Trả lời nhanh
Công thức cấu tạo co. Công thức cấu tạo của CO (carbon monoxide) là C≡O: giữa C và O có liên kết ba, gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π. Xét theo cách hình thành, liên kết ba này gồm 2 liên kết cộng hoá trị thông thường và 1 liên kết cho – nhận (O dùng một cặp electron chưa liên kết để “cho”, C “nhận”). Trong công thức Lewis, mỗi nguyên tử C và O còn một cặp electron không liên kết, nên cả hai đều đạt octet.
Các loại công thức của phân tử CO
Với cùng một chất, sách Hoá học mới dùng nhiều kiểu công thức, mỗi kiểu cho biết một mức thông tin khác nhau. Bảng dưới đây tóm tắt cho phân tử CO:
| Loại công thức | Cách viết cho CO | Cho biết điều gì |
|---|---|---|
| Công thức phân tử | CO | Phân tử gồm 1 nguyên tử C và 1 nguyên tử O; M = 12 + 16 = 28 g/mol |
| Công thức electron | Ba cặp electron dùng chung giữa C và O, mỗi nguyên tử còn 1 cặp riêng | Vị trí của tất cả electron hoá trị |
| Công thức Lewis | :C≡O: (mỗi vạch là 1 cặp electron dùng chung) | Số cặp liên kết và cặp không liên kết |
| Công thức cấu tạo | C≡O | Thứ tự liên kết và bậc liên kết (liên kết ba) |
Trong các bài tập cấp THPT theo chương trình mới, khi đề hỏi “công thức cấu tạo của CO”, đáp án chuẩn là C≡O. Một số tài liệu cũ vẽ thêm mũi tên từ O sang C để nhấn mạnh liên kết cho – nhận; cách vẽ đó vẫn đúng về bản chất, chỉ là chi tiết hơn.
Cách viết công thức cấu tạo của CO từng bước
- Viết cấu hình electron. C (Z = 6): 1s²2s²2p², có 4 electron hoá trị. O (Z = 8): 1s²2s²2p⁴, có 6 electron hoá trị.
- Tính tổng electron hoá trị. 4 + 6 = 10 electron, tức 5 cặp electron cần sắp xếp.
- Ghép cặp dùng chung bình thường. C còn 2 electron độc thân ở phân lớp 2p, O cũng có 2 electron độc thân ở 2p. Mỗi bên góp 1 electron tạo thành một cặp chung, nên hình thành 2 cặp electron dùng chung (liên kết đôi).
- Kiểm tra octet. Lúc này O có 8 electron (đủ octet), nhưng C mới có 6 electron. C còn thiếu một cặp.
- Tạo liên kết cho – nhận. O dùng một cặp electron chưa liên kết của mình đưa vào dùng chung với C. Đây là cặp chung thứ ba, chỉ do O đóng góp. Nhờ vậy C cũng đạt 8 electron.
- Viết kết quả. Giữa C và O có 3 cặp electron chung, mỗi nguyên tử còn 1 cặp riêng: Lewis là :C≡O:, công thức cấu tạo là C≡O.
Kiểm tra lại số electron: 3 cặp chung (6 electron) + 2 cặp riêng (4 electron) = 10 electron, khớp với tổng ở bước 2.
Đặc điểm liên kết trong phân tử CO
- Bậc liên kết 3: gồm 1 liên kết σ (xen phủ trục) và 2 liên kết π (xen phủ bên). Đây là một trong những liên kết bền nhất trong hoá học, năng lượng liên kết khoảng 1 070 kJ/mol, độ dài liên kết khoảng 113 pm.
- Đẳng electron với N₂: CO có 6 + 8 = 14 electron, đúng bằng N₂ (7 + 7). Vì thế hai chất có nhiều điểm giống nhau: đều là khí, khó hoá lỏng, liên kết ba rất bền.
- Điện tích hình thức: trong Lewis :C≡O:, C mang điện tích hình thức −1, O mang +1. Điều này bù trừ một phần độ âm điện lớn của O, nên phân tử CO chỉ phân cực rất yếu.
- Số oxi hoá: C có số oxi hoá +2, O có số oxi hoá −2. Vì +2 là mức trung gian (C có thể lên +4), CO dễ thể hiện tính khử.
So sánh cấu tạo CO và CO₂
| Tiêu chí | CO | CO₂ |
|---|---|---|
| Công thức cấu tạo | C≡O | O=C=O |
| Số liên kết σ / π | 1 σ, 2 π | 2 σ, 2 π |
| Liên kết cho – nhận | Có (1 liên kết, từ O sang C) | Không |
| Hình dạng phân tử | Thẳng (2 nguyên tử) | Thẳng, góc O–C–O = 180° |
| Phân cực | Phân cực rất yếu | Không phân cực (các liên kết triệt tiêu) |
| Số oxi hoá của C | +2 | +4 |
| Loại oxide | Oxide trung tính (không tạo muối) | Oxide acid |
Tính chất của CO giải thích từ cấu tạo
Tính chất vật lí
CO là khí không màu, không mùi, không vị, rất ít tan trong nước, nhẹ hơn không khí một chút (tỉ khối so với không khí 28/29 ≈ 0,97). Nhiệt độ sôi khoảng −191,5 °C, rất thấp vì phân tử gần như không phân cực nên lực hút giữa các phân tử rất yếu.
Tính chất hoá học
Do liên kết ba bền, CO khá trơ ở nhiệt độ thường, nhưng khi đun nóng nó là chất khử mạnh:
- Cháy trong oxygen với ngọn lửa màu lam: 2CO + O₂ → 2CO₂ (t°).
- Khử oxide kim loại đứng sau Al: CuO + CO → Cu + CO₂ (t°); Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (t°). Phản ứng thứ hai là phản ứng chính trong lò cao luyện gang.
- CO là oxide trung tính: không phản ứng với nước, acid hay dung dịch kiềm ở điều kiện thường.
Tính độc
Cặp electron riêng trên nguyên tử C giúp CO liên kết rất chặt với ion sắt trong hemoglobin, chặt hơn oxygen khoảng 200–250 lần. Máu khi đó không chở được oxygen, gây ngộ độc. Vì vậy không được đốt than, chạy máy phát điện hay nổ máy xe trong phòng kín.
Điều chế và ứng dụng của CO
- Trong phòng thí nghiệm: đun formic acid với H₂SO₄ đặc: HCOOH → CO + H₂O.
- Trong công nghiệp: cho hơi nước đi qua than nóng đỏ: C + H₂O ⇌ CO + H₂ (khí than ướt); hoặc cho CO₂ đi qua than nóng: CO₂ + C → 2CO.
- Ứng dụng: làm nhiên liệu khí, chất khử trong luyện kim, nguyên liệu tổng hợp methanol và nhiều hợp chất hữu cơ.
Bài tập vận dụng có đáp án
- Phân tử CO có bao nhiêu liên kết σ và π? Đáp án: 1 liên kết σ và 2 liên kết π.
- Trong công thức Lewis của CO có tổng bao nhiêu electron không liên kết? Đáp án: 4 electron (mỗi nguyên tử 1 cặp).
- Liên kết cho – nhận trong CO do nguyên tử nào cho cặp electron? Đáp án: nguyên tử O cho, nguyên tử C nhận.
- Dùng CO dư khử hoàn toàn 16 gam Fe₂O₃. Tính khối lượng Fe thu được và thể tích CO đã phản ứng ở đkc. Lời giải: n(Fe₂O₃) = 16 : 160 = 0,1 mol. Theo Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂: n(Fe) = 0,2 mol, m(Fe) = 0,2 × 56 = 11,2 gam; n(CO) = 0,3 mol, V = 0,3 × 24,79 = 7,437 lít.
- Vì sao CO và N₂ có nhiều tính chất vật lí giống nhau? Đáp án: vì hai phân tử đẳng electron (đều 14 electron), cùng có liên kết ba và khối lượng mol bằng nhau (28 g/mol).
Câu hỏi thường gặp
Công thức cấu tạo của CO là gì?
Công thức cấu tạo của CO là C≡O, tức giữa C và O có liên kết ba gồm 1 liên kết σ và 2 liên kết π.
Trong phân tử CO có liên kết cho – nhận không?
Có. Trong ba cặp electron chung, một cặp do nguyên tử O đóng góp hoàn toàn, đó là liên kết cho – nhận từ O sang C.
Công thức Lewis của CO viết thế nào?
Viết :C≡O:, với ba vạch là ba cặp electron chung và mỗi nguyên tử còn một cặp electron không liên kết.
Số oxi hoá của C trong CO là bao nhiêu?
Số oxi hoá của C trong CO là +2, của O là −2.
CO là oxide acid hay oxide trung tính?
CO là oxide trung tính (không tạo muối): nó không tác dụng với nước, acid hay dung dịch kiềm ở điều kiện thường.