Ngày soạn: .../.../...
Ngày dạy: .../.../...
Trường: ……………………. Tổ: …………………………. | Họ và tên giáo viên: ……………………………….. |
BÀI 13: LIÊN KẾT HYDROGEN VÀ TƯƠNG TÁC VAN DER WAALS
(1 tiết)
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Trình bày được khái niệm liên kết hydrogen. Vận dụng để giải thích sự xuất hiện liên kết hydrogen (với nguyên tố có độ âm điện lớn: N, O, F).
- Nêu được vai trò, ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước.
- Nêu được khái niệm về tương tác van der Waals và ảnh hưởng của tương tác này tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.
2. Năng lực
2.1. Năng lực chung
- Năng lực tự chủ và tự học: Kĩ năng tìm kiếm thông tin trong SGK, sách báo, internet …
- Năng lực giao tiếp và hợp tác: Làm việc nhóm tìm hiểu về liên kết hydrogen và tương tác Van der waals.
- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Giải thích được vì sao các chất có nhiệt độ sôi khác nhau? So sánh được tính chất vật lí giữa các phân tử dựa vào liên kết hydrogen và tương tác tương tác Van der waals.
2.2. Năng lực hóa học
a. Nhận thức hóa học: Học sinh đạt được các yêu cầu sau:
- Trình bày được khái niệm liên kết hydrogen. Vận dụng để giải thích sự xuất hiện liên kết hydrogen (với nguyên tố có độ âm điện lớn: N, O, F).
- Nêu được vai trò, ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước.
- Nêu được khái niệm về tương tác van der Waals và ảnh hưởng của tương tác này tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.
b. Tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ hóa học được thực hiện thông qua các hoạt động: Thảo luận, quan sát mô hình phân tử, hình ảnh thể hiện liên kết giữa các phân tử, bảng giá trị nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của một số phân tử.
c. Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để giải thích được tạo sao nước đá nhẹ hơn nước lỏng và tạo sao con nhện lại đi được trên mặt nước mà không bị chìm?
3. Phẩm chất:
- Chăm chỉ, tự tìm tòi thông tin trong SGK, internet… về liên kết hydrogen và tương tác van der Waals.
- Học sinh có trách nhiệm trong việc hoạt động nhóm, hoàn thành các nội dung được giao.
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
- Tranh, ảnh và các video liên quan đến ảnh hưởng của liên kết hydrogen và tương tác van der Waals đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của một số chất trong thực tế như: con tàu Titanic đâm vào tảng băng nổi, con nhện chạy trên mặt nước, keo dán, bong bóng xà phòng, oxygen hóa lỏng…
- Phiếu bài tập số 1, số 2, số 3, số 4.
II. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Kiểm tra bài cũ: Không kiểm tra bài cũ đầu giờ, kiểm tra bài cũ lồng vào trong tiết học.
1. Hoạt động khởi động
a. Mục tiêu: Thông qua câu chuyện (có kèm hình ảnh) giúp học sinh liên hệ thực tế và thừa nhận sự có mặt của liên kết hydrogen và tương tác van der Walls.
b. Nội dung:
- Ngày 10/ 04/ 1912, con tàu hơi nước lớn thứ hai trong lịch sử với tên gọi Titanic nhổ neo cho chuyến hải trình đầu tiên. Nó được dự định sẽ rẽ sóng từ cảng Southampton của Anh, vượt qua biển Đại Tây Dương để đến với thành phố phồn hoa New York, Mỹ. Nhưng Titanic đã không thể hoàn thành sứ mệnh của mình khi va phải một tảng băng khổng lồ. Mang theo hàng ngàn hành khách, con tàu mãi mãi nằm lại dưới lòng đại dương lạnh lẽo.
+ Vì sao nước đá lại nhẹ hơn nước lỏng và nổi lên trên mặt nước?
c. Sản phẩm: Học sinh dựa vào câu chuyện, đưa ra đáp án của bản thân.
d. Tổ chức thực hiện: HS làm việc theo bàn, GV gợi ý, hỗ trợ học sinh.
2. Hoạt động hình thành kiến thức mới
Hoạt động 1: Liên kết hydrogen Mục tiêu: HS hình thành được khái niệm liên kết hydrogen |
Hoạt động của GV và HS | Sản phẩm dự kiến |
1. Bản chất của liên kết hydrogen: GV nêu vấn đề: Nguyên tử F, O, N có độ âm điện lớn. Nguyên tử H linh động (nguyên tử H gắn với nguyên tử có độ âm điện lớn F, O, N) mang một phần điện tích dương. Chúng có hút nhau không? GV giao nhiệm vụ hoc tập: GV chia làm làm 4 nhóm, hoàn thành phiếu học tập sau: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1: - Vẽ sơ đồ biểu diễn liên kết hydrogen (được biểu diễn bằng dấu ba chấm …) của: + Nguyên tử F (của phân tử HF này) với nguyên tử H (của phân tử HF khác). + Nguyên tử N (của phân tử NH3 này) với nguyên tử H (của phân tử NH3 khác). + Nguyên tử O (của phân tử H2O này) với nguyên tử H (của phân tử H2O khác). + Phân tử HF và phân tử NH3. - Trình bày cách tạo thành liên kết hydrogen với nguyên tử có độ âm điện lớn (F, O, N). |
Thực hiện nhiệm vụ: HS hoàn thiện phiếu bài tập theo 4 nhóm. Báo cáo, thảo luận: Đại diện nhóm HS lần lượt nêu ý kiến trước lớp lớp, sau đó phản biện các nhóm khác về cách tạo thành liên kết hydrogen với nguyên tử có độ âm điện lớn (F, O, N). Kết luận, nhận định: GV nhận xét, đưa ra kết luận: * Cách tạo thành liên kết hydrogen: Nguyên tử hydrogen trong các phân tử HF, NH3, H2O rất linh động, có điện tích dương đủ lớn để hút các electron hóa trị chưa tham gia liên kết trên nguyên tử F, N, O (của phân tử khác) có độ âm điện lớn tạo thành liên kết hydrogen (thường được biểu diễn bằng dấu ba chấm “…”). * Điều kiện cần và đủ để tạo liên kết hydrogen: - Nguyên tử hydrogen liên kết với các nguyên tử có độ âm điện lớn như F, N, O. - Các nguyên tử như F, N, O… liên kết với hydrogen phải có ít nhất một cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết. 2. Vai trò và ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới tính chất vật lí của nước GV sử dụng video hoặc hình ảnh để minh họa cấu trúc đặc biệt của H2O. GV giao nhiệm vụ học tập: GV chia lớp làm 4 nhóm, hoàn thành phiếu học tập sau: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2: - Giải thích vì sao nước đá nhẹ hơn nước lỏng và nổi lên trên mặt nước (hình ảnh con tàu Titanic đâm vào tảng băng nổi)? - So sánh nhiệt độ sôi của H2O với H2S và CH4. Giải thích? - Quan sát hình ảnh con nhện nước chạy trên bề mặt nước. Giải thích? 
|
Thực hiện nhiệm vụ: HS hoàn thiện phiếu bài tập theo 4 nhóm. Báo cáo, thảo luận: Đại diện nhóm HS lần lượt nêu ý kiến trước lớp lớp, sau đó phản biện các nhóm khác. Kết luận, nhận định: GV nhận xét, đưa ra kết luận: - Liên kết hydrogen có ảnh hưởng đến tính chất vật lí của nước: Liên kết hydrogen làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của nước. - Liên kết hydrogen làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, sức căng bề mặt… của các chất có liên kết hydrogen. - Vì có liên kết hydrogen nên nhiệt độ sôi của nước cao hơn nhiều so với H2S và CH4. | Phiếu học tập số 1: 
Liên kết hydrogen giữa 2 phân tử HF 
Liên kết hydrogen giữa 2 phân tử NH3  Liên kết hydrogen giữa các phân tử H2O
Liên kết hydrogen giữa các phân tử HF và phân tử NH3 * Cách tạo thành liên kết hydrogen: Nguyên tử hydrogen trong các phân tử HF, NH3, H2O rất linh động, có điện tích dương đủ lớn để hút các electron hóa trị chưa tham gia liên kết trên nguyên tử F, N, O (của phân tử khác) có độ âm điện lớn tạo thành liên kết hydrogen . Phiếu học tập số 2: - Liên kết hydrogen ảnh hưởng đến tính chất của nước đá. Một phân tử nước có thể tạo ra 4 liên kết hydrogen với các phân tử nước khác xung quanh tạo thành cấu trúc tứ diện. Mạng tinh thể nước đá có vô số cấu trúc như vậy. Cấu trúc này khá rỗng nên nước đá nhẹ hơn nước lỏng và có thể nổi một phần trên bề mặt nước lỏng. - Nhiệt độ sôi của H2O cao hơn hẳn so với H2S và CH4 do ảnh hưởng của liên kết hydrogen. + Liên kết hydrogen của H2O bền hơn. + Sự phân cực liên kết trong H2O lớn hơn. - Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước tạo nên sức căng bề mặt rất lớn. Đôi chân của nhện có thể tạo ra chỗ trũng tới 4 milimet và vẫn không phá vỡ được sức căng bề mặt của nước nên nhện có thể chạy được trên nước. |
Hoạt động 2: Tương tác van der Waals Mục tiêu: HS hình thành được khái niệm tương tác van der Waals và ảnh hưởng của tương tác này tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất. |
Hoạt động của GV và HS | Sản phẩm dự kiến |
1. Khái niệm tương tác van der Waals GV nêu vấn đề: GV chiếu video Br2 lỏng, O2 lỏng và ứng dụng của chúng. GV giao nhiệm vụ hoc tập: GV chia làm làm 4 nhóm, hoàn thành phiếu học tập sau: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3: - Ở nhiệt độ thường, các halogen như F2, Cl2 là chất khí, vì sao Br2 là chất lỏng? - Ở nhiệt độ thường, O2 là chất khí, vì sao có thể hóa lỏng O2 để sử dụng trên tàu du hành vũ trụ? - Sự hình thành tương tác van der Walls |
Thực hiện nhiệm vụ: HS hoàn thiện phiếu bài tập theo 4 nhóm. Báo cáo, thảo luận: Đại diện nhóm HS lần lượt nêu ý kiến trước lớp lớp, sau đó phản biện các nhóm khác. Kết luận, nhận định: GV nhận xét, đưa ra kết luận: - Tương tác van der Walls là tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực được hình thành giữa các phân tử hay nguyên tử. 2. Vai trò và ảnh hưởng của tương tác van der Walls đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất GV giao nhiệm vụ hoc tập: GV chia làm làm 4 nhóm, hoàn thành phiếu học tập sau: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 4: - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen biến đổi thế nào khi số electron tăng, khối lượng phân tử tăng? - Nguyên nhân nào làm cho nhiệt độ sôi của pentane (đồng phân hydrocarbon mạch thẳng) cao hơn neopentane (đồng phân hydrocarbon mạch nhánh)? |
Thực hiện nhiệm vụ: HS hoàn thiện phiếu bài tập theo 4 nhóm. Báo cáo, thảo luận: Đại diện nhóm HS lần lượt nêu ý kiến trước lớp, sau đó phản biện các nhóm khác. Kết luận, nhận định: GV nhận xét, đưa ra kết luận: - Tương tác van der Walls làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất. GV lưu ý HS: - Liên kết ion và liên kết cộng hóa trị là liên kết giữa các nguyên tử trong một phân tử. - Liên kết hydrogen và tương tác van der Walls là liên kết giữa các nguyên tử, phân tử trung hòa. | Phiếu học tập số 3: - Các phân tử F2, Cl2 là những chất khí còn Br2 là chất lỏng vì giữa các phân tử Br2 tồn tại một tương tác yếu. - Ở nhiệt độ thường O2 là chất khí. Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp, giữa các phân tử O2 tồn tại một tương tác yếu để giữ các phân tử lại với nhau trong trạng thái lỏng. - Sự hình thành tương tác van der Walls: Các nguyên tử khí hiếm hoặc các chất cộng hóa trị không phân cực, do đám mây electron luôn chuyển động nên cũng có thể tạo ra một lưỡng cực tạm thời. Lực hút giữa một đầu mang một phần điện tích âm của lưỡng cực trong phân tử này và một đầu mang một phần điện tích dương của lưỡng cực trong phân tử khác tạo thành tương tác van der Walls. 
Phiếu học tập số 4 - Trong dãy halogen, tương tác van der Walls tăng theo sự tăng của số electron trong phân tử và khối lượng phân tử tăng, làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các halogen. - Đồng phân mạch không phân nhánh pentane có nhiệt độ sôi ( C) cao hơn so với đồng phân mạch phân nhánh neopentane ( C) do diện tích tiếp xúc giữa các phân tử pentane lớn hơn nhiều so với neopentane. 
|
Hoạt động 3: Luyện tập
a) Mục tiêu: Củng cố lại phần kiến thức đã học về liên kết hydrogen và tương tác van der Walls.
b) Nội dung: GV đưa ra các bài tập cụ thể, gọi HS lên làm và chữa lại.
HS hoàn thành các bài tập sau:
Câu 1: Chất nào sau đây có thể tạo liên kết hydrogen?
A. PF3. B. CH4. C. CH3OH. D. H2S.
Câu 2: Chất nào sau đây không thể tạo được liên kết hydrogen?
A. H2O. B. CH4. C. C2H5OH. D. NH3.
Câu 3: Hoàn thiện câu sau: “Tương tác van der Walls tồn tại giữa những ….”
A. ion.
B. hạt proton.
C. hạt neutron.
D. phân tử.
Câu 4: Dãy chất nào sau đây xếp theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần?
A. H2O, H2S, CH4.
B. H2S, CH4, H2O.
C. CH4, H2O, H2S.
D. CH4, H2S, H2O.
Câu 5: Nhiệt độ sôi của từng chất methane, ethane, propane và butane là một trong bốn nhiệt độ sau: 0 oC, -164 oC, -42 oC, -88 oC.
Nhiệt độ sôi – 88 oC là của chất nào sau đây?
A. methane. B. propane. C. ethane. D. butane.
c) Sản phẩm:
Câu 1: C Câu 2: B Câu 3: D Câu 4: D Câu 5: C
d) Tổ chức thực hiện: HS làm việc cá nhân.
4. Hoạt động 4: Vận dụng:
a) Mục tiêu: giúp học sinh vận dụng kiến thức đã học trong bài để giải quyết các câu hỏi, nội dung gắn liền với thực tiễn và mở rộng thêm kiến thức của HS về liên kết hydrogen và tương tác van der Waals.
b) Nội dung: Tìm hiểu và giải thích được các hiện tượng tự nhiên:
- Giải thích được vì sao trong quá trình chưng cất rượu, C2H5OH bay hơi trước H2O mặc dù khối lượng phân tử C2H5OH lớn hơn nhiều khối lượng phân tử H2O.
- Giải thích được vì sao con thạch sùng có thể di chuyển trên mặt kính trơn nhẵn, thẳng đứng.
- Giải thích được vì sao cây cối có thể tự hút được nước và khoáng chất để phát triển.
c) Sản phẩm:
- Dựa vào lý thuyết ảnh hưởng của liên kết hydrogen tới nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước.
H2O có khối lượng phân tử thấp hơn so với C2H5OH nhưng các phân tử nước liên kết khá chặt chẽ với nhau bởi các liên kết hydrogen.
⟹ Nhiệt độ sôi của nước cao hơn C2H5OH.
⟹ Khi chưng cất rượu, C2H5OH có điểm sôi thấp hơn nước sẽ bay hơi trước.
- Bàn chân của thạch sùng có rất nhiều sợi lông cực nhỏ, được gọi là sợi stetae có kích thước cỡ micromet. Ở đầu mỗi sợi lông lại phân nhánh thành rất nhiều sợi lông nhỏ dơn được gọi là spatulae với kích cỡ nanomet.
Các sợi spatulae cho phép thạch sùng bám được trên tường hay mặt phẳng nhờ tương tác tĩnh điện “hai điện tích trái dấu hút nhau”. Mỗi phân tử trong cơ thể sống hoặc một vật nào đó thường cân bằng về điện tích. Nhưng một mặt có xu hướng mang điện tích dương và mặt còn lại mang điện tích âm. Khi thạch sùng leo tường, các sợi spatulae siêu nhỏ có thể quay mặt mang điện tích âm của chúng về phía mặt mang điện tích dương của phân tử trên bề mặt tường (và ngược lại), tạo ra lực hút giữa các phân tử được gọi là lực liên kết Van der Waals.
- Do có liên kết hydrogen nên nước có sức căng bề mặt rất lớn, nước có thể dâng lên trong mao quản của rễ cây để được vận chuyển lên thân và lá cây.
d) Tổ chức thực hiện: GV hướng dẫn học sinh về nhà làm và hướng dẫn học sinh tìm nguồn tài liệu tham khảo qua internet, thư viện, …
