Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 I. Đặt vấn đề. Trong hoá học để nghiên cứu tính chất của chất, một trong những cơ sở quan trọng cho việc xác định tính chất của chất đó là nghiên cứu công thức cấu tạo của chất. Do đó việc học sinh viết đúng công thức cấu tạo của chất là một trong những yếu tố quan trọng góp phần giải thích tính chất của chất. Qua dạy học phần kiến thức liên kết hoá học trong chương trình hoá học lớp 10, nhằm giúp học sinh hiểu về bản chất của liên kết để từ đó viết được công thức cấu tạo phân tử các chất. Một trong các kiến thức không những gây khó hiểu cho học sinh, cũng như việc giáo viên truyền đạt kiến thức cho học sinh luôn gặp không ít khó khăn nhưng hiệu quả lại thấp, đó là việc xác định liên kết cho nhận (liên kết phối trí) trong một hợp chất để viết công thức cấu tạo đúng của chất đó. Từ những khó khăn đó, thiết nghỉ cần phải tìm cách nào đó để truyền đạt cho HS phải dể hiểu và đúng bản chất về cách xác định liên kết phối trí trong một hợp chất. Qua nhiều năm giảng dạy, bản thân đã đúc rút được “kinh nghiệm giảng dạy phần liên kết cho nhận” về khía cạnh tìm hiểu cách xác định liên kết cho nhận (liên kết phối trí) trong hợp chất và viết công thức cấu tạo phân tử của một số chất quen thuộc. II.Giải quyết vấn đề. A. Cơ sở lý thuyết. Để nghiên cứu về cách xác định liên kết phối trí trong hợp chất và viết công thức cấu tạo phân tử chúng ta tìm hiểu qua một số kiến thức về liên kết cộng hoá trị, khái niệm hoá trị của một nguyên tố trong hợp chất có liên quan. 1. Liên kết cộng hoá trị: Là liên kết giữa các nguyên tử bằng những cặp electron dùng chung. Theo quan niệm đó thì mỗi nguyên tử khi tham gia liên kết đả đưa ra một hay nhiều electron độc thân để ghép đôi với các electron độc thân của các nguyên tử khác tạo ra một hay nhiều cặp electron dùng chung. 2. Liên kết cho nhận (hay liên kết phối trí): Là một lọai liên kết cộng hoá trị đặc biệt, trong đó cặp electron dùng chung không phải do hai nguyên tử tham gia liên kết đưa ra mà chỉ có một nguyên tử đưa ra. Nguyên tử đưa cặp electron ra để tạo liên kết gọi là nguyên tử cho, còn nguyên tử kia gọi là nguyên tử nhận. Do đó liên kết tạo thành còn được gọi là liên kết cho nhận. Một số chú ý khi nói đến liên kết cho nhận. +Điều kiện để có liên kết cho nhận: Nguyên tử cho phải có cặp electron ghép đôi lớp ngoài cùng chưa sử dụng (Cặp electron chưa chia), nguyên tử nhận phải có obital trống. +Liên kết cho nhận chỉ được hình thành khi đã có liên kết công hoá trị. 1 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 +Nguyên tử tạo liên kết cho nhận với nguyên tử khác khi đã đạt cấu hình bền của khí hiếm gần nhất mà vẫn còn các cặp electron ngoài cùng chưa sử dụng. +Khi hai nguyên tử đều có khả năng cho cặp electron thì ưu tiên là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn (vd: Như S và O thì S cho cặp electron. Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt sẻ giới thiệu sau). +Liên kết cho nhận được biểu diễn bằng mũi tên từ nguyên tử cho đến nguyên tử nhận. Trong các chú ý về liên kết cho nhận thì đáng lưu tâm hơn là chú ý thứ 3(ở trên). Có nghĩa là trong CTCT nếu tồn tại liên kết cho nhận thì mọi nguyên tử trong CTCT đều có cấu trúc lớp vỏ bền của nguyên tử khí hiếm gần nhất với nó. *Ví dụ: + CTCT của H 2 SO 4 . H : O O H-O O S = > S H : O O H-O O CT electron CT cấu tạo Trong CTCT trên ta có: Nguyên tử H S O Số electron ngoài cùng 2 8 8 Cấu trúc lớp vỏ [He] [Ne] [Ar] Ta có thể xem CTCT của H 2 SO 4 ở trên là CTCT theo quy tắc bát tử. Bởi lý do ngoại trừ nguyên tử H thì mọi nguyên tử trong CTCT sau khi tạo liên kết đều có số electron ngoài cùng là 8 electron (8 điện tử). (**) 3.Hoá trị của nguyên tố. a.Điện hoá trị. Là số electron do nguyên tử nhường hoặc thu để tạo ion. Như vậy ta có thể hiểu điện hoá trị bằng số electron hoá trị của chính nguyên tử nguyên tố đó khi tham gia liên kết (có mang dấu). *Ví dụ: Na có số electron hoá trị bằng 1, vậy khi tham gia liên kết tạo hợp chất (NaCl) thì Na có điện hoá trị là +1. b.Cộng hoá trị. Bằng số liên kết cộng hoá trị mà nguyên tử của nguyên tố đó tạo ra được với các nguyên tử khác trong phân tử. Như vậy để tạo ra (n) liên kết cộng hoá trị với nguyên tử khác thì ban đầu chính nguyên tử đó phải có (n) electron độc thân. Hay cộng hoá trị của nguyên tố cũng bằng số electron hoá trị của nguyên tử nguyên tố đó khi tham gia liên kết. Với quan niệm đó thì khi ta viết CTCT của một chất ta cần chú ý đến hoá trị của nguyên tử nguyên tố đó. 2 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 Nhận xét. Qua phần kiến thức này nhằm giúp học sinh xác định hoá trị là dựa vào số liên kết mà nguyên tử đó tạo thành với nguyên tử khác (hay số cặp electron mà nguyên tử đó dùng chung với các nguyên tử khác khi tham gia liên kết). *Ví dụ: + Lưu huỳnh trong H 2 SO 4 có cộng hoá trị 6, như vậy trong CTCT của phân tử H 2 SO 4 có 6 liên kết cộng hoá trị do nguyên tử S tạo thành. Do đó ta có CTCT. H-O O S (1) H-O O + Cacbon trong H 2 CO 3 có cộng hoá trị 4, như vậy trong CTCT của phân tử H 2 CO 3 có 4 liên kết cộng hoá trị do nguyên tử C tạo thành. Do đó ta có CTCT. H-O C = O (2) H-O Ta có thể nói CTCT (1) và (2) là CTCT theo đúng hoá trị. Bởi lý do nếu ta dựa vào CTCT ta có thể xác định được hoá trị của các nguyên tố trong phân tử.(***). Nhận xét. Qua (**) và (***) nhằm giúp học sinh phân biệt được hai loại công thức cấu tạo của chất. B. Nội dung. Trong phần này tôi không đề cập đến hai phần kiến thức mà xem như học sinh đã được biết: Một là:Sự hình thành liên kết cộng hoá trị giữa các nguyên tử trong phân tử. Hai là: Các bước viết CTCT theo đúng hoá trị của một chất. Mà từ CTCT theo đúng hoá trị tôi chỉ dẫn cho học sinh cách xác định liên kết phối trí có thể có, từ đó viết CTCT theo quy tắc bát tử. Việc xác định liên kết phối trí trong CTCT được thực hiện qua các bước sau đây. Bước 1. Xác định số electron lớp võ ngoài cùng (a) của nguyên tử trung tâm. Trong phần này tôi hướng dẫn cho học sinh xác định số electron ngoài cùng bằng tổng số electron trong các liên kết của nguyên tử trung tâm và các electron chưa liên kết (Các cặp electron chưa chia) nếu có của chính nguyên tử đó. Nếu xung quanh nguyên tử trung tâm có (x) liên kết cộng hoá trị của nguyên tử trung tâm liên kết với nguyên tử khác và có (y) cặp electron chưa chia thì tổng số electron ngoài cùng (a) của nguyên tử đó sau khi tham gia liên kết là: 3 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 a = 2(x + y). *Ví dụ1: Trong phân tử H 2 SO 4 + CTCT theo đúng hoá trị. H-O O S H-O O + Dựa vào CTCT ta thấy xung quanh nguyên tử trung tâm lưu huỳnh có (x=6)liên kết (Cộng hoá trị là 6), mỗi liên kết được hình thành bởi 2 electron, do đó có tổng số electron trong 6 liên kết là: 12e Mặt khác nguyên tử S ban đầu có 6e ở lớp ngoài cùng, cả 6e này đã tham gia liên kết tạo 6 liên kết với 4 nguyên tử oxi nên không có cặp electron chưa chia. Nên ta có: y = 0 = > a = 12e. Ta có thể tóm tắt thành bảng sau đây. Nguyên tử trung tâm S Số electron ban đầu (ngoài cùng) Số electron tham gia LK = Số liên kết (x) Số cặp electron chưa chia (y) 6 6 0 Tổng số electron ngoài cùng sau khi tham gia liên kết: a = 2(x + y) 12 *Ví dụ 2: Trong phân tử H 2 CO 3 + CTCT theo đúng hoá trị. H-O C = O H-O + Dựa vào CTCT ta thấy xung quanh nguyên tử trung tâm cacbon có 4 liên kết (Cộng hoá trị là 4), mỗi liên kết được hình thành bởi 2 electron, do đó có tổng số electron trong 4 liên kết là: 8e. Mặt khác nguyên tử C ban đầu có 4e ở lớp ngoài cùng, cả 4e này đã tham gia liên kết tạo 4 liên kết với 3 nguyên tử oxi nên không có cặp electron chưa chia. Nên ta có: a = 8e. Ta có thể tóm tắt thành bảng sau đây 4 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 *Ví dụ 3: Trong phân tử SO 2 + CTCT theo đúng hoá trị: O = S = O + Nguyên tử trung tâm S ban đầu có 6e ngoài cùng, trong đó có 4e tham gia tạo 4 liên kết với hai nguyên tử oxi (x = 4). Như vậy nguyên tử S còn 2e chưa chia (Tương đương một cặp electron chưa chia: (y = 1). Ta có Nguyên tử trung tâm S Số electron ban đầu (ngoài cùng) Số electron tham gia LK = Số liên kết (x) Số cặp electron chưa chia (y) 6 4 1 Tổng số electron ngoài cùng sau khi tham gia liên kết: a = 2(x + y) 10 *Ví dụ 4: Trong phân tử Cl 2 O 5 . + CTCT theo đúng hoá trị: O O Cl – O – Cl O O + Nguyên tử trung tâm Cl ban dầu có 7e ngoài cùng, trong đó có 5e tham gia tạo 5 liên kết với 3 nguyên tử oxi (x = 5). Như vậy nguyên tử Cl còn 2e chưa chia (Tương đương một cặp electron chưa chia: y = 1). Ta có *Ví dụ 5: K 2 Cr 2 O 7 Nguyên tử trung tâm C Số electron ban đầu (ngoài cùng) Số electron tham gia LK = Số liên kết (x) Số cặp electron chưa chia (y) 4 4 0 Tổng số electron ngoài cùng sau khi tham gia liên kết: a = 2(x + y) 8 Nguyên tử trung tâm Cl Số electron ban đầu (Ngoài cùng) Số electron tham gia LK = Số liên kết (x) Số cặp electron chưa chia (y) 7 5 1 Tổng số electron ngoài cùng sau khi tham gia liên kết: a = 2(x + y) 12 5 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 + CTCT theo đúng hoá trị. K - O O O – K Cr Cr O O O O + Nguyên tử trung tâm Crom ban đầu có 6e hoá trị (3d 5 4s 1 ), cả 6e này đều tham gia tạo 6 liên kết với các nguyên tử oxi, do đó không có cặp electron chưa chia. Nên tổng số electron ngoài cùng của mỗi nguyên tử Crom sau khi tham gia liên kết là: a = 12. Ta có: Bước 2 . Xác định số liên kết phối trí (b). Liên kết phối trí trong các hợp chất quen thuộc như trên thường nguyên tử trung tâm là nguyên tử cho và nguyên tử oxi là nguyên tử nhận. Và số liên kết phối trí (b) do nguyên tử trung tâm tạo thành được xác định như sau. 2 8− = a b Sở dĩ ta có công thức trên là chúng ta căn cứ vào điều chú ý thứ 3 đả nêu ở trên về liên kết phối trí (Nguyên tử tạo liên kết cho nhận với nguyên tử khác khi đả đạt cơ cấu bền của khí hiếm gần nhất mà vẫn còn các cặp electron ngoài cùng chưa sử dụng). ý nghĩa của các đại lượng trong công thức: - a: Số electron ngoài cùng của nguyên tử trung tâm sau khi tham gia liên kết (tương ứng với CTCT theo đúng hoá trị). - b: Số liên kết phối trí do nguyên tử trung tâm tạo thành với nguyên tử khác (tương ứng với CTCT theo quy tắc bát tử). - 8: Số electron ngoài cùng của nguyên tử trung tâm sau khi tham gia liên kết kết theo quy tắc bát tử. - 2: Là số electron tạo một liên kết cộng hóa trị. *Ví dụ 1: H 2 SO 4 . + CTCT theo đúng hoá trị. H-O O Nguyên tử trung tâm Cr Số electron ban đầu Số electron tham gia LK = Số liên kết (x) Số cặp electron chưa chia (y) 6 6 0 Tổng số electron ngoài cùng sau khi tham gia liên kết: a = 2(x + y) 12 6 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 S H-O O Theo trên ta có: a = 12 = > b = 2 2 812 = − . Trong CTCT theo quy tắc bát tử có hai liên kết phối trí do nguyên tử S thành với hai nguyên tử oxi. + CTCT theo quy tắc bát tử. H-O O S H-O O *Ví dụ 2: H 2 CO 3 +CTCT theo đúng hoá trị. H-O C = O H-O Theo trên ta có: a = 8 = > b = 0 2 88 = − . Như vậy trong phân tử H 2 CO 3 không có liên kết phối trí. Do đó CTCT theo đúng hoá trị trùng với CTCT theo quy tắc bát tử. Nhận xét: Có một số hợp chất có cả hai CTCT như đã nêu trên, nhưng cũng có những hợp chất chỉ có một CTCT (tức là CTCT theo đúng hoá trị trùng vơí CTCT theo quy tắc bát tử). *Ví dụ 3: SO 2 + CTCT theo đúng hoá trị. O = S = O Theo trên ta có: a = 10 = > b = 1 2 810 = − . Như vậy trong CTCT theo quy tắc bát tử của phân tử SO 2 có một liên kết phối trí do nguyên tử S tạo thành (nguyên tử cho). + CTCT theo quy tắc bát tử. O = S → O *Ví dụ 4: Cl 2 O 5 . 7 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 + CTCT theo đúng hoá trị. O O Cl – O – Cl O O Theo trên ta có: a = 10 = > b = 1 2 810 = − . Như vậy mỗi nguyên tử Clo sẻ tạo một liên kết phối trí trong CTCT theo quy tắc bát tử. + CTCT theo quy tắc bát tử. O O Cl – O – Cl O O *Ví dụ 5: K 2 Cr 2 O 7 +CTCT theo đúng hoá trị. K - O O O - K Cr Cr O O O O Theo trên ta có: a = 12 = > b = 2 2 812 = − . Như vậy mỗi nguyên tử Crom sẻ tạo hai liên kết phối trí với hai nguyên tử oxi trong CTCT theo quy tắc bát tử. + CTCT theo quy tắc bát tử. K - O O O – K Cr Cr O O O O Một số trường hợp đặc biệt. Trong phần này nhằm cung cấp cho học sinh một số trường hợp được xem là đặc biệt so với lý thuyết đã được nêu ở phần trên. Các trường hợp được xem là đặc biệt này về nguyên tắc chúng ta có thể giải thích một cách dể dàng dựa trên cơ sở lý thuyết về liên kết mà học sinh đã được tiếp thu. 8 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 Tuy nhiên so với lý thuyết “xác định liên kết phối trí ” như trên đã trình bày thì các trường hơp này không tuân theo quy luật chung như đã nêu. Trương hợp 1. Axit nitric, muối nitrat và một số oxit của nitơ (như N 2 O 5 ). *Axit nitric: HNO 3 . +Theo kiến thức từ lớp 9 thì học sinh đã biết nguyên tố nitơ trong HNO 3 có hoá trị 5. Nếu đem sự hiểu biết này kết hợp với kiến thức về hoá trị ở chương trình lớp 10 thì ta có thể suy ra trong CTCT theo đúng hoá trị của HNO 3 sẻ có 5 liên kết cộng hoá trị do nguyên tử nitơ liên kết với các nguyên tử khác. Do đó ta có thể viết CTCT của HNO 3 theo đúng hoá trị như sau. O H - O - N O Tuy nhiên HNO 3 không có CTCT như trên. Vì dựa vào CTCT trên ta thấy nguyên tử nitơ có 5 liên kết với ba nguyên tử oxi, tức là trước khi tham gia liên kết nguyên tử nittơ đã có 5 electron độc thân. Nhưng thực tế nguyên tử nitơ không thể tồn tại 5 electron độc thân vì không có hiện tượng kích thích làm tăng số electron độc thân như nguyên tử P cùng nhóm (vì không có obital trống ở phân lớp ngoài cùng). +Do đó HNO 3 chỉ có một CTCT (theo quy tắc bát tử). O H - O - N O *Đinitơ penta oxit: N 2 O 5 Tương tự như trên thì N 2 O 5 không có CTCT theo đúng hoá trị O O N – O – N O O Mà chúng ta phải viết CTCT theo quy tắc bát tử như sau O O N – O – N O O Trường hợp 2. Cacbon mono oxit (CO), H 3 O + , NH 4 + . *Cacbon mono oxit. CO. 9 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 +Nếu chúng ta dựa vào hoá trị của nguyên tử oxi và nguyên tử cacbon trong hợp chất CO thì ta có CTCT theo đúng hoá trị là. O = C +Nhưng thực tế CTCT của hợp chất CO là: C O . Đây là CTCT theo quy tắc bát tử. +Sở dĩ xem đây là trường hợp đặc biệt vì có hai lý do sau: Một là: Nguyên tử cho cặp electron để tạo liên kết phối trí lại là nguyên tử có độ âm điện lớn hơn nguyên tử nhận (trái với một số điểm cần lưu ý khi nói đến liên kết phối trí). Hai là: Nếu chúng ta dựa vào công thức tính (a) và tính (b) để xác định số liên kết phối trí thì ta có. Từ gía trị của (b = 0) tức là không có liên kết phối trí, trái với CTCT đúng của CO. +Tuy nhiên chúng ta có thể giải thích sự hình thành phân tử CO dựa trên lý thuyết “các nguyên tử liên kết với nhau để có cấu trúc bền vững giống cấu trúc lớp vỏ của khí hiếm gần nhất” hay là theo quy tắc bát tử. *Các ion H 3 O + , NH 4 + . Điều đặc biệt ở đây là nguyên tử cho cặp electron tạo liên kết cho nhận lại có độ âm điện lớn hơn nguyên tử nhận. Nhưng chúng ta cũng giải thích được sự tạo thành các ion trên là dựa vào: +Điều kiện taọ liên kết phối trí (Nguyên tử cho phải có cặp electron ngoài cùng chưa chia, nguyên tử nhận phải có obital trống). +Mục đích của quá trình tạo liên kết là để có cấu trúc bền vửng của cầu trúc lớp vỏ của khí hiếm gần nhất với nó. Nguyên tử tạo liên kết phối trí (oxi) Số electron ban đầu (ngoài cùng) Số electron tham gia LK = Số liên kết (x) Số cặp electron chưa chia (y) 6 2 2 Tổng số electron ngoài cùng sau khi tham gia liên kết: a = 2(x + y) 8 Số liên kết phối trí b = 2 8−a 0 10 [...]... tham khảo góp ý để bổ sung tốt hơn vào kiến thức giảng dạy ở trường THPT giúp các em nắm vững hơn, có kỷ năng vận dụng tốt hơn về liên kết hoá học, đó là viết công thức cấu tạo của chất có chứa liên kết phối trí Qua đề tài này tôi có một số kiến nghị sau: 11 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 Thời lượng dành cho phần kiến thức về liên kết phối trí trong sách giáo khoa là rất khiêm... lớp được hướng dẫn theo cách xác định liên kết phối trí trong hợp chất để viết công thức cấu tạo thì nắm lý thuyết chắc và có kỷ năng vận dụng tốt hơn, hiểu rỏ bản chất hơn III Kết luận và kiến nghị Trên đây một kinh nghiệm nhỏ mà bản thân tôi đúc rút được qua một thời gian giảng dạy Với kiến thức còn khiêm tốn nên chắc còn nhiều phần chưa đầy đủ Mong sao những kiến thức này được các bạn đồng nghiệp... 12 Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 IV Mục lục Trang 1 I Đặt vấn đề II Giải quyết vấn đề 1 A Cơ sở lý thuyết 1 1 Liên kết cộng hoá trị 2 Liên kết phối trí 3 Hoá trị của nguyên tố 1 1 2 B Nội dung 3 * Xác định số electron lớp võ ngoài cùng (a) của nguyên tử trung tâm * Xác định số liên kết phối trí (b) * Một số trường hợp đặc biệt 3 5 8 10 C Bài tập 10 III Kết luận và kiến. .. luyện cho các em kỷ năng vận dụng kiến thức liên kết hoá học để viết công thức cấu tạo của chất là rất khó Chính vì vậy theo tôi sách giáo khoa cũng như sách bài tập nên bổ sung một số bài tập dạng như đề tài để giáo viên hướng dẫn cho các em về nhà làm Về phần giáo viên phải nắm vững kiến thức về liên kết hoá học và bám sát chương trình, đúc rút kinh nghiệm để giảng dạy như thế nào để đạt hiệu quả hơn... gian dạy theo “cách xác định liên kết phối trí trong hợp chất và viết công thức cấu tạo” thì thấy kỷ năng học sinh vận dụng nhanh, hiệu quả và hiểu rỏ được bản chất của liên kết hơn Qua tiến hành thực nghiệm trên 10A2 và đối chứng với lớp 10A 4 (có trình độ học lực đồng đều nhau) thì kết quả thu được Lớp 10A2 10A4 Chất lượng học sinh Dưới trung bình Trung bình 5% 30% 20% 45% Khá, giỏi 65% 35% Từ kết. . .Kinh nghiÖm gi¶ng d¹y phÇn liªn kÕt cho nhËn §¹t bËc 4/4 C Bài tập Bài tập Viết các CTCT theo đúng hoá trị và theo quy tắc bát tử (nếu có) của: a) Axit: HMnO4, H2MnO4,H2S2O3, HNO2, HPO3, HPO2, H3PO4, H2CrO4,