Đang tải bài học…

AP Chemistry

thành phần cấu tạo

composition

Còn gọi: thành phần · cấu tạo chất

Thành phần cấu tạo là các nguyên tố hoặc chất tạo nên một mẫu vật cùng với tỉ lệ tương đối của chúng.

Trong hóa học, mọi vật chất đều được hình thành từ các nguyên tố hoặc hợp chất. Thành phần cấu tạo (composition) cho biết những chất nào hiện diện trong mẫu vật và chiếm bao nhiêu phần trăm so với tổng khối lượng. Nhờ đó, nhà hóa học có thể phân loại vật chất và dự đoán các tính chất lý hóa đặc trưng.

Vì vậy, với chất tinh khiết, thành phần này luôn cố định theo định luật tỉ lệ bất biến. Chẳng hạn, nước nguyên chất luôn chứa hai nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử oxy theo tỉ lệ khối lượng duy nhất. Ngược lại, hỗn hợp có thành phần thay đổi, bởi các chất chỉ trộn lẫn vật lý chứ không liên kết hóa học (chemical bond) theo tỉ lệ bắt buộc.

Chính vì thế, xác định thành phần cấu tạo là nền tảng để thiết lập công thức thực nghiệm (empirical formula) và công thức phân tử. Ta dùng công thức phần trăm khối lượng: $\% \text{mass} = \frac{n \cdot M}{M_{\text{hợp chất}}} \times 100$ trong đó $n$ là số mol nguyên tố trong một mol hợp chất, $M$ là khối lượng mol của nguyên tố, còn $M_{\text{hợp chất}}$ là khối lượng mol của hợp chất. Do đó, từ phần trăm khối lượng đo được, nhà hóa học suy ra tỉ lệ số mol và viết được công thức hóa học thu gọn nhất.

Trực giác: Giống như việc đọc nhãn dinh dưỡng trên vỏ hộp sữa để biết trong đó có bao nhiêu gam chất béo, đường hay protein, thành phần cấu tạo cho biết "công thức" tạo nên vật chất.

Công thức

\%\text{X} = \htmlClass{fp-2}{\htmlClass{fp-1}{\frac{\htmlClass{fp-0}{n \cdot M_{\text{X}}}}{M_{\text{compound}}}} \times 100}

Dùng khi cần xác định phần trăm khối lượng của một nguyên tố trong hợp chất, hoặc khi cần tìm công thức thực nghiệm từ dữ liệu phân tích thành phần.

Trong đó

n

số nguyên tử của nguyên tố X trong một công thức hợp chất

M_{\text{X}}

khối lượng mol của nguyên tố X — g/mol

M_{\text{compound}}

khối lượng mol của hợp chất — g/mol

Thử nghiệm tương tác

Đổi bảng từ khối lượng sang phần trăm cột — xem hai mẫu nước trùng khít nhau

Hay hiểu sai

Phần trăm thành phần được tính theo khối lượng, không theo số nguyên tử.

Công thức thực nghiệm chỉ cho tỉ lệ tối giản, không cho thành phần thật của phân tử.

Chất xúc tác và chất trung gian đều xuất hiện trong cơ chế nhưng không thuộc thành phần của phương trình tổng.

Oxygen không phải lúc nào cũng có số oxi hóa $-2$ .

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Trong lúc khảo sát tính chất hóa học và vật lý của nguyên tố kim loại

\text{E}

, một học sinh nung

1{,}500\ \text{g}

kim loại

\text{E}

trong dòng khí oxygen dư cho đến khi khối lượng không đổi. Sản phẩm thu được là một oxide duy nhất, khối lượng

2{,}100\ \text{g}

. Từ dữ kiện phổ khối lượng, học sinh biết rằng

\text{E}

tạo ion mang điện tích

2+

, nên oxide có công thức

\text{EO}

aTính thành phần phần trăm theo khối lượng của $\text{E}$ và của oxygen trong oxide thu được.
bTính khối lượng mol của $\text{E}$ và xác định nguyên tố $\text{E}$ .
cNếu lặp lại thí nghiệm với $3{,}000\ \text{g}$ kim loại $\text{E}$ , dự đoán khối lượng oxide thu được và giải thích cơ sở của dự đoán đó.

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 nguyên tố của chất tinh khiết” — khoá AP Chemistry

Cần trướcnguyên tố hợp chất

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

thành phần nguyên tố (elemental composition)elemental composition

Khác nhau ở đâuThành phần cấu tạo cho biết chất được tạo từ những gì nói chung, bao gồm cả tỉ lệ và bản chất các thành phần. Thành phần nguyên tố chỉ liệt kê các nguyên tố và phần trăm khối lượng tương ứng của chúng.

Hay nhầm khiKhi đề cho phần trăm khối lượng rồi hỏi công thức thực nghiệm, đó là bài toán thành phần nguyên tố.

công thức cấu tạo (structural formula)structural formula

Khác nhau ở đâuThành phần cấu tạo trả lời câu hỏi chất gồm những thành phần nào, không mô tả cách sắp xếp. Công thức cấu tạo cho biết các nguyên tử liên kết với nhau theo trật tự nào trong phân tử.

Hay nhầm khiKhi đề yêu cầu vẽ cách nguyên tử nối nhau, đó là công thức cấu tạo chứ không phải thành phần cấu tạo.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 13–14, 18.

Đổi bảng từ khối lượng sang phần trăm cột — xem hai mẫu nước trùng khít nhau

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

Tạo tài khoản miễn phí

Mẹo phòng thi

Trong bài tự luận, phải viết ra từng bước tính chứ không chỉ ghi đáp số.

Khi tỉ lệ mol ra số lẻ như 1.5 hay 1.33, hãy nhân lên chứ đừng làm tròn.

Với câu hỏi về cơ chế, hãy cộng các bước lại trên giấy nháp trước khi chọn đáp án.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1: Toàn bộ phần khối lượng tăng thêm chính là oxygen đã kết hợp vào chất rắn, vì trong hệ chỉ có kim loại và oxygen tham gia. Do đó

m_{\text{O}} = 2{,}100 - 1{,}500 = 0{,}600\ \text{g}

. Đây là bước áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và là chìa khóa của mọi bài xác định thành phần cấu tạo từ dữ liệu cân.

2Bước 2: Phần trăm khối lượng lấy khối lượng từng nguyên tố chia cho khối lượng cả hợp chất:

\%\text{E} = \dfrac{1{,}500}{2{,}100}\times 100\% = 71{,}43\%

và

\%\text{O} = \dfrac{0{,}600}{2{,}100}\times 100\% = 28{,}57\%

. Hai giá trị cộng lại đúng bằng

100\%

, đó là phép kiểm tra nhanh nên làm trước khi viết đáp án.

3Bước 3: Chuyển khối lượng oxygen sang số mol:

n_{\text{O}} = \dfrac{0{,}600}{16{,}00} = 0{,}03750\ \text{mol}

. Vì công thức là

\text{EO}

nên tỉ lệ mol giữa hai nguyên tố là

1:1

, tức

n_{\text{E}} = 0{,}03750\ \text{mol}

. Từ đó

M_{\text{E}} = \dfrac{1{,}500}{0{,}03750} = 40{,}0\ \text{g·mol}^{-1}

, ứng với calcium; oxide tạo thành là

\text{CaO}

4Bước 4: Thành phần cấu tạo là đại lượng cường tính (intensive property): mọi mẫu

\text{CaO}

tinh khiết đều chứa

71{,}43\%

calcium bất kể lấy bao nhiêu gam. Vì vậy khối lượng oxide tính được là

m = \dfrac{3{,}000}{0{,}7143} = 4{,}200\ \text{g}

. Kết quả này cũng khớp với cách nhân tỉ lệ khối lượng mol

3{,}000 \times \dfrac{56{,}08}{40{,}08} = 4{,}20\ \text{g}

Oxide gồm $71{,}43\%$ calcium và $28{,}57\%$ oxygen theo khối lượng; khối lượng mol của $\text{E}$ bằng $40{,}0\ \text{g·mol}^{-1}$ nên $\text{E}$ là calcium và sản phẩm là $\text{CaO}$ . Khi dùng $3{,}000\ \text{g}$ calcium, thí nghiệm cho $4{,}200\ \text{g}$ oxide, vì thành phần phần trăm không phụ thuộc lượng chất đem cân.

2Ví dụ 2/2

Một hợp chất hữu cơ chỉ chứa carbon, hydrogen và oxygen được phân tích và cho kết quả:

40{,}00\%

6{,}71\%

H và

53{,}29\%

O theo khối lượng. Phép đo bằng phổ khối lượng cho khối lượng mol của hợp chất là

180{,}2\ \text{g·mol}^{-1}

aXác định công thức đơn giản nhất của hợp chất.
bXác định công thức phân tử của hợp chất.
cTính khối lượng carbon có trong mẫu $5{,}00\ \text{g}$ hợp chất này.

1Bước 1: Chọn mẫu giả định

100{,}0\ \text{g}

để phần trăm chuyển thẳng thành số gam, rồi đổi sang mol:

n_{\text{C}} = \dfrac{40{,}00}{12{,}01} = 3{,}331

n_{\text{H}} = \dfrac{6{,}71}{1{,}008} = 6{,}66

và

n_{\text{O}} = \dfrac{53{,}29}{16{,}00} = 3{,}331

. Số mol mới là thứ phản ánh tỉ lệ nguyên tử, còn phần trăm khối lượng thì không, nên bước đổi đơn vị này không được bỏ qua.

2Bước 2: Chia cả ba số cho giá trị nhỏ nhất là

3{,}331

\text{C} : \text{H} : \text{O} = 1{,}000 : 2{,}00 : 1{,}000

. Tỉ lệ đã là số nguyên nên công thức thực nghiệm (empirical formula) là

\text{CH}_2\text{O}

3Bước 3: Khối lượng mol của đơn vị

\text{CH}_2\text{O}

bằng

12{,}01 + 2(1{,}008) + 16{,}00 = 30{,}03\ \text{g·mol}^{-1}

. Lập tỉ số

\dfrac{180{,}2}{30{,}03} = 6{,}00

, nghĩa là phân tử thật chứa sáu đơn vị đó. Vậy công thức phân tử (molecular formula) là

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

4Bước 4: Vì thành phần cấu tạo không đổi theo kích thước mẫu, ta nhân trực tiếp phần trăm với khối lượng mẫu:

m_{\text{C}} = 0{,}4000 \times 5{,}00 = 2{,}00\ \text{g}

. Cách kiểm tra khác là dùng công thức phân tử:

\dfrac{6(12{,}01)}{180{,}2} = 0{,}3999

, sai lệch chỉ do làm tròn.

Hợp chất có công thức đơn giản nhất $\text{CH}_2\text{O}$ và công thức phân tử $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ ; trong $5{,}00\ \text{g}$ hợp chất có $2{,}00\ \text{g}$ carbon. Kết quả cho thấy dữ liệu phần trăm chỉ đủ để xác định tỉ lệ nguyên tử, còn muốn biết phân tử thật sự lớn cỡ nào thì bắt buộc phải có thêm khối lượng mol.

Dẫn tớiđịnh luật thành phần không đổi (sắp có)

Liên quanthành phần nguyên tố (sắp có)công thức hóa học (sắp có)

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