Đang tải bài học…

AP Chemistry

đương lượng

equivalent

Đương lượng là lượng chất có khả năng phản ứng hoặc thay thế một lượng cố định của một chất khác trong phản ứng hóa học.

Đương lượng là một khái niệm dùng để so sánh khả năng phản ứng của các chất với nhau. Thay vì đo lượng chất bằng mol — đơn vị đếm số hạt — đương lượng đo khả năng "trao đổi" của chất đó trong một phản ứng cụ thể. Nhờ đó, hai chất có số đương lượng bằng nhau sẽ phản ứng vừa đủ với nhau, bất kể tỉ lệ mol trong phương trình hóa học (chemical equation) phức tạp thế nào.

Do đó, cách tính đương lượng phụ thuộc vào loại phản ứng. Trong phản ứng axit–bazơ, đương lượng của một axit bằng số mol nhân với số prôton (H⁺) mà nó nhường ra; ngược lại, đương lượng của một bazơ bằng số mol nhân với số hydroxide (OH⁻) mà nó nhận. Trong phản ứng oxi hóa–khử (redox reaction), đương lượng lại được xác định bằng số mol êlectron mà chất đó nhường hoặc nhận. Vì vậy, cùng một chất có thể có nhiều giá trị đương lượng khác nhau tùy vào ngữ cảnh phản ứng.

Hệ quả là, khối lượng của một đương lượng, gọi là khối lượng đương lượng, được tính bằng cách chia khối lượng mol (molar mass) cho số đương lượng trên mỗi mol. Công thức này cho phép thí sinh chuyển đổi giữa gam chất và số đương lượng, từ đó giải các bài toán chuẩn độ (titration) hoặc pha chế dung dịch mà không cần nhớ tỉ lệ phương trình.

Ký hiệu

• $n_{eq} = n \times z$
• $E = \dfrac{M}{z}$

Đơn vịeq (đương lượng) hoặc g/eq (khối lượng đương lượng)

Trực giác: Giống như quy đổi tiền tệ: một đô-la có thể đổi được nhiều yên Nhật tùy tỉ giá, đương lượng quy đổi khả năng phản ứng của các chất về cùng một đơn vị chung.

Công thức

E = \htmlClass{fp-1}{\frac{\htmlClass{fp-0}{M}}{\htmlClass{fp-0}{n}}}

Dùng khi cần tính khối lượng đương lượng của một chất trong phản ứng oxi hóa-khử, acid-base, hoặc kết tủa.

Trong đó

E

khối lượng đương lượng (equivalent weight) —

\text{g/equiv}

M

khối lượng mol (molar mass) —

\text{g/mol}

n

số electron trao đổi (trong phản ứng oxi hóa-khử), số ion

\text{H}^+

trao đổi (trong phản ứng acid-base), hoặc điện tích ion (trong phản ứng kết tủa)

Hay hiểu sai

Đương lượng không đồng nhất với mol.

Đương lượng của một chất không phải hằng số của chất đó.

Nồng độ đương lượng không đọc được thẳng như nồng độ mol.

Chữ "equivalent" trong đề thi tiếng Anh thường mang nghĩa "tương đương", không phải đương lượng hóa học.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh chuẩn độ 25,00 mL dung dịch

\mathrm{H_2SO_4}

0,100 M bằng dung dịch

\mathrm{NaOH}

0,200 M, dùng chỉ thị để nhận ra thời điểm axit và bazơ phản ứng vừa hết. Cả hai chất đều là chất điện li mạnh, và mỗi phân tử

\mathrm{H_2SO_4}

có thể nhường hai proton trong dung dịch nước.

aTính số đương lượng axit có trong mẫu và thể tích dung dịch $\mathrm{NaOH}$ cần dùng để đạt điểm tương đương (equivalence point).
bGiải thích vì sao nồng độ đương lượng (normality) của dung dịch axit lại gấp đôi nồng độ mol của nó, còn của dung dịch bazơ thì không.

1Bước 1: Trước hết phải xác định hệ số trao đổi

z

, tức số proton mà một phân tử chất cho hoặc nhận. Vì

\mathrm{H_2SO_4}

nhường được hai proton nên

z = 2

, còn

\mathrm{NaOH}

chỉ nhận một proton nên

z = 1

. Đây chính là chỗ mà khái niệm đương lượng khác với khái niệm mol: mol đếm hạt, còn đương lượng đếm khả năng phản ứng.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyPhản ứng hóa học · bài “Tính toán hóa học (stoichiometry)” — khoá AP Chemistry

Cần trướckhái niệm mol tỉ lượng hoá học

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

khối lượng đương lượngequivalent weight

Khác nhau ở đâuĐương lượng là số mol hạt trao đổi, đơn vị là mol. Khối lượng đương lượng là khối lượng gam của một đương lượng, đơn vị là g/mol.

Hay nhầm khiđề hỏi 'tính khối lượng đương lượng' nhưng thí sinh chỉ dừng lại ở số đương lượng mà quên nhân với khối lượng mol

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 70, 78–79.

Mẹo phòng thi

Trước khi đếm đương lượng, hãy viết ra phương trình đã cân bằng.

Bài thi AP tính theo mol, nên hãy quy mọi thứ về mol ngay từ dòng đầu.

Gặp từ "equivalent to" trong câu hỏi nhiệt hóa học, hãy nghĩ ngay tới định luật Hess.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Tính số mol axit rồi quy về đương lượng bằng công thức

n_{eq} = n \times z

. Ta có

n = (0{,}02500\ \mathrm{L})(0{,}100\ \mathrm{mol/L}) = 2{,}50 \times 10^{-3}

mol, do đó

n_{eq} = 2 \times 2{,}50 \times 10^{-3} = 5{,}00 \times 10^{-3}

đương lượng. Nói cách khác, mẫu axit này có thể giải phóng

5{,}00 \times 10^{-3}

mol

\mathrm{H^+}

3Bước 3: Tại điểm tương đương, số đương lượng axit và số đương lượng bazơ bằng nhau, nghĩa là

N_a V_a = N_b V_b

. Vì

\mathrm{NaOH}

có

z = 1

nên

N_b = 0{,}200

, và ta suy ra

V_b = \dfrac{5{,}00 \times 10^{-3}}{0{,}200} = 0{,}0250

L. Vậy cần 25,0 mL dung dịch bazơ.

4Bước 4: Đối chiếu lại theo cách tính mol thông thường để kiểm tra: phương trình

\mathrm{H_2SO_4} + 2\,\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na_2SO_4} + 2\,\mathrm{H_2O}

đòi hỏi

2 \times 2{,}50 \times 10^{-3} = 5{,}00 \times 10^{-3}

mol

\mathrm{NaOH}

, tương ứng

0{,}0250

L. Hai lối tính cho cùng một kết quả, vì cách dùng đương lượng thực chất đã gộp sẵn hệ số tỉ lượng vào nồng độ.

5Bước 5: Với ý (b), áp dụng

N = M \times z

cho từng dung dịch. Dung dịch axit có

N = (0{,}100)(2) = 0{,}200

, gấp đôi nồng độ mol vì mỗi phân tử mang hai proton trao đổi được; dung dịch bazơ có

N = (0{,}200)(1) = 0{,}200

, trùng với nồng độ mol vì mỗi công thức chỉ nhận một proton. Nhờ đó, hai dung dịch tuy khác nhau về nồng độ mol lại phản ứng vừa đủ với thể tích bằng nhau.

Mẫu axit chứa $5{,}00 \times 10^{-3}$ đương lượng và cần đúng 25,0 mL dung dịch $\mathrm{NaOH}$ 0,200 M để đạt điểm tương đương. Nồng độ đương lượng của axit là 0,200 N vì hệ số trao đổi bằng 2, trong khi bazơ có nồng độ đương lượng đúng bằng nồng độ mol; chính sự chênh lệch này giải thích vì sao hai thể tích bằng nhau lại trung hòa nhau trọn vẹn.

2Ví dụ 2/2

Trong đề thi, chữ "equivalent" còn xuất hiện với nghĩa "biểu thức tương đương", khi yêu cầu diễn đạt một biến thiên entanpi qua các đại lượng đã biết. Xét quá trình

\mathrm{Cl_2}(g) + 2e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Cl^-}(g)

, biết năng lượng phân li liên kết (bond dissociation energy) của

\mathrm{Cl_2}

là

+243

kJ/mol và ái lực electron (electron affinity) của nguyên tử clo là

-349

kJ/mol.

aViết biểu thức tương đương với $\Delta H^\circ$ của quá trình trên theo hai đại lượng đã cho.
bTính giá trị $\Delta H^\circ$ và cho biết quá trình tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

1Bước 1: Tách quá trình đã cho thành hai chặng mà ta có sẵn số liệu. Chặng thứ nhất là bẻ gãy liên kết,

\mathrm{Cl_2}(g) \rightarrow 2\,\mathrm{Cl}(g)

, tiêu tốn đúng năng lượng phân li liên kết

D

. Chặng thứ hai là mỗi nguyên tử clo nhận một electron,

2\,\mathrm{Cl}(g) + 2e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Cl^-}(g)

, ứng với hai lần ái lực electron.

2Bước 2: Cộng hai chặng lại thì các nguyên tử clo trung hòa triệt tiêu và ta thu về đúng phương trình đề bài, nên theo định luật Hess (Hess's law) biến thiên entanpi cũng cộng theo. Biểu thức tương đương là

\Delta H^\circ = D_{\mathrm{Cl-Cl}} + 2\,\mathrm{EA}_{\mathrm{Cl}}

trong đó

D_{\mathrm{Cl-Cl}}

là năng lượng phân li liên kết còn

\mathrm{EA}_{\mathrm{Cl}}

là ái lực electron của một nguyên tử clo. Hệ số 2 là chi tiết dễ mất điểm nhất, vì phương trình tạo ra hai ion chứ không phải một.

3Bước 3: Thay số vào biểu thức vừa lập:

\Delta H^\circ = 243 + 2(-349) = 243 - 698 = -455

kJ/mol. Dấu âm cho biết năng lượng tỏa ra khi hai electron gắn vào clo lớn hơn năng lượng phải bỏ ra để bẻ gãy liên kết.

4Bước 4: Kiểm tra tính hợp lý của dấu trước khi ghi đáp án. Phá liên kết luôn thu nhiệt nên số hạng đầu phải dương, còn nguyên tử phi kim nhận electron luôn tỏa nhiệt nên số hạng sau phải âm; nếu học sinh viết

D - 2\,\mathrm{EA}

thì đã trừ hai lần và kết quả sẽ mang dấu ngược. Vì vậy chỉ cần cộng thẳng các giá trị kèm dấu của chúng.

Biểu thức tương đương với biến thiên entanpi của quá trình là $\Delta H^\circ = D_{\mathrm{Cl-Cl}} + 2\,\mathrm{EA}_{\mathrm{Cl}}$ , và khi thay số ta được $\Delta H^\circ = -455$ kJ/mol. Quá trình chuyển một phân tử $\mathrm{Cl_2}$ ở thể khí thành hai ion $\mathrm{Cl^-}$ ở thể khí do đó tỏa nhiệt, đúng như dự đoán từ ái lực electron rất âm của clo.

Liên quankhối lượng đương lượng (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.