Giải chuyên đề học tập Hoá học 10 CTST bài 10: Tính tham số cấu trúc và năng lượng
Dưới đây là phần hướng dẫn giải chi tiết cụ thể cho bộ chuyên đè học tập hoá học 10 Chân trời sáng tạo bài 10: Tính tham số cấu trúc và năng lượng. Lời giải đưa ra ngắn gọn, cụ thể sẽ giúp ích cho em các em học tập ôn luyên kiến thức tốt, hình thành cho học sinh phương pháp tự học, tư duy năng động sáng tạo. Kéo xuống để tham khảo
1. Hóa học tính toán hóa học ảo
Câu hỏi 1. Hãy tìm hiểu thêm những ưu điểm của hóa học tính toán khi ứng dụng để tối ưu hóa các quá trình hóa học phức tạp.
Hóa học hiện đại là sự kết hợp của các tính toán lý thuyết và thực nghiệm trong các chương trình nghiên cứu lớn, các tính toán lí thuyết sẽ chỉ ra quá trình hóa học nào có khả dĩ, phản ứng nào có thể xảy ra, xảy ra như thế nào và điều kiện là tối ưu,...Tất cả những điều này được mô phỏng và tính toán trên máy tính trước. Sau đó các thực nghiệm mới được tiến hành. Nhờ sự kết hợp này mà thực nghiệm không còn phải mò mẫm như trước nữa. Đầu tư và công sức, do đó chi phí giảm đi rất là nhiều, có thể lên đến 90% nhờ sự hỗ trợ của mô phỏng mà tính toán lí thuyết.
2. Tính toán băng phương pháp bán kinh nghiệm
Câu hỏi 2. Thực hiện nhập dữ liệu như hướng dẫn cho phân tử C2H6(ethane)
Câu hỏi 3. Từ kết quả nhiệt tạo thành của phân tử H2O. So sánh với giá trị thực nghiệm, đưa ra kết luận (Giá trị thực nghiệm của phân tử H2O là -241,8 kJ/mol)
Câu hỏi 4. Từ kết quả độ dài liên kết O - H và góc liên kết H - O - H trong phân tử H2O, so sánh với giá trị thực nghiệm đưa ra nhận xét (độ dài liên kết là 0,97 Å, góc liên kết H - O - H là 104,5° )
Câu hỏi luyện tập
Tạo file dữ liệu
a) C2H6.mop
b) C3H8.mop
Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính nhiệt tạo thành của phân tử C2H6, C3H8 bằng phương pháp PM7
Câu hỏi 2. Thực hiện nhập dữ liệu như hướng dẫn cho phân tử C2H6(ethane)
Câu hỏi 3.
Kết quả nhiệt tạo thành của phân tử H2O là -241,83 kJ/mol (Giá trị thực nghiệm của phân tử H2O là -241,8 kJ/mol). Vậy kết quả tính toán gần trùng với giá trị thực nghiệm của phân tử.
Câu hỏi 4. Kết quả độ dài liên kết O - H là 0,99Å và góc liên kết H - O - H trong phân tử H2O là 105,39° so sánh với giá trị thực nghiệm độ dài liên kết là 0,97 Å, góc liên kết H - O - H là 104,5° Vậy kết quả tính toán gần đúng với giá trị thực nghiệm đo được của phân tử.
Câu hỏi luyện tập:
a) C2H6.mop
Bước 1: Sử dụng phần mềm ChemSketch cho phân tử C2H6. Sau khi vẽ xong, chọn Tool, chọn 3D Optimization. Sau đó chọn nút 3D Viewer để nhận được cấu trúc 3D của phân tử.
Bước 2: Trong 3D viewer vào menu file, chọn Save as, đặt tên file C2H6.mop (save as file chọn MOPAC Z Maxtrix).
Bước 3: Nhấp chuột phải lên file C2H6.mop → Open with Notepad → Thêm lệnh OPT ENPART (Xác định cấu trúc và năng lượng). Sau đó lưu lại.
Bước 4: Nhấp đúp chuột trái lên file C2H6.mop, chương trình sẽ chạy và cho 2 file mới xuất hiện là C2H6.out và C2H6.arc.
Bước 5: Mở file C2H6.out bằng Notepad.
b) (C3H8.mop). Cách làm tương tự
3. Sử dụng kết quả tính toán hiển thị độ dài góc liên kết của các chất
Câu hỏi 5. Sử dụng dữ liệu “Output” của phân tử C2H6, C3H8 xem và so sánh dữ liệu năng lượng của các phân tử với giá trị thực nghiệm. Biết giá trị thực nghiệm của phân tử C2H6, C3H8 lần lượt là –84,66 kJ/mol, –105,00 kJ/mol.
Câu hỏi 6. Thực hiện các bước hiển thị các tham số cấu trúc: độ dài các liên kết và góc liên kết của phân tử C2H6, C3H8
Câu hỏi luyện tập: Từ kết quả của các giá trị về năng lượng phân tử độ dài liên kết và góc liên kết của phân tử C2H6, C3H8 so sánh và nhận xét xu hướng thay đổi các kết quả thu được.
Câu hỏi 5.
Kết quả nhiệt tạo thành của phân tử C2H6 = –71,851 kJ/mol, của phân tử C3H8 = –96,592 kJ/mol. So sánh với giá trị thực nghiệm của 2 phân tử cho thấy các giá trị thực nghiệm cao hơn so với giá trị đo được.
Câu hỏi 6.
Trong phân tử C2H6 độ dài liên kết C – C là 1,527 Å, độ dài liên kết C - H là 1,095 Å và góc liên kết H - C - H là 111,63°.
Trong phân tử C3H8 độ dài liên kết C - C là 1,528 Å, độ dài liên kết C – H là 1,095 Å, và góc liên kết H – C - H là 111,35°.
Câu hỏi luyện tập
Độ dài liên kết C - C, C - H và góc liên kết H - C - H trong hai phân tử gần bằng nhau thể hiện các chất có cấu tạo tương tự nhau.
BÀI TẬP
1. Tối ưu hoá cấu trúc của phân tử và tính nhiệt tạo thành của phân tử, độ dài các liên kết và góc liên kết của các phân tử bằng phương pháp PM7. Xác định quy luật biển đối các giá trị trong dãy các chất sau:
a) CI2, Br2 và I2 b) CH4, NH3, H2O.
2. Tối ưu hoá cấu trúc của phân tử và tính độ dài các liên kết H-X (Với X là F, CI, Br, I).
3. a) Bằng phương pháp PM7, tối ưu hoá cấu trúc của phân tử CH4, C4H10. So sánh giá trị nhiệt tạo thành của phân tử tính được với giá trị thực nghiệm, đưa ra kết luận. Biết giá trị thực nghiệm của phân tử CH4 và C4H10 lần lượt là -74,8 kJ/mol và - 126,00 kJ/mol.
b) Sử dụng kết quả tính toán ở trên để xác định quy luật biến đổi giá trị nhiệt
tạo thành của phân tử trong dãy chất: CH4, C2H6, C3H8 và C4H10.
1.
2.
3.
a)
So sánh với giá trị thực nghiệm của 4 phân tử cho thấy giá trị thực nghiệm cao hơn so với kết quả nhiệt tạo thành tính toán được
b) giá trị nhiệt tạo thành của phân tử trong dãy giảm dần từ CH4 đến C4H10