng hóa trị của phân tử, trước hết ta phải viết cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tổ" tham gia tạo liên kết. H: Is 1 => H* B e : 1 s 22 s 2 ở d ạ n g k íc h t h í c h B *: l s ^ s ^ p 1 => X B e X C: ls 22 s22 p2. Ổ dạng kích thích c* ls 22 s*2 p 3 => «Cx N: ls 22 s 22 p 3 => IN* X 0 : ls 22 s22 p 4 => ^)x S: ls 2 2s2 2p 6 3s2 3p 4 => 's* Cl: ls 2 2s 2 2p 6 3s2 3p5 => |ẽĩx Từ cấu hình electron trên ta suy ra sơ ñồ Hên kết của các phân tử theo Lewis: H2 S: H :S íH hay H - S - H ==> H - s - H BeCI2 : :ỏi: Be ĩ ci: hay ỉ õ ĩ - Bë - c l I =3 . C1 - Be - C1 N2: in * *N| hay IN 3 NI 218 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  5. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM b) Với CO ta có: c; : 0 '; -— > ic = d Với cách biểu diễn này Ç không thỏa mãn cấu hình bát tử. Vì vậy ỏ c và o sẽ xuất hiện ñiện tích dư: - và + |C ' = 0 +Ị hay ỉb = ol c) ðỐI vối O3 ta giả thiết phân tử ñóng vòng Song thực nghiệm chỉ rõ O3 không ñóng vòng. Vậy sơ ñồ cấu tạo của O3 là: l õ — Õl \ / \° / Song thực nghiệm chỉ rõ O3 không ñóng vòng. Vậy sơ ñồ cấu tạo của 0 3 là: ®õ / \ 10' N| 0 | ° ỹọi [0 Các dạng hỗ biến (Mesóme) X III.2. Trên cơ sỏ các lý thuyết ñã biết về liên kết. Hãy cho biết cấu trúc hình học của các hợp chất sau ñây: PH3; S i0 2. Chỉ rõ loại liên kết hình thành, nguyên tử trung tâm và trạng th ái lai hóa của các nguyên tử tham gia liên kết. Cho sO; 14SÌ; 15P- 219 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  6. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM BÀI GIẢI P: ls 2 2s2 2p 6 3s2 3p3. Khi hình thành liên kết thì AO - 3s và 3p lai hoá ñể tạo ra 4AO - sp 3 như sau: m E 3p í 1 m sp< r 3s Sơ ñồ hình thành ỉiên kết trong PH3. 4AO - lai hóa của P: sp3 sp3 sp3 sp3 AO của 3H D  í ‐ S - Nguyên tử trung tâm: p ơ ơ ơ - Trạng thái lai hóa: sp 3 - Liên kết hình thành: ơ ố ố ố H 220 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  7. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM S i0 2: Một cách tương tự ta cũng có thể biểu diễn sự hình thành liên kết trong phân tử này như sau:      '  3p __ 3p >fn [71 3p Si m 3s Si* p3s ’  tp E k  * _ M HỊ1 DU 2p ĩĩ} AO s P2 2s Sơ ñồ hình thành liên kết trong S i0 2: Vậy: Nguyên tử trung tâm: Si Trạiig thái lai hoá: sp  Liên kết ñược hình :0 thành ơ và K /O \ WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  8. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM XIII.3. Tính entanpi của các liến kết c - H và C-C từ các giá trị AH0 của các phản ứng sau: CH4 + 202 -> C02 + 2H20(k) AH° = -801,7 kJ/mol'1. 2H2 + 0 2 2H20(k) AH2 = -483kJ moi"1. Gthan chì + 0 2 ->> CO 2 AH3 = -SGS^kJmoI' 1 Cthan chì C(k) AH4 = 715kJ moi' 1 ‐1 G2H6 +7 /2 O2 2C02+3H20(k) AH5 = -1412,7 kJmol'1. -1 H2 -> 2H AHe = 431,5 kJmoV1. BÀI GIẢI ðể xác ñịnh AH c Hta lập chu trình sau: 4AH°h CH4 +202 - -*C(k) + 4H + 202 C02 + 2 H 9 + O2 -------- chi 2^0 + 2 O9 Theo ñịnh luật Hess ta viết: 4AHgH=AH? - AHg - AHẵ+ AHg+2AH? = -801,7 + 483 + 393,4 + 2(431,5) + 715 = 1652,7k.mol Vậy AH° = ĨẼẼE. = 413,2 kJ/mol ’ Một cách tương tự ta có thể xác ñịnh ñược AH c-c Ỉ , 222 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  9. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Theo sơ ñồ ta viết: CjjHg+7/202 ^ ^ 2 C ( k ) + 7 / 2 0 2 +6H3iíf''2C(t.cM)+772Q2 +3H2 “ 2 AH4 AH° -AH° -3'2AH° 2 CO2 + 3 H 2 O —> 2Ctch+20 2 +3H20 —ỳ' 2Cịch +T/ 2 O9 + 3 H2 Theo sơ ñồ ta viết: AHce + 6 AHỆh = AH5 - 2 AH5 - 3 Ị 2AHị 4- 2 AH4 + 3AHỈ AHrc = -1412.7 + 2(393,4) + 3/2(483) + 2(715) + 3(431,5) - 6(431) AHcc = 345,7 xra.4. Xác ñịnh giá trị momen lưỡng cực (D)ịIcị , ịĨNo? trong các dẫn xuất thế 2 lần của nhân benzen sau ñây: Cho Metañiclobenzen (jl= 1,5D); Orthoñinitrobenzen ( ịl = 6 ,6 D) Parànitrotoluen ( [I = 4,4D) Nitrobenzen ( ịi = 4,2 D) và toluen (hướng của jICH3 ngược vối hướng của nhóm N 0 2). 3 ortho meta para 223' WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  10. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM BÀI GIẢI Theo phương pháp cộng véc tơ ta viết: V? = H“jli + 2ịi1ịl2 COS0 (1) h ay ịl = YM1+ i¿2 + 2ÌỈỊŨ9 COS0 (2) Trường hợp với phân tử có hai nhóm th ế như nhau (m = 1*2 ), công thức (1 ) có thể viết như sau: ịl2 - 2ịxf(l + COS0) = 4ịìf COS— 2 0 Vậy ji = 2ịii1 cos— (3) 2 Dựa vào công thức (2 ) và (3) ta lần lượt tính giá trị ịl cho các trưòng hợp liên quan sau ñây: - ðối với phân tử orthodinitrobenzen với góc 0 = —= 60° 2 60 - Áp dựng công thức (3) ta cạ thể viết: 6,6 = 2ịINQ9 COS-— Từ ñó suy ra giá trị [¡N0 2 = 3.8D - ðối với phân tử metadiclobenzen vối góc: 6 = 2 — = 120°. 3 Cũng áp dụng công thức (3) khi (Ỉ! - jl2 = jlci ta có: _ o- 120 1,5 = 2ỊÌC1 c o s - £ - Sau khi biến ñổi ta thu ñược giá trị ici-: Aci =1»5D - ðối với phân tử paranitrotoluen vối góc 8 = %= 180°. Cách tính ịĩ sẽ khác vối hai trường hợp trên. Trong phân tử này còn tồn tại ñồng thòi hai nhóm thế ñối nhaũ. (0 = 180°). Vối các giá tri: ^ và ụ‐2 - Êci không như nhau. ¿ t. Theo hình vẽ ta nhận thấy jl của phân tử toluen và nitrobenzen có hướng ngược nhau nên phép cộng véc tơ có dạng như sau ịl (paranitrotoluen): M.no2 “ Ëch 3 224 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  11. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Thay các giá trị tương ứng với biểu thức này, ta có: 4,4 - 3,8 - £q H3 Suy ra: £ch 3 = 3,8 - 4,4 = -0,6. Vặy Êch3 = -0,6D. Dấu (-) chứng tỏ hướng của Êch3 ñi từ CH3 vể nguyên tử c của vòng benzen. XHL5. Bằng thực nghiệm người ta ñã xác ñịnh ñược giá trị momen lưỡng ÇÜC của phân tử H2S l à 1,09D và của liên kết s - H là 1,33 Ẳ . Hãy: a) Xác ñịnh góc liên kết HSH ^$-¡A ' ° ' 4 .* ' b) Tính ñộ ion của liên, kết S-H biết rằng ñộ dài liên kết S-H là 1,33 Ẵ C holD = 3,33.10^°C.m Giả sử |Ucủa cặp electron không phân chìa của s là không .ñáng kể. BÀI GIẢI H Phân tử HọS có cấu tạo không thẳng và tạo thành góc ĩ í s ì ĩ (xem hình bên). Phải xác ñịnh: a) Theo hình vẽ giá trị momen lưỡng cực của phân tử H2S là: -2 — A A h 2s = ê I h + M'SH + 2 £ s h È s h c o s a = 2 ^ I h 0 -+ c o s a ) - 4 £ g H COS* ~ - ct 0 a ^HyS ¿H2S = ^SH cos 2 • Suy ra C0St = 2 fi SH Thay các giá trị tương ứng : a a 92° . 225 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  12. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM b) ðộ ion của liên kết s - H trong phân tử H2S ñược xác ñịnh theo công thức: 2,61.10'1-30 100 = 12,3% jU;/t l,33.icr10.l,6.icr19 XIIL 6 . 1 ) Dựa vào lý thuyết tương tác tĩnh ñiện, hãy trình bầy những phương pháp xác ñịnh năng lượng tương tác u 0 giữa 2 ion dạng Az+ và Bz" ỏ trạng thái cân bằng với khoảng cách ỉà r0. 2) Từ công thức vừa rú t ra, hãy tính nãng lượng nguyên tử hóa cho phân tử NaF. Cho: ZNaF = 1,846A°; n = 7; k = 9.l0 9J.m/C2; INa = 5,l39eV; EF = - 3 ,4 4 7 eV. BÀI GIẢI 1) Sự phụ thuộc của năng lượng hút và ñẩy của hai ion trái dấu ở khoảng cách r ñược biểu diễn trên hình bên. Theo lý thuyết tĩnh ñiện, tương tác hút là: e2 u ,= - k — tương tác ñẩy: 226 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  13. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Tổ hợp cả hai loại tương tác ñẩy và hút là: e2 Be2 Ư = Ưh + Uñ = - k — + k — r Xn Năng lượng tương tác ñạt tới giá trị bền vững khi I —— = 0 . Sau khi thưc hiên phép lấy ñao hàm Ư theo r và \d r J r - n , qua một sô' phép biến ñổi ñơn giản, ta có: ðốì với dạng phân tử ion Az Bz tương tác Ư0 là: k 1 -- n k - là hằng số tỷ lệ. n - là hệ sô' ñẩy Born ñược suy ra từ ñộ chịu nén của từng loại tinh thể tương ứng, n có giá trị 5; 7; 9; 10; 12 tương ứng vối cấu hình electron của khí tro’ He, Ne, Ar, Kr, Xe. 2) Áp dụng công thức tính u 0 vừa chứng minh cho phân tử NaF. Năng lượng phân ly ion cho NaF (vối z += Z' = I). Ej = - u 0 = H Ì Ì Ể Ĩ 2 . 19)2 9.1010[1 =1,070.10~18J 1,846.1CT10 'ì Hay Ei = 6 , 6 8 6 eV. 227 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  14. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM ðể xác ñịnh năng lượng nguyên tử hóa ENaF ta lập sơ ñỗ sau: Theo ñịnh luật bảo toàn năng lượng ta viết: E i = E NaF + *Na + E F ở ñây dấu ñược quy ước cho các quá trình giải phóng và cung cấp năng lượng như sau: Dấu + là năng lượng ñược cung cấp Dấu - là năng lượng ñược giải phóng Vậy năng lượng nguyên tử hóa NaF là: ^NaF = Eị - INa - Ep hay = 6 , 6 8 6 - 5,139- (-3,448) = 4,995 eV Efjap = 5,0eV Hệ thức rút ra ồ câu 1 ) là cơ sỏ của thuyết Born-Lande với sự thừa nhận phân tử AZ+,BZ_ là phân tử ion lýtưdng song trong thực tế không có loại phân tử như vậynên kết quả thu ñược chỉ là giá trị gần ñúng. 228 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  15. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM I XIII.7. Dựa và lý-thuyếtLewis và cách tính ñiện tích hình thức (FC) hãy cho biết côngthức cấu tạo nào là hợp lý trong các hợp chất cho dưới ñây: a) H 2CO; b) OCN"; c) coị- BÀI GIẢI a) Trước tiên ta tính tổng sô' electron hoá trị của hợp chất: 1.4(C)+ 1.6(0) + 2 . 1 (H) = 1 2 Số electron này ñược phân bổ cHo các liên kết theo công thức giả ñịnh sau: A B H H I •• «• I H -C = 0 ệ=Ó -H ðể gìả ñịnh công thức A hay B là phù hdp ta tính FC: FC A B H 1 —(0 + 1) = 0 l - ( 0 + l) = 0 c 4 - (0 + 4) = 0 4 - ( 4 + 2) = -2 0 6 - (4 + 2) = 0 6 - (0 + 4) = 2 Kết quả tính FC cho thấy ỏ công thức A giá tị FC = 0 (nhỏ nhất). Vậy A ñược chấp nhận. b) ðôi với ion OCN- ta cũng tính tổng sô" electron hoá trị: 1.6(0) + 1.4(C) + 1.5(N) + 1 —16 Các electron này ñược xếp vào công thức Lewis giả ñịnh sau: A B c 0=C = n ' ỊỊ o = C - N : ] | s 5 - C = N : ] 229 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  16. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM
  17. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM XjẸ^8. Hai phân tử NH3 và NF3 ñều có cấu trúc tháp tam giác. a) Hãy cho biết tuạng thái lai hóa của N trong cả hai trường hợp và biểu diễn chúng bằng sd ñồ. b) Giải thích tại sao momen lưỡng cực của phân tử NH3(1,46D) lổn hơn nhiều so vối giá tn tương ứng của NF 3 (Ồ,2 D). Cho H(Z = 1 ); N(Z = 7); F(Z = 9); otHNH = 170°; Oí.ỊFNF = 102°; > XH' BÀI GIẢI a) H: ls 0 N: ls 2 2s2 2ps hay ~ ti| t t t •> ' ■ ■ F: ls 2 2 s 2 2 p 5 n n n t Khi hình thành liên kết N trong cả hai trưòng hợp ñều có AO lai hóa sp3. 2P spc 2S 3AO sp 3 vói 3AO - ls(H) tạo ra ba liên kết ơ trong phân tử NH3. 231 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  18. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM 3A0 - sp 3 xen phủ với 3A0 - 2p (E) cũng tạo ra 3 liên kết G trong phân tử NF3. Trong cả hai trường hợp ñều có ñôi electron tự do trên AO - sp 3 không tham gia liên kết. Ta có thể biểu diễn ñiều trình bầy trẽn ñây bằng sơ ñồ sau: b) Từ hình vẽ ta nhận thấy hưống của véctơ momen lưỡng cực các liên kết N-H và của cặp electron không phân chia (tự do chưa liên kết) là cùng chiều vối nhau. Trong khi ñó hướng của véctơ mo men lưỡng cực của các liên kết N-F và của cặp electron không phân chia lại ngược chiều nhau do Xp > Xn - Theo phép cộng véctơ ta thu ñược giá trị momen lưống cực của phân tử NH 3 lớn hơn ñại lượng tương ứng ỏ phân tử NF3. XIII.9. Hãy xác ñịnh khoảng cách giữa hai nguyên tử iot trong hai ñồng phân hình học của phân tử C9 ỈỈ 9I 9 vối giả thiết hai ñồng phân này có cấu tạo phẳng theo sg ñổ saịi: 232 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
  19. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM a) b) Cho ¿C-I = 2,10A°; ^ Zc=c = l,33A0. BẢI GIẢI Theo ñầu bài ta lần lượt tính khoảng cách I-I. a) Từ sơ ñồ hình học của phân tử dạng a) BE = FG = ỈQ.Q BA = EH = Ỉ Q . ị .
  20. WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Quả vậy AC = 2AD mà AD = ABsin60° = lc-iSĨn60° = = 2,ĩsin60° = 1,82A°. Do ñó: AC = 2AD = 2.1,82 = 3,64A°. Mặt khác CK = DB + BE + EP = 1,05 + 1,33 +1,05 = 3,43A°. Như vậy dj_j = AK = a/AC2 - CR2 = ^3,642 + 3,432 ='5$0A° / c - B À I TẬP * T ự GIẢI XIII.lOdDùng lý thuyết lai hóa hãy mô tả dạng hình học của phân tử S 0 2 tồn tại ỏ hai dạng, biết S(Z = 16); 0(Z = 8 ). ðáp sô": Hình vẽ _ / s\ 0 0 lõ \0 / 'XIH.11. Cho các hợp chất sau ñây: OF2; NF3; BF3. Biết các góc tương ứng ñược hình thành ồ các chất nói trên lần lượt bằng: 103°15; ÍN Ề = 109°28; fS ỳ = 1 2 0 °. 234 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2