Nhung bai cung tac gia

Tính số mol của một chất khí khí hay hơi khi biết thể tích của nó ở điều kiện tiêu chuẩn Cách tính số mol ở số 14 áp dụng cho mọi chất nguyên tử, phân tử, ion, dạng rắn, dạng lỏng hay dạ[r]

Những bài cùng tác giả Môn hóa học bắt đầu giảng dạy lớp bậc phổ thông Tuy nhiên số học sinh lơ là các lớp bắt đầu học môn này nên và thấy môn hóa học mông lung khó hiểu, dẫn đến không thích môn học này Thực môn hóa học là môn học nhằm khảo sát biến hóa các chất, từ các chất này có thể phản ứng với để tạo các chất khác Tại nó xảy được, không có phản ứng xảy ra, và xảy thì sản phẩm là gì? Phần lý thuyết và thực nghiệm có nhiều điều thú vị ta biết các qui luật nó Hiện thi tốt nghiệp trung học phổ thông hay thi tuyển vào đại học khối A, khối B còn thi môn hóa học và cách thi trắc nghiệm Do đó các kiến thức học sinh cần biết để vận dụng gặp các câu hỏi trắc nghiệm cụ thể Trong các môn học, có lẽ môn hóa học là phong phú cho các câu hỏi trắc nghiệm, từ các kiến thức bản, sơ đẳng đến các kiến thức và các phép tính phức tạp Điều này cho thấy để làm đúng các câu trắc nghiệm thì các kiến thức hóa học, người học cần phải nắm vững Hơn nữa, học hóa học thì các 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 là loại nguyên tử (thứ nguyên tử) mà các nguyên tử cùng nguyên tố hóa học thì có cùng số thứ tự nguyên tử Z (bậc số nguyên tử, số hiệu, số điện tích hạt nhân) Theo thông tin nhất, thì biết có 117 nguyên tố học, tức biết có 117 loại nguyên tử Tuy nhiên các nguyên tố có Z > 92 là các nguyên tố hóa học nhân tạo, người bắn phá các nguyên tố có sẵn mà phát sinh nguyên tố Thí dụ: H2SO4 tạo nguyên tố hóa học, đó là các nguyên tố hydrogen (loại nguyên tử hydrogen), nguyên tố lưu huỳnh (loại nguyên tử lưu huỳnh) và nguyên tố oxi (loại nguyên tử oxi) Nguyên tử Nguyên tử là phần nhỏ nguyên tố hóa học mà còn giữ chất nguyên tố đó Thí dụ: Phân tử H2SO4 tạo nguyên tố hóa học (3 loại nguyên tử) và nguyên tử (2 nguyên tử H, nguyên tử S và nguyên tử O) Phân tử C12H22O11 gồm nguyên tố hóa học (nguyên tố cacbon, nguyên tố hydrogen và nguyên tố oxi) và 45 nguyên tử (12 nguyên tử cacbon, 22 nguyên tử hydrogen và 11 nguyên tử oxi) Như vậy, nguyên tố là loại nguyên tử, còn nguyên tử là phần nhỏ nguyên tố Phân tử Phân tử là phần nhỏ chất (chất nguyên chất) mà còn giữ tính chất (tính chất hóa học) chất đó Thí dụ: Phần nhỏ nước mà còn giữ tính chất nước là phân tử nước (H2O) Phần nhỏ đường mà còn giữ tính chất đường (đường saccarozơ, saccharose, sucrose) là phân tử đuờng (C 12H22O11) Phân tử có thể gồm nguyên tử tạo nên, như: He, Ne, Na, Cu, Fe (phân tử đơn nguyên tử) Phân tử có thể gồm nhiều nguyên tử tạo nên, như: CH 4, HCl, H2, O3, KMnO4 (phân tử đa nguyên tử) Ion Ion là tập hợp gồm nguyên tử hay số nguyên tử có mang điện tích Ion mang điện tích dương gọi là ion dương hay cation Ion mang điện tích âm gọi là ion âm hay anion Ion dương tạo nguyên tử hay số nguyên tử đã bớt điện tử Thí dụ: Na+; NH4+; Mg2+; Al3+; CH3NH3+; Fe2+; Fe3+ Ion âm tạo nguyên tử hay số nguyên tử đã nhận thêm điện tử vào Thí dụ: Cl-; OH-; SO42-; PO43-; CH3COO- Đơn chất Đơn chất là chất mà phân tử nó gồm nguyên tử hay các nguyên tử cùng nguyên tố hóa học (cùng loại nguyên tử) Thí dụ: Ne, Na, H2, O2, O3, P, P4, S, S8, Cu, Cl2, N2, C là các đơn chất Hợp chất Hợp chất là chất mà phân tử nó gồm các nguyên tử ít hai nguyên tố hóa học tạo nên (ít hai loại nguyên tử) Thí dụ: HCl, H2O, CH4, C2H6O, KMnO4, C6H12O6, C3H7NO2S là các hợp chất Khối lượng nguyên tử (Nguyên tử khối, Nguyên tử lượng) Khối lượng nguyên tử là khối lượng nguyên tử đó tính đơn vị khối lượng nguyên tử Đơn vị khối lượng nguyên tử là đơn vị cacbon (đvC, u, amu, atomic mass unit) 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 nguyên tử (hiểu là đơn vị khối lượng nguyên tử, hay đvC hay u), nghĩa là nguyên tử H có khối lượng 1/12 khối lượng nguyên tử 12C hay nguyên tử H có khối lượng đơn vị gam là 1/ (6,022.1023) gam = 1,66.10-24 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 là 16.1/(6,022.10 23) gam = 2,6569.1023 gam Khối lượng phân tử (Phân tử khối, Phân tử lượng) Khối lượng phân tử là khối lượng phân tử tính đơn vị cacbon Khối lượng phân tử tổng khối lượng các nguyên 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 là khối lượng ion tính đơn vị cacbon Do khối lượng các 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 các 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 là lượng chất đó mà đó có chứa số phần tử nhỏ chất đó, mà còn giữ chất chất đó, với số nguyên tử 12C có chứa 12 gam12C Số nguyên tử 12Ccó chứa 12 gam 12C là 6,022.1023 (số Avogadro) Như mol chất là tập hợp gồm 6,022.10 23 phần tử (đơn vị) nhỏ chất đó còn giữ chất chất đó 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 OH- Như khái niệm mol giống khái niệm chục hay tá sinh hoạt thường ngày Một chục trứng gà là gồm 10 trứng gà Một tá viết chì là gồm 12 cây viết chì Tương tự, có thể nói, mol trứng gà gồm 6,022.10 23 cái trứng gà Tổng quát mol chất nào đó (phân tử, nguyên tử, ion, ) gồm 6,022.10 23 đơn vị chất đó 11 Khối lượng mol nguyên tử (Nguyên tử gam) Khối lượng mol nguyên tử là khối lượng mol nguyên tử đó (khối lượng 6,022.1023 nguyên tử) Trên nguyên tắc, khối lượng mol nguyên tử có thể tính đơn vị khối lượng nào, đvC, gam, kg, tấn, Tuy nhiên thực tế, khối lượng mol nguyên tử hiểu là tính theo đơn vị gam Vì lý đó mà khối lượng mol nguyên tử còn gọi là nguyên tử gam Về hình thức, khối lượng mol nguyên tử (hay nguyên tử gam) là khối lượng tính đơn vị gam mà có số với số khối lượng nguyên tử nguyên tử đó Về ý nghĩa, khối lượng mol nguyên tử là khối lượng tính đơn vị gam mol nguyên tử hay 6,022.10 23 nguyên tử đó Do nguyên tử 12C có khối lượng 12 đvC, còn 12 gam là khối lượng mol 12C, nên thay đvC gam thì hiểu là đã nhân lên 6,022.10 23 lần Do đó khối lượng nguyên tử H là đvC còn khối lượng mol H là gam => khối lượng tính gam nguyên tử H 1/(6,022.10 23) gam => đvC = 1/(6,022.10 23) gam = 1,66.10-24 gam Thí dụ: Nhôm (Al) có khối lượng nguyên tử là 27 đvC thì khối lượng mol nguyên tử Al là 27 gam Nghĩa là 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 là 27/ (6,022.1023) gam = 4,48356.10-23 gam 12 Khối lượng mol phân tử (Phân tử gam) Khối lượng mol phân tử là khối lượng mol phân tử (hay 6,022.10 23 phân tử) Tổng quát khối lượng mol phân tử có thể tính đơn vị khối lượng nào được, thực tế người ta dùng đơn vị gam Như khối lượng mol phân tử là khối lượng mol phân tử tính đơn vị gam (nên khối lượng mol phân tử còn gọi là phân tử gam) Do đó, hình thức khối lượng mol phân tử là khối lượng tính đơn vị gam lượng phân tử mà có số số khối lượng phân tử phân tử đó Về ý nghĩa, đây là khối lượng tính gam mol phân tử hay 6,022.1023 phân tử (Từ đơn vị cacbon chuyển thành đơn vị gam thì đã tăng 6,022.1023 lần, nên đvC đơn vị gam thì đó là khối lượng mol phân tử) Thí dụ: H2O có khối lượng phân tử là 18 đvC => khối lượng mol phân tử H 2O là 18 gam Tức mol H2O (hay 6,022.1023 phân tử H2O) có khối lượng là 18 gam => khối lượng tính gam phân tử H 2O là 18/(6,022.1023) gam = 2,989.10-23 gam Trong quá trình dạy học tôi hỏi phân tử nước có khối lượng bao nhiêu đơn vị cacbon thì đa số các bạn học sinh trả lời đúng là 18 đơn vị cacbon, còn tôi hỏi tiếp phân tử nước có khối lượng bao nhiêu gam thì có nhiều bạn học sinh trả lời là 18 gam Trả lời là đã sai 6,022.1023 lần (sai tỉ tỉ tỉ lần) Để tưởng tượng số Avogadro (6,022.10 23) lớn nào thì chúng ta làm thí nghiệm tưởng tượng sau Đem cân để lấy 18 gam nước, đây là khối lượng mol nước hay 6,022.10 23 phân tử nước (H2O) Lấy số phân tử H 2O có 18 gam nước này đem rải khắp bề mặt trái đất (có diện tích khoảng năm trăm mười triệu cây số vuông, 510 000 000 km = 5,1.1018 cm2) thì bình quân cm2 bề mặt trái đất có chứa trăm ngàn phân tử H 2O (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 là 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) là khối lượng tính đơn vị gam mol ion (hay 6,022.10 23 ion) Về hình thức, khối lượng mol ion khối lượng tính gam lượng ion mà có số số khối lượng ion ion đó Đây chính là khối lượng tính gam mol ion hay 6,022.1023 ion Thí dụ: SO42- có khối lượng ion là 96 đvC => khối lượng mol ion SO 42- là 96 gam Nghĩa là mol ion SO42- (hay 6,022.1023 ion SO42-) có khối lượng là 96 gam => ion SO42- có khối lượng tính gam là 96/(6,022.10 23) gam = 1,594.1022 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 là biết mol nguyên tử, mol phân tử, mol ion có khối lượng bao nhiêu gam), thì từ khối lượng tính gam lượng nguyên tử, phân tử hay ion nào đó, chúng ta tính dễ dàng khối lượng đó có bao nhiêu 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) thì 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 là nguyên tử phân tử ion) Cách tính số mol kiểu này giống cách làm bài toán chia lớp cấp 1: Một tập có giá 000 đồng, với 15 000 đồng thì mua bao nhiêu 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 bài cho Fe = 56 thì hiểu là nguyên 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 thì ghi là 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 và dễ tính toán tìm số mol Tương tự, C = 12 => mol C có khối lượng là 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 cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất thì các thể tích khí hay chứa số phân tử khí hay (hay số mol nhau) Thí dụ: mol H2 Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít khí H2 có chứa 6,022.1022 phân tử H2 hay 0,1 Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít khí CH có chứa 6,022.1022 phân tử CH4 hay 0,1 mol CH4 Ở 27,3ºC; 1atm thì 2,464 lít nước (H 2O) có chứa 6,022.1022 phân tử H2O hay 0,1 mol H2O Ở 27,3ºC; 1atm thì 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 cùng thể tích lại chứa cùng số phân tử, khó hiểu Đáng lẽ phân tử có kích thước lớn thì số phân tử phải ít hơn, còn phân tử có kích thước nhỏ thì phải có số phân tử nhiều (trong cùng thể tích bình chứa nhau) Điều thắc mắc này đúng với chất lỏng hay chất rắn, vì dạng lỏng hay rắn thì các phân tử tiếp xúc nhau, nên phân tử kích thước lớn thì chiếm thể tích lớn, còn phân tử kích thước nhỏ thì 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 thì các các phân tử cách xa nhau, khoảng cách hai phân tử lớn so với kích thước phân tử Trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, coi khoảng cách trung bình các phân tử khí nhau, không phụ thuộc vào kích thuớc lớn hay nhỏ phân tử, nên cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, các thể tích khí chứa số phân tử Giống để tiếp xúc thì khoảng cách hai trái banh tennis nhỏ, còn khoảng cách hai trái banh dùng bóng đá lớn Nhưng đặt hai quá banh tennis trái đặt góc sân xa nhau, tương tự đặt hai trái banh bóng đá, trái đặt góc sân xa (cùng sân), thì coi khoảng cách hai trái banh tennis và khoảng cách hai trái banh bóng đá là Trong cách nói tiếng Việt thì nói “khí” hiểu là bình thường (điều kiện thường, 25ºC, atm) chất này diện dạng khí, còn nói “hơi” thì hiểu là bình thường chất này có thể không dạng khí mà dạng lỏng hay rắn Thí dụ người ta nói khí hydrogen, khí cacbonic (không nói hydrogen, cacbonic, vì điều kiện thường, hydrogen, cacbonic diện dạng khí) người ta nói nước, thủy ngân (không nói khí nước, khí thủy ngân, vì bình thường nước thủy ngân diện chủ yếu dạng lỏng) Tuy nhiên nói hơi, hiểu là lấy dạng khí nó Hệ định luật Avogadro Trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, mol khí hay nào củng chiếm thể tích Đặc biệt điều kiện tiêu chuẩn (0ºC, 1atm) mol khí, hay hỗn hợp khí nào chiếm thể tích nhau, 22,4 lít hay 22 400 mL hay 22 400 cm3 Thí dụ: Ở 27,3ºC; 1atm, thì mol khí CH4 chiếm thể tích 24,64 lít Ở 27,3ºC; 1atm, thì mol khí H2 chiếm thể tích 24,64 lít Ở 27,3ºC; 1atm, thì 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 nó 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 đó chia cho khối lượng mol chất đó số mol chất đó Ngoài ra, với chất khí hay biết thể tích khí hay này điều kiện tiêu chuẩn (đktc), để tính số mol lượng thể tích đo đktc thì chúng ta lấy thể tích khí đem chia cho thể tích mol khí (ở đktc) Nếu thể tích tính đơn vị lít thì lấy thể tích này đem chia cho 22,4 líl/mol, còn thể tích khí tính mL (hay cm 3) thì 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 cm 22400 (mL/mol): thể tích mol khí đktc tính đơn vị mL hay cm 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 gam C => có 0,5 mol C (do mol CO có chứa mol C) => 0,5mol.(12g/mol) = 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 là khí không có thể tích riêng (nghĩa là dùng áp suất đủ lớn thì có thể nén thể tích khí lý tưởng trị số không (0), khí thật không thể thể tích được, nén thể tích khí thật áp suất thật cao thì các khí thật hóa lỏng hóa rắn, có các phân tử sát bên không có thể tích 0) Khí lý tưởng không có lực hút liên phân tử (lực Van der Waals), các phân tử khí lý tưởng không có lực hút lẫn nhau, các phân tử khí thật luôn luôn diện lực hút các phân tử với Do đó khí lý tưởng không có thật, nhiên để đơn giản hóa phép tính, không sai số nhiều, thì người coi khí là khí lý tưởng (ở áp suất không cao quá, nhiệt độ không thấp quá) Ở phổ thông, coi tất các khí là khí lý tưởng, nên chúng ta có thể 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, trên nguyên tắc có thể tính đơn vị áp suất nào được, như: atm, mmHg (torr), cmHg, N/m (Pa, Pascal), dyn/cm2 (bari, barye), bar (1 bar = 106 bari ≈1atm) V: thể tích khí, trên nguyên tắc có thể tính đơn vị thể tích nào 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 và thể tích V Tuy nhiên để giúp tính nhanh số mol chất khí và dễ nhớ thì ta nên thuộc lòng trị số R = 22,4/273 (lít.atm.mol-1.K-1) ≈ 0,08205 lít.atm.mol-1.K-1 Khi đã dùng trị số R = 22,4/273 thì bắt buộc đơn vị áp suất p phải là atm, đơn vị thể tích V phải là lít Còn nhiệt độ T thì luôn luôn là nhiệt độ tuyệt đối K (Kenvil) T: nhiệt độ khí, bắt buộc phải dùng nhiệt độ K Trong hầu hết bài toán 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 các đơn vị áp suất và thể tích thường gặp để đổi đơn vị cho đúng: atm = 760 mmHg = 76 cmHg => mmHg = 1/760 atm; L = 000 mL = 000 cm3 => mL = cm3 = 0,001 L cmHg = 1/76 atm 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.K-1 Khi thay trị số p, V (V mol khí) đktc theo các đơn vị áp suất, thể tích khác nhau, ta tính R có các trị số khác nhau, tùy theo đơn vị áp suất và thể tích đã 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) mol mol nCO2 = pV/RT = [1atm.0,4928L]/[(22,4/273)(L.atm.mol-1.K-1).(27,3 + 273)K] = 0,02 nH2O = pV/RT = [1atm.0,168L]/[(22,4/273)(L.atm.mol -1.K-1).(136,5 + 273)K] = 0,005 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 toán nhanh thì ta hiểu ngầm, không viết đơn vị phép toán, kết sau cùng phải để đơn vị (vì số không có đơn vị thì không có ý nghĩa) Do bài viết đưa lên mạng nên các phép chia thường viết theo hàng ngang Khi làm bài hay soạn lại thì nên viết số bị chia đặt trên còn số chia đặt bên và có gạch (dạng phân số) để dễ theo dõi Như bài toán hóa học cho biết luợng thể tích khí đo điều kiện không tiêu chuẩn, ta áp dụng công thức pV = nRT để tính số mol khí có lượng thể tích này đã trình bày trên (từ ba V, T, p ta tính số mol khí n) Cách này có thể áp dụng hầu hết các trường hợp để tính số mol khí có biết thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ, áp suất nào (kể đktc) Tuy nhiên, không muốn dùng trị số R hay không nhớ cách đổi đơn vị áp suất, thể tích, thì ta có thể áp dụng công thức: p2V2/T2 = p1V1/T1 hay pV/T = p0V0/T0 p2, p1: áp suất khí ứng với sau và trước, dùng đơn vị áp suất nào được, phải đo cùng đơn vị áp suất V2, V1: thể tích khí ứng với sau và trước, dùng đơn vị thể tích nào được, phải cùng đo cùng đơn vị thể tích T2, T1: nhiệt độ khí ứng với sau và trước, bắt buộc phải dùng nhiệt độ tuyệt đối K (không dùng nhiệt độ C, đó 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 không đổi, n mol khí này có thể tích các nhiệt độ, áp suất khác mà thôi Công thức p2V2/T2 = p1V1/T1 dùng để tính thể tích khí V2 p2, T2 biết thể tích khí đó V1 p1, T1 Còn công 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 trên 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 có thể tích m Ở nhiệt độ 90,6ºC, áp suất 570 mmHg thì thể tích lượng khí metan trên 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 là so sánh khối lượng, nghĩa là muốn biết chất nào nặng hơn, chất nào nhẹ và nặng hay nhẹ bao nhiêu lần Tỉ khối chất A so với chất B nghĩa là muốn biết dạng (hay khí) thì A nặng hay nhẹ (khí) B bao nhiêu lần Mà muốn so sánh khối lượng A và B thì phải là lấy hai khối lượng A và B cùng thể tích Sau đó lấy khối lượng A đem chia cho khối lượng B (hai khối lượng cùng thể tích, thể tích A thể tích B), kết phép chia > 1, tức là A nặng B, còn kết phép chia < 1, thì A nhẹ B, còn tỉ số khối lượng này 1, tức là A, B nặng nhẹ Theo hệ định luật Avogadro, cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất thì mol khí hay nào chiếm thể tích (nếu là điều kiện tiêu chuẩn thì mol khí chiếm thể tích là 22,4 lít) Mà mol A có khối lượng là MA gam, còn mol B có khối lượng là M B gam Do đó tỉ khối A so với B, ký hiệu dA/B tính sau: dA/B = MA/MB MA, MB là khối lượng (gam) mol A, mol B, khối lượng cùng thể tích (bằng 22,4 lít, là đktc) dA/B > => (khí) A nặng (khí) B dA/B < => A nhẹ B dA/B = => A và B nặng Thí dụ: dCH4/H2 = MCH4/MH2 = 16/2 = Như vậy, tỉ khối khí metan so với khí hydrogen Nghĩa là khí metan nặng khí hydrogen lần Hai thể tích khí metan và khí hydrogen, khí hydrogen chiếm phần khối lượng thì khí metan chiếm phần khối lượng Trung bình mol không khí có khối lượng 29 gam, nên tỉ khối chất A so với không khí tính nhu sau: dA/KK = MA/MKK = MA/29 Thí dụ: Tỉ khối khí axetien (C2H2) so với không khí dC2H2/KK = MC2H2/MKK = 26/29 = 0,896 => axetilen nhẹ không khí 0,896 lần Axetilen nhẹ không khí (nên bơm làm bong bóng bay) Hai thể tích không khí và axetilen, không khí chiếm phần khối lượng thì axetilen chiếm 0,896 phần khối lượng Với chất khí hay hơi, nói tỉ khối nó hiểu là so sánh với không khí, nên ta áp dụng công thức dA(khí) = dA/KK = MA/29 Thí dụ: 0,62 dH2 = dH2/KK = MH2/MKK = 2/29 dhơi X = dX/KK = MX/29 dhơi nước = dH2O/KK = MH2O/MKK = 18/29 = Hơi nước nhẹ không khí Hai thể tích không khí và nước, không khí chiếm phần khối lượng thì nước chiếm 0,62 phần khối lượng Khi nói tỉ khối A so với B thì A, B có thể không phải là dạng khí điều kiện thường (25ºC, 1atm) mà có thể là dạng lỏng hay dạng rắn, nhiên ta lấy dạng (khí) nó 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 12,5375 lần => thủy nặng khí metan (nước và 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, không phải lấy nước lỏng hay thủy ngân lỏng) Khi đầu bài toán hóa học cho biết tỉ khối A so với B (thường chất B đã biết M B rồi, H2, N2, He, CH4, không khí, ) nên từ kiện này giúp ta tính khối lượng phân tử chất A dB/A = MA/MB => MA = dB/A.(MB) Thí dụ: A là 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 công 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 ít chất có M < MtbhhA= 25,8 Do đó hỗn hợp A phải có CH để có M = 16 < MtbhhA= 25,8 Và chất đồng đẳng phải là etan (C2H6, M = 30 > MtbhhA) Tính chất đại lượng trung bình là nằm trung gian các đại lượng các chất có hỗn hợp, nghĩa là đại lượng trung bình lớn đại lượng nhỏ và nhỏ đại lượng lớn các 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 là 10 000 đ + 20 000 đ = 30 000 đ Như số tiền trung bình hai người này 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) thì hiểu là so sánh khối lượng chất rắn, chất lỏng hay dung dịch đó với nước (dạng lỏng) nhằm biết chất đó nặng hay nhẹ nước bao nhiêu lần Muốn người ta lấy khối lượng vật và khối lượng nước (khối lượng hai thể tích vật và nước), đem so sánh, bên nào có khối lượng lớn thì nặng Tỉ khối hiểu là nặng hay nhẹ bao nhiêu lần nên không có đơn vị Còn khối lượng riêng là 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 là mL nước có khối lượng gam hay lít nước có khối lượng kg), nên từ tỉ khối chất rắn, chất lỏng hay dung dịch (không có đơn vị) ta thêm vào đơn vị g/mL hay g/cm3 thì có trị số khối lượng riêng chất rắn, chất lỏng hay dung dịch đó Thí dụ: Kim loại đồng (Cu) có tỉ khối 8,93 thì hiểu là hai thể tích đồng (rắn) và nước (lỏng), nước chiếm phần khối lượng thì 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 là 8,93 g/mL (hay 8,93 g/cm3 hay 8,93 kg/dm3) Thủy ngân (Hg, lỏng) có tỉ khối 13,55 thì hiểu là thủy ngân nặng nước 13,55 lần Hai thể tích thủy ngân và nước, nước chiếm phần khối lượng thì thủy ngân chiếm 13,55 phần khối lượng Do nước có khối lượng riêng là g.mL nên thủy ngân có khối lượng riêng là 13,55 g/mL Etanol (Rượu etylic, C2H5OH, lỏng) có tỉ khối 0,79 (<1) thì hiểu là etanol nhẹ nước Hai thể tích etanol và nước, nước chiếm phần khối lượng thì etanol chiếm 0,79 phần khối lượng Etanol có khối lượng riêng là 0,79 g/mL hay 0,79 g/cm3 hay 0,79 kg/L Sau đây là tỉ khối số chất rắn, chất lỏng: Br2(l) Au (vàng) I2(r) Fe (sắt) Pb (chì) Mg Ni Na Ir Li 3,14 19,3 4,94 7,86 0,97 22,6 0,53 11,4 P (trắng) Pt 1,74 8,90 1,83 Ag Zn 21,45 10,5 7,2 C6H6(benen, l) Axeton (l) Đietyl ete (l) Anilin(l) CH3COOH(l) Glixerin(l) nHexan(l) Toluen 0,879 0,659 0,791 0,867 0,714 1,022 1,049 1,26 Chú ý: - Tỉ khối chất khí hay là so sánh khối lượng khí, với không khí - Tỉ khối chất rắn, chất lỏng là so sánh khối lượng chất rắn, chất lỏng với nước dạng lỏng - Tỉ khối không có đơn vị, còn khối lượng riêng thì có đơn vị - Với chất rắn, chất lỏng, biết tỉ khối, ta thêm đơn vị g/mL thì trị số khối lượng riêng chất rắn hay chất lỏng đó - Còn với chất khí, từ tỉ khối nó không thể thêm g/mL để có trị số khối lượng riêng đuợc Mà ta phải tính, đặc biệt thể tích chất khí ảnh hưởng lớn yếu tố nhiệt độ T, áp suất p, nên khối lượng riêng chất khí phải cho biết rõ điều kiện nhiệt độ, áp suất nào Thí dụ: Hãy cho biết: Tỉ khối khí hydrogen; Khối lượng riêng khí hydrogen đktc; Khối lượng riêng hydrogen 27,3ºC; 1,4 atm (H = 1) dH2 = dH2/KK = MH2/MKK = 2/29 = 0,06896 mol H2 có khối lượng gam mol H2 đktc có thể tích 22,4 lít, đó khối lượng riêng H2 đktc là: 2g/22,4L = 0,08928 g/L Để tính khối lượng riêng H2 27,3ºC; 1,4 atm chúng ta cần tìm thể tích mol H2 (cũng là mol các khí khác) 27,3ºC; 1,4 atm có thể tích bao nhiêu L V = nRT/p = [(1mol)(22,4/273)(L.atm.mol-1.K-1).(27,3 + 273)K]/1,4atm = 17,6 mol H2 có khối lượng gam, mol H 27,3ºC; 1,4 atm có thể tích 17,6 lít, đó khối lượng riêng H2 27,3ºC; 1,4 atm là: 2g/17,6L = 0,1136 g/L (còn tiếp)