Bài học

Hóa trị và quy tắc hóa trị

Em sẽ làm được gì?

Hiểu hóa trị là gì, nhớ hóa trị của một số nguyên tố và nhóm nguyên tử thường gặp, vận dụng quy tắc hóa trị để kiểm tra một công thức đúng hay sai, và tìm được hóa trị chưa biết trong hợp chất ba nguyên tố đơn giản.

Cần nhớ trước

Kí hiệu hóa học, chỉ số trong công thức, phân biệt đơn chất – hợp chất (Chương 1).

Vì sao nước là H₂O mà không phải HO hay H₃O? Vì sao muối ăn là NaCl mà nhôm oxide lại là Al₂O₃? Các nguyên tố không ghép với nhau tùy ý — chúng kết hợp theo một “khả năng liên kết” nhất định, giống như mỗi loại đầu nối điện chỉ cắm vừa với một số ổ cắm nhất định. Con số mô tả khả năng đó gọi là hóa trị, và nắm chắc hóa trị là điều kiện bắt buộc để học tốt toàn bộ phần hợp chất vô cơ ở Hóa học 9.

Vì sao nước là H₂O mà không phải HO hay H₃O? Vì sao muối ăn là NaCl mà nhôm oxide lại là Al₂O₃? Các nguyên tố không ghép với nhau tùy ý — chúng kết hợp theo một “khả năng liên kết” nhất định, giống như mỗi loại đầu nối điện chỉ cắm vừa với một số ổ cắm nhất định. Con số mô tả khả năng đó gọi là **hóa trị**, và nắm chắc hóa trị là điều kiện bắt buộc để học tốt toàn bộ phần hợp chất vô cơ ở Hóa học 9.

Hóa trị là gì?

Hóa trị là con số biểu thị khả năng liên kết của một nguyên tố (hay nhóm nguyên tử) với nguyên tố khác. Người ta quy ước hydrogen có hóa trị I làm chuẩn: một nguyên tử của nguyên tố khác liên kết được với bao nhiêu nguyên tử H thì có hóa trị bấy nhiêu.

Ví dụ: trong HCl, một Cl liên kết với một H → Cl hóa trị I. Trong H₂O, một O liên kết với hai H → O hóa trị II. Trong NH₃, một N liên kết với ba H → N hóa trị III.

**Hóa trị** là con số biểu thị **khả năng liên kết** của một nguyên tố (hay nhóm nguyên tử) với nguyên tố khác. Người ta quy ước **hydrogen có hóa trị I** làm chuẩn: một nguyên tử của nguyên tố khác liên kết được với bao nhiêu nguyên tử H thì có hóa trị bấy nhiêu. Ví dụ: trong HCl, một Cl liên kết với một H → Cl hóa trị **I**. Trong H₂O, một O liên kết với hai H → O hóa trị **II**. Trong NH₃, một N liên kết với ba H → N hóa trị **III**.

Học thuộc nhóm hóa trị quen thuộc giúp em lập và kiểm tra công thức nhanh.

Một số nhóm nguyên tử và hóa trị cần nhớ: nhóm hydroxide –OH (I), nhóm nitrate –NO₃ (I), nhóm sulfate =SO₄ (II), nhóm carbonate =CO₃ (II), nhóm phosphate ≡PO₄ (III). Một số kim loại có nhiều hóa trị, ví dụ sắt có Fe(II) và Fe(III), đồng có Cu(I) và Cu(II) — Hóa học 9 dùng cả hai hóa trị này rất thường xuyên khi học về oxide và muối của sắt, đồng.

**Một số nhóm nguyên tử và hóa trị cần nhớ:** nhóm hydroxide –OH (I), nhóm nitrate –NO₃ (I), nhóm sulfate =SO₄ (II), nhóm carbonate =CO₃ (II), nhóm phosphate ≡PO₄ (III). Một số kim loại có nhiều hóa trị, ví dụ sắt có **Fe(II)** và **Fe(III)**, đồng có **Cu(I)** và **Cu(II)** — Hóa học 9 dùng cả hai hóa trị này rất thường xuyên khi học về oxide và muối của sắt, đồng.

Quy tắc hóa trị

Xét hợp chất hai nguyên tố dạng AₓBᵧ, trong đó A có hóa trị a, B có hóa trị b. Quy tắc hóa trị nói rằng:

$a \times x = b \times y$

Nghĩa là tích của hóa trị với chỉ số của nguyên tố này bằng tích của hóa trị với chỉ số của nguyên tố kia. Quy tắc này vừa dùng để kiểm tra một công thức có đúng không, vừa dùng để lập công thức (bài sau), và cũng dùng để tìm hóa trị còn thiếu khi biết công thức và hóa trị của nguyên tố kia.

Xét hợp chất hai nguyên tố dạng **AₓBᵧ**, trong đó A có hóa trị **a**, B có hóa trị **b**. **Quy tắc hóa trị** nói rằng: $$a \times x = b \times y$$ Nghĩa là **tích của hóa trị với chỉ số của nguyên tố này bằng tích của hóa trị với chỉ số của nguyên tố kia**. Quy tắc này vừa dùng để **kiểm tra** một công thức có đúng không, vừa dùng để **lập** công thức (bài sau), và cũng dùng để **tìm hóa trị còn thiếu** khi biết công thức và hóa trị của nguyên tố kia.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Kiểm tra công thức Al₂O₃

1
Công thức Al₂O₃ có đúng quy tắc hóa trị không? Biết Al hóa trị III, O hóa trị II.
2
A là Al: a = III (tức 3), x = 2. B là O: b = II (tức 2), y = 3.
3
Tính hai vế: a × x = 3 × 2 = 6; b × y = 2 × 3 = 6.
4
Hai vế bằng nhau (6 = 6) ⇒ công thức Al₂O₃ đúng quy tắc hóa trị.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Tìm hóa trị chưa biết

1
Trong hợp chất SO₃, oxygen hóa trị II. Tìm hóa trị của lưu huỳnh S.
2
S có hóa trị a, chỉ số x = 1. O có hóa trị 2, chỉ số y = 3.
3
$a \times 1 = 2 \times 3 = 6 \Rightarrow a = 6$ .
$a \times 1 = 2 \times 3 = 6 \Rightarrow a = 6$.
4
Lưu huỳnh có hóa trị VI trong SO₃.

Ví dụ

Ví dụ 3 — Tìm hóa trị trong hợp chất với oxide phosphorus (bài toán exam-style)

1
Diphosphorus pentoxide P₂O₅ là chất hút ẩm mạnh, thường dùng làm chất làm khô trong phòng thí nghiệm. Biết O hóa trị II, xác định hóa trị của phosphorus P trong hợp chất này.
2
P có hóa trị a, chỉ số x = 2. O có hóa trị 2, chỉ số y = 5.
3
$a \times 2 = 2 \times 5 = 10 \Rightarrow a = 5$ .
$a \times 2 = 2 \times 5 = 10 \Rightarrow a = 5$.
4
Phosphorus có hóa trị V trong P₂O₅ — đây cũng là hóa trị cao nhất và phổ biến nhất của phosphorus trong các hợp chất vô cơ.

Ví dụ

Ví dụ 4 — Tính lại hóa trị của sắt trong hai oxide khác nhau

1
Sắt tạo ra hai oxide quen thuộc là FeO và Fe₂O₃. Xác định hóa trị của sắt trong từng oxide (O hóa trị II).
2
Chỉ số của Fe và O đều là 1: a × 1 = 2 × 1 = 2 ⇒ a = 2. Vậy Fe hóa trị II trong FeO.
3
Chỉ số Fe là 2, chỉ số O là 3: a × 2 = 2 × 3 = 6 ⇒ a = 3. Vậy Fe hóa trị III trong Fe₂O₃.
4
Cùng là oxide của sắt nhưng hóa trị khác nhau tùy vào tỉ lệ Fe : O trong công thức — luôn phải tính lại theo từng hợp chất cụ thể, không suy diễn từ hợp chất khác.

Vì sao hóa trị nhiều giá trị lại quan trọng

Khác với các nguyên tố chỉ có một hóa trị cố định (như Na luôn hóa trị I, Ca luôn hóa trị II), một số kim loại chuyển tiếp như sắt, đồng, chì có nhiều hóa trị khác nhau tùy hợp chất. Đây chính là lý do vì sao khi gọi tên các hợp chất của sắt, đồng ở lớp 9, người ta luôn ghi rõ hóa trị trong ngoặc — ví dụ iron(II) chloride FeCl₂ khác hẳn iron(III) chloride FeCl₃ cả về công thức lẫn tính chất. Nếu không xác định đúng hóa trị trước, em sẽ không thể viết đúng công thức hay cân bằng đúng phương trình có các kim loại này.

Khác với các nguyên tố chỉ có một hóa trị cố định (như Na luôn hóa trị I, Ca luôn hóa trị II), một số kim loại chuyển tiếp như sắt, đồng, chì có **nhiều hóa trị khác nhau** tùy hợp chất. Đây chính là lý do vì sao khi gọi tên các hợp chất của sắt, đồng ở lớp 9, người ta luôn ghi rõ hóa trị trong ngoặc — ví dụ iron(II) chloride FeCl₂ khác hẳn iron(III) chloride FeCl₃ cả về công thức lẫn tính chất. Nếu không xác định đúng hóa trị trước, em sẽ không thể viết đúng công thức hay cân bằng đúng phương trình có các kim loại này.

Cách xác định hóa trị của kim loại nhiều hóa trị trong một hợp chất cụ thể luôn dựa vào quy tắc hóa trị với nguyên tố/nhóm còn lại đã biết hóa trị — không có cách nào khác ngoài tính toán. Ví dụ trong Fe₂O₃, biết O hóa trị II, ta tính được a × 2 = 2 × 3 = 6 ⇒ a = 3, nên sắt ở đây mang hóa trị III; còn trong FeO thì a × 1 = 2 × 1 = 2 ⇒ a = 2, sắt mang hóa trị II. Thói quen tính lại hóa trị mỗi khi gặp hợp chất mới của kim loại đa hóa trị sẽ giúp em tránh nhầm lẫn khi học tính chất hóa học của sắt ở các bài sau.

Cách xác định hóa trị của kim loại nhiều hóa trị trong một hợp chất cụ thể luôn dựa vào **quy tắc hóa trị** với nguyên tố/nhóm còn lại đã biết hóa trị — không có cách nào khác ngoài tính toán. Ví dụ trong Fe₂O₃, biết O hóa trị II, ta tính được a × 2 = 2 × 3 = 6 ⇒ a = 3, nên sắt ở đây mang hóa trị III; còn trong FeO thì a × 1 = 2 × 1 = 2 ⇒ a = 2, sắt mang hóa trị II. Thói quen tính lại hóa trị mỗi khi gặp hợp chất mới của kim loại đa hóa trị sẽ giúp em tránh nhầm lẫn khi học tính chất hóa học của sắt ở các bài sau.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Lỗi thường gặp

Hóa trị là số La Mã (I, II, III…) gắn với khả năng liên kết, đừng nhầm với chỉ số (số nguyên tử) viết trong công thức. Trong H₂O, H có chỉ số 2 nhưng hóa trị I. Với kim loại nhiều hóa trị, lỗi hay gặp là quên xác định hóa trị cụ thể trong từng hợp chất trước khi làm bài.

Ghi nhớ

Hóa trị = khả năng liên kết (lấy H = I làm chuẩn). Quy tắc hóa trị: a × x = b × y, dùng để kiểm tra, tìm hóa trị/chỉ số còn thiếu. Một số kim loại (Fe, Cu) có nhiều hóa trị, phải xác định theo từng hợp chất cụ thể.

Nắm được quy tắc hóa trị rồi, bài sau ta dùng nó để lập công thức hóa học của bất kì hợp chất nào — kể cả hợp chất có nhóm nguyên tử.