Sơ lược lý lịch tác giả
- Họ và tên: Nguyễn Thị Diễm Phúc Nam, nữ: nữ
- Nơi thường trú: 42/13A Ngô Quyền, phường Mỹ Bình, TP Long Xuyên, An Giang
- Đơn vị công tác: THPT chuyên Thoại Ngọc Hầu
- Chức vụ hiện nay: Tổ trưởng chuyên môn
- Trình độ chuyên môn: Thạc sĩ
- Lĩnh vực công tác: Giảng dạy môn Hóa học
Sơ lược đặc điểm tình hình đơn vị
Dưới sự chỉ đạo và hỗ trợ kịp thời của lãnh đạo Sở Giáo dục và Đào tạo cùng Ban giám hiệu nhà trường, công tác bồi dưỡng học sinh giỏi đã được chú trọng và phát triển.
Giáo viên bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi luôn tận tâm và nhiệt huyết trong công việc, thường xuyên cập nhật tài liệu và nâng cao trình độ chuyên môn Sự tin tưởng mà họ tạo dựng với học sinh giỏi giúp thu hút các em tham gia tích cực vào đội tuyển.
Học sinh được tuyển chọn vào trường đều có chất lượng cao, đảm bảo mặt bằng học sinh tốt trong tỉnh Kỳ thi tuyển sinh được tổ chức nghiêm túc, giúp đánh giá chính xác năng lực của các thí sinh.
+ Cơ sở vật chất của trường đảm bảo cho nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin, sử dụng đồ dùng dạy học vào giảng dạy của giáo viên
Còn gặp khó khăn trong công tác thu hút học sinh vào đội tuyển học sinh giỏi lớp 12
- Tên sáng kiến/đề tài giải pháp: Giải thích liên kết của phi kim trong hợp chất cộng hóa trị
Mục đích yêu cầu của đề tài, sáng kiến
Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến
Trong nhiều năm qua, phần liên kết hóa học đã đóng vai trò quan trọng trong các đề thi Olympic và thi học sinh giỏi Quốc gia Kỳ thi vòng 1 trong những năm gần đây thường xuyên xuất hiện nội dung này.
Bài viết này nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho học sinh giỏi môn Hóa, hỗ trợ giảng dạy lớp chuyên và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Tôi sẽ trình bày cách áp dụng lý thuyết liên kết hóa học để giải thích liên kết của các nguyên tố phi kim trong phân tử của các hợp chất có liên kết cộng hóa trị.
Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào những kiến thức cốt lõi và quan trọng nhất, giúp học sinh dễ dàng ghi nhớ, hiểu rõ và áp dụng hiệu quả vào các bài tập trong đề thi.
Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến
Các nhà hóa học sử dụng khái niệm liên kết để giải thích và dự đoán các phản ứng hóa học, với liên kết được định nghĩa là lực nối liền các nguyên tử trong phân tử Chẳng hạn, than chì và kim cương đều được hình thành từ các nguyên tử cacbon nhưng khác nhau về độ cứng và hình dáng do cách liên kết khác nhau Do đó, lý thuyết về liên kết hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích đặc điểm và bản chất của các chất, cũng như dự đoán cấu trúc lập thể của chúng.
Hiện nay, nội dung về liên kết hóa học rất phong phú trên internet và trong các sách tham khảo, đặc biệt là từ năm 2016-2017, khi nhiều trường chuyên tham gia trại hè phương nam đã viết chuyên đề về lĩnh vực này Là người trực tiếp bồi dưỡng học sinh giỏi, tôi nhận thấy cần tập hợp và sắp xếp lại kiến thức lý thuyết và bài tập Lý thuyết được trình bày chi tiết từ quan điểm truyền thống Lewis, tiếp theo là lý thuyết liên kết – hóa trị và lý thuyết orbital phân tử Phần bài tập được phân loại từ dễ đến khó, lấy từ sách tham khảo và đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Olympic Quốc tế, kèm theo hướng dẫn giải để học sinh có thể tự học Tôi hy vọng tài liệu này sẽ giúp học sinh có nguồn tham khảo súc tích và áp dụng hiệu quả.
Nội dung sáng kiến
- Từ thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến đến xuất hiện ý tưởng
- Tra cứu tài liệu liên quan
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đề tài
- Gởi nội dung sáng kiến cho các học sinh trong đội tuyển trước
- Lên lớp phân tích, giải đáp thắc mắc
- Kiểm tra, đánh giá kết quả đạt được
Nội dung sáng kiến gồm 2 phần chính: cơ sở lý thuyết và bài tập
3.1.1 Đặc điểm chung của các nguyên tố phi kim
3.1.1.1 Vị trí của phi kim trong bảng tuần hoàn
Trong bảng hệ thống tuần hoàn các phi kim nằm ở các nhóm A, chủ yếu từ nhóm IVA đến nhóm VIIA, Cụ thể:
+ Nhóm IVA gồm các nguyên tố: Cacbon (C), Silic (Si)
+ Nhóm VA gồm các nguyên tố: Nitơ (N), Photpho (P)
+ Nhóm VIA gồm các nguyên tố: Oxi (O), Lưu huỳnh (S)
+ Nhóm VIIA gồm các nguyên tố: Flo (F), Clo (Cl), Brom (Br), Iot (I)
Ngoài ra còn có nguyên tố Bo (B) thuộc nhóm IIIA, nguyên tố Hiđro (H) thuộc nhóm
3.1.1.2 Cấu hình electron, hóa trị
- Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố phi kim là:
+ Nhóm IIIA: ns 2 np 1 ; + nhóm IVA: ns 2 np 2 ; + Nhóm VA: ns 2 np 3
+ Nhóm VIA: ns 2 np 4 ; + Nhóm VIIA: ns 2 np 5
Hóa trị của các nguyên tố phi kim được xác định bởi số electron ở lớp ngoài cùng có khả năng tham gia vào liên kết hóa học, được gọi là electron hóa trị Mỗi nguyên tố phi kim có thể có một hoặc nhiều hóa trị khác nhau, tùy thuộc vào cấu hình electron và khả năng hình thành liên kết Ngoài ra, các nguyên tố phi kim cũng có thể có mức hóa trị cao nhất giống nhau hoặc khác nhau.
+ Nguyên tố Bo có hóa trị là 3,
+ Nguyên tố Các bon và Silic đều có hóa trị phổ biến là 4,
+ Nguyên tố Photpho có hóa trị 3 và 5 nhưng nguyên tố Nitơ lại có hóa trị lần lượt là
Nguyên tố Oxi có hóa trị 2, trong khi Lưu huỳnh có nhiều mức hóa trị là 2, 4 và 6 Đối với nhóm VIIA, Flo có hóa trị 1, trong khi các nguyên tố từ Clo đến Iot có các hóa trị 1, 3, 5 và 7.
Với những hóa trị không tuân theo qui luật có thể thấy khả năng tạo liên kết hóa học của các nguyên tố phi kim là không giống nhau
3.1.1.3 Liên kết hóa học của các phi kim
Các nguyên tử thường đạt trạng thái bền vững với cấu hình lớp ngoài cùng bão hòa (ns² np⁶) Để đạt được trạng thái này, các nguyên tố phi kim có khả năng nhận thêm electron hoặc chia sẻ electron với nguyên tử khác Do đó, các nguyên tố phi kim có thể tham gia vào liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào xu hướng tạo liên kết cộng hóa trị của các nguyên tố phi kim.
3.1.2 Lý thuyết electron hóa trị theo Lewis
Trong phân tử, các nguyên tử phi kim liên kết với nhau thông qua cặp electron dùng chung Liên kết này giúp mỗi nguyên tử đạt được cấu hình bền vững của lớp ngoài cùng, tương tự như nguyên tử khí trơ, với 8 electron (bát tử) hoặc 2 electron đối với khí hiếm Heli.
Electron của mỗi nguyên tử có thể tham gia được liên kết là electron hoá trị Đôi electron tạo liên kết phải có spin đối song
Phân tử Cl2 có liên kết giữa hai nguyên tử Cl nhờ cặp electron góp chung, được gọi là cặp electron liên kết, ký hiệu là hoặc Các electron còn lại trong phân tử được gọi là electron không liên kết Liên kết cộng hoá trị được phân loại dựa trên cách thức hình thành và đặc điểm của các cặp electron này.
Dựa vào vị trí của cặp electron dùng chung so với hạt nhân nguyên tử tham gia liên kết, liên kết cộng hóa trị được phân thành hai loại.
Liên kết cộng hoá trị không phân cực, hay còn gọi là liên kết không có cực, xảy ra khi đôi electron được chia sẻ giữa hai hạt nhân nguyên tử mà không có sự phân cực Đây là loại liên kết thường thấy trong các phân tử đơn chất.
Cl 2 , Br 2 (trường hợp hiệu độ âm điện < 0,4)
Liên kết cộng hoá trị phân cực xảy ra khi đôi electron dùng chung lệch về phía nguyên tử của nguyên tố có tính phi kim mạnh hơn, tức là có độ âm điện lớn hơn Đây là loại liên kết hóa học phổ biến trong các phân tử hợp chất như H2O, NH3, và CH4, với hiệu độ âm điện trong khoảng 0,40 đến 1,70 Tính định hướng không gian của liên kết cộng hoá trị cũng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và tính chất của các phân tử này.
Liên kết cộng hoá trị mang tính định hướng không gian, trong đó cặp electron dùng chung được phân bố trong khoảng không gian giữa hai hạt nhân tham gia liên kết.
Liên kết cộng hoá trị có tính chất bão hoà, nghĩa là trong hợp chất giữa H và Cl, chỉ có một nguyên tử H liên kết với một nguyên tử Cl để tạo thành HCl Điều này cho thấy rằng không thể có nhiều hơn một nguyên tử H liên kết với một nguyên tử Cl Do đó, số lượng nguyên tử liên kết với một nguyên tử cụ thể bị giới hạn bởi hoá trị của nguyên tử đó.
3.1.2.2 Công thức cấu tạo Lewis a) Công thức
Mỗi dấu chấm trong công thức Lewis biểu thị một electron, trong khi hai chấm hoặc một vạch đại diện cho một cặp electron trong nguyên tử hoặc phân tử Các electron này được gọi là electron hoá trị Công thức hoá học không chỉ thể hiện thứ tự liên kết giữa các nguyên tử mà còn chỉ rõ sự phân bố của các electron hoá trị.
Ví dụ: Công thức phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo
SO 2 :O:: S: O: O= SO b/ Qui tắc để viết CTCT Lewis:
Bước 1: Tính tổng số electron hoá trị (N 1 ) của các nguyên tử
Chú ý: Nếu công thức đó là:
+ Ion âm: 1 đơn vị điện tích âm thì được cộng thêm 1 electron vào tổng trên
+ Ion dương: 1 đơn vị điện tích dương thì trừ đi 1 electron từ tổng trên
Bước 2 : Xây dựng CTCT ban đầu bằng các liên kết đơn với số electron N 2
Bước 3: Tìm công thức Lewis (gần đúng)
Sử dụng N 3 = N 1 – N 2 để octet cho nguyên tử nguyên tố có độ âm điện lớn hơn trước
Để tính điện tích hình thức cho mỗi nguyên tử trong công thức đã viết, ta sử dụng công thức sau: điện tích hình thức của nguyên tử được xác định bằng số electron hóa trị trừ đi tổng số electron không liên kết và số electron tham gia vào liên kết.
Khi cần thiết, có thể chuyển đổi cặp electron riêng thành cặp electron chung hoặc thay đổi liên kết thường thành liên kết cho nhận, nhằm tối ưu hóa việc tuân thủ quy tắc octet và giảm thiểu điện tích.
Bước 4: Xét công thức có thể nhất, dựa vào điện tích hình thức
(Nguyên tử trung tâm thuộc chu kì 3 trở lên có thể có lớp ngoài cùng chứa hơn 8e)
Các quy tắc về điện tích hình thức giúp xác định công thức thích hợp nhất:
- Cấu trúc với điện tích hình thức nhỏ là thích hợp hơn
- Cấu trúc với tổng giá trị tuyệt đối của điện tích hình thức của các nguyên tử là nhỏ nhất thì thích hợp hơn
- Điện tích hình thức khác 0 trên các nguyên tử cạnh nhau thường là trái dấu
- Các nguyên tử âm điện hơn (có độ âm điện lớn hơn) phải có điện tích hình thức âm hơn
- Cấu trúc bền nhất có tổng số hiệu độ âm điện lớn nhất đối với các nguyên tử kề nhau
Ví dụ: Xây dựng công thức Lewis cho CO 2
Bước 1: N 1 = tổng số e hóa trị = 4 + 6x2
Bước 2: Số e xây dựng công thức ban đầu N2 = 4 O C O
Bước 3: N3 = N 1 – N 2 = 12 O˗C˗O (6 cặp e đặt vào 2 nguyên tố oxi vừa đủ) Điện tích hình thức q C = 4 – (0 +2) = +2; q O = 6 – (6+1) = -1
Cần giải tỏa điện tích O=C=O khi đó q C = 4-(0+4) = 0; q O = 6 – (4+2) = 0
Công thức lewis của một số phân tử khác
3.1.3 Lý thuyết liên kết hóa trị (thuyết VB-Valent Bond)
3.1.3.1 Các luận điểm cơ sở của thuyết VB
Cấu tạo electron của nguyên tử được bảo toàn khi hình thành phân tử, với sự chuyển động của electron trong các orbital nguyên tử (AO) Khi hai orbital hóa trị của hai nguyên tử xen phủ, vùng xen phủ này trở thành chung cho cả hai nguyên tử, tạo ra liên kết hóa học.
Mỗi liên kết hóa học giữa hai nguyên tử được hình thành từ hai electron có spin đối song, trong đó mỗi electron ban đầu là electron độc thân trong một AO hóa trị của một nguyên tử Liên kết này được gọi là liên kết 2 tâm, chỉ xảy ra giữa hai nguyên tử Điều quan trọng là liên kết hóa học không thể hình thành nếu chỉ có một electron (thiếu electron) hoặc từ ba electron trở lên, do tính bão hòa của liên kết cộng hóa trị.
3.1.3.2 Thuyết VB về sự hình thành liên kết cộng hóa trị
Hiệu quả đạt được
Để vận dụng hiệu quả kiến thức vào việc làm bài tập, học sinh cần nắm vững kiến thức căn bản Điều này giúp các em dễ dàng tiếp thu kiến thức nâng cao và nhận diện sự biến hóa của các dạng bài tập Đặc biệt, học sinh giỏi thường không chấp nhận kiến thức một cách thụ động mà mong muốn hiểu rõ và tường minh Chỉ khi đó, các em mới có thể hiểu sâu, nhớ lâu và vận dụng tốt kiến thức đã học.
Sáng kiến trong lĩnh vực bồi dưỡng học sinh giỏi không có nhóm học sinh đối chứng cùng thời điểm, vì vậy việc so sánh chỉ có thể thực hiện giữa các đối tượng học sinh giỏi trước năm 2015 (trước khi áp dụng sáng kiến) và giai đoạn từ 2015 đến 2018 (khi sáng kiến đã được áp dụng và hoàn thiện).
- Nhận xét về khả năng tiếp nhận và vận dụng của học sinh
Chưa áp dụng sáng kiến Áp dụng sáng kiến Trạng thái tiếp nhận Lúng túng, nghi ngờ Sẵn sàng giải quyết
Khả năng vận dụng Chỉ làm được những bài tập theo thuyết Lewis và VB, chưa làm tốt những bài về thuyết MO
Làm tốt tất cả các bài tập vận dụng cao, kể cả những dạng về thuyết MO phức tạp
Bài kiểm tra Điểm khá Điểm giỏi, hầu như tuyệt đối
- Kết quả học sinh giỏi khu vực và Quốc gia các năm học gần đây
Kết quả học sinh đạt giải ngày càng tăng, mặc dù độ khó của đề thi cũng gia tăng hàng năm Điều này phản ánh sự nỗ lực và tâm huyết của cả giáo viên và học sinh trong đội tuyển Theo thông tin từ các em, phần liên kết hóa học được thực hiện tốt, cho thấy các em đã nắm vững chuyên đề và có khả năng vận dụng hiệu quả vào bài thi.
Quốc gia Không có giải Không có giải 1 giải ba 1 giải khuyến khích
Mức độ ảnh hưởng
Sáng kiến này được áp dụng trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi cho các kỳ thi Olympic 30/4, trại hè phương Nam và học sinh giỏi Quốc gia Nó có thể trở thành tài liệu học tập hữu ích cho học sinh các lớp chuyên Hóa học, đồng thời là nguồn tham khảo quý giá cho các giáo viên trong quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh.
32 học sinh giỏi Hoá học ở bậc THPT góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập môn Hoá học.
