Công thức electron của HNO3: cách viết từng bước

Trả lời nhanh

Phân tử HNO₃ có tổng 24 electron hoá trị (12 cặp). Công thức electron: H–O–N, nguyên tử N nối với hai nguyên tử O còn lại, trong đó một liên kết đôi N=O và một liên kết đơn N–O. Công thức cấu tạo thường viết H–O–N(=O)=O hoặc H–O–N(=O)→O. Mọi nguyên tử O, N đều đạt octet, H đạt 2 electron.

Công thức electron là gì? Khác gì công thức Lewis và công thức cấu tạo?

Công thức electron biểu diễn các electron hoá trị của nguyên tử trong phân tử bằng dấu chấm: cặp electron dùng chung nằm giữa hai nguyên tử, cặp electron riêng nằm quanh nguyên tử. Công thức Lewis về bản chất là cùng một cách biểu diễn, thường dùng thêm gạch ngang thay cho cặp electron liên kết. Công thức cấu tạo chỉ còn các gạch ngang giữa các nguyên tử và thường bỏ qua cặp electron riêng.

Công thức electron: thấy đủ mọi electron hoá trị (chấm).
Công thức Lewis: gạch cho cặp liên kết, chấm cho cặp riêng, có thể ghi điện tích hình thức.
Công thức cấu tạo: chỉ thể hiện thứ tự và loại liên kết giữa các nguyên tử.

Viết công thức electron của HNO₃ theo 5 bước

Bước 1: Đếm tổng số electron hoá trị

Nguyên tử	Số nguyên tử	Electron hoá trị mỗi nguyên tử	Tổng
H	1	1	1
N	1	5	5
O	3	6	18
Cộng			24 electron = 12 cặp

Bước 2: Chọn nguyên tử trung tâm và dựng khung

H chỉ tạo được một liên kết nên không thể làm trung tâm. N có độ âm điện thấp hơn O và cần nhiều liên kết hơn nên làm nguyên tử trung tâm. Trong axit nitric, H gắn vào một nguyên tử O (nhóm –OH), không gắn trực tiếp vào N. Khung là: H–O–N, với N còn nối thêm hai nguyên tử O nữa.

Khung này dùng 4 cặp electron cho 4 liên kết đơn (H–O, O–N, N–O, N–O). Còn lại 12 − 4 = 8 cặp.

Bước 3: Hoàn thành octet cho các nguyên tử O ở ngoài

O trong nhóm –OH đã có 2 liên kết, cần thêm 2 cặp riêng (2 + 2 cặp = 4 cặp = 8 electron). Dùng 2 cặp.
Mỗi O còn lại mới có 1 liên kết đơn với N, cần 3 cặp riêng. Hai nguyên tử dùng 6 cặp.

Tổng số cặp riêng đã phân bố: 2 + 6 = 8 cặp, vừa hết 8 cặp còn lại.

Bước 4: Kiểm tra octet của N rồi chuyển cặp riêng thành cặp liên kết

Lúc này N mới có 3 liên kết đơn, tức 6 electron, chưa đủ octet. Ta lấy một cặp riêng của một nguyên tử O đầu mạch (không có H) để tạo thêm liên kết với N, thành liên kết đôi N=O. Khi đó N có 4 cặp electron dùng chung (8 electron), đạt octet.

Bước 5: Đối chiếu số electron

Cặp liên kết: H–O (1), O–N (1), N–O đơn (1), N=O (2) = 5 cặp.
Cặp riêng: O trong –OH (2), O liên kết đôi (2), O liên kết đơn (3) = 7 cặp.
Tổng: 5 + 7 = 12 cặp = 24 electron. Khớp với bước 1.

Công thức Lewis của HNO3 với liên kết H–O–N, N nối một O bằng liên kết đôi và một O bằng liên kết đơn, có các cặp electron riêng — Công thức Lewis của HNO3: N mang điện tích hình thức +1, O liên kết đơn mang −1.

Dạng viết thường gặp ở trường phổ thông

Dạng	Cách biểu diễn	Ghi chú
Công thức Lewis	H–O–N(=O)–O với 2 cặp riêng trên O của –OH, 2 cặp riêng trên O đôi, 3 cặp riêng trên O đơn	Ghi điện tích hình thức N⁺, O⁻
Công thức cấu tạo theo liên kết cho nhận	H–O–N(=O)→O	N dùng cặp electron của mình cho O (xem bên dưới)
Công thức cấu tạo rút gọn	H–O–NO₂	Dùng khi chỉ cần chỉ ra nhóm –OH và nhóm –NO₂

Vì sao N có 4 liên kết mà vẫn đạt octet? Điện tích hình thức

N chỉ có 5 electron hoá trị, 3 electron độc thân tạo liên kết cộng hoá trị thông thường. Trong công thức Lewis ở trên, N có 4 cặp electron dùng chung và không còn cặp riêng, nên điện tích hình thức được tính:

Điện tích hình thức = số electron hoá trị của nguyên tử tự do − (số electron trong cặp riêng + số liên kết).

N: 5 − (0 + 4) = +1
O liên kết đơn (không gắn H): 6 − (6 + 1) = −1
O liên kết đôi: 6 − (4 + 2) = 0
O trong –OH: 6 − (4 + 2) = 0, H: 1 − (0 + 1) = 0

Tổng điện tích hình thức: (+1) + (−1) = 0, phù hợp với phân tử trung hoà. Cách viết H–O–N(=O)→O với mũi tên cho nhận mô tả cùng một sự việc: cặp electron của N được đưa sang O, nên N mang +1 và O mang −1 nếu tính theo điện tích hình thức.

Hai nguyên tử O đầu mạch có giống nhau không?

Về công thức Lewis, ta có thể đặt liên kết đôi ở O này hoặc O kia. Hai cách viết đó là các dạng cộng hưởng của cùng một phân tử. Thực nghiệm cho thấy hai liên kết N–O đầu mạch có độ dài gần nhau và ngắn hơn liên kết N–OH, nên cấu trúc thực là sự trung bình của hai dạng. Vì vậy, đề không yêu cầu thì chọn một dạng và vẽ đủ cặp electron là được.

Số oxi hoá và hoá trị của N trong HNO₃

Đây là chỗ học sinh hay nhầm.

Đại lượng	Giá trị của N	Cách tìm
Số oxi hoá	+5	(+1) + x + 3(−2) = 0 nên x = +5
Hoá trị trong hợp chất cộng hoá trị	IV	N tạo 4 liên kết (tính cả liên kết cho nhận)

N không thể có hoá trị V, vì N chỉ có 4 orbital hoá trị (2s, 2p_x, 2p_y, 2p_z) và không có phân lớp d. Do đó tối đa 4 liên kết, tương ứng 8 electron.

Hình dạng phân tử và tính chất liên quan

Nhóm NO₂ gắn với N cùng nằm trong một mặt phẳng, N có 3 nhóm electron xung quanh (một liên kết đôi và hai liên kết đơn tính như 3 vùng), nên dạng tam giác phẳng quanh N.
Liên kết O–H phân cực mạnh, H dễ tách ra dưới dạng H⁺: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻ trong nước, là axit mạnh.
Phân tử có nguyên tử N mang số oxi hoá cao nhất (+5), nên HNO₃ có tính oxi hoá mạnh.

Lỗi sai thường gặp khi viết công thức electron của HNO₃

Gắn H vào N (H–N): sai, vì H gắn vào O của nhóm hiđroxyl.
Quên cặp electron riêng trên O, nên O chỉ có 4 electron.
Vẽ N có 5 liên kết để “khớp” hoá trị V: sai, N không vượt octet.
Đếm sai tổng electron: nhớ 1 + 5 + 18 = 24, không phải 23 hay 26.
Viết nhầm với ion NO₃⁻: ion này có 24 electron (5 + 18 + 1), không có H, và có ba dạng cộng hưởng.

Mẹo nhớ nhanh

Hãy nhớ bộ khung “H–O–N rồi hai O bám vào N”. Sau đó đếm: 12 cặp, 4 cặp dùng cho khung, 8 cặp phân cho các O, rồi chuyển một cặp thành liên kết đôi để N đủ 8 electron. Kiểm tra lại bằng điện tích hình thức: nếu tổng bằng 0 là đúng.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1

Viết công thức electron của axit nitrơ HNO₂.

Đáp án: Tổng electron hoá trị: 1 + 5 + 12 = 18 (9 cặp). Khung H–O–N–O dùng 3 cặp. Phân cặp riêng: O trong –OH có 2 cặp, O đầu mạch 3 cặp, đã dùng 5 cặp, còn 1 cặp đặt lên N. N mới có 2 liên kết đơn và 1 cặp riêng (6 electron), nên chuyển một cặp của O đầu mạch thành liên kết đôi. Kết quả: H–O–N=O, O trong –OH có 2 cặp riêng, N có 1 cặp riêng, O đôi có 2 cặp riêng. Tổng: 4 cặp liên kết (H–O, O–N, N=O hai cặp) + 5 cặp riêng (2 + 1 + 2) = 9 cặp, khớp.

Bài 2

Tính điện tích hình thức của N trong ion NO₃⁻ khi viết công thức có một liên kết đôi và hai liên kết đơn. Tổng điện tích hình thức bằng bao nhiêu?

Đáp án: N: 5 − (0 + 4) = +1. O đôi: 0. Hai O đơn: mỗi O là −1, tổng −2. Tổng: (+1) + 0 + (−2) = −1, đúng bằng điện tích ion.

Bài 3

Trong HNO₃, nhận xét nào đúng: (A) N có hoá trị V, số oxi hoá +5; (B) N có hoá trị IV, số oxi hoá +5; (C) N có hoá trị IV, số oxi hoá +4; (D) N có hoá trị V, số oxi hoá +3?

Đáp án: B. N tạo 4 liên kết (hoá trị IV) và số oxi hoá tính theo tổng bằng 0 là +5. Phương án A sai vì N không có hoá trị V; C và D sai số oxi hoá.

Tóm tắt

HNO₃ có 24 electron hoá trị, tức 12 cặp.
Khung: H–O–N, N nối thêm 2 nguyên tử O; có một liên kết đôi N=O (hoặc liên kết cho nhận).
Điện tích hình thức: N là +1, một O là −1, tổng bằng 0.
N có hoá trị IV, số oxi hoá +5.

Câu hỏi thường gặp

Công thức electron của HNO3 viết như thế nào?

HNO3 có 24 electron hoá trị. H nối với O, O nối với N, N nối với hai O còn lại bằng một liên kết đôi và một liên kết đơn. O trong nhóm OH có 2 cặp riêng, O liên kết đôi có 2 cặp riêng, O liên kết đơn có 3 cặp riêng.

Công thức cấu tạo của HNO3 là gì?

Công thức cấu tạo thường viết H–O–N(=O)=O hoặc H–O–N(=O)→O. Cách thứ hai dùng mũi tên cho nhận để thể hiện N có hoá trị IV nhưng vẫn đạt octet.

Trong HNO3, nitơ có hoá trị và số oxi hoá bao nhiêu?

N có hoá trị IV vì tạo 4 liên kết (kể cả liên kết cho nhận) và có số oxi hoá +5 vì tổng số oxi hoá của phân tử bằng 0.

Vì sao N trong HNO3 không có 5 liên kết?

N thuộc chu kì 2, chỉ có 4 orbital hoá trị (2s và ba orbital 2p), không có orbital d trống nên tối đa chỉ có 4 cặp electron liên kết, tức 8 electron.