AP Chemistry

hợp chất

compound

Còn gọi: hợp chất hóa học

Hợp chất là chất thuần khiết gồm từ hai nguyên tố trở lên liên kết hóa học theo tỉ lệ xác định, có tính chất khác với các nguyên tố thành phần.

Trong hóa học, một chất thuần khiết có thể là đơn chất hoặc hợp chất. Hợp chất khác đơn chất ở chỗ nó chứa ít nhất hai nguyên tố liên kết với nhau theo một tỉ lệ khối lượng cố định — tỉ lệ này tuân theo định luật thành phần bất biến. Nhờ vậy, mọi mẫu nước tinh khiết trên Trái Đất đều chứa hydro và oxy theo tỉ lệ khối lượng 1 : 8, bất kể nguồn gốc hay cách điều chế.

Điểm then chốt phân biệt hợp chất với hỗn hợp nằm ở bản chất của sự kết hợp. Khi hai nguyên tố tạo thành hợp chất, chúng hình thành liên kết hóa học mới và tạo ra chất có tính chất vật lý lẫn hóa học hoàn toàn khác với các nguyên tố ban đầu. Do đó, không thể tách hợp chất thành các thành phần bằng phương pháp vật lý như lọc hay bay hơi; chỉ có phản ứng hóa học mới phá vỡ được cấu trúc đó. Ngược lại, hỗn hợp vẫn giữ nguyên tính chất của từng chất thành phần và có thể tách rời bằng phương pháp vật lý.

Trong chương trình AP Chemistry, hợp chất được phân thành hai nhóm chính dựa trên loại liên kết: hợp chất ion và hợp chất cộng hóa trị. Hợp chất ion hình thành khi kim loại nhường điện tử cho phi kim, tạo ra các ion trái dấu hút nhau bằng lực tĩnh điện. Hợp chất cộng hóa trị, ngược lại, được tạo thành khi các nguyên tử dùng chung điện tử để đạt cấu hình bền. Sự phân biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ (temperature) nóng chảy, độ dẫn điện, và độ tan — những tính chất thường xuất hiện trong câu hỏi phân tích tính chất của chất trên đề thi.

Trực giác: Hợp chất giống như một món ăn đã nấu chín: nguyên liệu riêng lẻ đã biến đổi thành thứ hoàn toàn mới, và bạn không thể lấy lại từng nguyên liệu chỉ bằng cách... gắp ra.

Hay hiểu sai

Hợp chất không phải hỗn hợp: trộn hai chất lại không tạo ra hợp chất.

Hợp chất ion không tồn tại dưới dạng phân tử riêng lẻ.

Thành phần phần trăm khối lượng chỉ cho công thức thực nghiệm, không cho công thức phân tử.

Mỗi hợp chất có phổ hấp thụ riêng, nên dung môi cũng hấp thụ và làm sai kết quả.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh khảo sát tính chất của nguyên tố kim loại

\text{E}

. Trong thí nghiệm thứ nhất, học sinh nung

1.35 \text{ g}

\text{E}

trong lượng dư khí oxygen cho đến khi khối lượng không đổi, thu được

2.55 \text{ g}

chất rắn màu trắng. Trong thí nghiệm thứ hai, học sinh lặp lại quy trình với

2.70 \text{ g}

\text{E}

và thu được

5.10 \text{ g}

chất rắn trắng cùng loại. Biết khối lượng mol của

\text{E}

là

26.98 \text{ g/mol}

và của

\text{O}

là

16.00 \text{ g/mol}

aDựa trên dữ liệu thí nghiệm thứ nhất, xác định công thức thực nghiệm của chất rắn trắng. Trình bày rõ các bước tính.
bTính phần trăm khối lượng oxygen trong chất rắn thu được ở mỗi thí nghiệm và giải thích kết quả này ủng hộ kết luận rằng chất rắn trắng là một hợp chất chứ không phải hỗn hợp như thế nào.
cHọc sinh khẳng định: "Vì chất rắn trắng nặng hơn kim loại ban đầu nên nó vẫn là nguyên tố $\text{E}$ ở dạng khác." Nhận xét khẳng định này là đúng hay sai và giải thích.

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 nàyCấu trúc & tính chất nguyên tử · bài “Electron hóa trị và hợp chất ion” — khoá AP Chemistry

Cần trướcnguyên tố chất

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

hỗn hợp (mixture)mixture

Khác nhau ở đâuHợp chất có thành phần nguyên tố cố định và chỉ tách được bằng phản ứng hóa học. Hỗn hợp trộn theo tỉ lệ tùy ý và tách được bằng phương pháp vật lí.

Hay nhầm khiĐề cho không khí, nước biển hay muối ăn rồi hỏi phân loại chất tinh khiết hay hỗn hợp.

phân tử (molecule)molecule

Khác nhau ở đâuHợp chất là chất được tạo từ hai nguyên tố trở lên. Phân tử là hạt gồm các nguyên tử liên kết, có thể chỉ chứa một nguyên tố như O2.

Hay nhầm khiKhi đề hỏi O3 hay Cl2 có phải hợp chất không, nhiều học sinh trả lời có vì thấy đó là phân tử.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 1, 11, 13.

1Bước 1: Xác định khối lượng oxygen đã kết hợp trong thí nghiệm thứ nhất. Vì oxygen là chất duy nhất được thêm vào và toàn bộ

\text{E}

đã phản ứng hết, phần khối lượng tăng thêm chính là oxygen:

m_{\text{O}} = 2.55 - 1.35 = 1.20 \text{ g}

2Bước 2: Đổi khối lượng của từng nguyên tố sang số mol. Với kim loại:

n_{\text{E}} = \dfrac{1.35}{26.98} = 0.0500 \text{ mol}

. Với oxygen:

n_{\text{O}} = \dfrac{1.20}{16.00} = 0.0750 \text{ mol}

. Hai con số này cho biết số nguyên tử tương đối của mỗi loại có mặt trong mẫu.

3Bước 3: Chia cả hai số mol cho giá trị nhỏ hơn để tìm tỉ lệ đơn giản nhất:

\dfrac{0.0500}{0.0500} = 1.00

và

\dfrac{0.0750}{0.0500} = 1.50

. Nhân cả hai với

2

để được số nguyên:

\text{E} : \text{O} = 2 : 3

. Vậy công thức thực nghiệm (empirical formula) là

\text{E}_2\text{O}_3

; với

M_{\text{E}} = 26.98

thì

\text{E}

là nhôm và chất rắn là

\text{Al}_2\text{O}_3

4Bước 4: Tính phần trăm khối lượng oxygen của từng mẻ. Thí nghiệm 1:

\dfrac{1.20}{2.55} \times 100\% = 47.1\%

. Thí nghiệm 2: khối lượng oxygen là

5.10 - 2.70 = 2.40 \text{ g}

, nên

\dfrac{2.40}{5.10} \times 100\% = 47.1\%

. Hai giá trị trùng nhau dù lượng chất đầu gấp đôi.

5Bước 5: Diễn giải ý nghĩa của kết quả ở Bước 4. Thành phần khối lượng không đổi khi thay đổi quy mô thí nghiệm chính là biểu hiện của định luật thành phần không đổi (law of definite proportions), đặc trưng cho hợp chất. Ngược lại, một hỗn hợp (mixture) có thể pha trộn theo tỉ lệ bất kỳ, nên phần trăm oxygen sẽ thay đổi tùy mẻ; do đó dữ liệu loại trừ khả năng chất rắn là hỗn hợp của nhôm và oxygen.

6Bước 6: Đánh giá khẳng định ở ý (c). Khẳng định này sai: khối lượng tăng lên đúng bằng khối lượng oxygen đã kết hợp, chứng tỏ trong chất rắn có mặt nguyên tố thứ hai. Một chất chỉ gồm các nguyên tử nhôm thì không thể có

47.1\%

khối lượng là oxygen; hơn nữa chất rắn trắng có tính chất vật lý khác hẳn kim loại xám ánh kim ban đầu, phù hợp với việc một hợp chất mới đã hình thành.

2Ví dụ 2/2

Một hợp chất hữu cơ tinh khiết được phân tích và cho kết quả thành phần khối lượng:

40.00\%

carbon,

6.71\%

hydrogen và

53.29\%

oxygen. Phép đo bằng khối phổ cho thấy khối lượng mol của hợp chất là

180.2 \text{ g/mol}

. Khối lượng mol nguyên tử:

\text{C} = 12.01

\text{H} = 1.008

\text{O} = 16.00 \text{ g/mol}

aXác định công thức thực nghiệm của hợp chất.
bXác định công thức phân tử của hợp chất.
cGiải thích vì sao chỉ riêng số liệu phần trăm khối lượng không đủ để nhận biết một hợp chất cụ thể.

1Bước 1: Giả sử có

100.0 \text{ g}

mẫu để phần trăm chuyển thẳng thành khối lượng:

40.00 \text{ g C}

6.71 \text{ g H}

và

53.29 \text{ g O}

. Cách đặt này hợp lệ vì thành phần của hợp chất không phụ thuộc vào lượng mẫu đem phân tích.

2Bước 2: Đổi sang số mol từng nguyên tố:

n_{\text{C}} = \dfrac{40.00}{12.01} = 3.331

;

n_{\text{H}} = \dfrac{6.71}{1.008} = 6.657

;

n_{\text{O}} = \dfrac{53.29}{16.00} = 3.331

3Bước 3: Chia cả ba giá trị cho số nhỏ nhất là

3.331

\text{C} = 1.000

\text{H} = \dfrac{6.657}{3.331} = 1.999 \approx 2

\text{O} = 1.000

. Vậy công thức thực nghiệm là

\text{CH}_2\text{O}

4Bước 4: Tính khối lượng của một đơn vị công thức thực nghiệm:

M(\text{CH}_2\text{O}) = 12.01 + 2(1.008) + 16.00 = 30.03 \text{ g/mol}

5Bước 5: Lập tỉ số giữa khối lượng mol thực và khối lượng đơn vị công thức:

\dfrac{180.2}{30.03} = 6.001 \approx 6

. Nhân mọi chỉ số trong

\text{CH}_2\text{O}

với

6

được công thức phân tử (molecular formula)

\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6

, ứng với glucose.

6Bước 6: Trả lời ý (c). Phần trăm khối lượng chỉ cho biết tỉ lệ nguyên tử đơn giản nhất, nên nhiều hợp chất khác nhau có thể cho cùng một kết quả: formaldehyde

\text{CH}_2\text{O}

(

M = 30.03

), acetic acid

\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2

(

M = 60.05

) và glucose

\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6

đều chứa

40.00\%

C. Muốn khẳng định là hợp chất nào, cần thêm khối lượng mol; và để phân biệt các đồng phân (isomers) có cùng công thức phân tử thì còn phải dựa vào dữ liệu cấu trúc như phổ hấp thụ hay phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Hợp chất có công thức thực nghiệm $\text{CH}_2\text{O}$ và công thức phân tử $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ , tức glucose. Kết quả này minh họa rằng mỗi hợp chất có một thành phần nguyên tố cố định, nhưng bản thân thành phần đó chỉ xác định tỉ lệ nguyên tử tối giản. Do đó phải kết hợp phần trăm khối lượng với khối lượng mol — và trong nhiều trường hợp là cả thông tin về cấu trúc — mới nhận diện được đúng hợp chất đang xét.