Bài 6: Hoá trị, công thức hoá học

I. Hoá trị

1. Khái niệm về hoá trị

- Hoá trị là con số biểu thị khả năng liên kết của nguyên tử nguyên tố này với nguyên tử nguyên tố khác.

Ví dụ 1: Khi tạo thành phân tử hydrogen chloride, mỗi nguyên tử H và Cl góp 1 electron để tạo thành đôi electron dùng chung giữa hai nguyên tử. Người ta nói, H và Cl có hoá trị I.

- Trong hợp chất, H luôn có hoá trị I, O luôn có hoá trị II.

Bảng 1: Hoá trị của một số nguyên tố

Tên nguyên tố	Kí hiệu hoá học	Hoá trị	Tên nguyên tố	Kí hiệu hoá học	Hoá trị
Hydrogen	H	I	Magnesium	Mg	II
Lithium	Li	I	Aluminium	Al	III
Beryllium	Be	II	Silicon	Si	IV
Boron	B	III	Phosphorus	P	III, V
Carbon	C	II, IV	Sulfur	S	II, IV, V
Nitrogen	N	II, III, IV,..	Chlorine	Cl	I,...
Oxygen	O	II	Potassium	K	I
Fluorine	F	I	Calcium	Ca	II
Sodium	Na	I

Bảng 2: Hoá trị của một số nhóm nguyên tử

Tên nhóm	Hoá trị
Hydroxide (OH); Nitrate (NO3)	I
Sulfate (SO4), Carbonate (CO3)	II
Phosphate (PO4)	III

2. Quy tắc hoá trị

- Khi hai nguyên tố kết hợp với nhau, hoá trị của nguyên tố có liên quan đến số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố tham gia liên kết.

Ví dụ 2: Trong phân tử nước, hoá trị và số nguyên tử tham gia liên kết của H và O như sau:

Nguyên tố	H	O
Hoá trị	I	II
Số nguyên tử	2	1
Tích hoá trị và số nguyên tử	I x 2	II x 1

Ta có tích của hoá trị và số nguyên tử tham gia liên kết của H và O bằng nhau.

Ví dụ 3: Trong phân tử khí carbonic, hoá trị và số nguyên tử tham gia liên kết của C và O như sau:

Nguyên tố	C	O
Hoá trị	IV	II
Số nguyên tử	1	2
Tích hoá trị và số nguyên tử	IV x 1	II x 2

- Quy tắc hoá trị: Khi các nguyên tử của hai nguyên tố A, B liên kết với nhau, tích giữa hoá trị và số nguyên tử của A bằng tích giữa hoá trị và số nguyên tử của B. 

II. Công thức hoá học

1. Công thức hoá học

- Để biểu diễn chất, ta dùng công thức hoá học.

Ví dụ 4: Công thức hoá học của nước là H₂O.

- Công thức hoá học dùng để biểu diễn chất, gồm có hai phần: phần chữ và phần số.

• Phần chữ: gồm kí hiệu hoá học của các nguyên tố tạo thành chất.
• Phần số: gồm các số được ghi dưới chân kí hiệu hoá học, ứng với số nguyên tử của nguyên tố trong một phân tử (nếu chỉ có một nguyên tử thì không ghi). Các số này được gọi là chỉ số.

- Công thức hoá học của các hợp chất có từ hai kí hiệu hoá học trở lên.

Ví dụ 5: NaCl, Na₂O, H₂SO₄, CaCO₃,...

- Công thức hoá học của các đơn chất chỉ có một kí hiệu hoá học.

• Với phi kim, phân tử thường có hai nguyên tử (N₂, H₂, O₂, Cl₂,...).
• Với kim loại và một số phi kim, kí hiệu hoá học của nguyên tố được coi là công thức hoá học của đơn chất (kim loại: Fe, Cu, Al, Na,... và một số phi kim: C, S, P,...).

2. Ý nghĩa của công thức hoá học

- Công thức hoá học của một chất cho biết một số thông tin:

+ Nguyên tố tạo ra chất.

+ Số nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong một phân tử chất.

+ Khối lượng phân tử của chất.

Ví dụ 6: Công thức hoá học của sulfuric acid là H₂SO₄ cho biết:

• Sulfuric acid được tạo thành từ H, S và O.
• Trong một phân tử sulfuric acid có 2 nguyên tử H, 1 nguyên tử S và 4 nguyên tử O.
• Khối lượng phân tử của sulfuric acid là: 2 x 1 amu + 1 x 32 amu + 4 x 16 amu = 98 amu.

- Biết công thức hoá học tính được phần trăm khối lượng các nguyên tố trong hơp chất:

+ Tính khối lượng mỗi nguyên tố có trong một phân tử hợp chất.

+ Tính khối lượng phân tử.

+ Tính phần trăm khối lượng của nguyên tố theo công thức:

Ví dụ 7: Tính phần trăm khối lượng của Mg trong hợp chất MgO.

Khối lượng của nguyên tố Mg trong MgO là:

m Mg = 1 x 24 amu = 24 amu

Khối lượng phân tử MgO là:

M _MgO = 16 + 24 = 40 amu

Phần trăm về khối lượng của Mg trong hợp chất MgO là:

\(\%m_{Mg}=\dfrac{m_{Mg}}{M_{MgO}}\times100\%=\dfrac{24}{40}\times100\%=60\%\)

 

- Biết công thức hoá học và hoá trị của một nguyên tố, xác định được hoá trị của nguyên tố còn lại trong hợp chất.

+ Đặt hoá trị của nguyên tố chưa biết là a.

+ Xác định a dựa vào quy tắc hoá trị.

Ví dụ 8: Xác định hoá trị của Fe trong hợp chất có công thức hoá học là Fe₂O₃.

Gọi hoá trị của Fe trong hợp chất là a. Vì O có hoá trị II nên ta có biểu thức:

\(a\times2=II\times3\rightarrow a=III\)

Vậy Fe có hoá trị III trong hợp chất Fe₂O₃.

3. Lập công thức hoá học của hợp chất khi biết hoá trị hoặc phần trăm khối lượng của các nguyên tố

a) Biết hoá trị của các nguyên tố, lập công thức hoá học của hợp chất tạo thành từ hai nguyên tố.

Nếu hai nguyên tố A, B có hoá trị tương ứng là a, b thì công thức hoá học của hợp chất tạo thành từ A, B được xác định như sau:

- Đặt công thức hoá học của hợp chất là A_xB_y.

- Áp dụng quy tắc hoá trị, xác định tỉ lệ \(\dfrac{x}{y}=\dfrac{b}{a}\)

- Xác định x, y (x, y thường là những số nguyên nhỏ nhất thoả mãn tỉ lệ trên).

Ví dụ 9: Lập công thức hoá học của hợp chất tạo bởi S hoá trị VI và O.

Đặt công thức của hợp chất là S_xO_y.

Theo quy tắc hoá trị, ta có: x.VI = y.II

Ta có tỉ lệ: \(\dfrac{x}{y}=\dfrac{II}{VI}=\dfrac{1}{3}\), lấy x = 1 và y = 3.

Công thức hoá học của hợp chất là SO₃.

b) Xác định công thức hoá học của hợp chất khi biết phần trăm khối lượng của các nguyên tố và khối lượng phân tử của hợp chất.

Khi biết phần trăm khối lượng của hai nguyên tố A, B tạo nên hợp chất và khối lượng phân tử của hợp chất đó, xác định công thức hoá học theo các bước sau:

- Đặt công thức hoá học của chất là A_xB_y.

- Tính khối lượng của A, B trong một phân tử chất.

- Tìm x, y.

Ví dụ 10: R là hợp chất của S và O. Khối lượng phân tử của R là 64 amu. Biết phần trăm khối lượng của oxygen trong R là 50%. Hãy xác định công thức hoá học của R.

Đặt công thức hoá học của R là S_xO_y.

Khối lượng của nguyên tố O trong một phân tử R là:

\(\dfrac{64\times50}{100}=32\left(amu\right)\)

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

\(64-32=32\left(amu\right)\)

Ta có:

\(16amu\times y=32amu\rightarrow y=2\)

\(32amu\times x=32amu\rightarrow x=1\)

Vậy công thức hoá học của R là SO₂.

1. Hoá trị của nguyên tố là con số biểu thị khả năng liên kết của nguyên tử trong hợp chất. Trong hợp chất, hoá trị của H luôn là I, hoá trị của O luôn là II.

2. Khi các nguyên tử của hai nguyên tố A, B liên kết với nhau, tích giữa hoá trị và số nguyên tử của A bằng tích giữa hoá trị và số nguyên tử của B.

3. Công thức hoá học dùng để biểu diễn chất. Công thức hoá học gồm hai phần: chữ và số. Phần chữ là kí hiệu hoá học của các nguyên tố; phần số được ghi dưới chân kí hiệu hoá học (gọi là chỉ số) là số nguyên tử của nguyên tố trong phân tử.