HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS trả lời câu hỏi 1:

Những electron như thế nào được gọi là:

a) Electron hóa trị

b) Electron chung

c) Electron hóa trị riêng.

- GV giới thiệu cho HS về công thức Lewis, HS trả lời câu hỏi 2:

2. Viết công thức cấu tạo của CO₂ và H₂O.

- GV giới thiệu Ví dụ 1, cách biểu diễn công thức Lewis của CO₂ và H₂O.

- GV hỏi thêm:

+ Trình bày sự khác nhau giữa công thức electron và công thức Lewis.

(Sự khác nhau: công thức Lewis thì mỗi cặp electrong dùng chung trong công thức electron được thay bằng một gạch nối).

- GV cho HS các bước cơ bản để viết được công thức Lewis, hướng dẫn HS viết công thức của CO₂.

- GV đặt câu hỏi:

+ Nêu lại electron hóa trị của các nguyên tử theo nhóm A?

(Với các nguyên tố nhóm A, số electron hóa trị của nguyên tử bằng số thứ tự của nhóm)

+ Giải thích cách tính tổng số electron hóa trị của CO₂?

(C thuộc nhóm IVA có 4 electron hóa trị, O thuộc nhóm VIA có 6 electron hóa trị).

+ GV hướng dẫn HS thực hiện Bước 3 và 4 như Ví dụ.

- GV chú ý: Các nguyên tử nguyên tố thuộc chu kì 2 không thể có nhiều hơn 8 electron ở lớp vở ngoài cùng khi hình thành liên kết do lớp ngoài cùng chỉ có 4 orbital là 2s, 2p_x, 2p_y và 2p_z.

- HS hãy đọc Ví dụ 3 và trình bày các bước xác định công thức Lewis khi biết công thức phân tử của NH₃.

- HS thực Luyện tập 1:

Viết công thức Lewis của CH₄, BF_3, SO₃ và F₂O.

- GV chú ý HS về có những phân tử không phù hợp với phương pháp xác định Lewis như trên.

+ Một phân tử có thể có viết được nhiều công thức Lewis, ví dụ SO_2.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

- GV quan sát, hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

I. Công thức Lewis và mô hình VSEPR

1. Công thức Lewis

Câu hỏi 1:

a) Electron hóa trị là những electron có khả năng tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học (thường là những electron ở lớp ngoài cùng hoặc ở phân lớp sát lớp ngoài cùng nếu phân lớp đó chưa bão hòa).

b) Electron chung là những electron hóa trị tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.

c) Electron hóa trị riêng là những electron hóa trị nhưng không tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học.

Công thức Lewis:

Công thức Lewis là công thức biểu diễn cấu tạo phân tử qua các liên kết và các electron hóa trị riêng.

Câu hỏi 2:

Công thức cấu tạo của CO_2:

Công thức cấu tạo của H₂O:

Ví dụ 1 (SGK -tr6)

Công thức Lewis của CO₂ và H₂O là:

Các bước cơ bản để xác định công thức Lewis

Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị của phân tử hay ion cần biểu diễn.

Bước 2: Xác định nguyên tử trung tâm và vẽ sơ đổ khung biểu diễn liên kết giữa nguyên tử trung tâm với các nguyên tử xung quanh qua các liên kết đơn. Nguyên tử trung tâm thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn (ngoại trừ một số trường hợp như Cl₂O, Br₂O, H₂O, NH₃, CH₄, …)

Bước 3: Hoàn thiện octet cho các nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (trừ hydrogen) trong sơ đồ.

Tính số electron hoá trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết. Nếu electron hoá trị còn dư, đặt số electron hoá trị dư trên nguyên tử trung tâm. Kiểm tra nguyên tử trung tâm đã đạt quy tắc octet chưa. Nếu nguyên tử trung tâm chưa đạt quy tắc octet, chuyển sang Bước 4.

Bước 4: Chuyển cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử xung quanh thành electron liên kết sao cho nguyên tử trung tâm thoả mãn quy tắc octet.

Ví dụ 2 (SGK-tr7)

Công thức Lewis của CO₂:

Ví dụ 3 (SGK-tr8)

Luyện tập 1.

Công thức Lewis của CH₄:

Công thức Lewis của BF₃:

Công thức Lewis của SO₃:

Công thức Lewis của F₂O:

Lưu ý:

Phương pháp xác định cộng thức Lewis nêu trên cũng có những ngoại lệ không phù hợp, chẳng hạn như BeCl₂:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- HS trả lời câu hỏi 3.

Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau hay hút nhau?

- GV giới thiệu cho HS về mô hình VSEPR

Ví dụ: Nếu xung quanh nguyên tử trung tâm A có 2 đám mây electron hóa trị (kí hiệu là E) thì vị trí của A với 2 đám mây E có dạng thẳng mà không phải dạng góc.

- GV lưu ý: Một đám mây electron hóa trị có thể là một liên kết (đơn, đôi, ba), một cặp electron hóa trị riêng hoặc một electron độc thân.

- GV nhấn mạnh: Việc xác định hình học phân tử có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu hóa học, giúp ta có thêm những hiểu biết về khả năng phản ứng, về độ bền, về tính phân cực của phân tử,…

- HS giới thiệu Bảng 1.1.

- GV cho HS tìm một số ví dụ ứng với công thức VSEPR có công thức chung là AE₂, AE₃, AE₄.

(Ví dụ:

+ AE₂: BeCl₂, CO₂,…

+ AE₃: BF₃, SO₃,…

+ AE₄: CH₄,.. )

- GV giới thiệu: mô hình VSEPR còn có thể vận dụng cho các hệ AE₅ (dạng phân bố không gian: lưỡng tháp tam giác) và AE₆ (dạng phân bố không gian: bát diện).

- GV cho HS đọc Ví dụ 4, Ví dụ 5. GV hướng dẫn HS làm theo các bước:

+ Bước 1: Viết công thức Lewis

+ Bước 2: Xác định số đám mây electron hóa trị xung quanh nguyên tử trung tâm để xác định công thức VSEPR tương ứng.

Ví dụ 4: nguyên tử trung tâm C có 2 liên kết đôi xung quanh nên có 2 đám mây electron hóa trị, do đó có công thức VSEPR là AE₂.

Ví dụ 5: nguyên tử trung tâm N có 3 liên kết đơn xung quanh và 1 cặp electron riêng nên có 4 đám mây electron hóa trị, do đó có công thức VSEPR là AE₄.

+ Bước 3: dự đoán dạng hình học của phân tử tương ứng theo bảng đã cho.

- HS thực hiện Luyện tập 3 theo nhóm đôi.

Viết công thức Lewis, dự đoán dạng hình học của phân tử CH₄.

- GV nhấn mạnh: công thức VSEPR chỉ giúp dự đoán dạng hình học của phân tử chứ không thể chính xác hoàn toàn.

- GV có thể cho HS một số hình ảnh minh họa trực quan hơn:

https://www.youtube.com/watch?v=nxebQZUVvTg

(Từ 0:42 đến 18:00).

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

- GV: quan sát và trợ giúp HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

2. Mô hình VSEPR

Câu hỏi 3:

Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau.

Mô hình VSEPR:

Mô hình lực đẩy giữa các cặp electron vỏ hóa trị - VSEPR có thể giúp ta dự đoán hình học của phân tử (đặc trưng bởi cách sắp xếp của các nguyên tử trong không gian). Mô hình này dựa trên cơ sở các đám mây electron hóa trị của nguyên tử trung tâm sẽ đẩy nhau tới vị trí xa nhau nhất để lực đẩy giữa chúng nhỏ nhất.

Lưu ý: Một đám mây electron hóa trị có thể là một liên kết (đơn, đôi, ba), Một cặp electron hóa trị riêng hoặc một electron độc thân.

Bảng 1.1. Dạng hình học phân tử theo VSEPR.

Luyện tập 2:

Xung quanh nguyên tử trung tâm (kí hiệu là A) có 3 đám mây electron hóa trị (kí hiệu là E), thì do lực đẩy giữa 3 đám mây electron (cùng mang điện tích âm) nên 3 đám mây này phải có vị trí sao cho góc hóa trị lớn nhất là 120^o. Ba đám mây electron được phân bổ trên mặt phẳng hướng về ba đỉnh của tam giác, phân tử có cầu trúc tam giác phẳng.

Ví dụ 4 (SGK -tr10)

Ví dụ 5 (SGK -tr10)

Luyện tập 3

+ Công thức Lewis của CH­₄:

+ Nguyên tử trung tâm C có 4 liên kết đơn xung quanh tương ứng với 4 đám mây electron hóa trị. Công thức VSEPR của CH₄ là AE₄.

+ Từ công thức VSEPR dự đoán dạng hình học của CH₄ là: tứ diện. Được biểu diễn như hình:

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV đặt vấn đề: Khi sử dụng sự xen phủ các orbital nguyên tử tạo thành liên kết hóa học, không giải thích được góc liên kết ở một số trường hợp.

- GV dẫn dắt: lấy ví dụ về CH₄

+ 4 orbital lai hóa xen phủ với các orbital 1s của bốn nguyên tử H, tạo ra bốn liên kết , nên góc liên kết  trong tứ diện đều (có nguyên tử C ở tâm) bằng .

- Để giải thích có thể sử dụng khái niệm lai hóa orbital.

- HS tìm hiểu SGK, trả lời:

+ Thế nào là lai hóa orbital?

+ Điều kiện để các AO nguyên tử có lai hóa với nhau?

- GV lưu ý:

+ Các obital lai hoá không tồn tại trong các nguyên tử độc lập. Chúng chỉ được hình thành trong các phân tử có liên kết cộng hoá trị.

- GV cho HS đặt câu hỏi:

+ Tìm hiểu nội dụng SGK, cho biết có những dạng lai hóa đơn giản và phổ biến nào?

(Dạng lai hóa sp, sp², sp³).

- GV giới thiệu hình ảnh các dạng lai hóa đơn giản.

- HS quan sát hình ảnh và trả lời Câu hỏi 4.

- GV giới thiệu: lai hóa sp thuộc loại lai hóa thẳng, lai hóa sp² là thuộc loại lai hóa tam giác phẳng, lai hóa sp³ thuộc loại lai hóa tứ diện.

- Khi xét lai hóa chỉ quan tâm tới sự tổ hợp AO. Các AO có thể có hoặc không có electron.

- GV cho HS thảo luận nhóm 4, tìm hiểu dạng lai hóa sp, trả lời các câu hỏi:

+Thế nào là lai hóa sp. Các góc giữa các AO lai hóa bằng bao nhiêu?  Dạng hình học của lai hóa đó.

(Dạng hình học của lai hóa đó là đường thẳng).

+ Giải thích lại sự hình thành liên kết trong phân tử BeH₂.

+ Lai hóa sp thường xuất hiện với các công thức VSEPR dạng nào?

- HS thực hiện Câu hỏi 5. GV hướng dẫn HS:

+ Viết công thức Lewis của phân tử.

+ Xác định dạng hình học của phân tử dựa vào mô hình VSEPR.

+ Từ cấu hình electron của nguyên tử trung tâm để xác định sự lai hóa giữa các AO.

- GV cho HS tìm hiểu dạng lại hóa sp²

+Thế nào là lai hóa sp². Các góc giữa các AO lai hóa bằng bao nhiêu?  Dạng hình học của lai hóa đó.

(Dạng hình học của lai hóa đó là tam giác).

+ Giải thích lại sự hình thành liên kết trong phân tử BF₃.

+ Lai hóa sp² thường xuất hiện với các công thức VSEPR dạng nào?

- HS áp dụng làm Câu hỏi 6.

- Tương tự GV cho HS thảo luận để tìm hiểu về lai hóa sp³, GV cung cấp một số hình ảnh và các ví dụ.

+ Ví dụ: NH₃, trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm N là sp³.

- HS làm Luyện tập 4.

Trình bày sự hình thành lai hóa sp³ của nguyên tử C trong CH₄ và hình thành các liên kết trong phân tử này.

- GV hướng dẫn tổng quát:

+ Tổng số liên kết  của nguyên tử trung tâm A với các nguyên tử xung quanh X + số cặp electron hóa trị của A chưa liên kết.

(Cặp electron liên kết được biểu diễn bằng dấu gạch, electron chưa liên kết có thể là electron độc thân và liên kết kép được coi là 1 liên kết).

+ Nếu tổng số này là 2 thì trạng thái lai hóa sp, là 3 thì trạng thái lai hóa sp², là 4 thì trạng thái lai hóa sp³.

- Ví dụ: Nguyên tử C trong CO₂ (O=C=O) chỉ có 2 liên kết nên ở trạng thái lai hóa sp.

Nguyên tử N trong NO₂ (O-N=O) có 3 liên kết nên ở trạng thái lai hóa sp².

- GV chú ý cho HS: Các kiểu lai hóa quyết định dạng hình học của phân tử

+ Lai hoá sp: đường thẳng

+ Lai hoá sp²: tam giác phẳng

+ Lai hoá : hình tứ diện (hoặc tháp tam giác)

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

II. Sự lai hóa orbital nguyên tử

1. Khái niệm

- Một hệ gồm n AO (n = 2, 3, ..) của cùng một nguyên tử, có thể tổ hợp với nhau tạo ra hệ n orbital mới (orbital lai hóa).

- Lai hóa orbital là sự tổ hợp các orbital của cùng một nguyên tử để tạo ra các orbital mới có cùng dạng hình học và năng lượng nhưng có định hướng khác nhau trong không gian.

Sự lai hóa thường chỉ xét với các nguyên tử trung tâm.

- Điều kiện để các orbital nguyên tử (AO) có thể lai hóa với nhau là chúng có năng lượng gần bằng nhau.

- Số AO lai hóa bằng tổng số AO tham gia lai hóa.

Ví dụ: mô hình mô phỏng cấu trúc phân tử methane

2. Các dạng lai hóa phổ biến

Câu hỏi 4:

AO lai hóa có định hướng khác với AO s và AO p trong không gian. Do AO lai hóa là sự tổ hợp các AO của cùng một nguyên tử để tạo ra các AO mới có hình dạng, kích thước như nhau nhưng có định hướng không gian khác nhau phù hợp với sự hình thành liên kết và dạng hình học phân tử tương ứng.

b) Tìm hiểu một số dạng lai hóa cơ bản

a) Lai hóa sp

Lai hóa sp là sự tổ hợp giữa 1 AO s với 1 AO p hóa trị của nguyên tử trung tâm để tạo thành 2 AO lai hóa sp nằm trên cùng một đường thẳng hướng về hai phía, đối xứng nhau (góc giữa 2AO lai hóa là ).

Ví dụ 6: BeH₂

Lưu ý: Phân tử tương ứng với công thức VSEPR là AE₂ thì nguyên tử trung tâm A thường có dạng lai hóa sp.

Câu hỏi 5:

+ Công thức Lewis của CO₂ là: O=C=O

Nguyên tử C trong CO₂ chỉ có 2 liên kết nên ở trạng thái lai hóa sp.

+ Giải thích sự hình thành lai hóa:

Từ công thức Lewis của CO₂, xác định được phân tử này có dạng đường thẳng theo mô hình VSEPR.

Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s²2s²2p². Để tạo liên kết với O, trước tiên có sự dịch chuyển 1 electron từ 2s lên 2p tạo cấu hình electron ở trạng thái kích thích là 1s²2s¹2p³

Trong phân tử CO₂, nguyên tử C phải có lai hóa sp giữa 2 AO (1 AO 2s và 1 AO 2p) để tạo ra 2 AO lai hóa (AO sp) cùng nằm trên một đường thẳng.

2 AO lai hóa này xen phủ trục với 2 AO 2p chứa electron độc thân của 2 nguyên tử O tạo thành liên kết σ.

Hai AO 2p không lai hóa của nguyên tử C có chứa electron độc thân xen phủ bên với 2AO 2p chứa electron độc thân còn lại của 2 nguyên tử O, tạo nên 2 liên kết π.

b) Lai hóa sp²_:

Lai hóa sp² là sự tổ hợp giữa 1 AO s với 2 AO p hóa trị của nguyên tử trung tâm để tạo thành 3 AO lai hóa sp² nằm trong một mặt phẳng, hướng từ tâm tới 3 đỉnh của một tam giác đều (góc giữa 2 AO lai hóa là ).

Lai hóa sp² còn được gọi là lai hóa tam giác.

Ví dụ 7: BF₃

Lưu ý: Phân tử tương ứng với công thức VSEPR là AE₃ thì nguyên tử trung tâm A thường có dạng lai hóa sp².

Câu hỏi 6:

Phân tử acetone có dạng tam giác phẳng theo mô hình VSEPR.

Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s²2s²2p². Cấu hình electron của C (Z = 6) ở trạng thái kích thích là 1s²2s¹2p³

1 AO 2s tổ hợp với 2 AO 2p tạo 3 AO lai hóa sp²

3 AO lai hóa của nguyên tử C hướng về 3 đỉnh của một tam giác đều.

c) Lai hóa sp³

Lai hóa sp³ là sự tổ hợp giữa 1 AO s với 3 AO p hóa trị của nguyên tử trung tâm để tạo thành 4 AO lai hóa sp³, hướng từ tâm tới 4 đỉnh của một tứ diện đều (góc giữa 2 AO lai hóa là ).

Ví dụ 7: CH₄.

Luyện tập 4:

Công thức Lewis của CH₄:

Từ công thức Lewis của CH₄ ta xác định được phân tử này có dạng tứ diện theo mô hình VSEPR.

Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s²2s²2p². Cấu hình electron của C (Z = 6) ở trạng thái kích thích là 1s²2s¹2p³

1 AO 2s tổ hợp với 3 AO 2p tạo 4 AO lai hóa sp³

4 AO lai hóa sp³ của nguyên tử C xen phủ với 4 AO s của nguyên tử H tạo thành 4 liên kết σ hướng về 4 đỉnh của một tứ diện đều.

CF₄

C₂H₆

C₂H₄

C₂H₂

Công thức Lewis