Đang tải bài học…
Đang tải bài học…
AP Chemistry
stoichiometry
Tỉ lượng hoá học là phần hoá học nghiên cứu quan hệ định lượng giữa lượng các chất tham gia và sản phẩm dựa trên phương trình đã cân bằng.
Một phương trình hoá học đã cân bằng không chỉ cho biết chất nào biến thành chất nào, mà còn cho biết chúng phản ứng theo tỉ lệ số hạt nào. Vì định luật bảo toàn khối lượng buộc số nguyên tử mỗi nguyên tố phải như nhau ở hai vế, các hệ số đứng trước công thức trở thành một bộ tỉ lệ cố định giữa các chất. Tỉ lượng hoá học chính là nghệ thuật khai thác bộ tỉ lệ ấy để trả lời câu hỏi "có bao nhiêu". Do đó mọi bài toán định lượng, từ khối lượng kết tủa tới thể tích khí sinh ra, đều quy về cùng một mạch suy luận.
Mạch đó đi qua ba chặng. Trước hết ta đổi dữ kiện đo được (khối lượng, thể tích dung dịch, thể tích khí) sang số mol, chẳng hạn bằng với là khối lượng mol, hoặc với dung dịch. Kế đó ta dùng tỉ lệ mol (mole ratio) lấy từ hệ số phương trình để chuyển sang chất cần tìm; với thì , nghĩa là cứ mol A phản ứng hết sẽ tạo mol C. Cuối cùng ta đổi ngược số mol vừa tìm được về đại lượng mà đề hỏi.
Tuy nhiên, trong thực tế hiếm khi các chất được trộn đúng theo tỉ lệ lý tưởng, nên một chất sẽ cạn trước và chặn phản ứng lại: đó là chất giới hạn (limiting reactant). Muốn nhận ra nó, ta chia số mol mỗi chất cho hệ số của nó rồi so sánh, giá trị nhỏ nhất ứng với chất giới hạn, và mọi tính toán sản phẩm phải xuất phát từ chất này. Lượng sản phẩm tính được theo cách đó là lượng tối đa hay hiệu suất lý thuyết (theoretical yield); vì phản ứng phụ và hao hụt khi thu hồi, lượng thu thực tế thường nhỏ hơn, và ta báo cáo hiệu suất phần trăm (percent yield) bằng . Nhờ vậy tỉ lượng vừa dự đoán được kết quả lý tưởng, vừa đo được mức độ hiệu quả của một quy trình thật.
Trực giác: Giống công thức làm bánh: hai trứng một chén bột là tỉ lệ cố định, nên phải biết bạn có bao nhiêu trứng và bao nhiêu chén bột rồi so xem nguyên liệu nào hết trước, từ đó suy ra được số bánh tối đa.
Dùng trong bài toán tỉ lượng để tính khối lượng sản phẩm (hoặc chất phản ứng) từ khối lượng của một chất đã biết, đi qua trung gian số mol và tỉ số mol trong phương trình đã cân bằng.
Trong đó
1792Jeremias Benjamin Richter
Cuối thế kỷ 18, hoá học đang chuyển từ mô tả định tính sang cân đong định lượng, và câu hỏi lớn đặt ra là: các chất kết hợp với nhau theo những tỉ lệ khối lượng nào? Năm 1792, Richter cho xuất bản tập đầu của bộ sách "Anfangsgründe der Stöchyometrie oder Meßkunst chymischer Elemente" — tạm dịch là "Cơ sở của tỉ lượng hoá học, hay nghệ thuật đo lường các nguyên tố hoá học". Ngay trong sách, ông định nghĩa đây là khoa học đo những quan hệ định lượng, tức quan hệ khối lượng, giữa các nguyên tố hoá học với nhau. Nhờ cách đặt vấn đề đó, phản ứng hoá học lần đầu được nhìn như một bài toán tỉ lệ có thể tính ra con số, thay vì chỉ là hiện tượng quan sát được. Từ tiếng Đức của Richter đi vào tiếng Anh khoảng năm 1807.
Hệ số cân bằng là tỉ lệ mol, không phải tỉ lệ khối lượng.
Rất nhiều bài mất điểm vì học sinh thấy hệ số 3 trước rồi nhân thẳng ba lần số gam, trong khi mỗi chất có khối lượng mol khác nhau nên ba mol chất này không hề nặng gấp ba mol chất kia. Con đường bắt buộc luôn là gam → mol → mol → gam: đổi về mol trước, dùng hệ số để bắc cầu giữa hai chất, rồi mới quay lại khối lượng. Do đó khi trình bày, hãy để đơn vị mol hiện rõ ở bước giữa; giám khảo cho điểm chính ở bước đổi tỉ lệ đó.
Chất giới hạn không phải chất có số mol nhỏ hơn.
Đây là bẫy kinh điển: học sinh tính ra mol chất A và mol chất B rồi kết luận ngay B là chất giới hạn (limiting reactant), quên rằng phương trình có thể cần tới ba mol B cho một mol A. Cách đúng là chia số mol mỗi chất cho hệ số của nó rồi so sánh hai thương số, hoặc lấy toàn bộ lượng một chất mà tính xem cần bao nhiêu chất kia và đối chiếu với lượng thực có. Vì vậy trong bài tự luận, hãy viết hẳn ra phép chia cho hệ số kèm một câu kết luận chất nào hết trước, đừng chỉ khoanh tròn đáp án.
Hệ số trong phương trình không cho biết bậc của phản ứng.
Đề về axit asenic và ion iodua cho thấy rõ điều này: phương trình có hệ số 3 trước nhưng định luật tốc độ (rate law) thực nghiệm lại bậc một theo . Tỉ lượng chỉ mô tả tương quan lượng chất giữa đầu và cuối, còn bậc phản ứng phản ánh cơ chế và chỉ xác định được bằng thực nghiệm hoặc từ bước quyết định tốc độ. Ngược lại, nếu đề yêu cầu kiểm tra một cơ chế đề xuất, tổng các bước sơ cấp phải cộng lại đúng bằng phương trình tỉ lượng đã cho — đó mới là chỗ hai khái niệm gặp nhau.
Trong bài điện hoá, số mol electron phải lấy từ bán phản ứng, không lấy tuỳ tiện.
Với pin dùng cặp và , mỗi nguyên tử vàng nhận ba electron trong khi mỗi ion đồng chỉ nhường một, nên hệ số 3 trong phương trình tổng chính là hệ quả của việc cân bằng electron. Khi tính khối lượng kim loại bám vào điện cực, chuỗi biến đổi là dòng điện và thời gian cho điện lượng, chia cho hằng số Faraday (Faraday constant) được mol electron, rồi mới chia tiếp cho số electron mỗi nguyên tử. Bỏ qua bước chia cuối là lỗi làm sai gấp ba lần đáp số mà học sinh thường không nhận ra.
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.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Dùng để chuyển đổi giữa khối lượng và số mol khi đã biết khối lượng mol của chất; đây là công cụ cơ bản nhất trước khi áp dụng tỉ số mol.
Trong đó
Dùng để tính hiệu suất phản ứng, so sánh lượng sản phẩm thực tế thu được với lượng sản phẩm lớn nhất tính theo phương trình.
Trong đó
Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe rắc rối này thực ra là hai mảnh Hy Lạp cổ ghép lại: στοιχεῖον (stoikheîon) nghĩa là "nguyên tố" (element), và μέτρον (métron) nghĩa là "đo" (measure) — đúng tinh thần "đo lường các nguyên tố" mà Richter ghi ngay trên bìa sách. Điều thú vị là stoikheîon ban đầu không hề mang nghĩa hoá học: nó chỉ "một vật trong một hàng", thậm chí là vạch bóng trên đồng hồ mặt trời, rồi ở dạng số nhiều mới dần mang nghĩa "các nguyên tố". Vì vậy, hiểu theo gốc từ, thuật ngữ này không nói gì về phương trình hay tỉ lệ mol (mole ratio) như ta dùng hôm nay; nó chỉ tuyên bố một tham vọng giản dị là đem thước đo áp vào những thành phần cơ bản của vật chất. Hậu tố -metry trong tiếng Anh cũng chính là métron ấy, cùng họ với các từ như geometry.
Luôn cân bằng phương trình trước khi đặt bút tính bất kỳ số nào.
Một phương trình chưa cân bằng làm hỏng toàn bộ các bước sau, và giám khảo trừ điểm ngay từ dòng đầu dù phần tính toán phía dưới đúng phương pháp. Với phản ứng oxi hoá khử trong môi trường axit, hãy cân bằng nguyên tố trước, rồi oxi bằng , hydro bằng hoặc , cuối cùng là điện tích bằng electron. Nhờ đó bạn vừa có hệ số đúng cho phần tỉ lượng, vừa có sẵn số mol electron nếu câu sau hỏi về pin điện.
Viết đầy đủ đơn vị và công thức chất trên mỗi thừa số khi trình bày.
Trong phần tự luận, dòng mà không ghi rõ đó là mol của chất nào sẽ khiến người chấm không xác nhận được bạn dùng đúng tỉ lệ. Ghi kèm ký hiệu chất ngay sau đơn vị là cách rẻ nhất để giữ điểm quá trình, kể cả khi kết quả cuối bị sai số. Ngoài ra, đừng làm tròn ở các bước trung gian; chỉ làm tròn ở đáp số cuối theo số chữ số có nghĩa của dữ kiện kém chính xác nhất.
Khi đề nhắc lượng thu được thực tế, gần như chắc chắn phải tính hiệu suất phần trăm.
Hãy nhớ lượng lý thuyết luôn tính từ chất giới hạn chứ không từ chất dư, và hiệu suất phần trăm (percent yield) bằng lượng thực chia lượng lý thuyết rồi nhân . Nếu con số vượt quá , gần như chắc chắn bạn đã chọn nhầm chất giới hạn hoặc quên nhân hệ số, nên hãy coi đó là tín hiệu quay lại kiểm tra thay vì viết đại đáp án.
là chất giới hạn vì lượng nhôm có sẵn (2.70 g) vượt quá 2.14 g cần thiết để tiêu thụ hết muối đồng. Từ 0.1190 mol , lí thuyết thu được 7.56 g Cu; học sinh thu 6.80 g nên hiệu suất là 89.9%. Sau phản ứng còn dư khoảng 0.56 g nhôm chưa phản ứng.
Dung dịch acid oxalic có nồng độ 0.04800 M, ứng với 0.1080 g trong 25.00 mL mẫu. Nếu học sinh chuẩn độ vượt quá điểm dừng, thể tích ghi lớn hơn thực tế sẽ làm nồng độ tính được cao hơn giá trị thật.