KHTN8-CD | Bài 4. Mol và tỉ khối của chất khí

MỤC TIÊU

● Nêu được khái niệm về mol (nguyên tử, phân tử).
● Tính được khối lượng mol (M); Chuyển đổi được giữa số mol (n) và khối lượng (m).
● Nêu được khái niệm tỉ khối, viết được công thức tính tỉ khối của chất khí.
● So sánh được chất khí này nặng hay nhẹ hơn chất khí khác dựa vào công thức tính tỉ khối.
● Nêu được khái niệm thể tích mol của chất khí ở áp suất 1 bar và 25 °C.
● Sử dụng được công thức n (mol) = $\frac{\mathrm{<b>V\; (L)</b>}}{\mathrm{<b>24,79\; (L/mol)</b>}}$ để chuyển đổi giữa số mol và thể tích chất khí ở điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar ở 25 °C.

TÓM TẮT KIẾN THỨC

💡 Mở đầu
Nếu yêu cầu đếm số lượng viên gạch để xây bức tường của lâu đài (hình 4.1) và đếm số lượng hạt cát để xây bức tường của lâu đài bằng cát (hình 4.2), yêu cầu nào có thể thực hiện được? Vì sao?
Với những vật thể có kích thước và khối lượng đáng kể như viên gạch, quả táo,..., người ta dễ dàng xác định số lượng, khối lượng và thể tích của chúng bằng cách đếm, cân, đo,... Nhưng với những hạt có kích thước vô cùng nhỏ bé như nguyên tử, phân tử rất khó để có thể cân và đếm được chúng.
Vậy làm thế nào để có thể xác định một cách thuận lợi số nguyên tử, phân tử và khối lượng, thể tích của chúng khi tham gia và tạo thành trong các phản ứng hoá học?

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào hiểu biết của cá nhân.
🌟 Lời giải chi tiết:
- Yêu cầu đếm số viên gạch để xây bức tường của lâu đài dễ dàng thực hiện hơn vì viên gạch là vật thể có kích thước và khối lượng đáng kể người ta sẽ có thể xác định được số lượng còn hạt cát thì là những vật có kích thước vô cùng nhỏ bé nhưng khó cân đo đong đếm.
- Để có thể xác định một cách thuận lợi số nguyên tử, phân tử và khối lượng, thể tích của chúng khi tham gia và tạo thành trong các phản ứng hoá học các nhà khoa học sử dụng đại lượng mol.

I. KHÁI NIỆM MOL

- Để xác định số nguyên tử, phân tử tham gia trong phản ứng hoá học, các nhà khoa học sử dụng đại lượng mol.

Mol là lượng chất có chứa 6,022 × 10²³ hạt vi mô (nguyên tử, phân tử,...) của chất đó.

- Số 6,022 × 10²³ được gọi là hằng số Avogadro, kí hiệu là N.

➲ Ví dụ:
● 1 mol nguyên tử copper (Cu) là lượng copper có chứa 6,022 × 10²³ nguyên tử Cu.
● 1 mol phân tử nước (H₂O) là lượng nước có chứa 6,022 × 10²³ phân tử H₂O.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
1. Xác định số nguyên tử có trong:
a) 2 mol aluminium.
b) 1,5 mol carbon.

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào khái niệm mol.
🌟 Lời giải chi tiết:
Áp dụng: Mol là lượng chất có chứa 6,022 × 10²³ hạt vi mô (nguyên tử, phân tử, …) của chất đó.
a) Số nguyên tử có trong 2 mol nguyên tử nhôm (aluminium):

2 × 6,022 × 10²³ = 1,2044 × 10²⁴ (nguyên tử).

b) Số nguyên tử có trong 1,5 mol nguyên tử carbon:

1,5 × 6,022 × 10²³ = 9,033 × 10²³ (nguyên tử).

📝 Luyện tập
1. Tính số phân tử nước và số nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong 3 mol phân tử nước.

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào khái niệm mol.
🌟 Lời giải chi tiết:
- 3 mol phân tử nước chứa số phân tử nước là:

3 × 6,022 × 10²³ = 1,8066 × 10²⁴ (phân tử)

- Cứ 1 phân tử nước chứa 2 nguyên tử hydrogen và 1 nguyên tử oxygen.
Vậy 3 mol phân tử nước chứa:
+ Số nguyên tử hydrogen là:

2 × 1,8066 × 10²⁴ = 3,6132 × 10²⁴ (nguyên tử)

+ Số nguyên tử oxygen là:

1 × 1,8066 × 10²⁴ = 1,8066 × 10²⁴ (nguyên tử)

🕵️‍♀️ Em có biết

Số Avogadro lớn như thế nào?

Nếu một máy đếm có thể đếm các nguyên tử với tốc độ 10 triệu nguyên tử mỗi giây thì sẽ mất khoảng 2 tỉ năm để đếm hết các nguyên tử trong một mol.

II. KHỐI LƯỢNG MOL

- Chúng ta không thể cân khối lượng của một nguyên tử, phân tử bằng cân thông thường, nhưng chúng ta có thể cân khối lượng của 1 mol nguyên tử, phân tử.
➲ Ví dụ:

Khối lượng mol (kí hiệu là M) của một chất là khối lượng tính bằng gam của N nguyên tử hoặc phân tử chất đó.

- Đơn vị khối lượng mol là gam/mol.
- Khối lượng mol nguyên tử hay phân tử của một chất có cùng trị số với khối lượng nguyên tử hay phân tử chất đó tính theo đơn vị amu.
➲ Ví dụ:
● Khối lượng nguyên tử oxygen là 16 amu, khối lượng mol nguyên tử của oxygen là 16 gam/mol.
● Khối lượng phân tử nước là 18 amu, khối lượng mol phân tử của nước là 18 gam/mol.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2. Quan sát hình 4.3, cho biết khối lượng 1 mol nguyên tử đồng và khối lượng 1 mol phân tử muối ăn.

🌟 Phương pháp giải:
Quan sát hình 4.3 để trả lời câu hỏi.
🌟 Lời giải chi tiết:
- Khối lượng của 1 mol nguyên tử đồng là 64 gam.
- Khối lượng 1 mol phân tử sodium chloride là 58,5 gam.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
3. Dựa vào bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, cho biết khối lượng mol nguyên tử hydrogen, nitơ (nitrogen) và magnesium.

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học để trả lời câu hỏi.
🌟 Lời giải chi tiết:
Dựa vào bảng tuần hoàn:
- Khối lượng mol nguyên tử hydrogen là: 1,008 gam/mol.
- Khối lượng mol nguyên tử nitơ (nitrogen) là: 14,01gam/ mol.
- Khối lượng mol nguyên tử magnesium là: 24,31 gam/mol.

🧑‍💻 Tìm hiểu thêm
Giải thích vì sao khối lượng mol nguyên tử hay phân tử của một chất có cùng trị số với khối lượng nguyên tử hay phân tử chất đó tính theo đơn vị amu.

🌟 Phương pháp giải:

🌟 Lời giải chi tiết:
- Ta có:

1 amu = 1,6605 × 10^-24 gam

- Với một nguyên tử/ phân tử có khối lượng là M (amu), ta có khối lượng mol nguyên tử/ phân tử đó là:

M × 1,6605 × 10^-24 × 6,022 × 10²³ ≈ M (gam/ mol)

- Vậy ta có điều cần chứng minh: khối lượng mol nguyên tử hay phân tử của một chất có cùng trị số với khối lượng nguyên tử hay phân tử chất đó tính theo đơn vị amu.

III. CHUYỂN ĐỔI GIỮA SỐ MOL CHẤT VÀ KHỐI LƯỢNG

➲ Ví dụ:
Đốt cháy hoàn toàn 6 gam carbon trong khí oxygen. Tính số mol carbon đã bị đốt cháy, biết khối lượng mol của carbon là 12 gam/mol.
+ Gọi số mol carbon cần tìm là n mol.
+ Ta có: 1 mol carbon nặng 12 gam, n mol carbon nặng 6 gam.
+ Vậy:

\[n = \frac{6}{{12}} = 0,5(mol)\]

➲ Như vậy, nếu đặt n là số mol chất, M là khối lượng mol chất và m là khối lượng chất, ta có công thức:

\[n = \frac{m}{M}(mol) \Rightarrow m = n \times M(gam) \Rightarrow M = \frac{m}{n}(gam/mol)\]

📝 Luyện tập
2. Tính khối lượng mol phân tử khí oxygen và khí carbon dioxide.

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào khái niệm khối lượng mol của một chất.
🌟 Lời giải chi tiết:
- Áp dụng: Khối lượng mol phân tử của một chất có cùng trị số với khối lượng phân tử chất đó tính theo đơn vị amu.
- Vậy:
+ Khối lượng mol phân tử khí oxygen là: 16 × 2 = 32 (gam/ mol).
+ Khối lượng mol phân tử khí carbon dioxide là: 12 + 16 × 2 = 44 (gam/ mol).

📝 Luyện tập
3. Hoàn thành những thông tin còn thiếu trong bảng sau:

Chất	Số mol	Khối lượng mol	Khối lượng	Cách tính
	(n)	(M)	(m)
	(mol)	(gam/mol)	(gam)
Aluminium	0,2	27	5,4	mAl = 0,2 × 27 = 5,4 (gam)
Nước	2	?	?	?
Khí oxygen	?	?	16	?
Khí nitrogen	?	?	28	?
Muối ăn	0,4	?	?	?
Magnesium	?	?	12	?

🌟 Phương pháp giải: Áp dụng công thức

\[n = \frac{m}{M}(mol) \Rightarrow m = n \times M(gam) \Rightarrow M = \frac{m}{n}(gam/mol)\]

🌟 Lời giải chi tiết:

Chất	Số mol	Khối lượng mol	Khối lượng	Cách tính
	(n)	(M)	(m)
	(mol)	(gam/mol)	(gam)
Aluminium	0,2	27	5,4	mAl = 0,2 x 27 = 5,4 (gam)
Nước	2	18	36	MH2O = 2 x MH + MO = 2 x 1 + 16 = 18 (gam/mol) m H2O = 2 x 18 = 36 (gam)
Khí oxygen	0,5	32	16	MO2 = 2 x MO = 2 x 16 = 32 (gam/mol)  \[{{\rm{n}}_{{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}\frac{{16}}{{32}} = 0,5(mol)\]
Khí nitrogen	1	28	28	MN2 = 2 x MN  = 2 x 14 = 28 (gam/mol)  \[{{\rm{n}}_{{N_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}\frac{{28}}{{28}} = 1(mol)\]
Muối ăn	0,4	58,5	23,4	MNaCl = MNa + MCl = 23 + 35,5 = 58,5 (gam/mol) m NaCl = 0,4 x 58,5 = 23,4 (gam)
Magnesium	0,5	24	12	MMg =  24 (gam/mol)  \[{{\rm{n}}_{Mg}}{\rm{ = }}\frac{{12}}{{24}} = 0,5(mol)\]

IV. THỂ TÍCH MOL CỦA CHẤT KHÍ

- Thể tích mol của chất khi là thể tích chiếm bởi N phân tử của chất khí đó.
- Các nhà khoa học đã xác định được rằng: Một mol của bất kì chất khi nào cũng chiếm những thể tích bằng nhau khi ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất.

- Như vậy, những chất khi khác nhau luôn có thể tích mol bằng nhau (đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) dù khối lượng mol của chúng có thể không bằng nhau.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
4. Quan sát hình 4.4, cho biết ở điều kiện chuẩn (áp suất 1 bar và nhiệt độ 25 °C), thể tích 1 mol khí là bao nhiêu?

🌟 Phương pháp giải:
Quan sát hình 4.4 để trả lời câu hỏi.
🌟 Lời giải chi tiết:
Ở điều kiện chuẩn (áp suất 1 bar và nhiệt độ 25 °C), thể tích 1 mol khí là 24,79 lít.

V. CHUYỂN ĐỔI GIỮA LƯỢNG CHẤT VÀ THỂ TÍCH CHẤT KHÍ

- Ở điều kiện chuẩn (áp suất 1 bar và nhiệt độ 25 °C), mối liên hệ giữa thể tích và số mol chất khí oxygen được biểu diễn ở bảng 4.1.

Bảng 4.1. Mối liên hệ giữa thể tích và số mol khí

- Hãy rút ra các công thức chuyển đổi giữa số mol (n) và thể tích (V) của các chất khi ở điều kiện chuẩn (đkc).
Nếu đặt n là số mol chất khí, V là thể tích chất khí ở điều kiện chuẩn thì ta có biểu thức:

\[V = 24,79 \times n(lít) \Rightarrow n = \frac{V}{{24,79}}(mol)\]

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
4. Hoàn thành những thông tin còn thiếu trong bảng sau:

Chất	Các đại lượng (đơn vị)
	M (g/mol)	n (mol)	m (g)	V (L) (đkc)
CO2	?	?	17,6	?
N2	?	?	?	4,958
H2	?	0,5	?	?

🌟 Phương pháp giải:

\[n = \frac{m}{M}(mol) \Rightarrow m = n \times M(gam) \Rightarrow M = \frac{m}{n}(gam/mol)\] \[V = 24,79 \times n(lít) \Rightarrow n = \frac{V}{{24,79}}(mol)\]

🌟 Lời giải chi tiết:

Chất	Các đại lượng (đơn vị)
	M (g/mol)	n (mol)	m (g)	V (L) (đkc)
CO2	44	0,4	17,6	9,916
N2	28	0,2	5,6	4,958
H2	2	0,5	1	12,395

VI. TỈ KHỐI CỦA CHẤT KHÍ

- Để so sánh khí A nặng hay nhẹ hơn khi B, người ta so sánh khối lượng của cùng một thể tích khí A và khí B trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất.

Tỉ khối của khí A so với khí B là tỉ số giữa khối lượng mol của khí A và khối lượng mol của khi B.

- Tỉ khối của khí A so với khí B được kí hiệu là d_A/B và được tính bằng biểu thức:

\[{d_{A/B}} = \frac{{{M_A}}}{{{M_B}}}\]

- Tỉ khối của khí A so với khí B cho biết khí A nặng hay nhẹ hơn khi B bao nhiêu lần.

➲ Ví dụ: Tỉ khối của khí CO₂ so với khí H₂:

\[{d_{C{O_2}/{H_2}}} = \frac{{{M_{C{O_2}}}}}{{M{}_{{H_2}}}} = \frac{{44}}{2} = 22\]

Như vậy, khí CO₂ nặng hơn khí H₂ là 22 lần.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
5. Nếu không dùng cân, làm thế nào có thể biết được 24,79 lít khí N₂ nặng hơn 24,79 lít khí H₂ bao nhiêu lần?

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào công thức tỉ khối của chất A so với chất B.

\[{d_{A/B}} = \frac{{{M_A}}}{{{M_B}}}\]

🌟 Lời giải chi tiết:
Để so sánh khí N₂ nặng hơn khí H₂ bao nhiêu lần (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) mà không dùng cân người ta so sánh khối lượng mol của hai khí đó.

\[{d_{{N_2}/{H_2}}} = \frac{{{M_{{N_2}}}}}{{M{}_{{H_2}}}} = \frac{{28}}{2} = 14\]

Như vậy, khí N₂ nặng hơn khí H₂ là 14 lần.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
6. Làm thế nào biết khí A nặng hay nhẹ hơn khí B?

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào tỉ khối của chất A so với chất B.
🌟 Lời giải chi tiết:
Để so sánh khí A nặng hay nhẹ hơn khí B, người ta so sánh khối lượng của cùng một thể tích khí A và khí B trong dùng điều kiện nhiệt độ và áp suất.

Tỉ khối của một khí với không khí

Để biết khí X nặng hay nhẹ hơn không khi bao nhiêu lần, ta so sánh khối lượng mol của khí X (M_X) với khối lượng của 1 mol không khí. Khối lượng mol trung bình của không khí xấp xỉ 29 gam/mol.

\[{d_{X/không khí}} = \frac{{{M_X}}}{{29}}\]

📝 Luyện tập
5. Có ba quả bóng bay giống nhau về kích thước và khối lượng. Lần lượt bơm cùng thể tích mỗi khí H₂, CO₂, O₂ vào từng quả bóng bay trên. Điều gì sẽ xảy ra khi thả ba quả bóng bay đá trong không khí?

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào khối lượng và tỉ khối của từng chất so với không khí.
🌟 Lời giải chi tiết:
Khi thả ba quả bóng bay vào không khí chỉ có quả bóng bay chứa khí H₂ là bay được lên, còn quả bóng chứa khí O₂ và quả bóng chứa khí CO₂ đều rơi xuống mặt đất. Do khí H₂ nhẹ hơn không khí còn khí O₂ và khí CO₂ đều nặng hơn không khí.

🕵️‍♀️ Em có biết
Khinh khí cầu
Khí cầu là một phương tiện bay trên không, hoạt động bằng đốt khí nóng hoặc chứa các khí nhẹ. Khinh khí cầu chứa các khí nhẹ như hydrogen, helium,... có thể bay lên cao trong khí quyển do các khí đó có tỉ khối nhỏ hơn nhiều so với không khí và nhờ vào lực đẩy Archimedes (Acsimet).

🔑 Kiến thức cốt lõi

• Mol là lượng chất có chứa 6,022 × 10²³ nguyên tử hoặc phân tử của chất đó.

• Khối lượng mol (kí hiệu là M) của một chất là khối lượng tính bằng gam của N nguyên tử hoặc phân tử chất đó.

• Thể tích mol của chất khí là thể tích chiếm bởi N phân tử của chất khí đó. Ở điều kiện chuẩn (áp suất 1 bar, nhiệt độ 25 °C), thể tích mol của các chất khí đều bằng 24,79 lít.

• Công thức chuyển đổi giữa số mol (n) và khối lượng chất (m):

\[{\rm{n}} = \frac{m}{M}(mol)\]

• Công thức chuyển đổi giữa số mol (n) và thể tích của chất khí (V) ở điều kiện chuẩn:

\[{\rm{n}} = \frac{V}{{24,79}}(mol)\]

• Công thức tính tỉ khối của khí A đối với khí B:

\[{d_{A/B}} = \frac{{{M_A}}}{{{M_B}}}\]

BÀI TẬP

Đang cập nhật

SÁCH HỌC SINH (bản in thử)