Công thức VSEPR của SO3, HCN, PH3 và hình học phân tử

Trả lời nhanh

HCN có công thức VSEPR AX₂, phân tử dạng đường thẳng (góc 180°). SO₃ có công thức AX₃, dạng tam giác phẳng (góc 120°). PH₃ có công thức AX₃E₁, dạng chóp tam giác, góc liên kết nhỏ hơn 109,5° vì cặp electron riêng của P đẩy mạnh các cặp liên kết. Nếu đề hỏi thêm SF₆: công thức AX₆, dạng bát diện đều (góc 90°).

Đề bài và cách hiểu yêu cầu

Đây là Bài 2 trang 12, Chuyên đề học tập Hóa học 10 (Chân trời sáng tạo), phần liên kết hóa học: viết công thức VSEPR và dự đoán hình học của các phân tử a) HCN, b) SO₃, c) PH₃. Đề có hai việc:

Viết công thức VSEPR dạng AX_nE_m: A là nguyên tử trung tâm, n là số nguyên tử X liên kết trực tiếp với A, m là số cặp electron hóa trị chưa liên kết (cặp electron riêng) còn lại trên A.
Dự đoán hình học: từ tổng n + m suy ra cách các vùng electron sắp xếp xa nhau nhất trong không gian, rồi chỉ “nhìn” vị trí các nguyên tử để gọi tên hình dạng phân tử.

Điểm mấu chốt: muốn có công thức VSEPR đúng thì phải có công thức Lewis đúng trước. Liên kết đôi hay liên kết ba vẫn chỉ tính là một vùng electron khi xác định hình học.

Các bước viết công thức VSEPR

Tính tổng số electron hóa trị của phân tử (cộng electron lớp ngoài cùng của mọi nguyên tử; ion dương thì trừ, ion âm thì cộng thêm electron theo điện tích).
Chọn nguyên tử trung tâm: thường là nguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn và có số lượng ít nhất (H và F không bao giờ là nguyên tử trung tâm).
Vẽ công thức Lewis: nối các nguyên tử bằng liên kết đơn, chia electron còn lại để các nguyên tử xung quanh đủ octet, thiếu thì tạo liên kết bội.
Đếm n và m trên nguyên tử trung tâm: n là số nguyên tử gắn với A; m = (số electron hóa trị của A − số electron A đã dùng để liên kết) : 2.
Tra dạng hình học theo bảng ở phần dưới.

Lời giải chi tiết từng phân tử

a) HCN

Tổng electron hóa trị: H (1) + C (4) + N (5) = 10 electron, tức 5 cặp. Nguyên tử trung tâm là C. Công thức Lewis: H–C≡N, trên N còn một cặp electron riêng. Kiểm tra: liên kết H–C dùng 1 cặp, liên kết ba C≡N dùng 3 cặp, cặp riêng trên N là 1 cặp, cộng lại đúng 5 cặp.

Nguyên tử C dùng cả 4 electron hóa trị để liên kết nên m = (4 − 4) : 2 = 0. C liên kết với 2 nguyên tử (H và N) nên n = 2.

Công thức VSEPR: AX₂.
Hai vùng electron đẩy nhau xa nhất khi nằm trên một đường thẳng, nên HCN có dạng đường thẳng, góc H–C–N bằng 180°. Nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp.

b) SO₃

Tổng electron hóa trị: S (6) + 3 × O (6) = 24 electron, tức 12 cặp. Nguyên tử trung tâm là S, ba nguyên tử O bao quanh. Dù em vẽ S tạo ba liên kết đôi với O, hay vẽ theo quy tắc octet (một liên kết đôi S=O và hai liên kết cho – nhận S→O), thì S đều dùng hết 6 electron hóa trị cho liên kết.

Vậy m = (6 − 6) : 2 = 0, còn n = 3.

Công thức VSEPR: AX₃.
Ba vùng electron xa nhau nhất khi hướng về ba đỉnh của một tam giác đều, cùng nằm trong một mặt phẳng. SO₃ có dạng tam giác phẳng, góc O–S–O bằng 120°, S lai hóa sp².

c) PH₃

Tổng electron hóa trị: P (5) + 3 × H (1) = 8 electron, tức 4 cặp. Nguyên tử trung tâm là P, tạo ba liên kết đơn P–H. P có 5 electron hóa trị, dùng 3 electron cho ba liên kết nên m = (5 − 3) : 2 = 1, còn n = 3.

Công thức VSEPR: AX₃E₁.
Bốn vùng electron (3 cặp liên kết + 1 cặp riêng) sắp xếp theo khung tứ diện. Vì một đỉnh bị cặp electron riêng chiếm, nhìn theo vị trí các nguyên tử thì phân tử có dạng chóp tam giác (tháp tam giác): P ở đỉnh chóp, ba nguyên tử H ở đáy.
Cặp electron riêng chiếm nhiều không gian hơn và đẩy mạnh hơn cặp liên kết, nên góc H–P–H nhỏ hơn 109,5°. Số liệu thực nghiệm khoảng 93,5°, nhỏ hơn hẳn góc H–N–H trong NH₃ (khoảng 107°).

Mô hình hình học phân tử HCN dạng đường thẳng, SO3 dạng tam giác phẳng và PH3 dạng chóp tam giác có cặp electron riêng — Hình 1. Hình học của HCN, SO3 và PH3 dự đoán theo mô hình VSEPR.

Mở rộng: SF₆

Một số đề biến thể hỏi thêm SF₆. Tổng electron hóa trị: 6 + 6 × 7 = 48 electron. S liên kết đơn với 6 nguyên tử F, dùng hết 6 electron hóa trị nên m = 0, n = 6. Công thức VSEPR AX₆, phân tử bát diện đều, mọi góc F–S–F kề nhau bằng 90°. Đây là trường hợp nguyên tử trung tâm “vượt octet” (S có 12 electron xung quanh), xảy ra được vì S thuộc chu kì 3.

Bảng tra dạng hình học theo công thức VSEPR

Công thức VSEPR	Số vùng electron	Dạng hình học phân tử	Góc liên kết	Ví dụ
AX₂	2	Đường thẳng	180°	CO₂, HCN, BeCl₂
AX₃	3	Tam giác phẳng	120°	BF₃, SO₃
AX₂E₁	3	Gấp khúc (chữ V)	nhỏ hơn 120°	SO₂
AX₄	4	Tứ diện đều	109,5°	CH₄, CCl₄
AX₃E₁	4	Chóp tam giác	nhỏ hơn 109,5°	NH₃, PH₃
AX₂E₂	4	Gấp khúc (chữ V)	nhỏ hơn 109,5°	H₂O, H₂S
AX₅	5	Lưỡng chóp tam giác	90° và 120°	PCl₅
AX₆	6	Bát diện đều	90°	SF₆

Cách nhớ nhanh: tổng n + m quyết định “khung” sắp xếp electron (2 – thẳng, 3 – tam giác, 4 – tứ diện, 5 – lưỡng chóp, 6 – bát diện). Khi có cặp electron riêng (m > 0), em bỏ đỉnh do cặp riêng chiếm, chỉ gọi tên theo vị trí nguyên tử, đồng thời góc liên kết bị thu hẹp lại.

Những lỗi hay gặp khi làm dạng bài này

Quên cặp electron riêng của nguyên tử trung tâm. PH₃ và BF₃ đều có 3 nguyên tử quanh A, nhưng PH₃ còn 1 cặp riêng nên là chóp tam giác, còn BF₃ là tam giác phẳng.
Tính liên kết bội thành nhiều vùng electron. Liên kết ba C≡N trong HCN chỉ là một vùng, vì vậy HCN là AX₂ chứ không phải AX₄.
Đếm cặp electron riêng của nguyên tử xung quanh. Cặp riêng trên N (trong HCN) hay trên O (trong SO₃) không xuất hiện trong ký hiệu E; E chỉ dành cho nguyên tử trung tâm.
Nhầm SO₃ với SO₂. Trong SO₂, S chỉ dùng 4 electron để liên kết với hai O, còn dư 1 cặp riêng, nên SO₂ là AX₂E₁, dạng gấp khúc; SO₃ không còn cặp riêng nên phẳng.
Gọi tên hình học theo khung electron. PH₃ có khung electron tứ diện nhưng hình học phân tử là chóp tam giác; H₂O có khung tứ diện nhưng phân tử dạng gấp khúc.

Bài tập tự luyện có đáp án

CO₂: C tạo hai liên kết đôi với O, không có cặp riêng → AX₂, đường thẳng, 180°.
H₂S: S dùng 2 electron cho hai liên kết S–H, còn 4 electron = 2 cặp riêng → AX₂E₂, gấp khúc (góc thực nghiệm khoảng 92°).
CCl₄: C tạo bốn liên kết đơn, không còn cặp riêng → AX₄, tứ diện đều, 109,5°.
SO₂: AX₂E₁, gấp khúc, góc O–S–O khoảng 119°.
BF₃: B có 3 electron hóa trị, tạo ba liên kết B–F, không còn cặp riêng → AX₃, tam giác phẳng, 120°.
NH₄⁺: tổng electron hóa trị 5 + 4 − 1 = 8; N tạo bốn liên kết với H, không còn cặp riêng → AX₄, tứ diện đều.

Khi luyện, em nên tự vẽ công thức Lewis trước rồi mới đếm n, m. Làm đủ 5–6 phân tử với đủ các dạng trong bảng là em sẽ nhận ra quy luật rất nhanh, kể cả với phân tử chưa gặp bao giờ.

Câu hỏi thường gặp

Công thức VSEPR của SO3 là gì?

SO3 có công thức VSEPR là AX3 vì S liên kết với 3 nguyên tử O và không còn cặp electron riêng. Phân tử có dạng tam giác phẳng, góc O–S–O bằng 120°.

Vì sao PH3 có dạng chóp tam giác mà không phẳng?

Nguyên tử P còn 1 cặp electron riêng nên có 4 vùng electron sắp xếp theo khung tứ diện. Cặp riêng chiếm một đỉnh, ba nguyên tử H ở đáy nên phân tử có dạng chóp tam giác.

HCN có dạng hình học gì?

HCN có công thức VSEPR AX2 nên có dạng đường thẳng, góc H–C–N bằng 180°, nguyên tử C lai hóa sp.

SF6 có công thức VSEPR và hình học như thế nào?

SF6 có công thức VSEPR AX6, không có cặp electron riêng trên S, phân tử có dạng bát diện đều với các góc F–S–F kề nhau bằng 90°.

Kí hiệu E trong công thức AXnEm là gì?

E là cặp electron hóa trị chưa liên kết của nguyên tử trung tâm A, m là số cặp như vậy. Cặp electron riêng của các nguyên tử xung quanh không được tính vào E.