Đang tải bài học…

AP Chemistry

phần mol

mole fraction

Phần mol là đại lượng biểu thị tỉ số giữa số mol của một cấu tử và tổng số mol của mọi cấu tử trong hỗn hợp.

Phần mol là một cách biểu thị thành phần của hỗn hợp, được định nghĩa bằng thương của số mol một cấu tử chia cho tổng số mol của tất cả cấu tử có mặt. Kí hiệu thường gặp là $X_i$ , trong đó $i$ nhận diện cấu tử đang xét. Công thức tổng quát được viết như sau:

$X_i = \frac{n_i}{n_{\text{total}}}$

Ở đây $n_i$ là số mol của cấu tử $i$ và $n_{\text{total}}$ là tổng số mol của toàn bộ hỗn hợp.

Vì vậy, phần mol mang những tính chất (property) đáng chú ý. Vì là thương của hai đại lượng cùng đơn vị, phần mol không mang thứ nguyên và luôn nhận giá trị trong đoạn $[0;\,1]$ . Hơn nữa, tổng phần mol của mọi cấu tử trong một hỗn hợp bất kì luôn bằng đúng 1, nhờ đó khi đã biết phần mol của tất cả các cấu tử trừ một, ta dễ dàng suy ra giá trị của cấu tử còn lại mà không cần đo đạc thêm.

Ngoài ra, phần mol còn có nhiều ứng dụng quan trọng. Trong hỗn hợp khí, phần mol của một khí liên hệ trực tiếp với áp suất riêng phần (partial pressure) của khí ấy qua hệ quả của định luật Dalton: $P_i = X_i \cdot P_{\text{total}}$ , trong đó $P_i$ là áp suất riêng phần và $P_{\text{total}}$ là áp suất tổng của hỗn hợp. Nhờ mối liên hệ này, thí sinh có thể chuyển đổi linh hoạt giữa thành phần định lượng và áp suất khi giải bài tập về khí. Mặt khác, đối với dung dịch lỏng, phần mol đóng vai trò trung tâm trong định luật Raoult (Raoult's law) khi tính áp suất hơi của dung dịch lý tưởng.

Ký hiệu

X_i

(một số sách dùng

\chi_i

)

Đơn vịKhông thứ nguyên

Trực giác: Hãy tưởng tượng một rổ trái cây trộn gồm 3 quả cam và 7 quả táo — "phần cam" là 3 chia 10, tức 0,3; phần mol cũng đếm theo cách tương tự nhưng thay vì đếm quả, ta đếm số phân tử.

Công thức

X_i = \htmlClass{fp-2}{\frac{\htmlClass{fp-0}{n_i}}{\htmlClass{fp-1}{n_{\text{total}}}}}

Dùng khi cần biểu thị nồng độ của một chất trong hỗn hợp dưới dạng tỉ lệ không thứ nguyên; tổng các phần mol của mọi chất luôn bằng 1.

Trong đó

X_i

phần mol của chất i trong hỗn hợp

n_i

số mol của chất i

n_{\text{total}}

tổng số mol của mọi chất trong hỗn hợp

P_i = \htmlClass{fp-2}{\htmlClass{fp-0}{X_i} \cdot \htmlClass{fp-1}{P_{\text{total}}}}

Khái niệm này sinh ra từ đâu

cuối thế kỷ 19 (công trình của Raoult năm 1887)François-Marie Raoult

Khái niệm phần mol xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, trong khuôn khổ các định luật khí lý tưởng và nhiệt động lực học dung dịch, gắn với công trình năm 1887 của nhà hóa học người Pháp François-Marie Raoult về áp suất hơi của dung dịch.

Vào cuối thế kỷ 19, các nhà hóa học cần một cách đo "lượng chất" không phụ thuộc vào việc ta cân bằng gam hay đong bằng lít, bởi cùng một khối lượng của hai chất khác nhau lại chứa số hạt hoàn toàn khác nhau. Nhu cầu ấy trở nên cấp bách khi Raoult khảo sát áp suất hơi (vapor pressure) của dung dịch năm 1887 và nhận ra rằng đại lượng quyết định không phải khối lượng chất tan mà là tỉ lệ số hạt của nó so với tổng số hạt. Do đó, cách biểu diễn thành phần theo tỉ số số mol ra đời và nhanh chóng thành ngôn ngữ chung của nhiệt động lực học dung dịch (solution thermodynamics) lẫn của các định luật khí lý tưởng.

Thử nghiệm tương tác

Đổi cách nạp hỗn hợp — nhìn phần mol và phần trăm khối lượng tách hẳn nhau ra

Hay hiểu sai

Mẫu số của phần mol là TỔNG số mol, không phải số mol dung môi.

Không được thay số mol bằng khối lượng gam trong công thức.

Phần mol không có đơn vị và tổng của chúng luôn bằng 1.

Trong bình phản ứng, "lượng mol bằng nhau lúc đầu" không có nghĩa phần mol bằng nhau lúc sau.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Người ta bơm 5.32 g

\text{Cl}_2(g)

và 2.10 g

\text{CO}(g)

vào một bình cứng, đã hút chân không, có thể tích 2.00 L. Nhiệt độ của bình được giữ không đổi ở

27\ ^\circ\text{C}

. Cho

M(\text{Cl}_2) = 70.90\ \text{g/mol}

M(\text{CO}) = 28.01\ \text{g/mol}

và

R = 0.08206\ \text{L·atm·mol}^{-1}\text{K}^{-1}

aTính phần mol của mỗi khí trong hỗn hợp ban đầu.
bTính tổng áp suất trong bình và áp suất riêng phần của $\text{Cl}_2$ .
cHỗn hợp được để phản ứng theo phương trình $\text{Cl}_2(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{COCl}_2(g)$ cho đến khi hoàn toàn. Xác định phần mol của $\text{COCl}_2$ và tổng áp suất mới trong bình.

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 “Thành phần của hỗn hợp” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớiđịnh luật Raoult (sắp có)định luật Dalton về áp suất riêng phần

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

phần trăm mol (mole percent)mole percent

Khác nhau ở đâuPhần mol là tỉ số không thứ nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Phần trăm mol là phần mol nhân với 100, biểu thị bằng phần trăm.

Hay nhầm khiđề cho phần trăm mol nhưng cần thế vào định luật Raoult vốn yêu cầu phần mol

nồng độ mol (molarity)molarity

Khác nhau ở đâuPhần mol là tỉ số mol không phụ thuộc nhiệt độ, chỉ cần số mol các chất. Nồng độ mol là số mol chất tan trên lít dung dịch, thay đổi theo nhiệt độ.

Hay nhầm khibài toán chuyển đổi giữa các đơn vị nồng độ khi không cho khối lượng riêng

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 16–17, 493.

Dùng cho hỗn hợp khí lý tưởng khi cần tính áp suất riêng phần (partial pressure) từ phần mol và áp suất tổng, theo định luật Dalton.

Trong đó

P_i

áp suất riêng phần của chất i — atm (hoặc kPa, mmHg)

X_i

phần mol của chất i trong hỗn hợp khí

P_{\text{total}}

áp suất tổng của hỗn hợp khí — atm (hoặc kPa, mmHg)

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe lạ nằm ở chữ "mol". Thuật ngữ "molar" được nhà hóa học người Đức August Wilhelm Hofmann đưa vào hóa học khoảng năm 1865, lấy từ tiếng Latin moles nghĩa là "một khối lớn" — tức là nói về lượng chất cỡ lớn mà ta cân đo được, đối lập với một phân tử đơn lẻ. Đến khoảng năm 1893, Wilhelm Ostwald đưa ra dạng rút gọn "Mol" trong tiếng Đức, ban đầu hiểu là "khối lượng phân tử tính bằng gam". Vì vậy, khi ghép với "fraction" (phân số, tỉ phần), tên gọi này mô tả đúng bản chất phép tính: lấy số mol của một cấu tử chia cho tổng số mol của cả hỗn hợp, nên kết quả luôn là một số không thứ nguyên nằm giữa 0 và 1. Bản dịch tiếng Việt "phần mol" giữ nguyên logic đó, trong đó chữ "phần" ứng với ý tỉ phần chứ không phải một lượng chất cụ thể.

Đổi cách nạp hỗn hợp — nhìn phần mol và phần trăm khối lượng tách hẳn nhau ra

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Mẹo phòng thi

Hỗn hợp khí cùng nhiệt độ và thể tích: dùng tỉ lệ áp suất thay cho tỉ lệ mol.

Ở câu tự luận, phải viết ra biểu thức có tử và mẫu rõ ràng trước khi bấm máy.

So sánh hợp kim "cùng phần mol" nghĩa là số hạt cố định để so tính chất khác.

Tần suất trong đề AP ChemistryHay gặp

Bước 1: Đổi khối lượng sang số mol, vì phần mol luôn được tính trên số hạt chứ không phải trên khối lượng. Ta có

n_{\text{Cl}_2} = \dfrac{5.32}{70.90} = 0.0750\ \text{mol}

và

n_{\text{CO}} = \dfrac{2.10}{28.01} = 0.0750\ \text{mol}

. Hai giá trị bằng nhau, nghĩa là hỗn hợp đúng là đẳng mol (equimolar) như các đề thi thường mô tả.

2Bước 2: Áp dụng định nghĩa

X_A = \dfrac{n_A}{n_{\text{total}}}

với

n_{\text{total}} = 0.0750 + 0.0750 = 0.150\ \text{mol}

. Do đó

X_{\text{Cl}_2} = \dfrac{0.0750}{0.150} = 0.500

và tương tự

X_{\text{CO}} = 0.500

. Tổng hai phần mol bằng

1.00

, đây là phép kiểm tra nhanh nên làm mỗi lần tính xong.

3Bước 3: Dùng phương trình khí lý tưởng cho toàn bộ hỗn hợp với

T = 27 + 273 = 300\ \text{K}

P_{\text{total}} = \frac{n_{\text{total}}RT}{V} = \frac{(0.150)(0.08206)(300)}{2.00} = 1.85\ \text{atm}

Con số này là áp suất do cả hai khí cùng gây ra, vì khí lý tưởng chỉ quan tâm tổng số hạt chứ không phân biệt hạt đó là

\text{Cl}_2

hay

\text{CO}

4Bước 4: Áp suất riêng phần (partial pressure) được suy ra từ phần mol theo định luật Dalton:

P_{\text{Cl}_2} = X_{\text{Cl}_2} \cdot P_{\text{total}} = (0.500)(1.85) = 0.923\ \text{atm}

. Vì hỗn hợp đẳng mol nên

P_{\text{CO}}

cũng bằng

0.923\ \text{atm}

, và tổng hai giá trị đúng bằng

1.85\ \text{atm}

5Bước 5: Tỉ lệ hệ số trong phương trình là

1:1

và hai chất có số mol bằng nhau, nên cả hai phản ứng hết cùng lúc, tạo ra

0.0750\ \text{mol}

\text{COCl}_2

. Sau phản ứng bình chỉ còn một chất khí duy nhất nên

X_{\text{COCl}_2} = 1.00

. Tổng số mol khí giảm còn một nửa, do đó

P_{\text{total}} = \frac{(0.0750)(0.08206)(300)}{2.00} = 0.923\ \text{atm}

Hỗn hợp ban đầu có $X_{\text{Cl}_2} = X_{\text{CO}} = 0.500$ , tổng áp suất $1.85\ \text{atm}$ và áp suất riêng phần của mỗi khí là $0.923\ \text{atm}$ . Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, bình chỉ chứa $\text{COCl}_2$ nên phần mol của nó bằng $1.00$ ; vì hai phân tử khí kết hợp thành một phân tử khí nên tổng số mol giảm một nửa và áp suất trong bình cứng cũng giảm một nửa, còn $0.923\ \text{atm}$ .

2Ví dụ 2/2

Vàng nguyên chất quá mềm để làm trang sức nên thường được trộn với kim loại khác thành hợp kim thay thế (substitutional alloy). Một mẫu hợp kim được chế tạo từ 75.0 g Au và 12.0 g Cu. Cho

M(\text{Au}) = 197.0\ \text{g/mol}

M(\text{Cu}) = 63.55\ \text{g/mol}

M(\text{Ag}) = 107.9\ \text{g/mol}

; bán kính nguyên tử Au và Ag đều khoảng 144 pm, còn Cu chỉ khoảng 128 pm.

aTính phần mol của Au trong hợp kim Au–Cu này.
bCần bao nhiêu gam Ag để trộn với 75.0 g Au tạo ra hợp kim Au–Ag có cùng phần mol Au như trên?
cGiải thích tại sao hợp kim Au–Cu cứng hơn hợp kim Au–Ag dù hai mẫu có cùng phần mol Au.

1Bước 1: Chuyển khối lượng thành số mol trước khi làm bất cứ điều gì khác:

n_{\text{Au}} = \dfrac{75.0}{197.0} = 0.381\ \text{mol}

và

n_{\text{Cu}} = \dfrac{12.0}{63.55} = 0.189\ \text{mol}

. Tổng số mol nguyên tử trong mẫu là

0.381 + 0.189 = 0.570\ \text{mol}

2Bước 2: Áp dụng

X_{\text{Au}} = \dfrac{n_{\text{Au}}}{n_{\text{total}}} = \dfrac{0.381}{0.570} = 0.668

, kéo theo

X_{\text{Cu}} = 0.332

. Chú ý phần trăm khối lượng (mass percent) của Au lại là

\dfrac{75.0}{87.0} \times 100\% = 86.2\%

, lớn hơn hẳn

66.8\%

; sự chênh lệch này cho thấy phần mol và phần trăm khối lượng là hai đại lượng khác nhau và không được dùng lẫn.

3Bước 3: Muốn hợp kim Au–Ag có cùng phần mol Au khi vẫn dùng 75.0 g Au, số mol kim loại thứ hai phải giữ nguyên:

n_{\text{Ag}} = n_{\text{Cu}} = 0.189\ \text{mol}

. Từ đó khối lượng cần dùng là

m_{\text{Ag}} = (0.189)(107.9) = 20.4\ \text{g}

. Vì bạc nặng hơn đồng nên phải cân nhiều gam hơn mới đạt cùng số nguyên tử.

4Bước 4: Đến phần giải thích, hãy bám vào bán kính nguyên tử chứ không bám vào phần mol, vì hai mẫu đã có phần mol Au bằng nhau. Nguyên tử Ag gần như trùng kích thước với Au nên khi thay chỗ trong mạng tinh thể, các lớp nguyên tử vẫn trượt lên nhau khá dễ dàng. Ngược lại, Cu nhỏ hơn Au đáng kể nên tạo ra méo mạng cục bộ, cản trở sự trượt của các lớp nguyên tử và làm kim loại khó biến dạng hơn.

Hợp kim Au–Cu có $X_{\text{Au}} = 0.668$ , và để đạt cùng phần mol đó với 75.0 g Au thì cần 20.4 g Ag. Tuy hai hợp kim giống nhau về phần mol, hợp kim Au–Cu vẫn cứng hơn vì chênh lệch bán kính giữa Cu và Au lớn hơn nhiều so với giữa Ag và Au, khiến mạng tinh thể bị méo mạnh và các lớp nguyên tử khó trượt qua nhau.

Liên quankhái niệm molphần trăm khối lượng (sắp có)nồng độ molan (sắp có)

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