Trả lời nhanh
Công thức Lewis của C2H2 là H–C≡C–H. Phân tử có tổng 10 electron hoá trị (5 cặp): hai nguyên tử C liên kết với nhau bằng liên kết ba (3 cặp chung), mỗi C liên kết đơn với một H (2 cặp chung). Không còn cặp electron riêng nào, mỗi C đạt 8 electron, mỗi H đạt 2 electron.
Công thức Lewis là gì? Nhắc nhanh trước khi vẽ
Công thức Lewis biểu diễn các electron hoá trị của nguyên tử trong phân tử bằng dấu chấm hoặc gạch. Mỗi gạch nối là một cặp electron dùng chung, tức một liên kết cộng hoá trị.
Cơ sở của cách vẽ là quy tắc octet: nguyên tử các nguyên tố nhóm A có xu hướng có 8 electron ở lớp ngoài cùng (giống khí hiếm). Riêng hydrogen chỉ cần 2 electron (giống heli).
Cách vẽ công thức Lewis của C2H2 từng bước
Bước 1: Đếm tổng số electron hoá trị
- Carbon (Z = 6, cấu hình 1s22s22p2) có 4 electron hoá trị, hai nguyên tử C cho 2 × 4 = 8 electron.
- Hydrogen (Z = 1) có 1 electron hoá trị, hai nguyên tử H cho 2 × 1 = 2 electron.
- Tổng: 8 + 2 = 10 electron, tức 5 cặp electron.
Bước 2: Chọn khung phân tử
H chỉ tạo được 1 liên kết nên không thể đứng giữa, do đó hai nguyên tử H phải ở hai đầu. Khung là H–C–C–H. Bước này dùng 3 cặp electron (3 liên kết đơn), còn lại 5 − 3 = 2 cặp.
Bước 3: Hoàn thiện octet
Lúc này mỗi H đã đủ 2 electron. Mỗi C mới có 2 electron (1 cặp C–H + 1 cặp C–C chia đều), chỉ có 4 electron “được tính” (mỗi liên kết đơn tính 2 electron cho cả hai bên), còn thiếu 4 electron.
Không còn nguyên tử nào để đặt cặp riêng hợp lý, nên hai cặp electron còn lại phải được dùng chung thêm giữa hai nguyên tử C. Giữa hai C lúc này có 1 + 2 = 3 cặp chung, tức liên kết ba.
Bước 4: Kiểm tra
- Mỗi C: 1 cặp với H + 3 cặp với C = 4 cặp = 8 electron. Đạt octet.
- Mỗi H: 1 cặp = 2 electron. Đạt cấu hình heli.
- Tổng cặp electron: 2 (C–H) + 3 (C≡C) = 5 cặp = 10 electron. Khớp bước 1.
Kết quả: H–C≡C–H, hay dạng chấm H:C⫶⫶C:H với 3 cặp chấm giữa hai C.
Vì sao C2H2 không có cặp electron riêng?
Carbon có hóa trị IV nên mỗi C cần tạo đủ 4 liên kết. Trong C2H2, mỗi C đã dùng 1 liên kết cho H, vậy 3 liên kết còn lại buộc phải dành cho nguyên tử C kia. Cả 4 electron hoá trị của C đều tham gia liên kết nên không còn electron nào dư để tạo cặp riêng.
Mẹo nhớ: hydrocarbon thường không có cặp electron riêng, vì C và H đều dùng hết electron hoá trị để liên kết. Cặp riêng thường xuất hiện ở N, O, halogen.
Đặc điểm cấu tạo của phân tử axetilen
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Liên kết giữa C và C | Liên kết ba: 1 liên kết σ + 2 liên kết π |
| Liên kết giữa C và H | Liên kết đơn σ (2 liên kết) |
| Tổng số liên kết | 5 cặp chung: 3 liên kết σ và 2 liên kết π |
| Lai hoá của C | sp (một orbital s trộn với một orbital p) |
| Hình dạng | Thẳng hàng, góc H–C≡C bằng 180° |
| Độ phân cực | Phân tử không phân cực (đối xứng, hai đầu giống nhau) |
Liên kết ba C≡C ngắn (khoảng 120 pm) và bền hơn liên kết đôi, liên kết đơn. Tuy nhiên hai liên kết π kém bền, dễ bị phá vỡ nên axetilen dễ tham gia phản ứng cộng. Phần này thuộc chương trình hydrocarbon, còn ở lớp 10 em chỉ cần nắm cấu trúc Lewis và dạng liên kết.
So sánh với C2H4 và C2H6
| Phân tử | Electron hoá trị | Công thức Lewis (dạng gạch) | Liên kết C–C |
|---|---|---|---|
| C2H6 | 14 | H3C–CH3 | Đơn |
| C2H4 | 12 | H2C=CH2 | Đôi |
| C2H2 | 10 | H–C≡C–H | Ba |
Quy luật: mỗi lần bớt 2 nguyên tử H, số electron giảm 2 và bậc liên kết C–C tăng thêm 1. Dựa vào đây, em có thể suy ngược từ công thức phân tử sang kiểu liên kết rất nhanh.
Lỗi sai thường gặp
- Viết H–C–C–H và để mỗi C còn dư electron độc thân: mỗi C chỉ có 2 liên kết, vi phạm hóa trị IV.
- Vẽ liên kết đôi rồi thêm cặp riêng lên C: sai vì tổng electron sẽ vượt 10 hoặc C không đạt cấu trúc đúng.
- Đặt H ở giữa: H chỉ tạo 1 liên kết nên luôn ở vị trí đầu mút.
- Nhầm giữa liên kết ba và “ba liên kết σ”: liên kết ba gồm 1 σ và 2 π.
- Quên đếm tổng electron để kiểm tra: luôn đối chiếu số cặp với con số ở bước 1.
Bài luyện tập có đáp án
Bài 1. Vẽ công thức Lewis của HCN và cho biết số liên kết σ, π.
Đáp án: tổng electron = 1 (H) + 4 (C) + 5 (N) = 10, tức 5 cặp. C ở giữa, H–C liên kết đơn, giữa C và N là liên kết ba, N còn 1 cặp electron riêng. Công thức: H–C≡N: (có một cặp chấm trên N). Kiểm tra: C có 1 + 3 = 4 cặp, N có 3 + 1 = 4 cặp. Có 2 liên kết σ và 2 liên kết π.
Bài 2. Vẽ công thức Lewis của C2H4. Tại sao không thể vẽ H–C≡C–H cho phân tử này?
Đáp án: tổng electron = 2 × 4 + 4 × 1 = 12, tức 6 cặp. Công thức: H2C=CH2 với 4 liên kết C–H và 1 liên kết đôi C=C (4 + 2 = 6 cặp). Phân tử có 4 nguyên tử H, nên không thể dùng khung H–C≡C–H, vì mỗi C ở đó đã đủ 4 liên kết, không còn chỗ gắn thêm H.
Bài 3. Một hydrocarbon có 2 nguyên tử C và tổng 10 electron hoá trị. Xác định công thức phân tử và công thức Lewis.
Đáp án: gọi số H là x thì 8 + x = 10, suy ra x = 2. Công thức phân tử C2H2, công thức Lewis H–C≡C–H.
Tóm tắt
- C2H2 có 10 electron hoá trị, tương ứng 5 cặp electron.
- Công thức Lewis: H–C≡C–H, gồm 1 liên kết ba C≡C và 2 liên kết đơn C–H.
- Phân tử có 3 liên kết σ, 2 liên kết π, C lai hoá sp, dạng đường thẳng, không phân cực.
- Không có cặp electron riêng trên bất kỳ nguyên tử nào.
Câu hỏi thường gặp
Công thức Lewis của C2H2 viết như thế nào?
Công thức Lewis của C2H2 là H–C≡C–H: hai nguyên tử C nối với nhau bằng liên kết ba, mỗi C nối với một H bằng liên kết đơn. Phân tử có 5 cặp electron dùng chung và không có cặp electron riêng.
C2H2 có bao nhiêu liên kết sigma và pi?
C2H2 có 3 liên kết σ (2 liên kết C–H và 1 liên kết σ trong liên kết ba C≡C) và 2 liên kết π (nằm trong liên kết ba).
Phân tử C2H2 có dạng hình học gì?
Phân tử thẳng hàng, góc liên kết H–C≡C bằng 180°, vì mỗi nguyên tử C lai hoá sp. Do cấu trúc đối xứng nên C2H2 là phân tử không phân cực.
Tại sao C2H2 có liên kết ba mà không phải liên kết đôi?
Tổng electron hoá trị của C2H2 là 10 (5 cặp). Hai liên kết C–H dùng 2 cặp, còn 3 cặp phải dùng chung giữa hai nguyên tử C để mỗi C đủ 8 electron, nên hình thành liên kết ba.