(Sáng kiến kinh nghiệm) một số khái niệm hóa học cần biết

MỘT SỐ KHÁI NIỆM HĨA HỌC Mơn hóa học bắt đầu giảng dạy lớp bậc phổ thông Tuy nhiên số học sinh lơ lớp bắt đầu học môn nên thấy mơn hóa học mơng lung khó hiểu, dẫn đến khơng thích mơn học Thực mơn hóa học mơn học nhằm khảo sát biến hóa chất, từ chất phản ứng với để tạo chất khác Tại xảy được, khơng có phản ứng xảy ra, xảy sản phẩm gì? Phần lý thuyết thực nghiệm có nhiều điều thú vị ta biết qui luật Hiện thi tốt nghiệp trung học phổ thông hay thi tuyển vào đại học khối A, khối B cịn thi mơn hóa học cách thi trắc nghiệm Do kiến thức học sinh cần biết để vận dụng gặp câu hỏi trắc nghiệm cụ thể Trong môn học, có lẽ mơn hóa học phong phú cho câu hỏi trắc nghiệm, từ kiến thức bản, sơ đẳng đến kiến thức phép tính phức tạp Điều cho thấy để làm câu trắc nghiệm kiến thức hóa học, người học cần phải nắm vững Hơn nữa, học hóa học khái niệm nguyên tử, nguyên tố, khối lượng nguyên tử, mol, thù hình, người học cần phải biết Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học loại nguyên tử (thứ nguyên tử) mà nguyên tử ngun tố hóa học có số thứ tự nguyên tử Z (bậc số nguyên tử, số hiệu, số điện tích hạt nhân) Theo thơng tin nhất, biết có 117 ngun tố học, tức biết có 117 loại nguyên tử Tuy nhiên nguyên tố có Z > 92 nguyên tố hóa học nhân tạo, người bắn phá nguyên tố có sẵn mà phát sinh nguyên tố Thí dụ: H2SO4 tạo nguyên tố hóa học, nguyên tố hydrogen (loại nguyên tử hydrogen), nguyên tố lưu huỳnh (loại nguyên tử lưu huỳnh) nguyên tố oxi (loại nguyên tử oxi) Nguyên tử Nguyên tử phần nhỏ ngun tố hóa học mà cịn giữ chất ngun tố Thí dụ: Phân tử H2SO4 tạo nguyên tố hóa học (3 loại nguyên tử) nguyên tử (2 nguyên tử H, nguyên tử S nguyên tử O) Phân tử C12H22O11 gồm nguyên tố hóa học (nguyên tố cacbon, nguyên tố hydrogen nguyên tố oxi) 45 nguyên tử (12 nguyên tử cacbon, 22 nguyên tử hydrogen 11 nguyên tử oxi) Như vậy, nguyên tố loại nguyên tử, nguyên tử phần nhỏ nguyên tố Phân tử Phân tử phần nhỏ chất (chất nguyên chất) mà giữ tính chất (tính chất hóa học) chất Thí dụ: Phần nhỏ nước mà cịn giữ tính chất nước phân tử nước (H2O) Phần nhỏ đường mà giữ tính chất đường (đường saccarozơ, saccharose, sucrose) phân tử đuờng (C12H22O11) Phân tử gồm nguyên tử tạo nên, như: He, Ne, Na, Cu, Fe (phân tử đơn nguyên tử) Phân tử gồm nhiều nguyên tử tạo nên, như: CH 4, HCl, H2, O3, KMnO4 (phân tử đa nguyên tử) Ion Ion tập hợp gồm nguyên tử hay số ngun tử có mang điện tích Ion mang điện tích dương gọi ion dương hay cation Ion mang điện tích âm gọi ion âm hay anion Ion dương tạo nguyên tử hay số nguyên tử bớt điện tử Thí dụ: Na+; NH4+; Mg2+; Al3+; CH3NH3+; Fe2+; Fe3+ Ion âm tạo nguyên tử hay số nguyên tử nhận thêm điện tử vào Thí dụ: Cl-; OH-; SO42-; PO43-; CH3COO- Đơn chất Đơn chất chất mà phân tử gồm nguyên tử hay nguyên tử nguyên tố hóa học (cùng loại nguyên tử) Thí dụ: Ne, Na, H2, O2, O3, P, P4, S, S8, Cu, Cl2, N2, C đơn chất Hợp chất Hợp chất chất mà phân tử gồm nguyên tử hai ngun tố hóa học tạo nên (ít hai loại nguyên tử) Thí dụ: HCl, H2O, CH4, C2H6O, KMnO4, C6H12O6, C3H7NO2S hợp chất Khối lượng nguyên tử (Nguyên tử khối, Nguyên tử lượng) Khối lượng nguyên tử khối lượng nguyên tử tính đơn vị khối lượng ngun tử Đơn vị khối lượng nguyên tử đơn vị cacbon (đvC, u, amu, atomic massunit) đơn vị khối lượng nguyên tử = đvklnt = đvC = u = amu = 1/12 khối lượng nguyên tử 12C =1/(6,022.1023) gam = 1,66.10-24 gam Thí dụ: H có khối lượng ngun tử (hiểu đơn vị khối lượng nguyên tử, hay đvC hay u), nghĩa nguyên tử H có khối lượng 1/12 khối lượng nguyên tử12C hay nguyên tử H có khối lượng đơn vị gam 1/(6,022.10 23) gam = 1,66.1024 gam O có khối lượng nguyên tử 16 đơn vị cacbon, hay nguyên tử O có khối lượng gấp 16 lần so với 1/12 lần khối lượng nguyên tử 12C, hay nguyên tử O có khối lượng tính gam 16.1/(6,022.1023) gam = 2,6569.10-23 gam Khối lượng phân tử (Phân tử khối, Phân tử lượng) Khối lượng phân tử khối lượng phân tử tính đơn vị cacbon Khối lượng phân tử tổng khối lượng ngun tử có phân tử Thí dụ: Khối lượng phân tử nước (H 2O) bằng: 2(1) + 1(16) = 18 (18 đvC; 18 u) Một phân tử H2O có khối lượng gấp 18 lần so với 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị 12C hay phân tử H2O có khối lượng 18/(6,022.1023) gam = 2,989.10-23 gam Khối lượng ion Khối lượng ion khối lượng ion tính đơn vị cacbon Do khối lượng điện tử (tao ion duơng) hay nhận vào (tạo ion âm) không đáng kể so với khối lượng nguyên tử nên khối lượng ion tổng khối lượng nguyên tử tạo nên ion Thí dụ: Khối lượng ion NH4+ 1(14) + 4(1) = 18 (18 đvC; 18 u) hay 18/ (6,022.1023) gam = 2,989.10-23 gam Khối lượng ion SO42- 1(32) + 4(16) = 96 (96 đvC; 96 u) hay 96/ (6,022.1023) gam = 1,594.10-22 gam 10 Mol Mol chất lượng chất mà có chứa số phần tử nhỏ chất đó, mà cịn giữ chất chất đó, với số nguyên tử 12C có chứa 12 gam 12C Số nguyên tử 12Ccó chứa 12 gam 12C 6,022.1023 (số Avogadro) Như mol chất tập hợp gồm 6,022.10 23 phần tử (đơn vị) nhỏ chất cịn giữ chất chất Thí dụ: mol H gồm 6,022.1023 nguyên tử H mol H2 gồm 6,022.1023 phân tử H2 mol H+ gồm 6,022.1023 ion H+ mol điện tử gồm 6,022.1023 điện tử (electron) mol OH- gồm 2x6,022.1023 ion OHNhư khái niệm mol giống khái niệm chục hay tá sinh hoạt thường ngày Một chục trứng gà gồm 10 trứng gà Một tá viết chì gồm 12 viết chì Tương tự, nói, mol trứng gà gồm 6,022.10 23 trứng gà Tổng quát mol chất (phân tử, nguyên tử, ion, ) gồm 6,022.1023 đơn vị chất 11 Khối lượng mol nguyên tử (Nguyên tử gam) Khối lượng mol nguyên tử khối lượng mol nguyên tử (khối lượng 6,022.1023 nguyên tử) Trên nguyên tắc, khối lượng mol ngun tử tính đơn vị khối lượng nào, đvC, gam, kg, tấn, Tuy nhiên thực tế, khối lượng mol nguyên tử hiểu tính theo đơn vị gam Vì lý mà khối lượng mol ngun tử cịn gọi nguyên tử gam Về hình thức, khối lượng mol nguyên tử (hay nguyên tử gam) khối lượng tính đơn vị gam mà có số với số khối lượng nguyên tử nguyên tử Về ý nghĩa, khối lượng mol nguyên tử khối lượng tính đơn vị gam mol nguyên tử hay 6,022.1023 nguyên tử Do ngun tử 12C có khối lượng 12 đvC, cịn 12 gam khối lượng mol 12C, nên thay đvC gam hiểu nhân lên 6,022.10 23 lần Do khối lượng nguyên tử H đvC khối lượng mol H gam => khối lượng tính gam nguyên tử H 1/(6,022.1023) gam => đvC = 1/(6,022.1023) gam = 1,66.10-24gam Thí dụ: Nhơm (Al) có khối lượng ngun tử 27 đvC khối lượng mol nguyên tử Al 27 gam Nghĩa mol Al hay 6,022.1023 nguyên tử Al có khối lượng 27 gam Như khối lượng nguyên tử Al tính theo đơn vị gam 27/(6,022.10 23) gam = 4,48356.10-23 gam 12 Khối lượng mol phân tử (Phân tử gam) Khối lượng mol phân tử khối lượng mol phân tử (hay 6,022.10 23 phân tử) Tổng quát khối lượng mol phân tử tính đơn vị khối lượng được, thực tế người ta dùng đơn vị gam Như khối lượng mol phân tử khối lượng mol phân tử tính đơn vị gam (nên khối lượng mol phân tử gọi phân tử gam) Do đó, hình thức khối lượng mol phân tử khối lượng tính đơn vị gam lượng phân tử mà có số số khối lượng phân tử phân tử Về ý nghĩa, khối lượng tính gam mol phân tử hay 6,022.1023 phân tử (Từ đơn vị cacbon chuyển thành đơn vị gam tăng 6,022.10 23 lần, nên đvC đơn vị gam khối lượng mol phân tử) Thí dụ: H2O có khối lượng phân tử 18 đvC => khối lượng mol phân tử H 2O 18 gam Tức mol H2O (hay 6,022.1023 phân tử H2O) có khối lượng 18 gam => khối lượng tính gam phân tử H2O 18/(6,022.1023) gam = 2,989.10-23 gam Trong trình dạy học tơi hỏi phân tử nước có khối lượng đơn vị cacbon đa số bạn học sinh trả lời 18 đơn vị cacbon, tơi hỏi tiếp phân tử nước có khối lượng gam có nhiều bạn học sinh trả lời 18 gam Trả lời sai 6,022.1023 lần (sai tỉ tỉ tỉ lần) Để tưởng tượng số Avogadro (6,022.1023) lớn làm thí nghiệm tưởng tượng sau Đem cân để lấy 18 gam nước, khối lượng mol nước hay 6,022.1023 phân tử nước (H2O) Lấy số phân tử H2O có 18 gam nước đem rải khắp bề mặt trái đất (có diện tích khoảng năm trăm mười triệu số vng, 510 000 000 km2 = 5,1.1018 cm2) bình qn cm2 bề mặt trái đất có chứa trăm ngàn phân tử H2O (6,022.1023 phân tử/5,1.1018 cm2 = 1,18.105 phân tử/cm2) 13 Khối lượng mol ion (Ion gam) Khối lượng mol ion khối lượng mol ion hay 6,022.10 23 ion Tương tự khối lượng mol nguyên tử, khối lượng mol phân tử, khối lượng mol ion tính đơn vị gam Như khối lượng mol ion (hay ion gam) khối lượng tính đơn vị gam mol ion (hay 6,022.1023 ion) Về hình thức, khối lượng mol ion khối lượng tính gam lượng ion mà có số số khối lượng ion ion Đây khối lượng tính gam mol ion hay 6,022.1023 ion Thí dụ: SO42- có khối lượng ion 96 đvC => khối lượng mol ion SO 42- 96 gam Nghĩa mol ion SO42- (hay 6,022.1023 ion SO42-) có khối lượng 96 gam => ion SO42có khối lượng tính gam 96/(6,022.1023) gam = 1,594.10-22 gam 14 Từ khối lượng tính số mol Sau biết khối lượng mol nguyên tử, khối lượng mol phân tử, khối lượng mol ion (nghĩa biết mol nguyên tử, mol phân tử, mol ion có khối lượng gam), từ khối lượng tính gam lượng nguyên tử, phân tử hay ion đó, tính dễ dàng khối lượng có mol nguyên tử (phân tử ion) Chúng ta lấy khối lượng tính gam nguyên tử (phân tử ion) đem chia cho khối lượng mol nguyên tử (phân tử ion) biết số mol nguyên tử (phân tử ion) nA = mA/MA nA: số mol A mA: khối lượng A (tính đơn vị gam) MA: khối lượng mol A (nguyên tử gam phân tử gam ion gam, tùy theo A nguyên tử phân tử ion) Cách tính số mol kiểu giống cách làm toán chia lớp cấp 1: Một tập có giá 000 đồng, với 15 000 đồng mua tập? 15 000 đ/(3 000 đ/cuốn) = Thí dụ: Tính: - Số mol Fe có 28 gam Fe - Số mol CO2 có 11 gam CO2 - Số mol NH4+ có 27 gam NH4+ (Cho biết: Fe = 56; C = 12; O = 16; N = 14) Khi đầu cho Fe = 56 hiểu ngun tử Fe có khối lượng nhiều gấp 56 lần so với 1/12 khối lượng nguyên tử 12C nên không cần đơn vị (bao nhiêu lần nên không cần ghi) Nếu để đơn vị ghi 56 đvC/nguyên tử (1 nguyên tử Fe có khối lượng 56 đvC) hay 56 gam/mol (1 mol Fe có khối lượng 56 gam) Chúng ta nên hiểu theo cách 56 gam/mol để cụ thể hóa dễ tính tốn tìm số mol Tương tự, C = 12 => mol C có khối lượng 12 gam; O = 16 => mol O có khối lượng 16 gam; N = 14 => mol N có khối lượng 14 gam nFe = 28g/(56g/mol) = 0,5 mol Fe nCO2 = 11g/(44g/mol) = 0,25 mol CO2 nNH3 = 27g/(18g/mol) = 1,5 mol NH3 15 Định luật Avogadro (chỉ áp dụng cho chất khí hay hơi) Trong điều kiện nhiệt độ áp suất thể tích khí hay chứa số phân tử khí hay (hay số mol nhau) Thí dụ: Ở 27,3ºC; 1atm 2,464 lít khí H2 có chứa 6,022.1022 phân tử H2 hay 0,1 mol H2 Ở 27,3ºC; 1atm 2,464 lít khí CH4 có chứa 6,022.1022 phân tử CH4 hay 0,1 mol CH4 Ở 27,3ºC; 1atm 2,464 lít nước (H 2O) có chứa 6,022.1022 phân tử H2O hay 0,1 mol H2O Ở 27,3ºC; 1atm 2,464 lít khí heli (He) có chứa 6,022.10 22 phân tử He hay 0,1 mol He Chắc có bạn học sinh thắc mắc có phân tử khí hay kích thước lớn nhỏ khác nhau, mà thể tích lại chứa số phân tử, khó hiểu Đáng lẽ phân tử có kích thước lớn số phân tử phải hơn, cịn phân tử có kích thước nhỏ phải có số phân tử nhiều (trong thể tích bình chứa nhau) Điều thắc mắc với chất lỏng hay chất rắn, dạng lỏng hay rắn phân tử tiếp xúc nhau, nên phân tử kích thước lớn chiếm thể tích lớn, cịn phân tử kích thước nhỏ chiếm thể tích nhỏ, nên hai thể tích bình chứa nhau, bình chứa phân tử kích thước nhỏ chứa số phân tử nhiều so với số phân tử có kích thước lớn Tuy nhiên dạng khí các phân tử cách xa nhau, khoảng cách hai phân tử lớn so với kích thước phân tử Trong điều kiện nhiệt độ áp suất, coi khoảng cách trung bình phân tử khí nhau, khơng phụ thuộc vào kích thuớc lớn hay nhỏ phân tử, nên điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích khí chứa số phân tử Giống để tiếp xúc khoảng cách hai trái banh tennis nhỏ, cịn khoảng cách hai trái banh dùng bóng đá lớn Nhưng đặt hai banh tennis trái đặt góc sân xa nhau, tương tự đặt hai trái banh bóng đá, trái đặt góc sân xa (cùng sân), coi khoảng cách hai trái banh tennis khoảng cách hai trái banh bóng đá Trong cách nói tiếng Việt nói “khí” hiểu bình thường (điều kiện thường, 25ºC, atm) chất diện dạng khí, cịn nói “hơi” hiểu bình thường chất khơng dạng khí mà dạng lỏng hay rắn Thí dụ người ta nói khí hydrogen, khí cacbonic (khơng nói hydrogen, cacbonic, điều kiện thường, hydrogen, cacbonic diện dạng khí) người ta nói nước, thủy ngân (khơng nói khí nước, khí thủy ngân, bình thường nước thủy ngân diện chủ yếu dạng lỏng) Tuy nhiên nói hơi, hiểu lấy dạng khí Hệ định luật Avogadro Trong điều kiện nhiệt độ áp suất, mol khí hay củng chiếm thể tích Đặc biệt điều kiện tiêu chuẩn (0ºC, 1atm) mol khí, hay hỗn hợp khí chiếm thể tích nhau, 22,4 lít hay 22 400 mL hay 22 400 cm3 Thí dụ: Ở 27,3ºC; 1atm, mol khí CH4 chiếm thể tích 24,64 lít Ở 27,3ºC; 1atm, mol khí H2 chiếm thể tích 24,64 lít Ở 27,3ºC; 1atm, mol nước (H2O) chiếm thể tích 24,64 lít Ở điều kiện tiêu chuẩn (0ºC, 1atm), mol khí CH 4, mol khí H2, mol nước chiếm thể tích nhau, 22, lít 16 Tính số mol chất khí khí hay biết thể tích điều kiện tiêu chuẩn Cách tính số mol số (14) áp dụng cho chất (nguyên tử, phân tử, ion, dạng rắn, dạng lỏng hay dạng khí) cách lấy khối lượng chất chia cho khối lượng mol chất số mol chất Ngồi ra, với chất khí hay biết thể tích khí hay điều kiện tiêu chuẩn (đktc), để tính số mol lượng thể tích đo đktc lấy thể tích khí đem chia cho thể tích mol khí (ở đktc) Nếu thể tích tính đơn vị lít lấy thể tích đem chia cho 22,4 líl/mol, cịn thể tích khí tính mL (hay cm3) lấy thể tích khí đem chia cho 22400 mL/mol (hay 22400 cm3/mol) nA = VA(L)/22,4(L/mol) nA = VA(mL)/22400(mL/mol) nA: số mol khí (hay hơi) A VA(L): thể tích khí A đktc tính đơn vị lít 22,4(L/mol): thể tích mol khí đktc, tính đơn vị lít VA(mL): thể tích khí A đktc, tính đơn vị mL hay cm3 22400 (mL/mol): thể tích mol khí đktc tính đơn vị mL hay cm3 Thí dụ: Tính: - Số mol H2 có 44,8 lít H2 (đo đktc) - Số mol H2O có 112 mL nước (đktc) - Số phân tử NH3 có 560 cm3 NH3 (đktc) - Số gam C có 11,2 lít CO2 (đktc) (Cho biết C = 12) nH2 = 44,8L/(22,4L/mol) = mol H2 nH2O = 112mL/(22400mL/mol) = 0,005 mol H2O nNH3 = 560cm3/(22400cm3/mol) = 0,025 mol NH3 => có 0,025 mol.(6,022.1023 phân tử/mol) = 1,5055.1022 phân tử NH3 nCO2 = 11,2L/(22,4L/mol) = 0,5 mol CO2 => có 0,5 mol C (do mol CO2 có chứa mol C) => 0,5mol.(12g/mol) = gam C Chú ý: L = dm3 = 000 cm3 = 000 mL => mL = cm3 m3 = 000 dm3 = 000 L 17 Phương trình trạng thái khí lý tưởng Khí lý tưởng khí khơng tích riêng (nghĩa dùng áp suất đủ lớn nén thể tích khí lý tưởng trị số khơng (0), khí thật khơng thể thể tích được, nén thể tích khí thật áp suất thật cao khí thật hóa lỏng hóa rắn, có phân tử sát bên khơng tích 0) Khí lý tưởng khơng có lực hút liên phân tử (lực Van der Waals), phân tử khí lý tưởng khơng có lực hút lẫn nhau, phân tử khí thật ln ln diện lực hút phân tử với Do khí lý tưởng khơng có thật, nhiên để đơn giản hóa phép tính, khơng sai số nhiều, người coi khí khí lý tưởng (ở áp suất khơng cao q, nhiệt độ không thấp quá) Ở phổ thông, coi tất khí khí lý tưởng, nên áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho khí để tính số mol khí hay biết thể tích khí hay đo điều kiện không tiêu chuẩn (nhiệt độ khác 0ºC hay áp suất khác 1atm) pV = nRT p: áp suất khí, ngun tắc tính đơn vị áp suất được, như: atm, mmHg (torr), cmHg, N/m2 (Pa, Pascal), dyn/cm2 (bari, barye), bar (1 bar = 106bari ≈1atm) V: thể tích khí, ngun tắc tính đơn vị thể tích được, L (dm3), mL (cm3), m3, n: số mol khí (khí lý tưởng) R: số khí lý tưởng, R có nhiều trị số tùy theo đơn vị áp suất p thể tích V Tuy nhiên để giúp tính nhanh số mol chất khí dễ nhớ ta nên thuộc lịng trị số R = 22,4/273 (lít.atm.mol-1.K-1) ≈ 0,08205 lít.atm.mol-1.K-1 Khi dùng trị số R = 22,4/273 bắt buộc đơn vị áp suất p phải atm, đơn vị thể tích V phải lít Cịn nhiệt độ T ln nhiệt độ tuyệt đối K (Kenvil) T: nhiệt độ khí, bắt buộc phải dùng nhiệt độ K Trong hầu hết tốn hóa học, người ta cho nhiệt độ bách phân ºC (Celsius) Công thức đổi từ độ C sang độ K là: T(K) = t(ºC) + 273 Sự liên hệ đơn vị áp suất thể tích thường gặp để đổi đơn vị cho đúng: atm = 760 mmHg = 76 cmHg => mmHg = 1/760 atm; cmHg = 1/76 atm L = 000 mL = 000 cm3 => mL = cm3 = 0,001 L Để tìm trị số R ta coi có mol khí lý tưởng đktc (0ºC; 1atm): Từ pV = nRT => R = pV/(nT) = [1atm.22,4L]/[1mol.(0 + 273)K] = 22,4/273 L.atm.mol -1.K1 Khi thay trị số p, V (V mol khí) đktc theo đơn vị áp suất, thể tích khác nhau, ta tính R có trị số khác nhau, tùy theo đơn vị áp suất thể tích dùng Thí dụ: Tính: - Số mol CO2 có 492,8 mL CO2 đo 27,3ºC; atm - Số mol H2O có 168 cm3 nước đo 136,5ºC; 836 mmHg - Số phân tử CH4 có 0,5376 m3 metan (54,6ºC; 68,4 cmHg) nCO2 = pV/RT = [1atm.0,4928L]/[(22,4/273)(L.atm.mol-1.K-1).(27,3 + 273)K] = 0,02 mol nH2O = pV/RT = [1atm.0,168L]/[(22,4/273)(L.atm.mol-1.K-1).(136,5 + 273)K] = 0,005 mol nCH4 = pV/RT = [(68,4/76)atm.537,6L]/[(22,4/273)(L.atm.mol-1.K-1).(54,6 + 273)K] = 18 mol => 18 mol.(6,022.1023 phân tử/mol) ≈ 1,084.1025 phân tử CH4 Tôi để đơn vị để thấy phải dùng đơn vị thích hợp, tính tốn nhanh ta hiểu ngầm, khơng viết đơn vị phép toán, kết sau phải để đơn vị (vì số khơng có đơn vị khơng có ý nghĩa) Do viết đưa lên mạng nên phép chia thường viết theo hàng ngang Khi làm hay soạn lại nên viết số bị chia đặt số chia đặt bên có gạch (dạng phân số) để dễ theo dõi Như tốn hóa học cho biết luợng thể tích khí đo điều kiện khơng tiêu chuẩn, ta áp dụng công thức pV = nRT để tính số mol khí có lượng thể tích trình bày (từ ba V, T, p ta tính số mol khí n) Cách áp dụng hầu hết trường hợp để tính số mol khí có biết thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ, áp suất (kể đktc) Tuy nhiên, không muốn dùng trị số R hay không nhớ cách đổi đơn vị áp suất, thể tích, ta áp dụng công thức: p2V2/T2 = p1V1/T1 hay pV/T = p0V0/T0 p2, p1: áp suất khí ứng với sau trước, dùng đơn vị áp suất được, phải đo đơn vị áp suất V2, V1: thể tích khí ứng với sau trước, dùng đơn vị thể tích được, phải đo đơn vị thể tích T2, T1: nhiệt độ khí ứng với sau trước, bắt buộc phải dùng nhiệt độ tuyệt đối K (không dùng nhiệt độ C, phải đổi nhiệt độ C nhiệt độ K cách dùng công thức: T = t + 273) p0 = atm = 76 cmHg = 760 mmHg: áp suất đktc T0 = 273K: nhiệt độ đktc V0: thể tích khí đktc (V0 = 22,4 L = 22 400 mL có mol khí V0 = n.22,4L = n.22 400 mL có n mol khí) p, V, T: áp suất, thể tích, nhiệt độ khí điều kiện (không tiêu chuẩn) Các công thức áp dụng trường hợp số mol khí n khơng đổi, n mol khí tích nhiệt độ, áp suất khác mà Công thức p2V2/T2 = p1V1/T1 dùng để tính thể tích khí V p2, T2 biết thể tích khí V1 p1, T1 Cịn cơng thức pV/T = p0V0/T0 dùng để tính thể tích khí đo đktc p 0, T0, biết thể tích khí V ở điều kiện không tiêu chuẩn p, T Từ V tính được, ta đổi số mol khí cách dùng công thức: n = V0(L)/22,4(L/mol) hay n = V0(mL)/22400(mL/mol) Các công thức suy từ công thức pV = nRT: p2V2 = nRT2 => nR = p2V2/T2 (*) p1V1 = nRT1 => nR = p1V1/T1 (**) So sánh (*), (**) => p2V2/T2 = p1V1/T1 Thí dụ: Có lượng khí metan 30ºC, 760 mmHg tích m Ở nhiệt độ 90,6ºC, áp suất 570 mmHg thể tích lượng khí metan bao nhiêu? p2V2/T2 = p1V1/T1 => V2 = (p1V1/T1)(T2/p2) V2 = [(760mmHg.3m3)/(30 + 273)K ][(90,6 + 273)K/570mmHg] = 4,8 L Tính số mol H2 có 32 lít đo 27ºC, 912 mmHg: p0V0/T0 = pV/T => V0 = (pV/T)(T0 /p0) V0 = [(912mmHg.32L)/(27 + 273)K ][(0 + 273)K/760mmHg] =34,944 L => Số mol H2 = 34,944L/22,4(L/mol) = 1,56 mol H2 18 Tỉ khối chất A so với chất B Tỉ khối so sánh khối lượng, nghĩa muốn biết chất nặng hơn, chất nhẹ nặng hay nhẹ lần Tỉ khối chất A so với chất B nghĩa muốn biết dạng (hay khí) A nặng hay nhẹ (khí) B lần Mà muốn so sánh khối lượng A B phải lấy hai khối lượng A B thể tích Sau lấy khối lượng A đem chia cho khối lượng B (hai khối lượng thể tích, thể tích A thể tích B), kết phép chia > 1, tức A nặng B, kết phép chia < 1, A nhẹ B, cịn tỉ số khối lượng 1, tức A, B nặng nhẹ Theo hệ định luật Avogadro, điều kiện nhiệt độ áp suất mol khí hay chiếm thể tích (nếu điều kiện tiêu chuẩn mol khí chiếm thể tích 22,4 lít) Mà mol A có khối lượng MA gam, cịn mol B có khối lượng M B gam Do tỉ khối A so với B, ký hiệu dA/Bđược tính sau: dA/B = MA/MB MA, MB khối lượng (gam) mol A, mol B, khối lượng thể tích (bằng 22,4 lít, đktc) dA/B > => (khí) A nặng (khí) B dA/B < => A nhẹ B dA/B = => A B nặng Thí dụ: dCH4/H2 = MCH4/MH2 = 16/2 = Như vậy, tỉ khối khí metan so với khí hydrogen Nghĩa khí metan nặng khí hydrogen lần Hai thể tích khí metan khí hydrogen, khí hydrogen chiếm phần khối lượng khí metan chiếm phần khối lượng Trung bình mol khơng khí có khối lượng 29 gam, nên tỉ khối chất A so với khơng khí tính nhu sau: dA/KK = MA/MKK = MA/29 Thí dụ: Tỉ khối khí axetien (C2H2) so với khơng khí dC2H2/KK = MC2H2/MKK = 26/29 = 0,896 => axetilen nhẹ không khí 0,896 lần Axetilen nhẹ khơng khí (nên bơm làm bong bóng bay) Hai thể tích khơng khí axetilen, khơng khí chiếm phần khối lượng axetilen chiếm 0,896 phần khối lượng Với chất khí hay hơi, nói tỉ khối hiểu so sánh với khơng khí, nên ta áp dụng cơng thức dA(khí) = dA/KK = MA/29 dhơi X = dX/KK = MX/29 Thí dụ: dH2 = dH2/KK = MH2/MKK = 2/29 dhơi nước = dH2O/KK = MH2O/MKK = 18/29 = 0,62 Hơi nước nhẹ khơng khí Hai thể tích khơng khí nước, khơng khí chiếm phần khối lượng nước chiếm 0,62 phần khối lượng Khi nói tỉ khối A so với B A, B khơng phải dạng khí điều kiện thường (25ºC, 1atm) mà dạng lỏng hay dạng rắn, nhiên ta lấy dạng (khí) để so sánh khối lượng với Thí dụ: dH2O /He = MH2O /MHe = 18 /4 = 4,5 => nước nặng khí heli 4,5 lần dHg/CH4 = MHg/MCH4 = 200,6/16 = 12,5375 => thủy nặng khí metan 12,5375 lần (nước thủy ngân diện dạng lỏng điều kiện thường, cách tính tỉ khối thí dụ trên, ta lấy nước, thủy ngân để so sánh với khí heli, khí metan, lấy nước lỏng hay thủy ngân lỏng) Khi đầu tốn hóa học cho biết tỉ khối A so với B (thường chất B biết M B rồi, H2, N2, He, CH4, không khí, ) nên từ kiện giúp ta tính khối lượng phân tử chất A dB/A = MA/MB => MA = dB/A.(MB) Thí dụ: A chất hữu có tỉ khối so với hydrogen 15 dA/H2 = MA/MH2 = MA/2 = 15 => MA = 15.2 = 30 (30 đvC, 30 u, 30 g/mol) Từ kiện tỉ khối hỗn hợp A so với B, giúp ta tính khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp A dhhA/B = MtbhhA/MB => MtbhhA = (dhhA/B).MB Thí dụ: Tỉ khối hỗn hợp A gồm hai hydrogencacbon đồng đẳng liên tiếp so với heli 6,45 (hỗn hợp A nặng khí heli 6,45 lần) Hãy cho biết cơng thức chất hỗn hợp A (C = 12; H = 1; He = 4) dhhA/He = MtbhhA/MHe = MtbhhA/4 = 6,45 => MtbhhA = 6,45.4 = 25,8 MtbhhA: khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp A mol hỗn hợp A có khối lượng phân tử trung bình 25,8 đvC (hay mol hỗn hợp A có khối lượng 25,8 gam) Mà ba hydrogencacbon có khối lượng phân tử nhỏ biết là: CH (M = 16); C2H2 (M = 26); C2H4 (M = 28) Hỗn hợp hydrogencacbon A có khối lượng phân tử trung bình 25,6 hỗn hợp A phải có chất có M < M tbhhA= 25,8 Do hỗn hợp A phải có CH để có M = 16 < MtbhhA= 25,8 Và chất đồng đẳng phải etan (C2H6, M = 30 > MtbhhA) Tính chất đại lượng trung bình nằm trung gian đại lượng chất có hỗn hợp, nghĩa đại lượng trung bình lớn đại lượng nhỏ nhỏ đại lượng lớn chất có hỗn hợp Để dễ hiểu, ta coi số tiền trung bình hai người, người có 10 000 đồng, người có 20 000 đồng Tổng số tiền hai người 10 000 đ + 20 000 đ = 30 000 đ Như số tiền trung bình hai người là: 30 000 đ/2 người = 15000 đ/người Ta thấy: 10 000 đ < 15 000 đ < 20 000 đ 19 Tỉ khối chất rắn, chất lỏng hay dung dịch (lỏng) Khi nói tỉ khối chất rắn, chất lỏng hay dung dịch (dung dịch lỏng) hiểu so sánh khối lượng chất rắn, chất lỏng hay dung dịch với nước (dạng lỏng) nhằm biết chất nặng hay nhẹ nước lần Muốn người ta lấy khối lượng vật khối lượng nước (khối lượng hai thể tích vật nước), đem so sánh, bên có khối lượng lớn nặng Tỉ khối hiểu nặng hay nhẹ lần nên khơng có đơn vị Cịn khối lượng riêng khối lượng vị thể tích, nên có đơn vị, g/mL, kg/L, g/cm 3, kg/dm3 Do nước dạng lỏng có khối lượng riêng 1g/mL (hay 1g/cm hay kg/L, 1kg/dm3, nghĩa mL nước có khối lượng gam hay lít nước có khối lượng kg), nên từ tỉ khối chất rắn, chất lỏng hay dung dịch (khơng có đơn vị) ta thêm vào đơn vị g/mL hay g/cm3 có trị số khối lượng riêng chất rắn, chất lỏng hay dung dịch Thí dụ: Kim loại đồng (Cu) có tỉ khối 8,93 hiểu hai thể tích đồng (rắn) nước (lỏng), nước chiếm phần khối lượng đồng chiếm 8,93 phần khối lượng, hay đồng nặng nước 8,93 lần Do mL nước có khối lượng gam nên mL đồng có khối lượng 8,93 gam Như đồng có khối lượng riêng 8,93 g/mL (hay 8,93 g/cm hay 8,93 kg/dm3) Thủy ngân (Hg, lỏng) có tỉ khối 13,55 hiểu thủy ngân nặng nước 13,55 lần Hai thể tích thủy ngân nước, nước chiếm phần khối lượng thủy ngân chiếm 13,55 phần khối lượng Do nước có khối lượng riêng g.mL nên thủy ngân có khối lượng riêng 13,55 g/mL Etanol (Rượu etylic, C2H5OH, lỏng) có tỉ khối 0,79 (