Lớp 10Hóa học

Công thức electron và công thức cấu tạo HNO2, HNO3, H2CO3, H3PO4

Trả lời nhanh

Công thức cấu tạo (CTCT) của HNO3 (nitric acid): H–O–N(=O)–O, trong đó N liên kết với 3 nguyên tử O: một nhóm –OH, một liên kết đôi N=O và một liên kết đơn N–O (chương trình cũ vẽ là N→O, liên kết cho – nhận). N có hoá trị IV, số oxi hoá +5. Cách viết H–O–N(=O)=O là sai vì N không thể có 5 liên kết.

Nhắc lại cách viết công thức electron và công thức cấu tạo

Với các oxoacid (acid có oxygen) như HNO2, HNO3, H2CO3, H3PO4, em áp dụng chung một quy trình:

  1. Đếm tổng số electron hoá trị: H góp 1, C góp 4, N và P góp 5, O góp 6.
  2. Vẽ khung: nguyên tử phi kim trung tâm (N, C, P) ở giữa, các nguyên tử O bao quanh; mỗi nguyên tử H gắn vào một nguyên tử O (tạo nhóm –OH), không gắn trực tiếp vào nguyên tử trung tâm.
  3. Phân bố electron còn lại cho các nguyên tử O cho đủ octet, phần dư đặt lên nguyên tử trung tâm.
  4. Kiểm tra octet của nguyên tử trung tâm; nếu thiếu, chuyển cặp electron riêng của O thành liên kết đôi.

Công thức electron biểu diễn mọi electron hoá trị bằng dấu chấm. Công thức Lewis thay mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch, vẫn giữ các cặp riêng. Công thức cấu tạo chỉ giữ các gạch liên kết.

CTCT và công thức electron của HNO3

Tổng electron hoá trị: 1 + 5 + 3 × 6 = 24 electron (12 cặp).

Công thức cấu tạo:

  • Theo quy tắc octet (chương trình mới): H–O–N(=O)–O, với điện tích hình thức +1 trên N và −1 trên O liên kết đơn.
  • Theo cách viết của chương trình cũ: H–O–N(=O)→O, mũi tên chỉ liên kết cho – nhận (cặp electron do N góp).
Nguyên tử Liên kết Cặp electron riêng Số electron quanh nguyên tử
N (trung tâm) 3 liên kết với O: 2 đơn + 1 đôi 0 8
O trong nhóm –OH 1 với H, 1 với N 2 8
O liên kết đôi N=O 2 8
O liên kết đơn N–O 3 8

Kiểm tra: electron liên kết = 2 (H–O) + 2 (O–N) + 4 (N=O) + 2 (N–O) = 10; electron riêng = 4 + 4 + 6 = 14; tổng 24 ✔.

Công thức electron được viết bằng cách thay mỗi gạch trong bảng trên bằng một cặp dấu chấm (liên kết đôi là hai cặp) và giữ nguyên các cặp riêng.

Đặc điểm: quanh N có 3 vùng electron, không có cặp riêng nên phần N(O)3 có dạng tam giác phẳng. N có hoá trị IV (4 cặp electron dùng chung) nhưng số oxi hoá +5. Hai liên kết N–O “phía ngoài” thực tế dài bằng nhau do cộng hưởng.

Vì sao không được viết H–O–N(=O)=O?

N thuộc chu kì 2, lớp ngoài cùng chỉ có 4 orbital (2s, 2p) nên tối đa chứa 8 electron, tức tối đa 4 cặp electron quanh N. Viết hai liên kết đôi cộng một liên kết đơn sẽ làm N có 10 electron: vi phạm quy tắc octet. Đây là lỗi rất hay gặp. Ngược lại, P ở chu kì 3 có thể “mở rộng octet”, sẽ nói ở phần H3PO4.

CTCT và công thức electron của HNO2

Tổng electron hoá trị: 1 + 5 + 2 × 6 = 18 electron.

Công thức cấu tạo: H–O–N=O.

  • N: 1 liên kết đơn, 1 liên kết đôi, 1 cặp electron riêng → đủ 8 electron.
  • O trong –OH: 2 cặp riêng; O liên kết đôi: 2 cặp riêng.

Kiểm tra: electron liên kết 2 + 2 + 4 = 8; electron riêng 2 + 4 + 4 = 10; tổng 18 ✔. N có hoá trị III, số oxi hoá +3. Quanh N có 3 vùng electron, trong đó 1 cặp riêng, nên liên kết O–N=O có dạng góc.

CTCT và công thức electron của H2CO3

Tổng electron hoá trị: 2 × 1 + 4 + 3 × 6 = 24 electron.

Công thức cấu tạo: (HO)2C=O, tức C liên kết đơn với hai nhóm –OH và liên kết đôi với một nguyên tử O.

  • C: 2 liên kết đơn + 1 liên kết đôi, không có cặp riêng → 8 electron.
  • Mỗi O trong –OH: 2 cặp riêng; O liên kết đôi: 2 cặp riêng.

Kiểm tra: electron liên kết 4 (2 H–O) + 4 (2 O–C) + 4 (C=O) = 12; electron riêng 4 + 4 + 4 = 12; tổng 24 ✔. C có hoá trị IV, số oxi hoá +4; phần C(O)3 có dạng tam giác phẳng.

CTCT và công thức electron của H3PO4

Tổng electron hoá trị: 3 × 1 + 5 + 4 × 6 = 32 electron.

Công thức cấu tạo: P ở trung tâm, liên kết với ba nhóm –OH và một nguyên tử O.

  • Theo quy tắc octet: (HO)3P–O, P có 4 liên kết đơn, không có cặp riêng (điện tích hình thức +1 trên P, −1 trên O); chương trình cũ vẽ là (HO)3P→O.
  • Cách viết rất phổ biến: (HO)3P=O. P thuộc chu kì 3 nên có thể có hơn 8 electron (mở rộng octet), khi đó P có hoá trị V.

Kiểm tra theo dạng octet: electron liên kết 6 (3 H–O) + 6 (3 O–P) + 2 (P–O) = 14; electron riêng 3 × 4 (các O trong –OH) + 6 (O đầu mạch) = 18; tổng 32 ✔. P có số oxi hoá +5; quanh P có 4 vùng electron nên phân bố tứ diện.

Bảng so sánh nhanh 4 acid

Acid Tên gọi Tổng e hoá trị CTCT Số oxi hoá nguyên tử trung tâm
HNO2 nitrous acid 18 H–O–N=O +3
HNO3 nitric acid 24 H–O–N(=O)–O (cũ: →O) +5
H2CO3 carbonic acid 24 (HO)2C=O +4
H3PO4 phosphoric acid 32 (HO)3P=O hoặc (HO)3P–O +5

Mẹo nhớ: số nhóm –OH bằng số nguyên tử H của acid (với các acid này); số O còn lại là O “đầu mạch” gắn trực tiếp vào nguyên tử trung tâm.

Lỗi sai thường gặp

  • Gắn H trực tiếp vào N, C, P (ví dụ H–N): sai, vì H trong các oxoacid này luôn nằm trong nhóm –OH, đó cũng là H phân li ra ion H+.
  • Cho N có 5 liên kết trong HNO3: vi phạm octet.
  • Nhầm hoá trị với số oxi hoá: trong HNO3, N có hoá trị IV nhưng số oxi hoá +5.
  • Quên cặp electron riêng trên N của HNO2.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Trong phân tử HNO3, có bao nhiêu cặp electron chưa liên kết (theo công thức Lewis octet)?

Lời giải: O(–OH) 2 cặp + O(=) 2 cặp + O(–) 3 cặp + N 0 cặp = 7 cặp.

Bài 2. Viết CTCT của H2SO4 theo cách làm tương tự.

Lời giải: S ở trung tâm, liên kết với hai nhóm –OH và hai nguyên tử O. Cách viết phổ biến: (HO)2SO2 với hai liên kết S=O (S mở rộng octet, hoá trị VI); theo quy tắc octet, hai liên kết này là liên kết đơn có điện tích hình thức (chương trình cũ vẽ S→O). Tổng electron hoá trị: 2 + 6 + 24 = 32.

Bài 3. Trong HNO2 và HNO3, phân tử nào có nguyên tử N còn cặp electron riêng?

Lời giải: HNO2. Trong HNO3, cả 4 cặp electron quanh N đều tham gia liên kết.

Câu hỏi thường gặp

Công thức cấu tạo của HNO3 là gì?

HNO3 có CTCT H–O–N(=O)–O: N liên kết với nhóm –OH, một O bằng liên kết đôi và một O bằng liên kết đơn (chương trình cũ vẽ N→O). N không có cặp electron riêng.

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

N có hoá trị IV (4 cặp electron dùng chung) và số oxi hoá +5.

Vì sao không viết HNO3 với hai liên kết đôi N=O?

Vì N thuộc chu kì 2 chỉ chứa tối đa 8 electron lớp ngoài; hai liên kết đôi và một liên kết đơn sẽ làm N có 10 electron, vi phạm quy tắc octet.

H3PO4 viết P=O hay P→O mới đúng?

Cả hai đều gặp. P thuộc chu kì 3 có thể mở rộng octet nên (HO)3P=O được dùng phổ biến; theo quy tắc octet nghiêm ngặt thì viết liên kết đơn P–O có điện tích hình thức (cũ là P→O). Nên theo cách giáo viên hướng dẫn.

Bài học liên quan