Bài học

Phương pháp bốn bước tính theo phương trình hóa học

Em sẽ làm được gì?

Sau bài học, em thực hiện đúng quy trình 4 bước để tính số mol, khối lượng hoặc thể tích của một chất khi biết lượng một chất khác trong phản ứng hóa học đã cân bằng.

Cần nhớ trước

Cân bằng phương trình hóa học (Khóa 3 — Phản ứng hóa học); công thức $n = \dfrac{m}{M}$ và $V = n \times 24,79$ ở điều kiện chuẩn 25°C, 1 bar (Khóa 4 — Mol và tính toán hóa học). Nếu chưa vững hai công thức này, em nên ôn lại trước khi học tiếp, vì cả bài học hôm nay được xây trên nền hai công thức đó.

Một tiệm bánh có công thức cố định: cứ 2 quả trứng gà thì làm được 1 chiếc bánh bông lan. Nếu đầu bếp có 20 quả trứng, không ai đi làm thử từng chiếc rồi đếm — chỉ cần dùng tỉ lệ $2:1$ để suy ra ngay 10 chiếc bánh sẽ ra lò. Trong hóa học, một phương trình hóa học đã cân bằng cũng là một "công thức nấu ăn" như vậy: nó cho biết chất này kết hợp với chất kia theo đúng tỉ lệ nào. Câu hỏi cốt lõi của cả khóa học là: biết lượng của một chất tham gia hoặc tạo thành, làm sao tính được lượng của chất còn lại — mà không cần cân, đong, đo lại bằng thí nghiệm? Bài học này trả lời câu hỏi đó bằng một quy trình duy nhất, dùng lại cho mọi bài toán hóa học suốt cấp THCS.

Một tiệm bánh có công thức cố định: cứ **2 quả trứng gà** thì làm được **1 chiếc bánh bông lan**. Nếu đầu bếp có 20 quả trứng, không ai đi làm thử từng chiếc rồi đếm — chỉ cần dùng tỉ lệ $2:1$ để suy ra ngay 10 chiếc bánh sẽ ra lò. Trong hóa học, một phương trình hóa học đã cân bằng cũng là một "công thức nấu ăn" như vậy: nó cho biết chất này kết hợp với chất kia theo đúng tỉ lệ nào. Câu hỏi cốt lõi của cả khóa học là: **biết lượng của một chất tham gia hoặc tạo thành, làm sao tính được lượng của chất còn lại — mà không cần cân, đong, đo lại bằng thí nghiệm?** Bài học này trả lời câu hỏi đó bằng một quy trình duy nhất, dùng lại cho mọi bài toán hóa học suốt cấp THCS.

Hệ số trong phương trình hóa học chính là tỉ lệ số mol

Xét phản ứng kẽm tác dụng với dung dịch acid hydrochloric:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$

Các hệ số $1, 2, 1, 1$ đứng trước mỗi công thức không chỉ đếm số phân tử — chúng cho biết tỉ lệ số mol giữa các chất: cứ 1 mol $Zn$ phản ứng vừa đủ với 2 mol $HCl$ , sinh ra 1 mol $ZnCl_2$ và 1 mol $H_2$ . Xét thêm phản ứng nhiệt phân đá vôi:

$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$

Ở đây tỉ lệ là $1:1:1$ — cứ 1 mol $CaCO_3$ phân hủy tạo ra đúng 1 mol $CaO$ và 1 mol $CO_2$ . Điểm mấu chốt cần khắc sâu: tỉ lệ theo hệ số chỉ đúng khi tính theo số mol, không đúng khi tính theo khối lượng (gam), vì mỗi chất có khối lượng mol $M$ khác nhau. Đây là lý do vì sao số mol luôn là đại lượng trung tâm của mọi bài toán "tính theo phương trình hóa học".

Xét phản ứng kẽm tác dụng với dung dịch acid hydrochloric: $$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$$ Các hệ số $1, 2, 1, 1$ đứng trước mỗi công thức không chỉ đếm số phân tử — chúng cho biết **tỉ lệ số mol** giữa các chất: cứ 1 mol $Zn$ phản ứng vừa đủ với 2 mol $HCl$, sinh ra 1 mol $ZnCl_2$ và 1 mol $H_2$. Xét thêm phản ứng nhiệt phân đá vôi: $$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$$ Ở đây tỉ lệ là $1:1:1$ — cứ 1 mol $CaCO_3$ phân hủy tạo ra đúng 1 mol $CaO$ và 1 mol $CO_2$. Điểm mấu chốt cần khắc sâu: tỉ lệ theo hệ số **chỉ đúng khi tính theo số mol**, không đúng khi tính theo khối lượng (gam), vì mỗi chất có khối lượng mol $M$ khác nhau. Đây là lý do vì sao **số mol** luôn là đại lượng trung tâm của mọi bài toán "tính theo phương trình hóa học".

Tỉ lệ molTỉ số giữa số mol các chất tham gia và tạo thành trong phản ứng, đúng bằng tỉ số các hệ số đã cân bằng trong phương trình hóa học. Tỉ lệ này không áp dụng trực tiếp cho khối lượng hay thể tích.

Bốn bước chuẩn

Mọi bài "tính theo phương trình hóa học" — dù cho khối lượng, thể tích khí hay cả hiệu suất — đều theo đúng 4 bước sau:

Viết và cân bằng phương trình hóa học (PTHH).
Đổi dữ kiện đề cho sang số mol (dùng $n = m/M$ hoặc $n = V/24,79$ ).
Dùng tỉ lệ mol theo hệ số PTHH để suy ra số mol chất cần tìm.
Đổi số mol vừa tìm sang đại lượng đề hỏi (khối lượng hoặc thể tích).

Số mol đóng vai trò "trạm trung chuyển": mọi dữ kiện đề cho đều phải đi qua mol trước khi đi qua tỉ lệ, và kết quả cũng phải đi qua mol trước khi đổi ra đại lượng cuối cùng.

Mọi bài "tính theo phương trình hóa học" — dù cho khối lượng, thể tích khí hay cả hiệu suất — đều theo đúng 4 bước sau: 1. **Viết và cân bằng phương trình hóa học (PTHH).** 2. **Đổi dữ kiện đề cho sang số mol** (dùng $n = m/M$ hoặc $n = V/24,79$). 3. **Dùng tỉ lệ mol** theo hệ số PTHH để suy ra số mol chất cần tìm. 4. **Đổi số mol vừa tìm sang đại lượng đề hỏi** (khối lượng hoặc thể tích). Số mol đóng vai trò "trạm trung chuyển": mọi dữ kiện đề cho đều phải đi qua mol trước khi đi qua tỉ lệ, và kết quả cũng phải đi qua mol trước khi đổi ra đại lượng cuối cùng.

Quy trình 4 bước. Số mol là trạm trung chuyển nối dữ kiện đề cho với kết quả cần tìm.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Lần đầu chạy đủ 4 bước

1
Cho 6,5 g kẽm $Zn$ phản ứng hết với dung dịch acid $HCl$ dư. Tính số mol khí hydrogen $H_2$ sinh ra. ( $M_{Zn} = 65$ )
Cho 6,5 g kẽm $Zn$ phản ứng hết với dung dịch acid $HCl$ dư. Tính số mol khí hydrogen $H_2$ sinh ra. ($M_{Zn} = 65$)
2
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ (đã cân bằng, tỉ lệ $Zn : H_2 = 1:1$ ).
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ (đã cân bằng, tỉ lệ $Zn : H_2 = 1:1$).
3
$n_{Zn} = \dfrac{m}{M} = \dfrac{6,5}{65} = 0,1$ mol.
$n_{Zn} = \dfrac{m}{M} = \dfrac{6,5}{65} = 0,1$ mol.
4
Theo PTHH, $Zn : H_2 = 1 : 1$ , nên $n_{H_2} = n_{Zn} = 0,1$ mol.
Theo PTHH, $Zn : H_2 = 1 : 1$, nên $n_{H_2} = n_{Zn} = 0,1$ mol.
5
Đề chỉ hỏi số mol nên dừng ở đây: $n_{H_2} = 0,1$ mol. Nếu đề hỏi khối lượng hoặc thể tích, ta làm thêm một phép nhân ở bước 4.
Đề chỉ hỏi số mol nên dừng ở đây: $n_{H_2} = 0,1$ mol. Nếu đề hỏi khối lượng hoặc thể tích, ta làm thêm một phép nhân ở bước 4.

Không phải bài nào cũng chỉ hỏi một chất. Trong phòng thực hành Khoa học tự nhiên 8, các em thường điều chế khí oxygen bằng cách nung kali permanganate $KMnO_4$ . Ví dụ sau tính đồng thời hai sản phẩm từ cùng một lượng chất ban đầu — vẫn dùng đúng 4 bước, chỉ lặp lại bước 3 và bước 4 cho từng chất cần tìm.

Không phải bài nào cũng chỉ hỏi một chất. Trong phòng thực hành Khoa học tự nhiên 8, các em thường điều chế khí oxygen bằng cách nung kali permanganate $KMnO_4$. Ví dụ sau tính đồng thời **hai sản phẩm** từ cùng một lượng chất ban đầu — vẫn dùng đúng 4 bước, chỉ lặp lại bước 3 và bước 4 cho từng chất cần tìm.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Một PTHH, hai sản phẩm cần tính

1
Trong một buổi thực hành, nhóm của Lan nung 31,6 g kali permanganate $KMnO_4$ để điều chế khí oxygen. Biết PTHH: $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$ . Tính khối lượng $MnO_2$ và khối lượng $K_2MnO_4$ tạo thành. ( $M_{KMnO_4}=158$ , $M_{MnO_2}=87$ , $M_{K_2MnO_4}=197$ )
Trong một buổi thực hành, nhóm của Lan nung 31,6 g kali permanganate $KMnO_4$ để điều chế khí oxygen. Biết PTHH: $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$. Tính khối lượng $MnO_2$ và khối lượng $K_2MnO_4$ tạo thành. ($M_{KMnO_4}=158$, $M_{MnO_2}=87$, $M_{K_2MnO_4}=197$)
2
$2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$ (đã cân bằng, tỉ lệ $4:1:1:1$ ).
$2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$ (đã cân bằng, tỉ lệ $4:1:1:1$).
3
$n_{KMnO_4} = \dfrac{31,6}{158} = 0,2$ mol.
$n_{KMnO_4} = \dfrac{31,6}{158} = 0,2$ mol.
4
$KMnO_4 : MnO_2 = 2 : 1 \Rightarrow n_{MnO_2} = \dfrac{0,2}{2} = 0,1$ mol.
$KMnO_4 : MnO_2 = 2 : 1 \Rightarrow n_{MnO_2} = \dfrac{0,2}{2} = 0,1$ mol.
5
$m_{MnO_2} = 0,1 \times 87 = 8,7$ g.
$m_{MnO_2} = 0,1 \times 87 = 8,7$ g.
6
$KMnO_4 : K_2MnO_4 = 2 : 1 \Rightarrow n_{K_2MnO_4} = 0,1$ mol.
$KMnO_4 : K_2MnO_4 = 2 : 1 \Rightarrow n_{K_2MnO_4} = 0,1$ mol.
7
$m_{K_2MnO_4} = 0,1 \times 197 = 19,7$ g.
$m_{K_2MnO_4} = 0,1 \times 197 = 19,7$ g.
8
Sau phản ứng thu được 8,7 g $MnO_2$ và 19,7 g $K_2MnO_4$ — cùng một bước 2, nhưng bước 3–4 lặp lại riêng cho mỗi chất cần tìm.
Sau phản ứng thu được 8,7 g $MnO_2$ và 19,7 g $K_2MnO_4$ — cùng một bước 2, nhưng bước 3–4 lặp lại riêng cho mỗi chất cần tìm.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Lỗi thường gặp

Sai lầm chí mạng: lấy tỉ lệ theo gam. Phương trình không nói "6,5 g $Zn$ tạo 6,5 g gì đó" — hai chất khác nhau có khối lượng mol khác nhau nên khối lượng của chúng không bao giờ tỉ lệ trực tiếp với hệ số. Tỉ lệ chỉ đúng khi tính theo mol. Luôn đổi sang mol ở bước 2 trước khi dùng tỉ lệ ở bước 3.

Sai lầm chí mạng: lấy **tỉ lệ theo gam**. Phương trình không nói "6,5 g $Zn$ tạo 6,5 g gì đó" — hai chất khác nhau có khối lượng mol khác nhau nên khối lượng của chúng không bao giờ tỉ lệ trực tiếp với hệ số. Tỉ lệ chỉ đúng khi tính theo **mol**. Luôn đổi sang mol ở bước 2 trước khi dùng tỉ lệ ở bước 3.

Ghi nhớ

Tóm tắt: 4 bước — (1) cân bằng PTHH, (2) đổi dữ kiện sang mol, (3) dùng tỉ lệ mol theo hệ số, (4) đổi mol ra đại lượng cần tìm. Một PTHH có thể tính nhiều chất khác nhau — chỉ cần lặp lại bước 3–4 cho mỗi chất. Tỉ lệ luôn tính theo mol.

Bắc cầu sang bài sau: Đã nắm quy trình 4 bước, ta luyện dạng bài phổ biến nhất trong đề kiểm tra Hóa học 8: biết khối lượng chất này, tìm khối lượng chất kia.