Bài tập hóa học theo chủ đề: Liên kết hóa học – phản ứng hóa học

BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 1 CHUÛ ÑEÀ: LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC – PHAÛN ÖÙNG HOÙA HOÏC PHAÀN 1: LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC A. LÝ THUYẾT: 1. Liên kết ion và liên kết cộng hóa trị Loại liên kết Liên kết ion Liên kết cộng hóa trị Nguyên nhân hình thành liên kết Các nguyên tử liên kết với nhau để có cấu hình electron bền vững của khí hiếm. Bản chất của liên kết Lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu( cho và nhận electron) Là sự dùng chung các electron (sự dùng chung theo kiểu xen phủ các AO) Điều kiện của liên kết Xảy ra giữa các nguyên tố khác hẳn nhau về bản chất hóa học (thường xảy ra giữa kim lọai điển hình và phi kim điển hình). Xảy ra giữa 2 nguyên tố giống nhau về bản chất hóa học (thường xảy ra với các nhóm IV, V, VI, VII) Đặc tính Rất bền Bền 2. Hiệu độ âm điện và liên kết hóa học Sai biệt độ âm điện 0→=1,7 Loại liên kết Cộng hóa trị không cực Cộng hóa trị phân cực Ion 3. Sự lai hóa các Obitan nguyên tử a. Khái niệm: Sự lai hóa các Obitan nguyên tử là sự tổ hợp trộn lẫn một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hóa giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian. b.Điều kiện lai hóa bền: - Các obitan lai hóa được với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau. - Mật độ electron của các obitan nguyên tử tham gia lai hóa phải đủ lớn để độ xen phủ của obitan lai hóa với obitan nguyên tử khác (tham gia liên kết) đủ lớn để tạo liên kết bền. c.Các kiểu lai hóa thường gặp: BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 2 * Lai hóa sp (Lai hóa đường thẳng) : là sự tổ hơp 1 obitan s với một obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 obitan lai hóa sp nằm thẳng hành với nhau, đối xứng nhau. 1AO s + 1 AO p → 2 AO sp * Lai hóa sp 2 (Lai hóa tam giác): là sự tổ hợp một obitan s với hai obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 3 obitan lai hóa sp2 nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của một tam giác đều. 1AO s + 2 AO p → 3 AO sp 2 * Lai hóa sp 3 (Lai hóa tứ diện): là sự tổ hợp một obitan s với 3 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan lai hóa sp3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của tứ diện đều, các trục đối xứng của chúng tạo với nhau một góc 109028’. 1 AO s + 3 AO p → 4 AO sp3 4. Sự xen phủ các obitan tạo thành liên kết đơn, lên kết đôi liên kết ba a. Liên kết đơn  : - Liên kết được hình thành do sự xen phủ trục của 2 obitan một electron (2 trục đối xứng trùng nhau), liên kết bền. - Do là xen phủ trục nên nguyên tử quay được dễ dàng quanh trục nối hạt nhân. b. Liên kết đôi: Gồm một liên kết đơn  và một liên kết  Liên kết  : - Là liên kết được hình thành do sự xen phủ bên của 2 obitan p một electron (2 trục đối song song), sự xen phủ xảy ra ít nên liên kết  kém bền. - Do là xen phủ bên nên nguyên tử không quay được quanh trục nối hai nhân. c. Liên kết ba: Gồm một liên kết đơn và hai liên kết  . 5. Tinh thể ion, tinh thể nguyên tử, tinh thể phân tử, tinh thể kim loại Tinh thể ion Tinh thể nguyên tử Tinh thể phân tử Tinh thể kim loại Khái niệm Tinh thể ion được hình thành từ những ion mang điện tích trái dấu, đó là các cation và anion. Tinh thể được hình thành từ các nguyên tử. Tinh thể được hình thành từ các phân tử. Tinh thể được hình thành từ những ion, nguyên tử kim lọai và các electron tự do. Lực liên kết Lực liên kết có bản chát tĩnh điện. Lực này lớn. Lực liên kết có bản chất cộng hóa trị. Lực này rất lớn. Lực liên kết là lực tương tác phân tử. Lực này yếu hơn nhiều so với lực hút tĩnh Lực liên kết có bản chất tĩnh điện. BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 3 điện giữa các ion và lực liên kết cộng hóa trị. Đặc tính Bền, khá rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi. Bền, khá cứng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao. Ít bền, độ cứng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp. Ánh kim, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, dẻo. 6. Hóa trị và số oxi hóa a. Hóa trị trong liên kết ion: Điện hóa trị: là hóa trị của nguyên tố trong hợp chất ion. b. Hóa trị trong hợp chất cộng hóa trị: Cộng hóa trị : là hóa trị của nguyên tố trong hợp chất cộng hóa trị. c. Số oxi hóa: Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tố đó nếu giả định liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử là liên kết ion. B. BÀI TẬP Dạng 1: Xác định công thức cấu tạo – Các loại liên kết trong phân tử . Ví dụ 1: Cho nguyên tố X là một phi kim. Hợp chất với khí hidro của X là A và oxit bậc cao nhất của X là B. Biết tỉ khối hơi của A so với B là 0,425. a. Xác định nguyên tố X b. Xác định công thức electron, công thức cấu tạo của A, B và cho biết liên kết giữa các nguyên tử trong A, B thuộc loại nào . Tóm tắt: + H2 A ( A/Bd 0, 425 ) X (phi kim) + O2 Oxit cao nhất của B a) Xác định X. b) Công thức e, CTCT A, B. Liên kết trong A, B ? Giải: a) X là phi kim , gọi n là hóa trị của X trong hợp chất với hidro (1  n  4), thì (8 – n) là hóa trị cao nhất của X với oxi. Công thức của B: X2O8-x Ta có dA/B =0,425  A B M = 0,425 M BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 4 + Nếu n lẻ: dA/B = X + n = 0,425 2X+16(8-n)  0,15X =54,4- 7,8n  X =(54,4-7,8n):0,15 Ta có các giá trị. n 1 3 5 X 311 207 102,66 Kết quả Loại + Nếu n chẳn : dA/B = X + n 27,2 - 4,4n = 0,425 X = X+16(4-0,5n) 0,575  Ta có các giá trị. n 2 4 6 X 32 16,7 1,39 Kết quả Nhận Loại Loại Vậy X có khối lượng bằng 32 là lưu huỳnh (S). b) Công thức phân tử A: H2S, B: SO3 CT e của A : H:S:H CTCT A: H – S – H Ví dụ 2: Hợp chất X có dạng AB3, tổng số hạt proton trong phân tử là 40. Trong thành phần hạt nhân của A cũng như B đều có số hạt proton bằng số hạt notron. A thuộc chu kì ba trong bảng tuần hoàn a) Xác định tên gọi của A, B. b) Xác định các loại liên kết có thể có trong phân tử AB3 . Tóm tắt: X (AB3) có A B A A B B P +3P =40 P =N P =N      (A thuộc chu kỳ 3) Xác định: a) Tên A, B. b) Loại liên kết trong AB3 . Giải: BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 5 a) Tên gọi của A, B Theo đề ta có PA + 3PB = 40 hay ZA + 3ZB = 40 . Do A thuộc chu kỳ 3 suy ra Z = 11  18. + Nếu B có hóa trị 1, thì A có hóa trị 3  A là nhôm có Z = 13. Suy ra ZB = 9, vậy B là flo (loại) vì flo có Z  N. + Nếu B có hóa trị 2, thì A có hóa trị 6  A là lưu huỳnh (S) có Z = 16 Suy ra ZB = 8, vậy B là oxi (nhận) vì oxi có Z = N, Z < 10. Vậy A là SO3. b) Loại liên kết có thể có trong SO3 là liên kết công hóa trị và liên kết cho nhận . Dạng 2: Dựa vào độ âm điện xác định liên kết nào phân cực nhất. Ví dụ1: Biết rằng tính phi kim giảm dần theo thứ tự: F, O, Cl, N. Viết công thức cấu tạo của các phân tử sau đây và xét xem phân tử nào có liên kết ít phân cực nhất ? Có liên kết phân cực nhất ? Vì sao ? F2O, Cl2O, ClF, NCl3, NO, NF3 Giải: F – O – F, Cl – O – Cl, Cl – F Cl Cl F F N N Cl Cl N = O Trong số các liên kết trong phân tử trên thì liên kết N-Cl ít phân cực nhất vì N và Cl có tính phi kim hầu như bằng nhau, khả năng hút e chung hầu như cân bằng nhau. Liên kết Cl-F phân cực nhất vì Flo có tính phi kim mạnh hơn Clo nên Flo hút e chung về phía nó. Trong số 4 nguyên tố trên thì hiệu độ âm điện giữa flo và clo là lớn nhất, giữa clo và nitơ là nhỏ nhất. Ví dụ 2: Dựa vào độ âm điện hãy sắp xếp theo chiều độ phân cực tăng dần của liên kết giữa hai nguyên tử trong CH4, MgO, CaO, N2, NaBr, BCl3, ACl3 .Phân tử nào có liên kết ion, phân tử nào có liên kết cộng hóa trị (phân cực, không phân cực). Giải: Độ phân cực tăng dần: N2, CH4, BCl3, ACl3, NaBr, MgO, CaO. Liên kết cộng hóa trị không phân cực N2, CH4 ( hiệu độ âm điện từ 0  <0,4) Liên kết cộng hóa trị có cực BCl3, ACl3 (hiệu độ âm điện từ  0,4 <1,7) BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 6 Liên kết ion : NaBr, MgO, CaO, ( hiệu độ âm điện  1,7) Dạng 3: Ảnh hưởng của liên kết hóa học đến liên kết các chất. Ví dụ 1: Viết công thức cấu tạo và so sánh tính axit (có giải thích) của các oxi axit của clo sau : HClO, HClO2, HClO3, HClO4. Giải: H – O – Cl, H – O – Cl O O H – O – Cl O H – O –Cl O O O Tính axit: HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4. Trong dãy oxi axit này khi số nguyên tử oxi tăng lên mật độ e bị kéo về phía liên kết O - Cl , làm giảm độ bền của liên kết O - H, ion H+ càng dệ tách khỏi phân tử, do đó tính axit trong dãy tăng lên. Ngoài ra, do có nhiều nguyên tử O thì anion sinh ra được liên hợp nhiều nên bền hơn . Ví dụ 2: a) Hãy cho biết trạng thái lai hóa của S, C trong SO2, CO2, so sánh nhiệt độ sôi và độ tan của chúng trong nước. b) 1. So sánh tính axit, tính oxi hóa của các axit sau của các axit sau: HClO3, HBrO3, HIO3. b) 2. So sánh tính axit, nhiệt độ sôi của các axit sau: HF, HCl, HBr, HI. Giải: a) Trong phân tử CO2: O = C = O C ở trạng thái lai hóa sp2, nên phân tử CO2 thẳng hàng, hay lưỡng cực nối . + Trong phân tử SO2 O :S O Lưu huỳnh ở trạng thái lai hóa sp2, nên phân tử SO2 có góc hóa trị bằng 120 0 . Phân tử SO2 phân cực. So sánh nhiệt độ sôi và độ hòa tan của CO2, SO2 Phân tử SO2 phân cực nên nhiệt độ sôi cao hơn phân tử CO2 không phân cực . Nước là dung môi phân cực nên SO2 dễ hòa tan hơn CO2. Do đó dộ hòa tan của SO2 lớn hơn CO2 trong cùng điều kiện. b)1. Tính bền tăng, tính axit giảm, tính oxi hóa giảm theo thứ tự: HClO3, HBrO3, HIO3. BÀI TẬP HÓA HỌC THEO CHỦ ĐỀ [ NHÓM 1 – HÓA 2006] 2009 7 b)2. Tính axit tăng theo thứ tự do độ bền liên kết giảm: HF, HCl, HBr, HI. Nhiệt độ sôi giảm dần từ HF đến HCl sau đó tăng dần đến HI. HF tạo được liên kết hidro. Từ HCl đến HI khối lượng phân tử tăng, năng lượng tương tác khuếch tán tăng .