Trả lời nhanh
Công thức electron của PH3: nguyên tử P ở giữa, góp chung 3 cặp electron với 3 nguyên tử H và còn 1 cặp electron hoá trị riêng (không liên kết). Công thức cấu tạo là H–P(–H)–H. Tổng có 8 electron hoá trị (5 của P và 3 của 3 H), tương ứng 4 cặp electron; P đạt 8 electron, mỗi H đạt 2 electron.
PH3 là chất gì? Vài thông tin cần nhớ
PH3 có tên là photphin (còn gọi là photphan), là hợp chất khí của photpho với hiđro. Chất này là khí không màu, rất độc, có mùi tỏi hoặc cá ươn khi lẫn tạp chất. Khối lượng mol của PH3 là 34 g/mol (31 + 3 × 1 = 34).
Trong chương trình Hoá học 10 (phần liên kết hoá học), PH3 thường được dùng làm ví dụ về liên kết cộng hoá trị có cặp electron chưa liên kết, giống như NH3, H2O hay H2S.
Viết công thức e của PH3 qua 5 bước
Bước 1: Viết cấu hình electron, tìm electron hoá trị
- P (Z = 15): 1s22s22p63s23p3 → lớp ngoài cùng có 5 electron (nhóm VA).
- H (Z = 1): 1s1 → có 1 electron, cần thêm 1 electron để giống khí hiếm He (2 electron).
Bước 2: Xác định số electron cần góp chung
P cần thêm 8 − 5 = 3 electron để đủ octet. Mỗi H cần thêm 1 electron. Vì vậy 1 nguyên tử P kết hợp được với 3 nguyên tử H, mỗi cặp P–H dùng chung 1 cặp electron.
Bước 3: Đặt nguyên tử trung tâm và vẽ các cặp electron chung
P là nguyên tử trung tâm (H chỉ tạo được một liên kết nên không thể làm trung tâm). Nối P với 3 nguyên tử H bằng 3 cặp electron chung. Đã dùng 3 cặp = 6 electron.
Bước 4: Đặt electron còn lại lên nguyên tử trung tâm
Tổng electron hoá trị là 5 + 3 × 1 = 8. Đã dùng 6, còn 2 electron tạo thành 1 cặp electron riêng, đặt trên P.
Bước 5: Kiểm tra quy tắc octet
- Quanh P có 3 cặp chung + 1 cặp riêng = 4 cặp = 8 electron ✔.
- Mỗi H có 1 cặp chung = 2 electron ✔.
Ba cách biểu diễn: công thức electron, Lewis, cấu tạo
| Loại công thức | Cách biểu diễn PH3 |
|---|---|
| Công thức electron | Dùng dấu chấm cho mọi electron hoá trị: 3 cặp chấm nằm giữa P và H, 1 cặp chấm nằm trên P. |
| Công thức Lewis | Mỗi cặp electron chung thay bằng một gạch nối, cặp electron riêng giữ nguyên dạng hai chấm trên P. |
| Công thức cấu tạo | Chỉ còn các gạch nối: H–P–H với một H nữa nối vào P (viết H–P(–H)–H). Không vẽ cặp electron riêng. |
Nhiều đề chỉ hỏi “công thức e” tức là công thức electron hoặc công thức Lewis. Khi đó em nhớ đừng quên cặp electron riêng trên P, vì đó là chỗ học sinh hay mất điểm nhất.
Hình dạng phân tử PH3
Theo mô hình đẩy nhau của các cặp electron lớp ngoài (VSEPR), P có 4 cặp electron: 3 cặp liên kết và 1 cặp riêng, thuộc dạng AX3E. Bốn cặp này hướng về 4 đỉnh của một tứ diện, nhưng chỉ có 3 đỉnh gắn nguyên tử H. Kết quả: phân tử có dạng hình chóp tam giác, P ở đỉnh, 3 nguyên tử H ở đáy.
Góc liên kết H–P–H khoảng 93°, nhỏ hơn rất nhiều so với góc tứ diện lí tưởng 109,5°. Nguyên nhân thường được giải thích là cặp electron riêng chiếm nhiều không gian hơn nên đẩy các liên kết P–H lại gần nhau, đồng thời P có kích thước lớn, độ dài liên kết P–H dài hơn so với N–H.
PH3 có phân cực không?
Độ âm điện của P khoảng 2,19 và của H khoảng 2,20, gần như bằng nhau, nên liên kết P–H gần như không phân cực. Vì phân tử hình chóp (không đối xứng) nên PH3 vẫn có momen lưỡng cực rất nhỏ, hay nói gọn là phân cực rất yếu. Hệ quả: PH3 ít tan trong nước và không tạo được liên kết hiđro với nước.
So sánh PH3 với NH3
| Tiêu chí | NH3 | PH3 |
|---|---|---|
| Số electron hoá trị | 5 + 3 = 8 | 5 + 3 = 8 |
| Công thức Lewis | 3 cặp chung + 1 cặp riêng trên N | 3 cặp chung + 1 cặp riêng trên P |
| Hình dạng | Chóp tam giác | Chóp tam giác |
| Góc liên kết | khoảng 107° | khoảng 93° |
| Độ phân cực liên kết | N–H phân cực rõ (N âm điện hơn nhiều) | P–H gần như không phân cực |
| Liên kết hiđro giữa các phân tử | Có | Không đáng kể |
| Độ tan trong nước | Rất tan | Ít tan |
Mẹo nhớ: cùng nhóm VA, cùng dạng AX3E thì công thức Lewis “y hệt nhau”. Chỉ có tính chất vật lí là khác vì độ âm điện và kích thước nguyên tử trung tâm khác nhau.
Một số tính chất hoá học liên quan đến cấu tạo
- Cặp electron riêng trên P giúp PH3 nhận proton rất yếu, tạo ion photphoni PH4+. Ví dụ với axit mạnh, khan: PH3 + HI → PH4I (muối kém bền, gặp nước bị thuỷ phân).
- Tính khử mạnh: PH3 tự bốc cháy hoặc cháy dễ dàng trong không khí. 2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O (đun nóng). Lí do: P trong PH3 có số oxi hoá −3, mức thấp nhất, nên chỉ có thể tăng.
- Điều chế trong phòng thí nghiệm: Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3↑. Phản ứng này thấy sủi bọt khí, có mùi khó chịu và rất độc nên cần làm trong tủ hút.
Cân bằng nhanh để kiểm tra: ở phương trình cháy, vế trái có 2 P, 6 H, 8 O; vế phải 2 P (trong P2O5), 6 H (trong 3H2O), 5 + 3 = 8 O ✔.
Lỗi sai thường gặp khi viết công thức e của PH3
- Quên cặp electron riêng trên P. Khi đó P chỉ có 6 electron, vi phạm octet. Cách sửa: luôn đếm tổng electron hoá trị (phải bằng 8).
- Vẽ liên kết đôi P=H. H chỉ có 1 electron, chỉ tạo được liên kết đơn.
- Vẽ H ở giữa. H không làm nguyên tử trung tâm được.
- Nhầm công thức cấu tạo thành phẳng. Công thức cấu tạo viết phẳng chỉ cho biết thứ tự liên kết, không phản ánh hình chóp thật của phân tử.
- Tính nhầm số electron: nhớ 3 H góp 3 electron, không phải 1.
Bài luyện tập có đáp án
Câu 1. Tính tổng số electron hoá trị của ion PH4+ và cho biết số cặp electron chưa liên kết trên P.
Đáp án: 5 + 4 × 1 − 1 = 8 electron, tức 4 cặp. Cả 4 cặp đều là cặp liên kết P–H (một liên kết hình thành nhờ cặp electron của P cho H+), vì vậy P không còn cặp electron riêng. Ion có dạng tứ diện đều.
Câu 2. Viết công thức Lewis của H2S và cho biết hình dạng phân tử so với PH3.
Đáp án: S có 6 electron hoá trị, tổng 6 + 2 = 8 electron (4 cặp). Có 2 cặp chung S–H và 2 cặp riêng trên S. Phân tử dạng chữ V (gấp khúc), khác với PH3 hình chóp tam giác vì PH3 có 3 liên kết + 1 cặp riêng, còn H2S có 2 liên kết + 2 cặp riêng.
Câu 3. Chọn phát biểu đúng về PH3: (A) có 2 cặp electron riêng trên P; (B) có 3 liên kết đơn P–H và 1 cặp electron riêng trên P; (C) có 1 liên kết đôi P=H; (D) phân tử thẳng hàng.
Đáp án: B. A sai vì chỉ có 1 cặp riêng; C sai vì H chỉ tạo liên kết đơn; D sai vì phân tử có dạng hình chóp tam giác.
Câu 4 (tự đặt). Viết công thức Lewis của PCl3. Gợi ý: Cl có 7 electron hoá trị, tổng 5 + 3 × 7 = 26 electron.
Đáp án: P nối với 3 Cl bằng 3 liên kết đơn (6 electron); mỗi Cl có thêm 3 cặp electron riêng (3 × 6 = 18 electron); P có 1 cặp riêng (2 electron). Tổng 6 + 18 + 2 = 26 ✔. PCl3 cũng có dạng hình chóp tam giác.
Tóm tắt cần nhớ
- PH3: 8 electron hoá trị, 4 cặp electron (3 cặp chung + 1 cặp riêng trên P).
- Công thức cấu tạo: H–P(–H)–H, các liên kết đều là liên kết đơn.
- Hình chóp tam giác, góc H–P–H khoảng 93°.
- Liên kết P–H gần như không phân cực; PH3 ít tan trong nước.
Câu hỏi thường gặp
Công thức e của PH3 viết như thế nào?
P ở giữa, nối với 3 nguyên tử H bằng 3 cặp electron chung, trên P còn 1 cặp electron riêng. Tổng cộng 8 electron hoá trị (4 cặp), P đủ octet, mỗi H đủ 2 electron.
PH3 có bao nhiêu cặp electron chưa liên kết?
PH3 có đúng 1 cặp electron chưa liên kết, nằm trên nguyên tử P. Cặp này làm phân tử có dạng hình chóp tam giác thay vì phẳng.
Góc liên kết H–P–H trong PH3 bằng bao nhiêu?
Khoảng 93°, nhỏ hơn góc H–N–H trong NH3 (khoảng 107°) và nhỏ hơn góc tứ diện 109,5°.
PH3 có phân cực không?
Rất yếu. Độ âm điện của P và H gần bằng nhau nên liên kết P–H gần như không phân cực; phân tử không đối xứng nên chỉ có momen lưỡng cực nhỏ.