Bài 6: Hóa trị, công thức hóa học

I. Hoá trị

1. Khái niệm về hóa trị

Câu hỏi 1. Hãy quan sát hình 6.1, hãy so sánh hoá trị của nguyên tố và số electron mà nguyên tử của nguyên tố đã góp chúng để tạo ra liên kết

Lời giải tham khảo:

Qua hình 6.1, ta thấy mỗi nguyên tử H và Cl giống nhau về hoá trị (chúng đều có hoá trị I) và giống nhau về số electron góp chung để tạo ra liên kết (mỗi nguyên tử H và Cl đều góp chung 1 electron để tạo ra liên kết trong phân tử).

Luyện tập 1. Quan sát hình 6.3 và xác định hóa trị của C và O trong khí carbonic

Lời giải tham khảo:

Quan sát hình 6.3 ta thấy: nguyên tử O góp chung 2 electron và nguyên tử C góp chung 4 electron.

⇒ Nguyên tử C liên kết với 2 nguyên tử O bằng 4 cặp đôi electron chung. 

⇒ C có hóa trị IV và O có hóa trị II.

Luyện tập 2. Vẽ sơ đồ hình thành liên kết giữa nguyên tử N và ba nguyên tử H. Hãy cho biết liên kết đó thuộc loại liên kết nào. Hóa trị của mỗi nguyên tố trong hợp chất tạo thành là bao nhiêu?

Lời giải tham khảo:

Sơ đồ tạo thành phân tử amoniac (\(NH_{3}\)) từ nguyên tử H và N:

Liên kết giữa N và H được tạo thành bởi đôi electron dùng chung giữa hai nguyên tử nên đây là liên kết cộng hóa trị.

• Nguyên tử N góp 3 electron ⇒ N có hóa trị III.
• Nguyên tử H góp chung 1 electron ⇒ H có hóa trị I.

2. Quy tắc hóa trị

Câu hỏi 2. Cát được sử dụng nhiều trong xây dựng và là nguyên liệu chính để sản xuất thuỷ tinh. Silicon oxide là thành phần chính của cát. Phân tử Silicon oxide gồm một nguyên tử Si liên kết với 2 nguyên tử O. Dựa vào hoá trị của các nguyên tố trong bảng 6.1, hãy tính tích hoá trị và số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử Silicon oxide và nhận xét về tích đó.

Lời giải tham khảo:

Ta có tích hóa trị là 1. IV = 2. II

Vậy tích hóa trị và số nguyên tử của nguyên tố Si bằng với tích giữa hóa trị và số nguyên tử của nguyên tố O.

Luyện tập 3. Dựa vào hóa trị của các nguyên tố trong bảng 6.1 và quy tắc hóa trị, hãy cho biết mỗi nguyên tử Mg có thể kết hợp được với bao nhiêu nguyên tử Cl.

Lời giải tham khảo:

Gọi số nguyên tử của nguyên tố Mg (II), Cl (I) lần lượt là x và y  (x, y ∈\(N^{*}\)). 

Áp dụng quy tắc hóa trị ta có: II. x = I. y

⇒ \(\frac{x}{y}=\frac{I}{II}=\frac{1}{2}\).

⇒ x = 1, y = 2.

Vậy một nguyên tử Mg có thể kết hợp được với 2 nguyên tử Cl.

Luyện tập 4. Nguyên tố A có hóa trị III, nguyên tố B có hóa trị II. Hãy tính tỉ lệ nguyên tử của A và B trong hợp chất tạo thành từ 2 nguyên tố đó.

Lời giải tham khảo:

Gọi số nguyên tử của nguyên tố A (III), B (II) lần lượt là x và y  (x, y ∈\(N^{*}\)). 

Áp dụng quy tắc hóa trị ta có: III. x = II. y

⇒ \(\frac{x}{y}=\frac{II}{III}=\frac{2}{3}\).

Vậy tỉ lệ nguyên tử A và B trong hợp chất tạo thành từ 2 nguyên tố là \(\frac{2}{3}\).

II. Công thức hoá học

1. Công thức hóa học

Câu hỏi 3. Cho công thức hoá học của một số chất như sau:

a. \(N_{2}\) (nitrogen)

b, NaCl (Sodium chloride)

c, \(MgSO_{4}\) (magnesium sulfate )

Xác định nguyên tố tạo thành mỗi chất và số nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử.

Lời giải tham khảo:

a) \(N_{2}\) (nitrogen) được tạo bởi 2 nguyên tử Nitro liên kết với nhau.

b) NaCl (Sodium chloride) được tạo bởi 1 nguyên tử Sodium và 1 nguyên tử Chloride liên kết với nhau.

c) \(MgSO_{4}\) (magnesium sulfate) được tạo bởi 1 nguyên tử Magne, 1 nguyên tử Sulfur và 4 nguyên tử Oxygen.

Luyện tập 5. Viết công thức hóa học của các chất:

a) Sodium sulfide, biết trong phân tử có 2 nguyên tử Na và 1 nguyên tử S

b) Phosphoric acid, biết trong phân tử có 3 nguyên tử H, 1 nguyên tử P và 4 nguyên tử O

Lời giải tham khảo:

a) \(Na_{2}S\).

b) \(H_{3}PO_{4}\).

Luyện tập 6. Viết công thức hóa học cho các chất được biểu diễn bằng những mô hình sau. Biết mỗi quả cầu biểu diễn cho 1 nguyên tử

Lời giải tham khảo:

Luyện tập 7. Đường glucose là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho hoạt động sống của con người. Đường glucose có công thức hóa học là \(C_{6}H_{12}O_{6}\). Hãy cho biết:

a) Glucose được tạo thành từ những nguyên tố nào?

b) Khối lượng mỗi nguyên tố trong 1 phân tử glucose là bao nhiêu?

c) Khối lượng phân tử glucose là bao nhiêu?

Lời giải tham khảo:

a) Glucose \(C_{6}H_{12}O_{6}\) được tạo thành từ 3 nguyên tố: C, H và O.

b) Khối lượng nguyên tố C trong 1 phân tử glucose là: 12 amu x 6 = 72 (amu).

Khối lượng nguyên tố H trong 1 phân tử glucose là: 1 amu x 12 = 12 (amu).

Khối lượng nguyên tố O trong 1 phân tử glucose là: 16 amu x 6 = 96 (amu).

c) Khối lượng phân tử glucose \(C_{6}H_{12}O_{6}\) là: 72 + 12  + 96 = 180 (amu).

2. Ý nghĩa công thức hóa học

Câu hỏi 4. Có ý kiến cho rằng, trong nước, số nguyên tử H gấp 2 lần số nguyên tử O nên phần trăm khối lượng của H trong nước gấp 2 lần phần trăm khối lượng của O. Theo em ý kiến trên có đúng hay không ? hãy tính phần trăm khối lượng của H và O trong nước để chứng minh.

Lời giải tham khảo:

Theo em ý kiến trên sai, chứng minh:

Ta có: 

• Khối lượng của nguyên tố O trong hợp chất \(H_{2}O\) là: 1 x 16= 16 (amu).
• Khối lượng của nguyên tố H trong hợp chất \(H_{2}O\) là: 2 x 2= 4 (amu).
• Khối lượng phân tử \(H_{2}O\) là: 16 + 4 = 20 (amu).

Nên: 

• Phần trăm về khối lượng của H trong hợp chất \(H_{2}O\) là: \(\frac{4}{20}.100\%\) = 20%.
• Phần trăm về khối lượng của O trong hợp chất \(H_{2}O\) là: \(\frac{16}{20}.100\%\) = 80%.

Luyện tập 8. Calcium carbonate là thành phần chính của đá vôi, có công thức hóa học là \(CaCO_{3}\). Tính phần trăm khối lượng của mỗi nguyên tố trong hợp chất trên

Lời giải tham khảo:

Calcium carbonate \(CaCO_{3}\) gồm có 1 nguyên tử Ca, 1 nguyên tử C và 3 nguyên tử O.

Khối lượng của nguyên tố Ca trong \(CaCO_{3}\) là: 

\(m_{Ca}\) = 1 x 40 = 40 (amu).

Khối lượng của nguyên tố C trong \(CaCO_{3}\) là: 

\(m_{C}\) = 1 x 12 = 12 (amu).

Khối lượng của nguyên tố O trong \(CaCO_{3}\)là: 

\(m_{O}\) = 3 x 16 = 48 (amu).

Khối lượng phân tử \(CaCO_{3}\) là: 

\(M_{CaCO_{3}}\)= 40 + 12 + 48 = 100 (amu).

\(\% m_{Ca}= \frac{m_{Ca}}{M_{CaCO_{3}}} .100 \% = \frac{40}{100} .100 \% \) = 40%.

\(\%m_{C} = \frac{m_{C}}{M_{CaCO_{3}}} .100 \% = \frac{12}{100} .100 \% \) = 12%.

% m_{CO} = 100% - 40% - 12% = 48%.

Luyện tập 9. Citric acid là hợp chất được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm. Trong tự nhiên, citric acid có trong quả chanh và một số loại quả như bưởi, cam,… Citric acid có công thức hóa học là \(C_{6}H_{8}O_{7}\). Hãy tính phần trăm khối lượng của mỗi nguyên tố trong citric acid.

Lời giải tham khảo:

Citric acid \(C_{6}H_{8}O_{7}\) gồm có 6 nguyên tử C, 8 nguyên tử H và 7 nguyên tử O.

Khối lượng của nguyên tố C trong \(C_{6}H_{8}O_{7}\) là: 

\(m_{C}\) = 6 x 12 = 72 (amu).

Khối lượng của nguyên tố H trong \(C_{6}H_{8}O_{7}\) là: 

\(m_{C}\) = 1 x 8 = 8 (amu).

Khối lượng của nguyên tố O trong \(C_{6}H_{8}O_{7}\) là: 

\(m_{O}\) = 7 x 16 = 112 (amu).

Khối lượng phân tử \(C_{6}H_{8}O_{7}\) là: 

\(M_{C_{6}H_{8}O_{7}}\) = 72 + 8 + 112 = 192 (amu).

\(\% m_{C}= \frac{m_{C}}{M_{C_{6}H_{8}O_{7}}} .100 \% = \frac{72}{192} .100 \% \) = 37,5%.

\(\%m_{O} = \frac{m_{H}}{M_{C_{6}H_{8}O_{7}}}} .100 \% = \frac{8}{192} .100 \% \) ≈ 4,17%.

% m_{CO} = 100% - 37,5% - 4,17% = 58,33%.

Vận dụng. Potassium (Kali) rất cần thiết cho cây trồng, đặc biệt trong giai đoạn cây trưởng thành, ra hoa, kết trái. Để cung cấp K cho cây có thể sử dụng phân potassium chloride và potassium sulfate có công thức hóa học lần lượt là KCl và \(K_{2}SO_{4}\). Người trồng cây muốn sử dụng loại phân bón có hàm lượng K cao hơn thì nên chọn loại phân bón nào?

Lời giải tham khảo:

- Xét hợp chất KCl, ta có: 

Khối lượng của nguyên tố K trong KCl là: 

\(m_{K}\) = 1 x 39 = 39 (amu).

Khối lượng phân tử KCl là: 

\(M_{KCl}\) = 1 x 39 + 1 x 35,5 = 74,5 (amu).

\(\% m_{K}= \frac{m_{K}}{M_{KCl}} .100 \% = \frac{39}{74,5} .100 \% \) ≈ 52,3%.

- Xét hợp chất \(K_{2}SO_{4}\), ta có: 

Khối lượng của nguyên tố K trong \(K_{2}SO_{4}\) là: 

\(m_{K}\) = 2 x 39 = 78 (amu).

Khối lượng phân tử \(K_{2}SO_{4}\) là: 

\(M_{K_{2}SO_{4}}\)= 2 x 39 + 1 x 32 + 4 x 16 = 174 (amu).

\(\% m_{K}= \frac{m_{K}}{M_{K_{2}SO_{4}}} .100 \% = \frac{78}{174}.100 \% \) ≈ 44,8%.

⇒ Người trồng muốn sử dụng loại phân bón có hàm lượng K cao hơn thì nên chọn phân bón potassium chloride.

Luyện tập 10. Xác định hóa trị của mỗi nguyên tố trong các hợp chất sau HBr, BaO

Lời giải tham khảo:

* HBr: 

Gọi hóa trị của Br trong hợp chất là a (a ∈\(N^{*}\)).

Vì H có hóa trị I nên áp dụng quy tắc hóa trị ta có: a x 1 = I x 1 

⇒ a = I

⇒ H có hóa trị I và Br có hóa trị I.

* BaO:

Gọi hóa trị của Ba trong hợp chất là a (a ∈\(N^{*}\)).

Vì O có hóa trị II nên áp dụng quy tắc hóa trị ta có: a x 1 = II x 1 

⇒ a = II.

⇒ O có hóa trị II và Ba có hóa trị II.

3. Xác định công thức hóa học của hợp chất khi biết hóa trị hoặc phần trăm khối lượng của các nguyên tố

Luyện tập 11. Hợp chất X được tạo thành bởi Fe và O có khối lượng phân tử là 160. Biết phần trăm khối lượng của Fe trong X là 70%. Hãy xác định công thức hóa học của X.

Lời giải tham khảo:

Gọi công thức hóa học của X là \(Fe_{x}O_{y}\).

Khối lượng nguyên tố Fe trong một phân tử X là:

\(\frac{160.70}{100}=112\) (amu).

Khối lượng của nguyên tố S trong một phân tử X là:

 160 - 112 = 48 (amu).

Ta có: 

• 56 × x = 112 ⇒ x = 2.
• 16 × y = 48 ⇒ y = 3.

Vậy công thức hóa học của X là \(Fe_{2}O_{3}\).