Liên Kết Cộng Hóa Trị CO2 Là Gì? Cấu Tạo Và Bài Tập Chi Tiết

Liên kết cộng hóa trị CO2 là một trong những kiến thức quan trọng trong chương trình Hóa học THCS và THPT. Trong bài viết này, hãy cùng The TutorX tìm hiểu chi tiết về liên kết cộng hóa trị CO2, từ cấu tạo, sơ đồ Lewis cho đến tính chất hóa học và bài tập vận dụng có lời giải.

Cấu tạo phân tử CO2

CO2 (cacbon đioxit) là hợp chất được tạo thành từ 1 nguyên tử cacbon (C) và 2 nguyên tử oxi (O).

Cấu hình electron của các nguyên tử

C (Z = 6): 1s2 2s2 2p2 → Có 4 electron lớp ngoài cùng
O (Z = 8): 1s2 2s2 2p4 → Có 6 electron lớp ngoài cùng

Để đạt cấu hình bền vững (8 electron lớp ngoài cùng theo quy tắc bát tử), nguyên tử cacbon cần thêm 4 electron, còn mỗi nguyên tử oxi cần thêm 2 electron.

Sự hình thành liên kết cộng hóa trị CO2

Nguyên tử C sẽ dùng 4 electron hóa trị để tạo liên kết với 2 nguyên tử O. Mỗi nguyên tử O góp chung 2 electron với C.

→ Kết quả: C tạo 2 liên kết đôi với 2 nguyên tử O.

Công thức cấu tạo:

O = C = O

 Sơ đồ Lewis của CO2

Sơ đồ Lewis biểu diễn sự phân bố các cặp electron dùng chung và không dùng chung.

C ở trung tâm
Hai O ở hai bên
Mỗi liên kết C=O gồm 2 cặp electron dùng chung
Mỗi O còn 2 cặp electron không liên kết (electron tự do)

Biểu diễn bằng dấu chấm:

:O:: = C = ::O:

Trong đó:

• Các cặp giữa C và O là electron liên kết
• Các cặp còn lại trên O là electron không liên kết

Qua đó có thể thấy rõ bản chất của liên kết cộng hóa trị CO2 là hai liên kết đôi cộng hóa trị giữa C và O.

Liên kết cộng hóa trị CO2 là liên kết có cực hay không cực?

Đây là câu hỏi thường gặp khi học về liên kết cộng hóa trị CO2.

Xét độ âm điện

Độ âm điện của O ≈ 3,44
Độ âm điện của C ≈ 2,55

Hiệu độ âm điện:

ΔEN = 3,44 − 2,55 = 0,89

Vì 0,4 < ΔEN < 1,7 nên liên kết C=O là liên kết cộng hóa trị có cực.

Tính phân cực của toàn phân tử CO2

Mặc dù mỗi liên kết C=O là có cực, nhưng:

• Phân tử CO2 có dạng thẳng
• Hai liên kết C=O đối xứng qua nguyên tử C
• Hai vectơ moment lưỡng cực triệt tiêu nhau

→ Toàn bộ phân tử CO2 không phân cực.

Kết luận:

Liên kết trong CO2: có cực
Phân tử CO2: không cực

Đây là điểm quan trọng khi phân tích liên kết cộng hóa trị CO2.

Hình dạng không gian của phân tử CO2

Dựa theo thuyết VSEPR (Thuyết đẩy giữa các cặp electron lớp vỏ hóa trị):

Nguyên tử C có 2 miền mật độ electron liên kết
Không có cặp electron tự do trên C

→ Các cặp electron sắp xếp xa nhau nhất

Kết luận:

Dạng hình học: Dạng thẳng (linear)
Góc liên kết O–C–O = 180°

Hình dạng thẳng này chính là lý do khiến phân tử CO2 không phân cực dù các liên kết là có cực.

>>> Xem thêm: Hình Vuông Có Phải Đa Giác Đều Không?

Tính chất hóa học liên quan đến liên kết cộng hóa trị của CO2

Bản chất của liên kết cộng hóa trị CO2 quyết định nhiều tính chất hóa học đặc trưng.

CO2 là oxit axit: Do C liên kết với O bằng liên kết cộng hóa trị có cực, CO2 có tính oxit axit.

Tác dụng với nước: CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Tạo axit cacbonic (axit yếu).

Tác dụng với dung dịch bazơ

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
CO2 + NaOH → NaHCO3

Tùy theo tỉ lệ mol mà tạo muối trung hòa hoặc muối axit.

Không duy trì sự cháy

CO2 không cháy và không duy trì sự cháy do phân tử đã ở trạng thái oxi hóa cao nhất của C (+4).

Ứng dụng:

• Dùng trong bình chữa cháy
• Sản xuất nước giải khát có gas
• Bảo quản thực phẩm.

>>> Xem thêm: Gia sư hóa lớp 11 dạy kèm tại nhà

Bài tập vận dụng về liên kết cộng hóa trị CO2 

Bài 1: Viết công thức electron và công thức cấu tạo của CO2. Xác định loại liên kết trong phân tử.

Lời giải:

Tổng electron hóa trị:
C (4e) + 2O (6 × 2 = 12e) = 16 electron
Sắp xếp:
C ở giữa, tạo 2 liên kết đôi với 2 O

Công thức cấu tạo:

O = C = O

Mỗi liên kết C=O là liên kết cộng hóa trị có cực
Phân tử tổng thể không cực
Bài 2: Vì sao CO2 không phân cực dù có liên kết cộng hóa trị có cực?

Lời giải:

Mỗi liên kết C=O có cực do chênh lệch độ âm điện
Phân tử có dạng thẳng, góc 180°
Hai moment lưỡng cực ngược chiều nhau và triệt tiêu

→ Phân tử không phân cực.

Bài 3: Xác định số liên kết sigma (σ) và pi (π) trong phân tử CO2.

Lời giải:

Mỗi liên kết đôi gồm:

1 liên kết sigma (σ)
1 liên kết pi (π)

CO2 có 2 liên kết đôi → gồm:

2 liên kết σ
2 liên kết π

Qua bài viết trên, bạn đã nắm rõ bản chất liên kết cộng hóa trị CO2, từ cấu tạo phân tử, sơ đồ Lewis, hình dạng không gian đến tính chất hóa học và cách làm bài tập vận dụng.

Nếu bạn vẫn còn gặp khó khăn với chuyên đề liên kết hóa học hoặc muốn nâng cao điểm số môn Hóa một cách bài bản, hãy đăng ký học cùng Gia sư uy tín The TutorX. Đội ngũ gia sư giàu kinh nghiệm sẽ giúp bạn hệ thống lại kiến thức, luyện tập chuyên sâu và tự tin chinh phục mọi kỳ thi.

Liên hệ The TutorX ngay hôm nay để được tư vấn lộ trình học phù hợp nhất!