Đang tải bài học…

AP Chemistry

khối lượng mol

molar mass

Còn gọi: M · khối lượng phân tử mol

Khối lượng mol là khối lượng của một mol chất, tính bằng gam trên mol, có trị số bằng khối lượng công thức đo theo đơn vị khối lượng nguyên tử.

Cân trong phòng thí nghiệm chỉ đọc được gam, còn phương trình hóa học lại đếm theo số hạt. Khối lượng mol chính là chiếc cầu nối hai thế giới đó: nó cho biết một mol chất — tức $6{,}022\times10^{23}$ hạt theo số Avogadro (Avogadro's number) — nặng bao nhiêu gam. Giá trị này lấy trực tiếp từ khối lượng nguyên tử trung bình (average atomic mass) ghi trong bảng tuần hoàn, chỉ đổi đơn vị từ amu sang g/mol mà giữ nguyên con số. Nhờ đó, một nguyên tử cacbon nặng $12{,}01$ amu thì một mol cacbon nặng $12{,}01$ g.

Với hợp chất, ta cộng khối lượng của mọi nguyên tử có mặt trong công thức, và tổng đó cũng chính là khối lượng công thức (formula weight) đọc theo g/mol. Chẳng hạn $\mathrm{H_2SO_4}$ có $M = 2(1{,}008) + 32{,}06 + 4(16{,}00) = 98{,}08$ g/mol. Quan hệ trung tâm cần thuộc là

$n = \frac{m}{M}$

trong đó $m$ là khối lượng mẫu tính bằng gam, $M$ là khối lượng mol và $n$ là số mol. Công thức này nói rằng chia khối lượng cân được cho khối lượng của mỗi mol thì ra số mol đang có trong tay.

Vì vậy hầu như mọi bài toán định lượng đều đi qua bước này: từ gam đổi sang mol, dùng hệ số phương trình để chuyển sang chất khác, rồi đổi ngược về gam. Khối lượng mol còn giúp xác định chất chưa biết, chẳng hạn từ khối lượng riêng của khí qua $M = dRT/P$ , hoặc từ độ hạ băng điểm trong nhóm tính chất tập hợp (colligative properties). Tuy nhiên, cần phân biệt rõ khối lượng mol của công thức thực nghiệm với của công thức phân tử: tỉ số giữa hai giá trị đó cho biết phải nhân chỉ số lên bao nhiêu lần mới ra công thức đúng của phân tử.

Ký hiệu

• $M$
• $n = m/M$
•đôi khi viết là MM hoặc FW trong đề tiếng Anh

Đơn vịg/mol (đôi khi kg/mol trong bài về khí)

Trực giác: Giống như biết một tá trứng nặng bao nhiêu gam, bạn cân rổ trứng rồi chia ra là biết có mấy tá mà không phải đếm từng quả.

Công thức

M = \frac{m}{n}

Dùng để tính khối lượng mol khi biết khối lượng và số mol của một chất; cũng là công thức trung tâm để đổi giữa khối lượng (g) và số mol (mol) trong mọi bài toán stoichiometry.

Trong đó

M

khối lượng mol — g/mol

m

khối lượng chất — g

n

số mol — mol

M = \htmlClass{fp-1}{\sum_{i} \htmlClass{fp-0}{n_i \cdot A_i}}

Dùng để tính khối lượng mol của một hợp chất khi biết công thức hóa học, bằng cách cộng khối lượng mol của từng nguyên tố nhân với số nguyên tử tương ứng trong công thức.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1894–1897 (đơn vị mol); nền tảng từ đầu thế kỷ 19Wilhelm OstwaldWilhelm HofmannJohn DaltonAmedeo AvogadroJöns Jacob Berzelius

Hay hiểu sai

Quên đổi gam sang mol trước khi nhân với đại lượng tính theo mol.

Khối lượng mol không phải khối lượng của một phân tử.

Nhân khi lẽ ra phải chia, vì không nhìn đơn vị.

Tính khối lượng mol cho sai chất so với chất đề hỏi.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh làm bay hơi hoàn toàn

36.0\ \text{g}

nước lỏng tại điểm sôi

100\ ^\circ\text{C}

dưới áp suất

1\ \text{atm}

. Cho khối lượng mol của nước là

18.0\ \text{g/mol}

và nhiệt hóa hơi (enthalpy of vaporization)

\Delta H_{vap} = 40.7\ \text{kJ/mol}

aTính số mol nước đã bay hơi.
bTính nhiệt $q$ mà mẫu nước trao đổi với môi trường trong quá trình này, kèm dấu, và cho biết quá trình thu nhiệt hay tỏa nhiệt.

1Bước 1: Nhận ra vai trò của khối lượng mol trong bài. Dữ kiện đề cho là khối lượng tính bằng gam, nhưng

\Delta H_{vap}

lại được biểu diễn theo mỗi mol, nên hai đại lượng chưa "nói cùng một ngôn ngữ". Khối lượng mol chính là hệ số chuyển đổi (conversion factor) nối hai thang đo đó lại với nhau, vì vậy bước đầu tiên luôn là đổi gam sang mol.

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 “Mol và khối lượng mol” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớitỉ lượng hoá họcnồng độ mol

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

khối lượng phân tửmolecular mass

Khác nhau ở đâuKhối lượng mol tính bằng g/mol, là khối lượng của một mol chất. Khối lượng phân tử tính bằng amu, là khối lượng của một phân tử.

Hay nhầm khiKhi đề bài cho trị số và hỏi đơn vị, học sinh hay nhầm hai đại lượng này vì chúng có cùng trị số.

khối lượng nguyên tử trung bìnhaverage atomic mass

Khác nhau ở đâuKhối lượng mol áp dụng cho mọi chất và đo bằng g/mol. Khối lượng nguyên tử trung bình chỉ dùng cho nguyên tố và đo bằng amu.

Hay nhầm khiKhi làm bài với nguyên tố, học sinh hay nhầm vì hai giá trị này bằng nhau về mặt số học.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 14, 16–17.

Trong đó

M

khối lượng mol của hợp chất — g/mol

n_i

số nguyên tử của nguyên tố

i

trong một công thức

A_i

khối lượng mol của nguyên tố

i

— g/mol

Khối lượng mol gắn liền với sự ra đời của đơn vị mol: nhà hóa học người Đức Wilhelm Ostwald đặt ra từ "Mol" (từ tiếng Đức Molekül, nghĩa là phân tử) vào năm 1894, và tên gọi "mole" đi vào tiếng Anh qua bản dịch năm 1897. Trước đó, từ "molar" đã được Wilhelm Hofmann đưa vào hóa học khoảng năm 1865, lấy từ chữ Latin moles nghĩa là "khối lớn".

Suốt thế kỷ 19, các nhà hóa học vướng một khó khăn rất thực tế: cân được khối lượng chất trong bình vẫn chưa đủ để biết phản ứng sẽ diễn ra theo tỉ lệ nào. Định luật tỉ lệ xác định của Proust (1794) và định luật áp suất riêng phần của Dalton (1803) cho thấy lượng chất mang một thông tin mà riêng phép cân không cung cấp được. Năm 1805, John Dalton công bố bảng khối lượng nguyên tử tương đối đầu tiên, lấy hydrogen làm mốc bằng 1; Jöns Jacob Berzelius sau đó tinh chỉnh các giá trị này và là người đầu tiên dùng oxygen làm chuẩn so sánh. Định luật Avogadro (1811) nối thể tích khí với số phân tử, mở đường cho ý tưởng một lượng chất ứng với một số hạt xác định. Từ nền đó, khối lượng mol trở thành cây cầu giữa thang đo cân được trong phòng thí nghiệm và thế giới hạt không đếm trực tiếp được.

Vì sao mang đúng cái tên này? Tính từ "molar" trong "molar mass" không liên quan gì tới răng hàm, mà bắt nguồn từ chữ Latin moles nghĩa là "khối lớn" — đúng tinh thần của đại lượng này, vì nó mô tả khối lượng ở quy mô vĩ mô cân được, chứ không phải khối lượng của một hạt riêng lẻ. Hofmann đưa từ này vào hóa học khoảng năm 1865, và về sau Ostwald dựng nên đơn vị "Mol" từ tiếng Đức Molekül (phân tử) vào năm 1894, ban đầu dùng theo nghĩa khối lượng phân tử; bản dịch sang tiếng Anh năm 1897 cho ta chữ "mole". Vì vậy tên gọi hôm nay chồng lên nhau hai lớp nghĩa: gốc Latin chỉ "khối lớn" và gốc Đức chỉ "phân tử", giải thích vì sao khối lượng mol lại đo bằng gam trên một mol hạt. Cũng cần lưu ý khái niệm khối lượng đương lượng (equivalent mass) đã được dùng sớm hơn cả thế kỷ, và suốt thế kỷ 19 người ta thường lẫn lộn nó với khối lượng nguyên tử tương đối.

Mẹo phòng thi

Ở câu tự luận, viết hẳn dòng đổi mol ra giấy thì mới được điểm quy trình.

Lấy khối lượng mol từ bảng tuần hoàn trong đề, đừng nhớ theo trí nhớ.

Kiểm tra dấu và ý nghĩa vật lý sau khi đã ra con số.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 2: Đổi khối lượng sang số mol bằng cách chia cho khối lượng mol:

n = \frac{m}{M} = \frac{36.0\ \text{g}}{18.0\ \text{g/mol}} = 2.00\ \text{mol}

Phép chia này cho biết trong

36.0\ \text{g}

nước có đúng

2.00

mol phân tử

\text{H}_2\text{O}

, tức là gấp đôi lượng chất ứng với một lần "đơn giá"

40.7\ \text{kJ}

3Bước 3: Nhân số mol với nhiệt hóa hơi để ra nhiệt lượng:

q = n\,\Delta H_{vap} = (2.00\ \text{mol})(40.7\ \text{kJ/mol}) = 81.4\ \text{kJ}

Đơn vị

\text{mol}

triệt tiêu và chỉ còn lại

\text{kJ}

, đó là dấu hiệu cho thấy phép tính được dựng đúng.

4Bước 4: Xác định dấu của

q

theo quy ước hệ nhiệt động. Muốn tách các phân tử nước ra khỏi mạng liên kết hydrogen trong pha lỏng thì phải cấp năng lượng cho hệ, do đó hệ hấp thụ nhiệt và

q > 0

. Vì vậy kết quả được ghi là

q = +81.4\ \text{kJ}

; nếu bài hỏi ngược lại về nhiệt mà môi trường nhận thì dấu sẽ đổi thành âm.

Trong $36.0\ \text{g}$ nước có $2.00\ \text{mol}$ $\text{H}_2\text{O}$ , và quá trình hóa hơi hoàn toàn lượng nước này ở $100\ ^\circ\text{C}$ cần hấp thụ $q = +81.4\ \text{kJ}$ . Đây là một quá trình thu nhiệt, và khối lượng mol là mắt xích bắt buộc để chuyển dữ kiện cân đo (gam) thành đại lượng mà phương trình nhiệt hóa học sử dụng (mol).

2Ví dụ 2/2

Một hợp chất khí chưa biết được nạp vào bình kín. Mẫu khí có khối lượng

1.72\ \text{g}

, chiếm thể tích

1.00\ \text{L}

ở

25.0\ ^\circ\text{C}

và áp suất

1.00\ \text{atm}

. Phân tích nguyên tố cho thấy công thức thực nghiệm (empirical formula) của hợp chất là

\text{CH}_2

. Cho

R = 0.0821\ \text{L}\cdot\text{atm}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}

aTính khối lượng mol của hợp chất khí từ dữ kiện thực nghiệm.
bXác định công thức phân tử (molecular formula) của hợp chất.

1Bước 1: Đổi nhiệt độ sang thang Kelvin trước khi thay vào phương trình khí lý tưởng:

T = 25.0 + 273 = 298\ \text{K}

. Mọi phép tính có

R

đều đòi hỏi nhiệt độ tuyệt đối, và quên bước này là lỗi mất điểm phổ biến nhất ở dạng bài xác định khối lượng mol từ dữ liệu khí.

2Bước 2: Tính số mol khí trong bình bằng

PV = nRT

n = \frac{PV}{RT} = \frac{(1.00)(1.00)}{(0.0821)(298)} = \frac{1.00}{24.5} = 0.0409\ \text{mol}

Ở đây phương trình khí lý tưởng đóng vai trò "cân đếm hạt": nó cho biết lượng chất mà ta không cân trực tiếp được.

3Bước 3: Lấy khối lượng chia cho số mol vừa tìm được để ra khối lượng mol:

M = \frac{m}{n} = \frac{1.72\ \text{g}}{0.0409\ \text{mol}} = 42.1\ \text{g/mol}

Lưu ý rằng ở ví dụ trước khối lượng mol là dữ kiện cho sẵn, còn ở đây nó lại là ẩn số cần tìm; công thức vẫn là một, chỉ đổi chiều sử dụng.

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

\text{CH}_2

ứng với

12.01 + 2(1.008) = 14.03\ \text{g/mol}

. So sánh với khối lượng mol thực đo:

\frac{42.1}{14.03} = 3.00

Tỉ số này xấp xỉ một số nguyên, nghĩa là mỗi phân tử chứa đúng ba đơn vị

\text{CH}_2

5Bước 5: Nhân các chỉ số trong công thức thực nghiệm với

3

để được

\text{C}_3\text{H}_6

. Kiểm tra lại:

3(12.01) + 6(1.008) = 36.03 + 6.05 = 42.08\ \text{g/mol}

, khớp với giá trị

42.1\ \text{g/mol}

đo được trong phạm vi sai số làm tròn.

Hợp chất khí có khối lượng mol khoảng $42.1\ \text{g/mol}$ và công thức phân tử là $\text{C}_3\text{H}_6$ . Ví dụ này cho thấy công thức thực nghiệm chỉ cho tỉ lệ nguyên tử, còn muốn biết số nguyên tử thật trong một phân tử thì bắt buộc phải có thêm một phép đo khối lượng mol độc lập.

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