Công thức tính số mol, khối lượng mol, thể tích mol

1. Công thức tính số mol:

Số mol là đại lượng biểu thị số lượng chất hóa học trong một phản ứng hay một dung dịch. Số mol có thể được tính bằng nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào thông tin cho trước.

Một cách phổ biến nhất là sử dụng công thức:

Số mol = khối lượng chất hóa học / khối lượng mol của chất hóa học = m / M

Trong đó:

– m là khối lượng chất hóa học, được đo bằng đơn vị kilogram (kg) hoặc gram (g).

– M là khối lượng mol của chất hóa học, được đo bằng đơn vị gram/một mol (g/mol).

Khối lượng mol của một chất hóa học có thể được tính bằng cách cộng các khối lượng nguyên tử của các nguyên tố tạo nên chất đó.

Ví dụ, khối lượng mol của nước (H2O) là 18 g/mol, bởi vì nước có hai nguyên tử hydro (mỗi nguyên tử có khối lượng 1 g/mol) và một nguyên tử oxy (khối lượng 16 g/mol).

Công thức trên chỉ áp dụng khi biết khối lượng chất hóa học.

Nếu biết nồng độ mol và thể tích dung dịch, ta có thể sử dụng công thức:

Số mol = nồng độ mol x thể tích dung dịch = C x V

Trong đó:

– C là nồng độ mol, được đo bằng đơn vị mol/lít (mol/L) hoặc mol/mét khối (mol/m3).

–  V là thể tích dung dịch, được đo bằng đơn vị lít (L) hoặc mét khối (m3).

Nồng độ mol biểu thị số mol chất tan trong một đơn vị thể tích dung dịch.

Ví dụ, nếu dung dịch NaCl có nồng độ 0,1 mol/L, có nghĩa là trong mỗi lít dung dịch có 0,1 mol NaCl.

Nếu biết nồng độ phần trăm và khối lượng dung dịch, ta có thể sử dụng công thức:

Số mol = (nồng độ phần trăm x khối lượng dung dịch) / (100 x khối lượng mol của chất tan) = (w x m) / (100 x M)

Trong đó:

– w là nồng độ phần trăm, được đo bằng đơn vị phần trăm (%).

–  m là khối lượng dung dịch, được đo bằng đơn vị kilogram (kg) hoặc gram (g).

Nồng độ phần trăm biểu thị tỷ lệ giữa khối lượng chất tan và khối lượng dung dịch.

Ví dụ, nếu dung dịch H2SO4 có nồng độ 10%, có nghĩa là trong mỗi 100 g dung dịch có 10 g H2SO4.

Đây là những công thức cơ bản để tính số mol của một chất hóa học. Tùy vào bài toán cụ thể, ta có thể kết hợp các công thức này với nhau hoặc với các quy tắc bảo toàn nguyên tố và điện tích để giải quyết các trường hợp phức tạp hơn.

2. Công thức tính khối lượng mol:

Công thức tính khối lượng mol là M = m/n,

Trong đó:

– M là khối lượng mol.

– m là khối lượng của chất.

– n là số mol của chất.

Để áp dụng công thức này, ta cần biết khối lượng mol của chất, tức là khối lượng của 6.10^23 nguyên tử hoặc phân tử của chất đó. Số 6.10^23 được gọi là số Avogadro, kí hiệu là N.

Ví dụ, khối lượng mol của Na là 23 g/mol, nghĩa là 1 mol nguyên tử Na có khối lượng 23 g. Khối lượng mol của O2 là 32 g/mol, nghĩa là 1 mol phân tử O2 có khối lượng 32 g. Do đó, nếu biết khối lượng và số mol của một chất, ta có thể tính được khối lượng mol của chất đó bằng cách chia hai số đó.

Ví dụ, nếu có 0.1 mol nguyên tử Na có khối lượng 2.3 g, ta có thể tính được khối lượng mol của Na bằng cách chia 2.3 cho 0.1, kết quả là 23 g/mol.

3. Công thức tính thể tích mol:

Công thức tính thể tích mol là một công cụ quan trọng trong hóa học, giúp ta biết được thể tích của một chất khí khi biết số mol của nó hoặc ngược lại. Công thức này có dạng:

V = n x Vm

Trong đó:

– V là thể tích mol của chất khí (đơn vị là lít).

– n là số mol của chất khí (đơn vị là mol).

– Vm là thể tích mol ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC), tức là ở nhiệt độ 0 độ C và áp suất 1 atm. Giá trị của Vm là 22.4 lít/mol .

Công thức này chỉ áp dụng cho các chất khí lý tưởng, tức là các chất khí có phân tử không tương tác với nhau và không chiếm không gian trong dung dịch. Trong thực tế, các chất khí thường không phải là khí lý tưởng, do đó ta cần sử dụng các công thức khác để tính toán chính xác hơn. Một trong những công thức phổ biến nhất là phương trình trạng thái của khí:

pV = nRT

Trong đó:

– p là áp suất của khí (đơn vị là Pa).

– V là thể tích của khí (đơn vị là m3).

– n là số mol của khí (đơn vị là mol).

– R là hằng số khí, có giá trị là 8.314 J/mol.K.

– T là nhiệt độ của khí (đơn vị là K).

Từ phương trình này, ta có thể suy ra được công thức tính thể tích mol của một chất khí bất kỳ ở điều kiện bất kỳ:

Vm = RT/p

Trong đó:

– Vm là thể tích mol của chất khí (đơn vị là m3/mol).

– R, T, p như trên.

Công thức này cho ta biết được rằng thể tích mol của một chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Khi nhiệt độ tăng hoặc áp suất giảm, thể tích mol sẽ tăng và ngược lại.

Đây là những công thức cơ bản để tính thể tích mol trong hóa học. Tuy nhiên, trong các bài toán hóa học, ta còn cần biết cách tính số mol từ các thông tin khác như khối lượng, nồng độ dung dịch hay phản ứng hóa học. Để biết cách tính số mol từ các thông tin này,có thể tham khảo các công thức sau:

– Từ khối lượng: n = m/M

    + Trong đó: n là số mol, m là khối lượng, M là khối lượng mol.

– Từ nồng độ dung dịch: n = C x V

    + Trong đó: n là số mol, C là nồng độ mol, V là thể tích dung dịch.

– Từ phản ứng hóa học: n = a x n0

    + Trong đó: n là số mol của chất cần tìm, a là hệ số của chất đó trong phương trình hóa học đã cân bằng, n0 là số mol của chất đã biết.

4. Bài tập vận dụng:

Bài 1: Tính số mol của 18 g nước.

Lời giải:

Ta có: M của nước là 18 g/mol.

n = m / M = 18 / 18 = 1 mol

Nước có công thức phân tử là H2O, có nghĩa là mỗi phân tử nước gồm 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử oxy. Khối lượng phân tử của nước bằng tổng khối lượng các nguyên tử thành phần, được tính như sau:

M = 2 x khối lượng nguyên tử hydro + khối lượng nguyên tử oxy

M = 2 x 1 + 16 = 18 g/mol

Do đó, số mol của 18 g nước bằng khối lượng mẫu vật chia cho khối lượng phân tử, bằng 1 mol.

Bài 2: Cho 11,2 lít khí CO2 (đktc) phản ứng vừa đủ với dung dịch Ca(OH)2. Tính khối lượng mol của Ca(OH)2 đã phản ứng.

Lời giải:

Theo phương trình phản ứng:

CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O

Ta có: nCO2 = V/22,4 = 11,2/22,4 = 0,5 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có:

nCO2 = nCa(OH)2

=> nCa(OH)2 = 0,5 mol

Theo công thức tính khối lượng mol, ta có:

mCa(OH)2 = nCa(OH)2 x M(Ca(OH)2)

= 0,5 x (40 + 2 x 16 + 2 x 1)

= 37 g

Vậy khối lượng mol của Ca(OH)2 đã phản ứng là 37 g.

Bài 3: Cho hỗn hợp X gồm Fe và Al có khối lượng là 9 g. Đốt cháy hoàn toàn X trong không khí thu được hỗn hợp Y gồm Fe2O3 và Al2O3 có khối lượng là 13,8 g. Tính khối lượng mol của mỗi kim loại trong hỗn hợp X.

Lời giải:

Gọi a và b là số mol của Fe và Al trong hỗn hợp X.

Theo phương trình phản ứng:

Fe + O2 -> Fe2O3

4Al + 3O2 -> 2Al2O3

Ta có: mX = a x M(Fe) + b x M(Al)

= a x 56 + b x 27

= 9 (g) (1)

mY = a x M(Fe2O3) + b x M(Al2O3)

= a x (56 + 3 x 16) + b x (54 + 6 x 16)

= 13,8 (g) (2)

Giải hệ (1) và (2), ta được:

a = 0,1 mol

b = 0,15 mol

Vậy khối lượng mol của Fe là 0,1 x 56 = 5,6 g.

Khối lượng mol của Al là 0,15 x 27 = 4,05 g.

Bài 4: Tính thể tích mol của khí oxi ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) biết rằng khối lượng mol của oxi là 32 g/mol.

Lời giải: Thể tích mol của một chất khí ở đktc là 22,4 lít/mol. Do đó, thể tích mol của khí oxi ở đktc là:

V = 22,4 lít/mol x 1 mol = 22,4 lít

Bài 5: Tính thể tích mol của khí hiđro ở nhiệt độ 27°C và áp suất 1 atm biết rằng hằng số R = 0,082 lít.atm/mol.K và khối lượng mol của hiđro là 2 g/mol.

Lời giải: Thể tích mol của một chất khí ở nhiệt độ và áp suất bất kỳ là:

V = R.T/P

Trong đó, R là hằng số khí lý tưởng, T là nhiệt độ tuyệt đối (K), P là áp suất (atm).

Do đó, thể tích mol của khí hiđro ở nhiệt độ 27°C và áp suất 1 atm là:

V = 0,082 x (273 + 27) / 1

V = 24,5 lít