Lớp 10Hóa học

Viết công thức Lewis của CH4, BF3, SO3 và F2O chi tiết từng bước

Trả lời nhanh

Công thức Lewis: CH4 có C ở giữa, 4 liên kết đơn C–H; BF3 có B ở giữa, 3 liên kết đơn B–F, mỗi F có 3 cặp electron riêng, B chỉ có 6 electron; SO3 có S ở giữa, 1 liên kết đôi S=O và 2 liên kết đơn S–O; F2O có O ở giữa, 2 liên kết đơn O–F, O còn 2 cặp electron riêng.

Nhắc lại cách viết công thức Lewis

Công thức Lewis biểu diễn mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch nối và các electron hoá trị chưa liên kết bằng dấu chấm. Để viết, em làm 5 bước: (1) đếm tổng electron hoá trị; (2) chọn nguyên tử trung tâm, nối các liên kết đơn; (3) tính số electron còn lại; (4) rải electron cho nguyên tử xung quanh đủ octet, dư thì đặt lên nguyên tử trung tâm; (5) nếu nguyên tử trung tâm chưa đủ octet thì tạo liên kết đôi hoặc ba. Phần lí thuyết đầy đủ có trong bài cách viết công thức Lewis.

Electron hoá trị cần dùng: H có 1; B có 3; C có 4; O và S có 6; F có 7.

1. Công thức Lewis của CH4

  • Tổng electron hoá trị: 4 + 4 × 1 = 8 electron (4 cặp).
  • Khung: C ở trung tâm (H chỉ tạo được 1 liên kết nên không thể ở giữa). Nối 4 liên kết đơn C–H, dùng hết 8 electron.
  • Kiểm tra: C có 4 cặp electron dùng chung = 8 electron, đạt octet; mỗi H có 2 electron, đạt cấu hình bền của He.

Kết quả: C ở giữa, bốn gạch nối tới bốn nguyên tử H, không có electron riêng nào. Theo mô hình VSEPR, 4 cặp electron liên kết đẩy nhau ra xa nhất nên phân tử có dạng tứ diện đều, góc liên kết 109,5°, C lai hoá sp3. Phân tử không phân cực.

2. Công thức Lewis của BF3

  • Tổng electron hoá trị: 3 + 3 × 7 = 24 electron (12 cặp).
  • Khung: B ở trung tâm, 3 liên kết đơn B–F, dùng 6 electron, còn 18 electron.
  • Rải electron: mỗi F nhận 6 electron (3 cặp riêng), dùng hết 18 electron.
  • Kiểm tra: mỗi F đủ 8 electron; B chỉ có 3 cặp dùng chung = 6 electron.

Kết quả: B ở giữa, ba liên kết đơn B–F, mỗi F có 3 cặp electron riêng, B không có electron riêng. Đây là ngoại lệ thiếu electron của quy tắc octet: không tạo liên kết đôi B=F vì F có độ âm điện rất lớn, không “nhường” cặp electron riêng cho B. Chính vì B còn thiếu electron nên BF3 dễ nhận thêm một cặp electron từ phân tử khác (ví dụ NH3).

Hình học: 3 vùng electron liên kết quanh B → tam giác phẳng, góc 120°, B lai hoá sp2. Các liên kết B–F phân cực nhưng triệt tiêu nhau nên phân tử không phân cực.

3. Công thức Lewis của SO3

  • Tổng electron hoá trị: 6 + 3 × 6 = 24 electron (12 cặp).
  • Khung: S (độ âm điện nhỏ hơn O) ở trung tâm, 3 liên kết đơn S–O, dùng 6 electron, còn 18 electron.
  • Rải electron: mỗi O nhận 3 cặp riêng (6 electron), dùng hết 18 electron. Lúc này S chỉ có 6 electron.
  • Bổ sung liên kết: chuyển một cặp electron riêng của một nguyên tử O thành cặp dùng chung, tạo liên kết đôi S=O.

Kết quả theo quy tắc octet: S ở giữa, không có electron riêng; một liên kết đôi S=O (O này còn 2 cặp riêng) và hai liên kết đơn S–O (mỗi O còn 3 cặp riêng). Kiểm tra: electron liên kết 4 + 2 + 2 = 8; electron riêng 4 + 6 + 6 = 16; tổng 24 ✔.

Vì liên kết đôi có thể nằm ở bất kì nguyên tử O nào, SO3 có 3 công thức Lewis tương đương (cộng hưởng); thực nghiệm cho thấy ba liên kết S–O dài bằng nhau. Một số tài liệu vẽ SO3 với ba liên kết đôi S=O (S vượt octet, có 12 electron), hoặc vẽ hai liên kết đơn thành mũi tên cho – nhận S→O theo chương trình cũ. Khi làm bài, em viết theo cách sách giáo khoa và thầy cô đang dùng; cách tương tự đã phân tích kĩ với công thức Lewis của SO<sub>2</sub>.

Hình học: quanh S có 3 vùng electron, không có cặp riêng → tam giác phẳng, góc 120°, S lai hoá sp2, phân tử không phân cực.

4. Công thức Lewis của F2O

  • Tổng electron hoá trị: 2 × 7 + 6 = 20 electron (10 cặp).
  • Chọn nguyên tử trung tâm: O ở giữa. Dù F có độ âm điện lớn hơn O, mỗi nguyên tử F chỉ tạo được 1 liên kết, nên không thể làm nguyên tử trung tâm liên kết với hai nguyên tử khác.
  • Khung: F–O–F, dùng 4 electron, còn 16 electron.
  • Rải electron: mỗi F nhận 3 cặp riêng (12 electron), còn 4 electron đặt lên O thành 2 cặp riêng.

Kết quả: F–O–F, O có 2 cặp electron riêng, mỗi F có 3 cặp electron riêng; mọi nguyên tử đều đạt octet. Phân tử có dạng góc (giống H2O), góc liên kết khoảng 103°, O lai hoá sp3, phân tử phân cực. Hợp chất này thường gọi là oxygen difluoride (OF2); đây là trường hợp hiếm hoi O có số oxi hoá dương (+2) vì F âm điện hơn O.

Bảng tổng hợp bốn phân tử

Phân tử Tổng e hoá trị Nguyên tử trung tâm Cặp e riêng trên nguyên tử trung tâm Hình dạng Octet của nguyên tử trung tâm
CH4 8 C 0 Tứ diện, 109,5° Đủ 8
BF3 24 B 0 Tam giác phẳng, 120° Chỉ 6 (thiếu)
SO3 24 S 0 Tam giác phẳng, 120° Đủ 8 (hoặc 12 nếu vẽ 3 liên kết đôi)
F2O 20 O 2 Góc, khoảng 103° Đủ 8

Nhận xét thú vị: BF3 và SO3 cùng có 24 electron hoá trị, cùng dạng tam giác phẳng, nhưng công thức Lewis khác nhau: S có thể tạo liên kết đôi với O để đủ octet, còn B thì không tạo liên kết đôi với F.

Lỗi sai thường gặp

  • Đếm electron theo số hiệu nguyên tử (S = 16, F = 9) thay vì electron hoá trị.
  • Đặt F hoặc H làm nguyên tử trung tâm.
  • Cố “ép” BF3 phải đủ octet bằng liên kết đôi B=F.
  • Quên 2 cặp electron riêng trên O trong F2O, dẫn đến kết luận sai rằng phân tử thẳng.
  • Vẽ SO3 có cặp electron riêng trên S (nhầm với SO2).

Bài tập tự luyện

  1. Viết công thức Lewis của NF3. Đáp án: 26 electron; N ở giữa, 3 liên kết đơn N–F, N có 1 cặp riêng, mỗi F 3 cặp riêng; dạng chóp tam giác.
  2. Viết công thức Lewis của CCl4. Đáp án: 32 electron; C ở giữa, 4 liên kết đơn C–Cl, mỗi Cl 3 cặp riêng; dạng tứ diện.
  3. Trong các phân tử CH4, BF3, SO3, F2O, phân tử nào phân cực? Đáp án: chỉ F2O.

Câu hỏi thường gặp

CH4 có mấy cặp electron chưa liên kết?

Không có. Cả 8 electron hoá trị của CH4 đều tham gia 4 liên kết đơn C–H.

Vì sao BF3 không tuân theo quy tắc octet?

B chỉ có 3 electron hoá trị, tạo 3 liên kết đơn với F nên chỉ có 6 electron xung quanh; F âm điện mạnh nên không tạo liên kết đôi với B. BF3 là ví dụ điển hình của phân tử thiếu electron.

Trong F2O nguyên tử nào ở trung tâm?

Nguyên tử O ở trung tâm, vì mỗi nguyên tử F chỉ tạo được một liên kết. Phân tử có dạng góc, O còn 2 cặp electron riêng.

SO3 có cặp electron riêng trên S không?

Không. Trong SO3, S dùng cả 6 electron hoá trị để liên kết với 3 nguyên tử O nên phân tử có dạng tam giác phẳng.

Bài học liên quan