Công thức Lewis của H2SO4: 32 electron và điện tích hình thức
Lớp 10Hóa học

Công thức Lewis của H2SO4: cách viết từng bước và giải thích

Trả lời nhanh

Trong H2SO4, nguyên tử S nằm ở trung tâm và liên kết với 4 nguyên tử O. Hai O liên kết đôi với S (S=O), hai O còn lại liên kết đơn với S và mỗi O gắn thêm một H (S–O–H). Hai nguyên tử O liên kết đôi có 2 cặp electron riêng, hai O trong nhóm –OH cũng có 2 cặp electron riêng. Cả phân tử có tổng cộng 32 electron hoá trị.

1. Công thức Lewis là gì? Ôn nhanh trước khi viết

Công thức Lewis biểu diễn tất cả electron hoá trị của phân tử. Electron dùng chung (liên kết) được vẽ bằng gạch nối, còn electron chưa liên kết được vẽ bằng các cặp dấu chấm quanh nguyên tử. Như vậy nó khác công thức cấu tạo, vì công thức cấu tạo chỉ vẽ các gạch liên kết.

Chương trình Hoá học 10 (GDPT 2018) hướng dẫn viết công thức Lewis theo 4 bước:

  1. Tính tổng số electron hoá trị của các nguyên tử trong phân tử.
  2. Dựng khung phân tử: chọn nguyên tử trung tâm, nối các nguyên tử bằng liên kết đơn.
  3. Chia số electron còn lại cho các nguyên tử xung quanh để chúng đạt octet (riêng H chỉ cần 2 electron).
  4. Kiểm tra octet của nguyên tử trung tâm. Nếu cần thì chuyển cặp electron riêng thành liên kết đôi.

2. Viết công thức Lewis của H2SO4 từng bước

Bước 1: Đếm electron hoá trị

Nguyên tố Nhóm Electron hoá trị Số nguyên tử Tổng
H IA 1 2 2
S VIA 6 1 6
O VIA 6 4 24
Tổng cộng 32

Mọi cách vẽ đều phải dùng đúng 32 electron, tức 16 cặp. Đây là con số để các em tự kiểm tra ở bước cuối.

Bước 2: Dựng khung phân tử

Ta chọn S làm nguyên tử trung tâm, vì S có độ âm điện nhỏ hơn O và có khả năng tạo nhiều liên kết nhất. H không bao giờ là nguyên tử trung tâm, vì H chỉ tạo được 1 liên kết.

Với oxoacid (acid có oxygen), H luôn gắn vào O chứ không gắn trực tiếp vào S. Vì vậy khung phân tử là:

H – O – S(– O)(– O) – O – H

Khung có 6 liên kết đơn (2 liên kết O–H và 4 liên kết S–O), dùng hết 6 × 2 = 12 electron.

Bước 3: Chia electron còn lại

Số electron còn lại là 32 – 12 = 20 electron, tức 10 cặp. Ta chia chúng cho các nguyên tử O như sau:

  • Hai O trong nhóm –OH đã có 2 liên kết (4 electron), mỗi O cần thêm 2 cặp, vậy hết 8 electron.
  • Hai O chỉ nối với S mới có 1 liên kết, mỗi O cần thêm 3 cặp, vậy hết 12 electron.

8 + 12 = 20 electron, vừa đủ. Lúc này S có 4 liên kết đơn, tức 8 electron, nên S cũng đạt octet. Ta được công thức thoả mãn quy tắc octet (hình 2 ở mục 3).

Bước 4: Tính điện tích hình thức, chọn công thức hợp lí

Điện tích hình thức của một nguyên tử được tính theo công thức:

Điện tích hình thức = (e hoá trị) – (e không liên kết) – ½(e liên kết)

  • S: 6 – 0 – ½·8 = +2
  • O nối đơn với S (3 cặp riêng): 6 – 6 – ½·2 = –1
  • O trong nhóm –OH: 6 – 4 – ½·4 = 0

Công thức này có điện tích phân tách khá lớn (+2 và hai –1). Ta có thể chuyển 1 cặp electron riêng của mỗi O mang điện –1 thành cặp electron dùng chung với S, tạo ra 2 liên kết đôi S=O. Sau khi chuyển, điện tích hình thức của mọi nguyên tử đều bằng 0. Với S (chu kì 3), phương án này thường được chọn để biểu diễn H2SO4, vì nó phù hợp với hoá trị VI của S.

3. Hình minh hoạ công thức Lewis của H2SO4

Kiểm tra lại số electron: 2 liên kết O–H (4 e) + 2 liên kết S–O (4 e) + 2 liên kết S=O (8 e) = 16 e liên kết. Mỗi O có 2 cặp riêng, 4 O có 4 × 4 = 16 e. Tổng 16 + 16 = 32 e, khớp với bước 1.

Trong công thức này, S có 6 cặp electron dùng chung, tức 12 electron quanh S. Đây là trường hợp “vượt octet” (mở rộng vỏ hoá trị). Trường hợp này chỉ xảy ra với nguyên tố từ chu kì 3 trở đi như P, S, Cl. Nguyên tố chu kì 2 như C, N, O không bao giờ vượt octet.

Cả hai cách viết đều dùng đúng 32 electron. Hình 1 có liên kết đôi và không có điện tích hình thức. Hình 2 tuân thủ tuyệt đối quy tắc octet nhưng phải ghi điện tích hình thức. Khi làm bài, các em nên viết theo cách thầy cô và sách đang dùng hướng dẫn. Đa số đề bài lớp 10 chấp nhận hình 1.

4. Từ công thức Lewis suy ra công thức cấu tạo

Bỏ hết các cặp electron riêng trong hình 1, ta được công thức cấu tạo quen thuộc của sulfuric acid: hai nhóm –OH và hai nhóm =O cùng gắn vào S. Từ đó suy ra một số đặc điểm sau:

  • S tạo 6 liên kết cộng hoá trị, nên S có hoá trị VI.
  • Số oxi hoá của S là +6, tính theo: 2(+1) + x + 4(–2) = 0, suy ra x = +6. Lưu ý số oxi hoá khác với điện tích hình thức.
  • Phân tử có 2 nguyên tử H gắn vào O phân cực mạnh, nên H2SO4 là acid hai nấc: H2SO4 → H+ + HSO4–, sau đó HSO4– ⇌ H+ + SO42–.
  • Tất cả liên kết trong phân tử đều là liên kết cộng hoá trị có cực, vì độ âm điện của O lớn hơn của S và H.

5. Lỗi sai thường gặp khi viết công thức Lewis của H2SO4

  1. Gắn H trực tiếp vào S. Viết H–S(…) là sai. Trong oxoacid, H luôn nằm trong nhóm –OH.
  2. Quên cặp electron riêng. Nếu chỉ vẽ gạch nối thì đó là công thức cấu tạo, chưa phải công thức Lewis.
  3. Đếm sai tổng electron. Hay gặp nhất là tính S có 16 electron (số hiệu nguyên tử) thay vì 6 electron hoá trị.
  4. Vẽ O có quá 8 electron. O thuộc chu kì 2 nên tối đa 8 electron. Ví dụ, O trong liên kết đôi chỉ được thêm 2 cặp riêng chứ không phải 3 cặp.
  5. Nối các O với nhau (O–O). Liên kết peroxide không có trong H2SO4.

Mẹo nhớ: “Hai tay cầm H, hai tay cầm O đôi”. S giống người đứng giữa: hai tay nắm hai nhóm OH, hai tay còn lại nắm chặt (liên kết đôi) hai nguyên tử O.

6. So sánh nhanh với các phân tử chứa S khác

Phân tử Tổng e hoá trị Đặc điểm công thức Lewis
H2S 8 S trung tâm, 2 liên kết đơn S–H, S còn 2 cặp riêng
SO2 18 S trung tâm, 2 liên kết đôi S=O, S còn 1 cặp riêng
SO3 24 S trung tâm, 3 liên kết đôi S=O, S không còn cặp riêng
H2SO3 26 1 liên kết S=O, 2 nhóm S–OH, S còn 1 cặp riêng
H2SO4 32 2 liên kết S=O, 2 nhóm S–OH, S không còn cặp riêng

Nhìn bảng có thể thấy H2SO4 “có thêm 1 nguyên tử O” so với H2SO3. Nguyên tử O này dùng chính cặp electron riêng của S để tạo thêm liên kết S=O.

7. Bài tập luyện tập (có đáp án)

Bài 1. Trong công thức Lewis của H2SO4 (dạng có 2 liên kết đôi), tổng số cặp electron không liên kết là bao nhiêu?

Đáp án: Mỗi O có 2 cặp riêng, S và H không có cặp riêng, nên tổng là 4 × 2 = 8 cặp.

Bài 2. Tính tổng số electron hoá trị và cho biết số liên kết σ, liên kết π trong phân tử H2SO4.

Đáp án: Tổng 32 electron hoá trị. Có 6 liên kết đơn (σ) và 2 liên kết đôi, mỗi liên kết đôi gồm 1 σ và 1 π. Vậy có 8 liên kết σ và 2 liên kết π.

Bài 3. Viết công thức Lewis của ion sulfate SO42–.

Đáp án: Tổng electron là 6 + 4 × 6 + 2 = 30. S ở trung tâm, có 2 liên kết S=O và 2 liên kết S–O. Mỗi O liên kết đôi có 2 cặp riêng, mỗi O liên kết đơn có 3 cặp riêng và mang điện tích hình thức –1. Cả ion được đặt trong ngoặc vuông, ghi điện tích 2– ở góc trên bên phải. Kiểm tra: 12 e liên kết + 18 e riêng = 30 e.

Câu hỏi thường gặp

Phân tử H2SO4 có bao nhiêu electron hoá trị?

Có 32 electron hoá trị: H góp 2 × 1 = 2, S góp 6, bốn nguyên tử O góp 4 × 6 = 24.

Trong công thức Lewis của H2SO4, nguyên tử S có tuân theo quy tắc octet không?

Ở dạng có 2 liên kết đôi S=O, quanh S có 12 electron nên S vượt octet. Điều này được phép vì S thuộc chu kì 3. Ở dạng chỉ có liên kết đơn thì S đạt octet nhưng mang điện tích hình thức +2.

Vì sao H trong H2SO4 gắn vào O mà không gắn vào S?

Sulfuric acid là oxoacid. Nguyên tử H có tính acid nằm trong nhóm –OH, nhờ liên kết O–H phân cực mạnh nên dễ tách ra thành ion H+.

Hoá trị và số oxi hoá của S trong H2SO4 là bao nhiêu?

S tạo 6 liên kết cộng hoá trị nên có hoá trị VI. Số oxi hoá của S là +6.

Bài học liên quan