Lắp ráp mô hình rỗng (cầu – que) khám phá cấu trúc phân tử hữu cơ

Phương trình / Quy luật áp dụng: CₙH₂ₙ₊₂ (alkane mạch hở)

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên tử carbon có 4 electron ở lớp ngoài cùng nên tạo được 4 liên kết cộng hóa trị; hydrogen chỉ tạo được 1 liên kết. Đó chính là «Carbon hóa trị IV» — nhờ vậy công thức chung của alkane mạch hở là CₙH₂ₙ₊₂.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Carbon hóa trị IV; công thức chung của alkane mạch hở CₙH₂ₙ₊₂.

Phương trình / Quy luật áp dụng: CH₄ · 109°28′

Giải thích chuẩn SGK: Methane có cấu trúc tứ diện đều: nguyên tử C ở tâm, 4 nguyên tử H ở 4 đỉnh, góc liên kết 109°28′ (tức 109.47°), 5 nguyên tử không cùng nằm trên một mặt phẳng. Chính vì 4 đỉnh hoàn toàn tương đương nên 4 nguyên tử H hoàn toàn như nhau. (Giá trị góc liên kết được học chi tiết trong Chuyên đề học tập Hóa học 10 «Cấu trúc chất»; SGK cơ bản yêu cầu nắm được «4 liên kết tạo với nhau các góc bằng nhau».)

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Cấu trúc tứ diện đều của methane, góc liên kết 109°28′.

Phương trình / Quy luật áp dụng: CH₂Cl₂ · Chỉ có 1 cấu trúc

Giải thích chuẩn SGK: Dichloromethane (CH₂Cl₂) chỉ có một cấu trúc duy nhất, không có đồng phân — vì mô hình được lắp theo hình tứ diện đều có 4 đỉnh hoàn toàn tương đương, thay bất kỳ 2 nguyên tử H nào cũng cho cùng một chất. Câu hỏi thảo luận trong bài thực hành SGK chính là dùng mô hình rỗng để kiểm chứng điều này.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Dichloromethane không có đồng phân (bẫy rất hay gặp trong đề thi).

Phương trình / Quy luật áp dụng: Liên kết σ quay được quanh trục

Giải thích chuẩn SGK: Liên kết đơn C—C có thể quay tự do quanh trục liên kết; việc quay này chỉ tạo ra các tư thế không gian (cấu dạng) khác nhau của cùng một phân tử chứ bản thân phân tử không đổi, không phải là đồng phân cấu tạo. Ngược lại, liên kết đôi và liên kết ba không quay được — đó là lý do vì sao ethylene bị giữ phẳng còn acetylene bị giữ thẳng hàng.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Liên kết σ quay được quanh trục liên kết, liên kết π thì không.

Phương trình / Quy luật áp dụng: CₙH₂ₙ₊₂ · Đồng đẳng hơn kém nhau nhóm CH₂

Giải thích chuẩn SGK: Các nguyên tử carbon có thể liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch carbon; mạch càng dài số nguyên tử càng nhiều; công thức chung của hydrocarbon no mạch hở (alkane) là CₙH₂ₙ₊₂. Dù mạch dài ra nhưng mỗi nguyên tử C vẫn có cấu trúc tứ diện với góc liên kết ~109°28′.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Công thức chung của alkane CₙH₂ₙ₊₂ và khái niệm đồng đẳng.

Phương trình / Quy luật áp dụng: C₄H₁₀ có 2 đồng phân cấu tạo

Giải thích chuẩn SGK: Những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về cấu tạo hóa học được gọi là các chất đồng phân của nhau: n-butane có mạch thẳng (không phân nhánh), còn isobutane có mạch phân nhánh. Khung mạch khác nhau dẫn đến tính chất khác nhau — n-butane sôi ở −0.5 ℃, còn isobutane sôi ở −11.6 ℃.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Hiện tượng đồng phân cấu tạo mạch carbon (SGK Hóa học 11).

Phương trình / Quy luật áp dụng: C₂H₄ phẳng · C₂H₂ thẳng hàng

Giải thích chuẩn SGK: Trong phân tử ethylene, giữa hai nguyên tử C là liên kết đôi không quay tự do được, khóa chặt cả 6 nguyên tử trên cùng một mặt phẳng với góc liên kết khoảng 120°; trong phân tử acetylene là liên kết ba càng không thể quay, khóa chặt 4 nguyên tử trên một đường thẳng với góc liên kết 180°. Khi kéo «Góc quay liên kết đơn C—C», chúng đứng yên bất động — chỉ có liên kết đơn như ở ethane mới quay được.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Ethylene có cấu trúc phẳng, acetylene có cấu trúc đường thẳng.

Phương trình / Quy luật áp dụng: C₆H₆ · Lục giác đều phẳng · 120°

Giải thích chuẩn SGK: Benzene có cấu trúc vòng 6 cạnh đều và phẳng, cả 12 nguyên tử đồng phẳng, các góc liên kết đều bằng 120°. Cả 6 liên kết C–C hoàn toàn tương đương nhau với độ dài 139 pm, nằm ở khoảng giữa độ dài liên kết đơn (154 pm) và liên kết đôi (133 pm) — do hệ liên kết π liên hợp giải tỏa đều trên toàn vòng.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm: Cấu trúc lục giác đều phẳng của benzene và độ dài liên kết 139 pm.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Hai đồng phân cấu tạo của C₄H₁₀

Giải thích chuẩn SGK: Alkane có 4 nguyên tử C tồn tại ở hai dạng cấu tạo: n-butane mạch không phân nhánh và isobutane mạch phân nhánh. Cả hai đều có công thức phân tử C₄H₁₀ nhưng khác khung mạch carbon nên là hai hợp chất khác nhau.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Kiểm tra: Chuyển n-butane thành isobutane và giữ nguyên.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Tứ diện đều, góc liên kết 109°28′. 5 nguyên tử của methane không nằm trên cùng một mặt phẳng; nguyên tử C nằm ở tâm hình tứ diện đều, 4 nguyên tử H nằm ở 4 đỉnh với góc liên kết 109°28′.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 1 cấu trúc. 4 đỉnh của hình tứ diện đều hoàn toàn tương đương nhau, thay thế bất kỳ 2 nguyên tử H nào bằng Cl cũng thu được cùng một phân tử duy nhất, vì vậy chỉ có 1 cấu trúc.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Cả 6 nguyên tử cùng nằm trên một mặt phẳng, góc liên kết khoảng 120°. Nguyên tử C trong ethylene ở trạng thái lai hóa sp², các góc liên kết kề nhau khoảng 120°, toàn bộ 6 nguyên tử trong phân tử đều nằm trên cùng một mặt phẳng.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Cả 6 liên kết C–C hoàn toàn tương đương nhau, độ dài liên kết là 139 pm. Benzene có cấu trúc lục giác đều phẳng, 6 liên kết C–C hoàn toàn tương đương nhau và đều có độ dài 139 pm, nằm ở khoảng giữa độ dài liên kết đơn (154 pm) và liên kết đôi (133 pm).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Có cùng công thức phân tử nhưng khác nhau về khung mạch carbon. Cả hai chất đều có công thức phân tử là C₄H₁₀, nhưng một chất có mạch không phân nhánh còn một chất có mạch phân nhánh, cấu tạo hóa học khác nhau nên chúng là đồng phân của nhau.