Bài học

Tỉ khối chất khí

Em sẽ làm được gì?

Em tính được tỉ khối của khí A so với khí B ( $d_{A/B} = M_A/M_B$ ) và so với không khí ( $d_{A/kk} = M_A/29$ ), rồi dùng tỉ khối để xác định một khí chưa biết trong một tình huống thực tế.

Em tính được tỉ khối của khí A so với khí B ($d_{A/B} = M_A/M_B$) và so với không khí ($d_{A/kk} = M_A/29$), rồi dùng tỉ khối để xác định một khí chưa biết trong một tình huống thực tế.

Cần nhớ trước

Em cần nhớ cách tính khối lượng mol $M$ (Chương 2) và thể tích mol chất khí (Chương 4) — vì tỉ khối chỉ so sánh được hai khí ở CÙNG điều kiện.

Bóng bay bơm khí hydrogen thì bay vút lên trần nhà, nhưng khí carbon dioxide thoát ra từ bình chữa cháy lại "đọng" xuống sàn nhà và len lỏi xuống đáy hang động. Vì sao lại có sự khác biệt đó? Vì khí hydrogen nhẹ hơn không khí, còn khí carbon dioxide nặng hơn không khí. Đại lượng đo mức độ nặng/nhẹ này một cách định lượng gọi là tỉ khối.

Bóng bay bơm khí hydrogen thì bay vút lên trần nhà, nhưng khí carbon dioxide thoát ra từ bình chữa cháy lại "đọng" xuống sàn nhà và len lỏi xuống đáy hang động. Vì sao lại có sự khác biệt đó? Vì khí hydrogen **nhẹ hơn** không khí, còn khí carbon dioxide **nặng hơn** không khí. Đại lượng đo mức độ nặng/nhẹ này một cách định lượng gọi là **tỉ khối**.

Tỉ khối của khí A so với khí B

Tỉ khối của khí A so với khí B, kí hiệu $d_{A/B}$ , cho biết khí A nặng hay nhẹ hơn khí B bao nhiêu lần, tính bằng tỉ số khối lượng mol:

$d_{A/B} = \dfrac{M_A}{M_B}$

Nếu $d_{A/B} > 1$ : khí A nặng hơn khí B.
Nếu $d_{A/B} < 1$ : khí A nhẹ hơn khí B.
Nếu $d_{A/B} = 1$ : hai khí nặng bằng nhau.

Vì $M_A$ và $M_B$ đều là khối lượng của cùng 1 mol mỗi khí (mà 1 mol khí bất kì chiếm cùng thể tích ở đkc, theo Chương 4), tỉ số này chính xác phản ánh khí nào nặng hơn ở cùng một thể tích.

**Tỉ khối** của khí A so với khí B, kí hiệu $d_{A/B}$, cho biết khí A nặng hay nhẹ hơn khí B bao nhiêu lần, tính bằng tỉ số khối lượng mol: $$d_{A/B} = \dfrac{M_A}{M_B}$$ - Nếu $d_{A/B} > 1$: khí A **nặng hơn** khí B. - Nếu $d_{A/B} < 1$: khí A **nhẹ hơn** khí B. - Nếu $d_{A/B} = 1$: hai khí nặng bằng nhau. Vì $M_A$ và $M_B$ đều là khối lượng của cùng 1 mol mỗi khí (mà 1 mol khí bất kì chiếm cùng thể tích ở đkc, theo Chương 4), tỉ số này chính xác phản ánh khí nào nặng hơn ở cùng một thể tích.

So sánh với không khí

Không khí là hỗn hợp nhiều khí (chủ yếu $N_2$ và $O_2$ ), có khối lượng mol trung bình xấp xỉ 29 g/mol. Muốn biết một khí A nặng hay nhẹ hơn không khí, ta dùng:

$d_{A/kk} = \dfrac{M_A}{29}$

Nếu $d_{A/kk} > 1$ , khí A nặng hơn không khí và có xu hướng chìm xuống thấp (giải thích vì sao $CO_2$ hay đọng ở đáy hang); nếu $d_{A/kk} < 1$ , khí A nhẹ hơn không khí và bay lên cao (như $H_2$ , khí thường dùng bơm bóng bay).

Không khí là hỗn hợp nhiều khí (chủ yếu $N_2$ và $O_2$), có khối lượng mol trung bình xấp xỉ **29 g/mol**. Muốn biết một khí A nặng hay nhẹ hơn không khí, ta dùng: $$d_{A/kk} = \dfrac{M_A}{29}$$ Nếu $d_{A/kk} > 1$, khí A nặng hơn không khí và có xu hướng chìm xuống thấp (giải thích vì sao $CO_2$ hay đọng ở đáy hang); nếu $d_{A/kk} < 1$, khí A nhẹ hơn không khí và bay lên cao (như $H_2$, khí thường dùng bơm bóng bay).

Ứng dụng của tỉ khối trong đời sống và an toàn

Tỉ khối còn là công cụ cơ bản để các nhà hóa học thu khí trong phòng thí nghiệm: khí nặng hơn không khí (như $CO_2$ , $O_2$ ) thường thu bằng cách đặt ngửa bình (miệng bình hướng lên), vì khí sẽ chìm xuống đáy bình; còn khí nhẹ hơn không khí (như $H_2$ ) lại thu bằng cách úp ngược bình (miệng bình hướng xuống), vì khí sẽ bay lên trên. Việc chọn sai cách thu khí — ví dụ úp bình để thu $CO_2$ — sẽ khiến khí thoát ra ngoài ngay khi vừa sinh ra, không thu được gì cả.

Hiểu tỉ khối không chỉ để giải bài tập — nó còn giải thích nhiều hiện tượng và quy tắc an toàn quan trọng. Khí gas dùng trong bếp (chủ yếu là propane, butane) nặng hơn không khí nên khi rò rỉ sẽ tích tụ ở sát sàn nhà, vì vậy công tắc điện và bếp gas không nên đặt gần sàn để tránh nguy cơ cháy nổ. Ngược lại, khí hydrogen và khí helium nhẹ hơn không khí nên thường dùng để bơm bóng bay hoặc khí cầu. Trong hầm mỏ, khí carbon dioxide và khí methane có tỉ khối khác nhau nên tích tụ ở những vị trí khác nhau trong hầm — kiến thức tỉ khối giúp công nhân biết nơi nào cần thông gió kỹ hơn để đảm bảo an toàn lao động. Tỉ khối còn là công cụ cơ bản để các nhà hóa học **thu khí trong phòng thí nghiệm**: khí nặng hơn không khí (như $CO_2$, $O_2$) thường thu bằng cách đặt ngửa bình (miệng bình hướng lên), vì khí sẽ chìm xuống đáy bình; còn khí nhẹ hơn không khí (như $H_2$) lại thu bằng cách úp ngược bình (miệng bình hướng xuống), vì khí sẽ bay lên trên. Việc chọn sai cách thu khí — ví dụ úp bình để thu $CO_2$ — sẽ khiến khí thoát ra ngoài ngay khi vừa sinh ra, không thu được gì cả.

So với cột "Không khí" (29):

H_2

thấp hơn hẳn (nhẹ hơn), còn

O_2

và

CO_2

cao hơn (nặng hơn).So với cột "Không khí" (29): $H_2$ thấp hơn hẳn (nhẹ hơn), còn $O_2$ và $CO_2$ cao hơn (nặng hơn).

Ví dụ

Ví dụ 1 — Tỉ khối giữa hai khí

1
Tính tỉ khối của khí $CO_2$ ( $M=44$ ) so với khí $H_2$ ( $M=2$ ), và cho biết khí nào nặng hơn.
Tính tỉ khối của khí $CO_2$ ($M=44$) so với khí $H_2$ ($M=2$), và cho biết khí nào nặng hơn.
2
Áp dụng $d_{A/B} = M_A/M_B$ với A là $CO_2$ , B là $H_2$ .
Áp dụng $d_{A/B} = M_A/M_B$ với A là $CO_2$, B là $H_2$.
3
$d_{CO_2/H_2} = \dfrac{44}{2} = 22$ .
$d_{CO_2/H_2} = \dfrac{44}{2} = 22$.
4
Vì $d_{CO_2/H_2} = 22 > 1$ , khí $CO_2$ nặng hơn khí $H_2$ đúng 22 lần — nghĩa là cùng một thể tích khí ở đkc, lượng $CO_2$ nặng gấp 22 lần lượng $H_2$ , dù cả hai khí đó chiếm thể tích bằng nhau.
Vì $d_{CO_2/H_2} = 22 > 1$, khí $CO_2$ nặng hơn khí $H_2$ đúng 22 lần — nghĩa là cùng một thể tích khí ở đkc, lượng $CO_2$ nặng gấp 22 lần lượng $H_2$, dù cả hai khí đó chiếm thể tích bằng nhau.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài toán thực tế: xác định khí chưa biết qua tỉ khối

1
Một khí X không màu có tỉ khối so với không khí là $d_{X/kk} = 1,517$ . Biết X là một trong bốn khí sau: $N_2$ ( $M=28$ ), $O_2$ ( $M=32$ ), $CO_2$ ( $M=44$ ), $SO_2$ ( $M=64$ ). Hãy xác định khí X là khí nào.
Một khí X không màu có tỉ khối so với không khí là $d_{X/kk} = 1,517$. Biết X là một trong bốn khí sau: $N_2$ ($M=28$), $O_2$ ($M=32$), $CO_2$ ($M=44$), $SO_2$ ($M=64$). Hãy xác định khí X là khí nào.
2
Từ $d_{X/kk} = M_X/29$ , suy ra $M_X = d_{X/kk} \times 29$ .
Từ $d_{X/kk} = M_X/29$, suy ra $M_X = d_{X/kk} \times 29$.
3
$M_X = 1,517 \times 29 = 44$ (g/mol) (làm tròn).
$M_X = 1,517 \times 29 = 44$ (g/mol) (làm tròn).
4
So sánh $M_X = 44$ với khối lượng mol của bốn khí: $N_2=28$ , $O_2=32$ , $CO_2=44$ , $SO_2=64$ . Chỉ có $CO_2$ khớp đúng với $M_X = 44$ .
So sánh $M_X = 44$ với khối lượng mol của bốn khí: $N_2=28$, $O_2=32$, $CO_2=44$, $SO_2=64$. Chỉ có $CO_2$ khớp đúng với $M_X = 44$.
5
Vậy khí X chính là khí $CO_2$ . Bài toán cho thấy tỉ khối không chỉ để so sánh nặng nhẹ mà còn là công cụ nhận diện một khí chưa biết khi có dữ kiện so sánh và một danh sách khí gợi ý.
Vậy khí X chính là khí $CO_2$. Bài toán cho thấy tỉ khối không chỉ để so sánh nặng nhẹ mà còn là công cụ **nhận diện** một khí chưa biết khi có dữ kiện so sánh và một danh sách khí gợi ý.
6
Nếu đề bài không cho sẵn danh sách khí gợi ý, em vẫn có thể suy luận: $M_X=44$ g/mol khớp với công thức $CO_2$ ( $12+2\times16=44$ ), hoặc cũng có thể là $N_2O$ ( $2\times14+16=44$ ) — khi đó cần thêm dữ kiện khác (màu sắc, mùi, tính chất hóa học) để xác định chính xác khí X là chất nào.
Nếu đề bài không cho sẵn danh sách khí gợi ý, em vẫn có thể suy luận: $M_X=44$ g/mol khớp với công thức $CO_2$ ($12+2\times16=44$), hoặc cũng có thể là $N_2O$ ($2\times14+16=44$) — khi đó cần thêm dữ kiện khác (màu sắc, mùi, tính chất hóa học) để xác định chính xác khí X là chất nào.
7
Vì hai chất khác nhau có thể trùng khối lượng mol, tỉ khối chỉ thu hẹp phạm vi khả năng chứ không luôn cho một đáp án duy nhất — em cần kết hợp thêm dữ kiện thực nghiệm khác (màu, mùi, phản ứng đặc trưng) để kết luận chắc chắn về danh tính thật sự của khí đang xét.

Lỗi thường gặp

Nhầm tử số với mẫu số trong công thức $d_{A/B} = M_A/M_B$ là lỗi phổ biến nhất — luôn đặt khí đang xét (A) ở tử số, khí dùng để so sánh (B, hoặc không khí) ở mẫu số. Ngoài ra, nhiều bạn quên rằng khối lượng mol trung bình của không khí là 29, không phải một số tròn khác.

Nhầm tử số với mẫu số trong công thức $d_{A/B} = M_A/M_B$ là lỗi phổ biến nhất — luôn đặt khí **đang xét** (A) ở tử số, khí **dùng để so sánh** (B, hoặc không khí) ở mẫu số. Ngoài ra, nhiều bạn quên rằng khối lượng mol trung bình của không khí là **29**, không phải một số tròn khác.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

$d_{A/B} = M_A/M_B$ so sánh khí A với khí B; $d_{A/kk} = M_A/29$ so sánh với không khí. $d>1$ : nặng hơn (chìm xuống); $d<1$ : nhẹ hơn (bay lên). Có thể dùng tỉ khối kết hợp một danh sách khí gợi ý để xác định khí chưa biết.

$d_{A/B} = M_A/M_B$ so sánh khí A với khí B; $d_{A/kk} = M_A/29$ so sánh với không khí. $d>1$: nặng hơn (chìm xuống); $d<1$: nhẹ hơn (bay lên). Có thể dùng tỉ khối kết hợp một danh sách khí gợi ý để xác định khí chưa biết.

Em đã học đủ bốn "cửa" chuyển đổi của mol: số hạt, khối lượng, thể tích khí và tỉ khối. Chương cuối cùng của khóa học sẽ gom tất cả lại thành một "bản đồ" duy nhất, giúp em nhìn ra ngay một bài toán tổng hợp thực chất chỉ là sự nối tiếp của những bước nhỏ mà em đã thành thạo qua từng chương.