Giải bài tập SGK Hóa 10 Nâng cao Bài 18: Sự lai hóa các obitan nguyên tử

Thế nào là sự lai hóa?

Phương pháp giải

Để giải bài tập này cần nắm vững khái niệm lai hóa, sự lai hóa

Hướng dẫn giải

Sự lai hóa 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.

Lấy các ví dụ minh họa ba kiểu lai hóa đã học.

Phương pháp giải

Cần nắm vững kiến thức về 3 loại lai hóa sp, sp² và sp³ để đưa ra ví dụ chính xác

Hướng dẫn giải

Lai hóa sp (phân tử BeH₂), sp² (phân tử BF₃), sp³ (phân tử CH₄)

Mô tả liên kết hóa học trong phân tử BeH₂, phân tử BF₃, phân tử CH₄ theo thuyết lai hóa.

Phương pháp giải

- Phân tử BeH₂ lai hóa sp

- Phân tử BF₃ lai hóa sp²

- Phân tử CH₄ lai hóa sp³

Hướng dẫn giải

- Phân tử BeH₂: Một obitan s và một obitan p của nguyên tử beri tham gia lai hóa để tạo thành 2 obitan lai hóa sp hướng về hai phía đối xứng nhau. Hai obitan này sẽ xen phủ với 2 obitan ls chứa 1 electron của hai nguyên tử hiđro tạo thành 2 liên kết σ giữa Be – H.

Sơ đồ:

- Phân tử BF₃: Trong nguyên tử B một obitan s tham gia lai hóa với 2 obitan p tạo thành 3 obitan lai hóa sp² định hướng từ tâm đến 3 đỉnh của tam giác đều. 3 obitan này xen phủ với 3 obitan p của flo để tạo thành 3 liên kết σ giữa B-F.

Sơ đồ:

- Phân tử CH₄: 1AOs và 3AOp của nguyên tử cacbon đã tiến hầnh lai hóa để tạo thành 4 obitan lai hóa sp³ định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của hình tứ diện đều, các trục đối xứng của chúng tạo với nhau 1 góc 109^o28’. 4 obitan lai hóa sp³ sẽ xen phủ với 4 obitan s của 4 nguyên tử H để tạo 4 liên kết σ giữa C-H.

Sơ đồ:

Mô tả sự hình thành liên kết trong các phân tử H₂O, NH₃ nhờ sự lai hóa sp các AO hóa trị của các nguyên tử O và N. Hãy mô tả hình dạng của các phân tử đó.

Phương pháp giải

 - Phân tử H₂O và phân tử NH₃ đều là lai hóa sp³

Hướng dẫn giải

∗ Phân tử H₂O:

- Một obitan 2s và 3 obitan 2p của nguyên tử O lai hóa với nhau tạo nên 4 obitan lai hóa sp³ giống hệt nhau, hướng về 4 đỉnh của hình tứ diện đều. Trên 2 obitan lai hóa có electron độc thân; còn trên hai obitan lai hóa khác có cặp electron ghép đôi.

- Hai electron lai hóa chứa electron độc thân xen phủ với obitan ls chứa electron độc thân của hai nguyên tử hiđro, tạo nên hai liên kết σ.

- Phân tử H₂O Có dạng góc.

∗ Phân tử NH₃:

- 1 obitan 2s và 3 obitan 2p của nguyên tử N lai hóa với nhau tạo nên 4 obitan lai hóa sp³ giống hệt nhau, hướng về 4 đỉnh của hình tứ diện đều. Trên 3 obitan lai hóa có electron độc thân. Trên obitan lai hóa còn lại có cặp electron ghép đôi.

- 3 obitan lai hóa chứa electron độc thân xen phủ với 3 obitan ls chứa electron độc thân của 3 nguyên tử hiđro, tạo nên 3 liên kết σ.

- Phân tử NH₃ có dạng hình chóp tam giác.

Thế nào là sự xen phủ trục và sự xen phủ bên? Lấy ví dụ minh họa.

Phương pháp giải

- Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết trùng với đường lối tâm của hai nguyên tử liên kết gọi là sự xen phủ trục

- Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết song song với nhau và vuông góc với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xen phủ bên

Hướng dẫn giải

- Sự xen phủ trục: Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết trùng với đường lối tâm của hai nguyên tử liên kết gọi là sự xen phủ trục. Sự xen phủ trục tạo liên kết σ.

- Sự xen phủ bên: Sự xen phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết song song với nhau và vuông góc với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xen phủ bên. Sự xen phủ bên tạo liên kết π.

Thế nào là liên kết σ, liên kết π và nêu tính chất của chúng?

Phương pháp giải

- Liên kết σ được hình thành do sự xen phủ trục

- - Liên kết π là liên kết được hình thành do sự xen phủ bên

Hướng dẫn giải

Câu a:

Liên kết σ:

- Liên kết σ được hình thành do sự xen phủ giữa hai obitan hóa trị của hai nguyên tử tham gia liên kết dọc theo trục liên kết.

- Tính chất của liên kết σ là đối xứng qua trục liên kết, các nguyên tử tham gia liên kết quay quanh trục liên kết. Liên kết σ bền hơn các loại liên kết khác.

Câu b:

Liên kết π

- Liên kết π là liên kết được hình thành do sự xen phủ giữa 2 obitan hóa trị của 2 nguyên tử tham gia liên kết ở hai bên trục liên kết (xen phủ bên).

- Tính chất của liên kết π là không có tính đối xứng trục, nên hai nguyên tử tham gia liên kết không có khả năng quay quanh trục liên kết và kém bền hơn các liên kết khác.

Thế nào là liên kết đơn? Liên kết đôi? Liên kết ba? Cho ví dụ.

Phương pháp giải

Để giải bài tập này các em cần phân biệt được 3 loại liên kết đơn, đôi và ba

Hướng dẫn giải

- Liên kết đơn là liên kết do sự xen phủ 2 obitan liên kết theo dọc trục liên kết.

Ví dụ: Phân tử HBr: H-Br.

- Liên kết đôi là liên kết được hình thành do 2 cặp electron liên kết. Trong liên kết đôi có 1 liên kết σ (bền hơn) và 1 liên kết π (kém bền hơn).

Ví dụ: Phân tử CO: C=O.

- Liên kết ba là liên kết được hình thành do 3 cặp electron liên kết. Trong liên kết ba có 1 liên kết σ và 2 liên kết π.

Ví dụ: Phân tử axetilen: H-C ≡ C-H.

Mô tả sự hình thành các liên kết trong phân tử HCl, C₂H₄, CO₂, N₂.

Phương pháp giải

- Phân tử HCl lai hóa sp

- Phân tử C₂H₄ lai hóa sp²

- Phân tử CO₂ lai hóa sp

- Phân tử N₂ lai hóa sp³

Hướng dẫn giải

- Phân tử HCl: Obian 1s chứa electron độc thân của nguyên tử hiđro xen phủ với obitan 3p chứa electron độc thân của nguyên tử clo, tạo thành một liên kết σ.

- Phân tử C₂H₄: Trong phân tử etilen (C₂H₄) mỗi nguyên tử cacbon có sự lai hóa sp². Các obitan lai hóa tạo một liên kết σ giữa hai nguyên tử cacbon và hai liên kết σ với hai nguyên tử hiđro. Mỗi nguyên tử cacbon còn một obitan p không tham gia lai hóa sẽ xen phủ bên với nhau tạo liên kết π. Liên kết giữa hai nguyên tử cacbon là liên kết đôi.

- Phân tử CO₂: Phân tử CO₂ có dạng đường thẳng, nguyên tử cacbon lai hóa sp. Hai obitan lai hóa chứa electrón độc thân của nguyên tử c xen phủ trục với 2 obitan 2p chứa electrón độc thân của 2 nguyên tử oxi, tạo thành 2 liên kết σ. Hai obitan 2p không lai hóa của nguyên tử cacbon có chứa electron độc thân xen phủ bên với 2 obitan 2p chứa electron độc thân còn lại của 2 nguyên tử oxi, tạo nên 2 liên kết π.

- Phân tử N₂: Mỗi nguyên tử nitơ có 3 electron độc thân nằm trên 3 obitan 2p; 2 obitan 2p của hai nguyên tử nitơ xen phủ trục, tạo nên 1 liên kết σ. Các obitan p còn lại xen phủ bên với nhau từng đôi một tạo nến 2 liên kết K. Như vậy, 2 nguyên tử nitơ liên kết với nhau bằng một liên kết σ và 2 liên kết π.