Công thức Lewis H2SO4: số oxi hóa của S là +6

Trả lời nhanh

Trong công thức Lewis của H₂SO₄, S là nguyên tử trung tâm, liên kết với 4 nguyên tử O (hai liên kết đôi S=O và hai liên kết đơn S–OH). Cả 6 cặp electron chung của S đều lệch về phía O có độ âm điện lớn hơn, nên số oxi hóa của sulfur là +6.

Công thức Lewis của H₂SO₄

Phân tử H₂SO₄ gồm 2 nguyên tử H, 1 nguyên tử S và 4 nguyên tử O. Nguyên tử S ở giữa, bốn nguyên tử O bao quanh, hai nguyên tử H không gắn trực tiếp vào S mà gắn vào hai nguyên tử O.

Công thức Lewis của H2SO4 với S ở giữa, hai liên kết đôi S=O và hai nhóm S-OH — Công thức Lewis của H2SO4: S nối với hai O bằng liên kết đôi và hai nhóm –OH bằng liên kết đơn

Đọc hình trên, ta thấy:

Hai nguyên tử O (trên và dưới) nối với S bằng liên kết đôi, mỗi nguyên tử O còn 2 cặp electron không liên kết.
Hai nguyên tử O (trái và phải) nối với S bằng liên kết đơn, đồng thời mỗi O nối thêm một liên kết đơn với H (nhóm –OH), và còn 2 cặp electron không liên kết.
Nguyên tử S dùng chung tổng cộng 6 cặp electron (2 + 2 + 1 + 1), nên lớp ngoài cùng của S có 12 electron, vượt quy tắc octet. Điều này được phép vì S ở chu kì 3 có phân lớp 3d trống.

Cách xác định số oxi hóa của S từ công thức Lewis

Quy ước: với mỗi liên kết, ta gán toàn bộ cặp electron chung cho nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (nếu hai nguyên tử giống nhau thì chia đều). Sau đó so sánh số electron “thuộc về” nguyên tử với số electron hóa trị của nó khi ở trạng thái tự do.

Liên kết S–O: độ âm điện của O (3,44) lớn hơn S (2,58), nên các cặp electron chung đều thuộc về O.
Liên kết O–H: O (3,44) lớn hơn H (2,20), nên cặp electron chung thuộc về O.
Với S: S có 6 electron hóa trị. Sau khi nhường cả 6 electron dùng chung cho O, S không còn electron nào của mình ⇒ số oxi hóa = 6 − 0 = +6.

Làm tương tự với các nguyên tử còn lại:

Nguyên tử	Electron hóa trị	Electron được gán	Số oxi hóa
S	6	0	+6
O (liên kết đôi S=O)	6	8 (4 từ liên kết đôi + 4 từ hai cặp riêng)	−2
O (nhóm –OH)	6	8 (2 từ S–O + 2 từ O–H + 4 từ hai cặp riêng)	−2
H	1	0	+1

Kiểm tra: 2×(+1) + (+6) + 4×(−2) = 0, đúng với phân tử trung hòa.

Vì sao đáp số vẫn là +6 dù vẽ công thức Lewis kiểu khác?

Có một cách vẽ khác tuân theo quy tắc octet: S chỉ tạo 4 liên kết đơn với 4 nguyên tử O, trong đó hai O không gắn H mang điện tích hình thức âm, còn S mang điện tích hình thức 2+. Cách vẽ này nhìn “gọn” hơn về octet nhưng điện tích hình thức không phải số oxi hóa.

Khi tính số oxi hóa, ta vẫn gán hết electron chung cho O. Trong cách vẽ này S cũng có 4 liên kết với O và không giữ electron nào ở vị trí liên kết, nên số oxi hóa vẫn là +6. Hãy nhớ: số oxi hóa phụ thuộc độ âm điện, còn điện tích hình thức phụ thuộc việc chia đều electron chung.

Liên hệ: số oxi hóa +6 nói lên điều gì về tính chất?

+6 là số oxi hóa cao nhất của S (S có 6 electron hóa trị), nên trong H₂SO₄ S chỉ còn khả năng bị khử, không thể bị oxi hóa thêm.
Vì vậy H₂SO₄ đặc, nóng có tính oxi hóa mạnh. Ví dụ: Cu + 2H₂SO₄ (đặc) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O (đun nóng; khí SO₂ mùi hắc, dung dịch chuyển xanh). Ở đây S⁺⁶ bị khử thành S⁺⁴.
Còn tính axit mạnh của H₂SO₄ loãng đến từ H⁺ (số oxi hóa +1 của H), không liên quan đến S⁺⁶.

Lỗi sai thường gặp

Đếm số liên kết rồi kết luận số oxi hóa bằng số liên kết của S – đúng trong trường hợp này (6 cặp chung ⇒ +6) nhưng chỉ đúng khi S liên kết toàn với nguyên tử độ âm điện lớn hơn. Với H₂S, S cũng có 2 liên kết nhưng số oxi hóa là −2.
Quên dấu: nguyên tử bị “mất” electron theo quy ước thì mang dấu dương, nhận thêm thì mang dấu âm.
Nhầm liên kết đôi là hai nguyên tử khác nhau: một liên kết đôi S=O vẫn chỉ là một nguyên tử O, mang số oxi hóa −2.
Gắn H vào S: trong H₂SO₄, H gắn vào O (axit oxo), không gắn vào S.

Mẹo nhớ nhanh

Muốn tìm số oxi hóa từ công thức Lewis, hãy làm theo ba bước: (1) so độ âm điện hai đầu mỗi liên kết; (2) đưa cặp electron chung về phía nguyên tử âm điện hơn; (3) lấy số electron hóa trị trừ số electron còn giữ lại. Cách này dùng được cho mọi chất, kể cả khi bạn chưa nhớ quy tắc tính nhanh.

Bài luyện tập

Bài 1. Công thức Lewis của SO₂ gồm S có một cặp electron riêng và hai liên kết đôi S=O. Tính số oxi hóa của S.

Đáp án: S dùng chung 4 cặp electron (2 liên kết đôi), đều lệch về O; S còn giữ 2 electron của cặp riêng. Số oxi hóa = 6 − 2 = +4.

Bài 2. Dùng quy tắc tổng số oxi hóa bằng 0, tính số oxi hóa của S trong H₂SO₃.

Đáp án: 2×(+1) + x + 3×(−2) = 0 ⇒ x = +4.

Bài 3. Trong phản ứng S + O₂ → SO₂ (đun nóng), cho biết chất khử, chất oxi hóa. Sau đó nêu vì sao SO₂ vừa có thể bị oxi hóa vừa có thể bị khử.

Đáp án: S từ 0 lên +4 nên S là chất khử; O₂ từ 0 xuống −2 nên là chất oxi hóa. Trong SO₂, S ở mức +4 – trung gian giữa −2 và +6 – nên có thể tăng lên +6 (bị oxi hóa) hoặc giảm xuống mức thấp hơn (bị khử).

Tóm tắt

H₂SO₄: S trung tâm, 2 liên kết đôi S=O, 2 nhóm S–OH.
S dùng chung 6 cặp electron, tất cả lệch về O ⇒ số oxi hóa S = +6.
O là −2, H là +1; tổng số oxi hóa trong phân tử bằng 0.

Câu hỏi thường gặp

Số oxi hóa của S trong H2SO4 là bao nhiêu?

Là +6. Trong công thức Lewis, S dùng chung 6 cặp electron với 4 nguyên tử O có độ âm điện lớn hơn nên toàn bộ electron hóa trị của S bị lệch về O.

Vì sao S trong H2SO4 có thể có hơn 8 electron ở lớp ngoài cùng?

Vì S ở chu kì 3, ngoài các phân lớp 3s, 3p còn có phân lớp 3d trống nên có thể mở rộng lớp vỏ hóa trị, tạo tới 6 cặp electron chung.

Điện tích hình thức của S có giống số oxi hóa không?

Không. Điện tích hình thức tính bằng cách chia đều electron chung giữa hai nguyên tử, còn số oxi hóa tính bằng cách gán electron chung cho nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.

Tại sao H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh?

Vì S ở số oxi hóa +6 cao nhất nên chỉ có thể nhận electron để giảm xuống +4 (SO2), 0 (S) hoặc −2 (H2S) khi gặp chất khử.