Để lập công thức hoá học khi biết phần trăm khối lượng, bạn lấy phần trăm của mỗi nguyên tố chia cho nguyên tử khối của nó, được tỉ lệ số mol nguyên tử; đưa tỉ lệ đó về các số nguyên nhỏ nhất là có công thức đơn giản nhất. Nếu biết thêm khối lượng mol của chất, bạn nhân công thức đơn giản nhất lên cho khớp để ra công thức phân tử.
Dạng bài này đi từ lớp 8 với hợp chất hai nguyên tố tới lớp 11 với bài đốt cháy hợp chất hữu cơ. Bài viết đi từ chiều dễ là tính phần trăm từ công thức, sang chiều ngược là lập công thức, với các ví dụ đã kiểm như oxit sắt, oxit đồng, axit axetic, rượu etylic; chỉ ra bẫy làm tròn hay gặp và cách nhờ AI soát mà không để nó làm thay.
Chiều thuận: tính phần trăm khối lượng từ công thức
Trước khi lập công thức, nên thành thạo chiều ngược lại vì nó là phép kiểm cho mọi đáp án sau này. Phần trăm khối lượng của một nguyên tố trong hợp chất bằng tổng khối lượng của nguyên tố đó trong một mol hợp chất, chia cho khối lượng mol hợp chất, nhân 100%.
Ví dụ sắt(III) oxit Fe2O3: M = 2 × 56 + 3 × 16 = 160 g/mol. Sắt chiếm 112 : 160 × 100% = 70%, oxi chiếm 48 : 160 × 100% = 30%. Cộng lại đúng 100%, đó là phép kiểm đầu tiên. Ví dụ phân đạm urê CO(NH2)2: M = 12 + 16 + 2 × (14 + 2) = 60 g/mol, nitơ chiếm 28 : 60 × 100%, khoảng 46,7%. Con số này giải thích vì sao urê được gọi là phân đạm có hàm lượng nitơ cao.
Lưu ý chỉ số phải nhân đủ: trong CO(NH2)2 có 2 nguyên tử N và 4 nguyên tử H, không phải 1 và 2. Đây là lỗi đọc công thức đã nhắc trong bài về khối lượng mol, nhưng ở dạng phần trăm nó còn khó phát hiện hơn vì tổng phần trăm sai vẫn có thể cộng ra 100% nếu bạn sai đồng loạt.
Chiều thuận cũng dùng để so sánh hàm lượng giữa các chất, ví dụ quặng nào chứa nhiều sắt hơn tính theo khối lượng. Fe3O4 có sắt chiếm 168 : 232, khoảng 72,4%, cao hơn Fe2O3 với 70%. Kiểu so sánh này xuất hiện nhiều trong bài tập về quặng ở lớp 9.
Chiều ngược: lập công thức hợp chất hai nguyên tố
Ví dụ: một oxit của đồng có 80% đồng và 20% oxi theo khối lượng. Tìm công thức oxit. Dùng Cu = 64, O = 16.
- Giả sử có 100 g hợp chất, khi đó phần trăm chính là số gam: 80 g Cu và 20 g O.
- Đổi ra số mol nguyên tử: Cu = 80 : 64 = 1,25 mol; O = 20 : 16 = 1,25 mol.
- Chia tất cả cho số nhỏ nhất để được tỉ lệ: Cu : O = 1,25 : 1,25 = 1 : 1.
- Viết công thức đơn giản nhất: CuO, tức đồng(II) oxit.
- Kiểm chiều thuận: M(CuO) = 80 g/mol, đồng chiếm 64 : 80 = 80%. Khớp đề.
Ví dụ khó hơn: một oxit sắt có 72,41% sắt. Phần oxi là 27,59%. Số mol: Fe = 72,41 : 56, khoảng 1,293; O = 27,59 : 16, khoảng 1,724. Chia cho 1,293 được Fe : O = 1 : 1,333. Tỉ lệ 1,333 không phải số nguyên nên nhân cả hai với 3, được 3 : 4. Công thức là Fe3O4, khớp với phép tính ở mục trên.
Với hợp chất hai nguyên tố mà bạn biết hoá trị, còn có thể lập công thức theo quy tắc hoá trị: nhôm hoá trị III, oxi hoá trị II, nên công thức là Al2O3. Cách này nhanh nhưng chỉ dùng khi đề cho biết hoặc ngầm hiểu hoá trị; cách chia nguyên tử khối dùng được trong mọi trường hợp.
Đưa tỉ lệ thập phân về số nguyên: bảng nhân hay dùng
Bước khó nhất của dạng bài là nhận ra một tỉ lệ thập phân ứng với phân số nào. Làm tròn vội thường dẫn tới công thức sai. Bảng dưới gom các phần thập phân hay gặp và số cần nhân.
| Phần thập phân sau khi chia cho số nhỏ nhất | Phân số gần đúng | Nhân cả tỉ lệ với | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| khoảng 0,5 | 1/2 | 2 | 1 : 1,5 thành 2 : 3, như Fe2O3 |
| khoảng 0,33 hoặc 0,67 | 1/3 hoặc 2/3 | 3 | 1 : 1,33 thành 3 : 4, như Fe3O4 |
| khoảng 0,25 hoặc 0,75 | 1/4 hoặc 3/4 | 4 | 1 : 1,25 thành 4 : 5 |
| khoảng 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 | phần năm | 5 | 1 : 1,2 thành 5 : 6 |
| dưới 0,05 hoặc trên 0,95 | gần số nguyên | Làm tròn được | 1 : 2,02 thành 1 : 2 |
Quy tắc an toàn: chỉ làm tròn khi phần thập phân rất gần 0 hoặc 1. Tỉ lệ 1 : 1,33 mà làm tròn thành 1 : 1 sẽ ra FeO thay vì Fe3O4, một đáp án sai hoàn toàn. Khi phần thập phân nằm ở giữa, hãy thử nhân với 2, 3, 4 lần lượt tới khi mọi số gần nguyên.
Sai số nhỏ đến từ việc đề làm tròn phần trăm, nên đừng chờ tỉ lệ đúng tuyệt đối. 1,333 hay 1,329 đều là 4/3; 2,02 hay 1,98 đều là 2.
Hợp chất ba nguyên tố và đề cho tỉ lệ khối lượng
Cách chia nguyên tử khối dùng y hệt cho hợp chất ba nguyên tố trở lên. Ví dụ một muối gồm 40% canxi, 12% cacbon và 48% oxi. Chia lần lượt: Ca = 40 : 40 = 1; C = 12 : 12 = 1; O = 48 : 16 = 3. Tỉ lệ 1 : 1 : 3, công thức CaCO3, chính là thành phần chính của đá vôi. Kiểm chiều thuận: M = 100 g/mol, canxi chiếm 40%, khớp đề.
Đôi khi đề không cho phần trăm mà cho tỉ lệ khối lượng, ví dụ "trong hợp chất khí X, khối lượng cacbon gấp ba khối lượng hiđro". Bạn coi như có 3 g cacbon và 1 g hiđro, rồi chia nguyên tử khối: C = 3 : 12 = 0,25; H = 1 : 1 = 1. Tỉ lệ C : H = 1 : 4, công thức đơn giản nhất CH4. Cách làm không đổi, chỉ thay "giả sử 100 g" bằng "giả sử đúng số gam theo tỉ lệ".
Nếu đề cho thêm một nguyên tố mà không cho phần trăm, như "phần còn lại là oxi", hãy lấy 100 trừ tổng các phần đã biết trước khi chia. Quên bước này, bạn sẽ thiếu hẳn một nguyên tố trong công thức, một lỗi rất khó tự phát hiện nếu không kiểm chiều thuận.
Từ công thức đơn giản nhất tới công thức phân tử
Công thức đơn giản nhất chỉ cho tỉ lệ số nguyên tử, chưa cho số nguyên tử thật. Ví dụ một hợp chất có 40% C, 6,67% H, 53,33% O. Chia nguyên tử khối: C = 40 : 12, khoảng 3,33; H = 6,67 : 1 = 6,67; O = 53,33 : 16, khoảng 3,33. Tỉ lệ C : H : O = 1 : 2 : 1, công thức đơn giản nhất là CH2O.
Nhiều chất có cùng công thức đơn giản nhất này: CH2O với M = 30, C2H4O2 với M = 60, C6H12O6 với M = 180. Muốn chốt, đề phải cho thêm khối lượng mol hoặc dữ kiện để tính khối lượng mol, ví dụ tỉ khối hơi. Nếu đề cho M = 60 g/mol thì (CH2O)n có 30n = 60, n = 2, công thức phân tử là C2H4O2, ứng với axit axetic có trong giấm ăn.
Cách viết lời giải gọn: gọi công thức phân tử là (công thức đơn giản nhất)n, lập phương trình khối lượng mol theo n, giải ra n nguyên. Nếu n ra số lẻ như 1,5 thì hoặc bạn tính sai công thức đơn giản nhất, hoặc sai khối lượng mol. Quay lại kiểm phần trăm chiều thuận để biết lỗi nằm ở đâu.
Bài đốt cháy hợp chất hữu cơ: đi từ sản phẩm về nguyên tố
Ở lớp 11, đề thường không cho phần trăm mà cho sản phẩm cháy. Ví dụ: đốt cháy hoàn toàn 2,3 g hợp chất hữu cơ X chứa C, H, O, thu được 4,4 g CO2 và 2,7 g H2O. Tỉ khối hơi của X so với hiđro là 23. Tìm công thức phân tử của X.
Toàn bộ cacbon của X đi vào CO2: n(C) = n(CO2) = 4,4 : 44 = 0,1 mol, tức 1,2 g. Toàn bộ hiđro đi vào nước: n(H) = 2 × n(H2O) = 2 × 2,7 : 18 = 0,3 mol, tức 0,3 g. Khối lượng oxi trong X bằng 2,3 − 1,2 − 0,3 = 0,8 g, tức 0,05 mol. Tỉ lệ C : H : O = 0,1 : 0,3 : 0,05 = 2 : 6 : 1, công thức đơn giản nhất C2H6O.
Khối lượng mol của X là 23 × 2 = 46 g/mol, đúng bằng M của C2H6O (24 + 6 + 16 = 46), nên công thức phân tử là C2H6O. Kiểm thêm: 2,3 g X là 0,05 mol, đốt cho 0,1 mol CO2 và 0,15 mol H2O, khớp với dữ kiện. Lưu ý hai lỗi: quên nhân 2 khi tính số mol H từ nước, và quên rằng oxi trong X phải tính bằng hiệu khối lượng chứ không lấy từ CO2 hay nước, vì một phần oxi trong sản phẩm đến từ không khí.
Nhờ AI soát bài lập công thức mà không chép đáp án
Các câu lệnh dưới để AI làm người hỏi và người kiểm, còn bạn làm người giải:
- "Mình được tỉ lệ Fe : O = 1 : 1,33 và đã làm tròn thành FeO. Đừng nói đáp án; hỏi mình một câu để mình tự xem lại bước làm tròn."
- "Ra 5 bài lập công thức từ phần trăm khối lượng, trong đó có ít nhất 2 bài cần nhân với 3 hoặc 4 mới ra số nguyên. Chưa đưa đáp án."
- "Kiểm giúp công thức mình tìm được bằng cách tính ngược phần trăm khối lượng, rồi so với đề. Chỉ nói khớp hay không khớp."
- "Giải thích vì sao trong bài đốt cháy, oxi của hợp chất phải tính bằng hiệu khối lượng."
AI có xu hướng làm tròn sớm khi tự giải, và đôi khi bỏ qua bước kiểm n nguyên ở công thức phân tử. Khi đọc lời giải của nó, nhìn vào dòng chia tỉ lệ trước. Ảnh chụp phiếu bài tập nên cắt bỏ phần ghi tên, lớp, trường; AI không cần những thông tin đó để chỉ ra bước làm tròn sai.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao lại giả sử có 100 g hợp chất?
Vì khi đó phần trăm khối lượng trở thành số gam, tiện chia cho nguyên tử khối. Giả sử khối lượng nào cũng ra cùng tỉ lệ, chỉ là 100 g làm phép tính gọn nhất. Đây là giả định trung gian, không ảnh hưởng tới công thức cuối.
Công thức đơn giản nhất và công thức phân tử khác nhau thế nào?
Công thức đơn giản nhất chỉ cho tỉ lệ tối giản số nguyên tử, như CH2O. Công thức phân tử cho số nguyên tử thật trong một phân tử, như C2H4O2. Muốn từ cái trước sang cái sau, cần biết khối lượng mol của chất.
Tỉ lệ ra 1 : 1,48 thì làm tròn thế nào?
1,48 rất gần 1,5 nên coi tỉ lệ là 1 : 1,5 rồi nhân 2, được 2 : 3. Sai lệch nhỏ đến từ việc đề làm tròn phần trăm. Đừng làm tròn 1,48 thành 1, vì phần thập phân còn rất xa số nguyên.
Đề cho tỉ khối hơi thì dùng thế nào?
Nhân tỉ khối với khối lượng mol của khí so sánh để ra khối lượng mol chất cần tìm. Tỉ khối so với hiđro thì nhân 2, so với không khí thì nhân 29. Sau đó dùng khối lượng mol để tìm hệ số n của công thức phân tử.
Có cần xét hoá trị khi lập công thức từ phần trăm không?
Không bắt buộc, vì tỉ lệ mol đã cho công thức. Nhưng xét hoá trị là một phép kiểm tốt: nếu công thức tìm được không hợp hoá trị quen thuộc, nên xem lại phép chia. Riêng oxit sắt từ Fe3O4 là trường hợp đặc biệt vì chứa sắt ở hai mức oxi hoá.
Có nên dùng AI để giải hộ bài tập lập công thức không?
Không nên, vì phần cần học chính là bước chia tỉ lệ và làm tròn. Hãy tự giải, rồi nhờ AI kiểm bằng cách tính ngược phần trăm hoặc hỏi gợi ý ở bước bị kẹt. Như vậy bạn vẫn luyện được kỹ năng mà bài kiểm tra trên lớp đòi hỏi.