Tailieumoi.vn xin giới thiệu bài viết Công thức Lewis của CH₄ (Methane) theo chương trình mới, và một số bài tập kèm theo giúp bạn nắm vững kiến thức, học tốt môn Hóa hơn.

Công thức Lewis của CH₄ theo chương trình mới, đầy đủ nhất

1. Công thức Lewis của CH₄

a) Cách 1: Viết công thức Lewis dựa vào công thức electron

Từ công thức electron, thay 1 cặp electron dùng chung bằng 1 gạch nối giữa hai nguyên tử ta được công thức Lewis

Từ công thức electron của CH₄ ta thấy mỗi nguyên tử H liên kết với nguyên tử C bằng 1 cặp electron, ta thay mỗi cặp electron này bằng một gạch nối “–”. Ta được công thức Lewis của CH₄ là:

b) Cách 2: Thực hiện lần lượt theo các bước sau

Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử

Carbon (C) có 4 electron hóa trị, hydrogen có 1 electron hóa trị. Trong phân tử CH₄ có 1 nguyên tử C và 4 nguyên tử H.

Vậy tổng số electron hóa trị = 4 + 4.1 = 8 electron

Bước 2: Vẽ khung phân tử tạo bởi liên kết đơn giữa các nguyên tử

Trong phân tử CH₄, nguyên tử C cần 4 electron để đạt octet, mỗi nguyên tử H cần 1 electron để đạt octet. Vì vậy, C là nguyên tử trung tâm, còn các nguyên tử H được xếp xung quanh:

     (1)

Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết bằng cách lấy tổng số electron trừ số electron tham gia tạo liên kết.

Số electron hóa trị chưa tham gia liên kết trong sơ đồ là: 8 – 2.4 = 0

Từ công thức (1), nguyên tử H và C đều đã đủ octet.

Vậy công thức Lewis của CH₄ là:

- Nhận xét:

+ ∆χ(C – H) = |2,55 – 2,2| = 0,35 < 0,4 ⇒ Liên kết trong phân tử CH₄ thuộc loại liên kết cộng hóa trị không phân cực.

+ Liên kết C – H được tạo thành do sự xen phủ orbital s – p.

+ Phân tử CH₄ có dạng tứ diện đều.

2. Cách viết công thức cấu tạo

Từ công thức Lewis, ta loại bỏ đi các electron tự do (electron không tham gia liên kết) thu được công thức cấu tạo.

- Công thức cấu tạo của CH₄ là:

- Nhận xét:

+ Trong phân tử CH₄ có 4 liên kết đơn C – H.

+ Công thức Lewis của CH₄ trùng với công thức cấu tạo do các nguyên tử đều không còn electron riêng.

3. Công thức electron của CH₄

- Sự tạo thành phân tử CH₄: Nguyên tử hydrogen (H) có cấu hình electron là 1s¹, nguyên tử carbon (C) có cấu hình electron là 1s²2s²2p². Để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, nguyên tử C cần thêm 4 electron, mỗi nguyên tử H cần thêm 1 electron. Khi hình thành phân tử CH₄, mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron với nguyên tử C, 4 nguyên tử H sẽ tạo thành 4 cặp electron dùng chung với nguyên tử C.

- Công thức electron của CH₄ là:

- Nhận xét:

+ Phân tử CH₄ có 4 cặp electron dùng chung. Cặp electron chung không bị lệch về phía nguyên tử nào.

+ Trong phân tử CH₄ không có electron tự do.

4. Bài tập mở rộng về CH₄

Câu 1. Liên kết nào dưới đây là liên kết cộng hóa trị không phân cực?

A. Na – O

B. O – H

C. Na – C

D. C – H

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Liên kết C – H có hiệu độ âm điện giữa hai nguyên tử tham gia liên kết là

|3,16 – 2,96| = 0,2 < 0,4 nên là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Câu 2. Trong phân tử methane (CH₄) số cặp electron chung giữa nguyên tử carbon (C) và các nguyên tử hydrogen (H) là

A. 3

B. 2

C. 1

D. 4

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Nguyên tử hydrogen (H) có cấu hình electron là 1s¹, nguyên tử carbon (C) có cấu hình electron là 1s²2s²2p². Để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất, nguyên tử C cần thêm 4 electron, mỗi nguyên tử H cần thêm 1 electron. Khi hình thành phân tử CH₄, mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron với nguyên tử C, 4 nguyên tử H sẽ tạo thành 4 cặp electron dùng chung với nguyên tử C.

Câu 3. Viết công thức Lewis của: CH4 và SO₃.

Hướng dẫn giải

- Viết công thức Lewis của CH₄:

Bước 1: C có 4 electron hóa trị, H có 1 electron hóa trị. Trong CH₄ có 1 nguyên tử C và 4 nguyên tử H

⇒ Tổng số electron hóa trị N₁ = 1.4 + 4.1 = 8 electron

Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:

Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N₂ = 4.2 = 8 electron

Số electron hóa trị còn lại là N₃ = N₁ – N₂ = 8 – 0 = 0

Vậy công thức Lewis của CH₄ là

- Viết công thức Lewis của SO₃

Bước 1: S có 6 electron hóa trị, O có 6 electron hóa trị. Trong phân tử SO₃, có 1 nguyên tử S và 3 nguyên tử O

⇒ Tổng số electron hóa trị N₁ = 1.6 + 3.6 = 24 electron

Bước 2: Vẽ khung tạo bởi các nguyên tử liên kết với nhau:

Số electron hóa trị đã dùng để xây dựng khung là N₂ = 3.2 = 6 electron

Số electron hóa trị còn lại là N₃ = N₁ – N₂ = 24 – 6 = 18 electron

Bước 3: Sử dụng N₃ = 18 electron để tạo octet cho O trước

Bước 4: Đã sử dụng hết 18 electron để tạo octet cho O. Tuy nhiên S chưa đủ octet nên ta chuyển 1 cặp electron của nguyên tử O bên trái tạo thành cặp electron dùng chung.

Câu 4. Viết công thức Lewis, dự đoán dạng hình học của phân tử CH₄

Hướng dẫn giải

Bước 1: Viết công thức Lewis của CH₄

Bước 2: Nguyên tử trung tâm C có 4 liên kết đơn xung quanh tương ứng với 4 đám mây electron. Công thức VSEPR của CH₄ là AE₄

Bước 3: Do 4 đám mây hướng tới 4 đỉnh của một tứ diện nên dạng hình học không gian của CH₄ có dạng tứ diện

Câu 5. Trình bày sự hình thành lai hóa sp³ của nguyên tử C trong CH₄ và hình thành các liên kết trong phân tử này.

Hướng dẫn giải

Công thức Lewis của CH₄ là

Từ công thức Lewis của CO₂ ta xác định được phân tử này có dạng tứ diện theo mô hình VSEPR.

Cấu hình electron của C (Z = 6) là 1s²2s²2p²

1 AO 2s tổ hợp với 3 AO 2p tạo 4 AO lai hóa sp³

4 AO lai hóa sp³ của nguyên tử C xen phủ với 4 AO s của nguyên tử H tạo thành 4 liên kết σ hướng về 4 đỉnh của một tứ diện đều.

Xem thêm công thức Lewis của một số chất thường gặp hay, chi tiết khác:

Công thức Lewis của SO₂ (chương trình mới)

Công thức Lewis của CO (chương trình mới)

Công thức Lewis của SO₃ (chương trình mới)

Công thức Lewis của HNO₃ (chương trình mới)

Công thức Lewis của C₂H₂ (chương trình mới)