Cách lập công thức hoá học theo hoá trị

Cách lập công thức hoá học theo hoá trị

Lập công thức hoá học theo hoá trị là cách xác định công thức của hợp chất dựa vào hoá trị của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tử. Đây là kỹ năng rất quan trọng trong hoá học cơ bản, giúp học sinh viết đúng công thức trước khi tính phân tử khối, lập phương trình hoá học hoặc làm bài tập phản ứng.

Ví dụ, Canxi có hoá trị II, Clo có hoá trị I. Để cân bằng hoá trị, cần 1 nguyên tử Canxi kết hợp với 2 nguyên tử Clo, nên công thức là CaCl₂. Nhôm có hoá trị III, Oxi có hoá trị II, nên công thức aluminium oxide là Al₂O₃.

Khi học bảng tuần hoàn hóa học, bạn có thể dự đoán hoá trị thường gặp của nhiều nguyên tố dựa vào nhóm nguyên tố, electron hoá trị và xu hướng tạo ion. Tuy nhiên, với một số nguyên tố có nhiều hoá trị, cần xét theo đề bài hoặc tên hợp chất cụ thể.

Ôn lại: hoá trị là gì?

Hoá trị là con số biểu thị khả năng liên kết của nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong hợp chất. Trong nhiều bài học cơ bản, Hidro thường có hoá trị I, Oxi thường có hoá trị II. Từ đó, ta có thể xác định hoặc lập công thức của nhiều hợp chất.

Ví dụ, Natri thường hoá trị I, Magie hoá trị II, Nhôm hoá trị III, Oxi hoá trị II, Clo hoá trị I trong nhiều hợp chất phổ thông. Nhóm OH hoá trị I, nhóm SO₄ hoá trị II, nhóm CO₃ hoá trị II, nhóm PO₄ hoá trị III.

Quy tắc lập công thức theo hoá trị

Giả sử hợp chất gồm hai thành phần A và B. A có hoá trị a, B có hoá trị b. Công thức có dạng A_xB_y. Khi đó, quy tắc hoá trị là:

x × a = y × b

Nói cách khác, tổng hoá trị của A phải cân bằng với tổng hoá trị của B. Ta chọn x và y là các số nguyên nhỏ nhất thoả mãn điều kiện này.

Ví dụ, Al hoá trị III và O hoá trị II. Ta cần x × III = y × II. Tỉ lệ nhỏ nhất là x = 2, y = 3, nên công thức là Al₂O₃.

Các bước lập công thức hoá học theo hoá trị

Để lập công thức hoá học, có thể làm theo các bước sau:

Điều quan trọng là chỉ số phải là tỉ lệ nhỏ nhất. Nếu thu được công thức có thể rút gọn chỉ số, cần rút gọn về dạng đơn giản nhất.

Ví dụ 1: Lập công thức của Natri và Oxi

Natri có ký hiệu Na, thường có hoá trị I. Oxi có ký hiệu O, thường có hoá trị II.

Gọi công thức là Na_xO_y. Theo quy tắc hoá trị:

x × I = y × II

Tỉ lệ nhỏ nhất là x = 2, y = 1. Vậy công thức là Na₂O.

Kiểm tra: 2 nguyên tử Na, mỗi Na hoá trị I, tổng là II; 1 nguyên tử O hoá trị II. Hai bên cân bằng.

Ví dụ 2: Lập công thức của Nhôm và Oxi

Nhôm có ký hiệu Al, hoá trị III. Oxi có ký hiệu O, hoá trị II.

Gọi công thức là Al_xO_y. Cần x × III = y × II. Bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6, nên cần 2 Al và 3 O.

Công thức là Al₂O₃.

Kiểm tra: 2 × III = VI; 3 × II = VI. Công thức đúng theo quy tắc hoá trị.

Ví dụ 3: Lập công thức của Canxi và nhóm hydroxide

Canxi có ký hiệu Ca, hoá trị II. Nhóm hydroxide OH có hoá trị I.

Canxi hoá trị II cần 2 nhóm OH hoá trị I để cân bằng. Vì nhóm OH xuất hiện hai lần, phải đặt nhóm trong dấu ngoặc:

Ca(OH)₂

Không nên viết CaOH₂, vì cách viết đó không thể hiện đúng rằng có 2 nhóm OH. Dấu ngoặc rất quan trọng khi nhóm nguyên tử xuất hiện nhiều hơn một lần.

Ví dụ 4: Lập công thức của Nhôm và nhóm sulfate

Nhôm Al hoá trị III. Nhóm sulfate SO₄ hoá trị II.

Gọi công thức là Al_x(SO₄)_y. Cần x × III = y × II. Tỉ lệ nhỏ nhất là x = 2, y = 3.

Công thức là Al₂(SO₄)₃.

Kiểm tra: 2 Al hoá trị III có tổng VI; 3 nhóm sulfate hoá trị II có tổng VI. Công thức đã cân bằng.

Bảng hoá trị thường dùng khi lập công thức

Để tra nhanh, bạn có thể dùng thêm bài Bảng hoá trị các nguyên tố thường gặp.

Khi nào cần đặt ngoặc trong công thức?

Cần đặt ngoặc khi một nhóm nguyên tử xuất hiện từ hai lần trở lên trong công thức. Chỉ số bên ngoài ngoặc áp dụng cho toàn bộ nhóm.

Nếu nhóm nguyên tử chỉ xuất hiện một lần, thường không cần ngoặc. Ví dụ, NaOH có một nhóm OH, CaCO₃ có một nhóm CO₃.

Lập công thức theo ion có giống lập theo hoá trị không?

Với hợp chất ion, lập công thức theo điện tích ion rất giống lập theo hoá trị. Mục tiêu là tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm để hợp chất trung hoà điện.

Ví dụ, Ca²⁺ kết hợp với Cl^–. Cần hai ion Cl^– để cân bằng một ion Ca²⁺, nên công thức là CaCl₂.

Al³⁺ kết hợp với O^2-. Bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6, nên cần 2 ion Al³⁺ và 3 ion O^2-. Công thức là Al₂O₃.

Cách này liên hệ với bài Ion là gì? và Liên kết ion là gì?.

Nguyên tố có nhiều hoá trị thì lập công thức thế nào?

Một số nguyên tố có nhiều hoá trị, ví dụ Sắt có hoá trị II hoặc III, Đồng có hoá trị I hoặc II, Lưu huỳnh có nhiều hoá trị khác nhau. Khi gặp các nguyên tố này, cần dựa vào đề bài, tên hợp chất hoặc thông tin cho sẵn.

Ví dụ, sắt(II) chloride nghĩa là Sắt hoá trị II, Clo hoá trị I, nên công thức là FeCl₂. Sắt(III) chloride nghĩa là Sắt hoá trị III, nên công thức là FeCl₃.

Nếu đề bài chỉ nói “Sắt và Clo” mà không cho hoá trị của Sắt, có thể chưa đủ thông tin để xác định duy nhất công thức.

Những lỗi thường gặp khi lập công thức hoá học

Lỗi đầu tiên là viết sai ký hiệu hoá học. Ví dụ, Natri là Na, không phải N; Canxi là Ca, không phải C; Clo là Cl, không phải C.

Lỗi thứ hai là quên rút gọn chỉ số. Nếu hai hoá trị bằng nhau, công thức thường có tỉ lệ 1:1. Ví dụ, Mg hoá trị II và O hoá trị II tạo MgO, không phải Mg₂O₂.

Lỗi thứ ba là quên đặt ngoặc với nhóm nguyên tử. Ví dụ, calcium nitrate là Ca(NO₃)₂, không phải CaNO₃₂.

Lỗi thứ tư là áp dụng máy móc với nguyên tố nhiều hoá trị. Với Fe, Cu, S, N, Cl trong một số hợp chất, cần xét cụ thể theo đề bài.

Bài tập ví dụ

Bài 1

Lập công thức của hợp chất tạo bởi K hoá trị I và O hoá trị II.

Lời giải: K hoá trị I, O hoá trị II. Cần 2 K để cân bằng với 1 O. Công thức là K₂O.

Bài 2

Lập công thức của hợp chất tạo bởi Mg hoá trị II và nhóm NO₃ hoá trị I.

Lời giải: Mg hoá trị II, NO₃ hoá trị I. Cần 2 nhóm NO₃ cho 1 Mg. Công thức là Mg(NO₃)₂.

Bài 3

Lập công thức của hợp chất tạo bởi Fe hoá trị III và O hoá trị II.

Lời giải: Fe hoá trị III, O hoá trị II. Tỉ lệ nhỏ nhất là 2 Fe và 3 O. Công thức là Fe₂O₃.

Kết luận

Cách lập công thức hoá học theo hoá trị dựa trên nguyên tắc tổng hoá trị hai bên phải cân bằng. Người học cần viết đúng ký hiệu, biết hoá trị, chọn chỉ số nhỏ nhất và đặt ngoặc đúng khi có nhóm nguyên tử lặp lại.

Kỹ năng này là nền tảng để viết đúng công thức hoá học, tính phân tử khối, lập phương trình hoá học và giải bài tập hoá học. Hãy luyện nhiều ví dụ với nguyên tố và nhóm nguyên tử thường gặp để thành thạo hơn.

Tài liệu tham khảo

• IUPAC Gold Book – Valence: https://goldbook.iupac.org/terms/view/V06588
• IUPAC Gold Book – Chemical formula: https://goldbook.iupac.org/terms/view/C01063
• Royal Society of Chemistry – Periodic Table: https://periodic-table.rsc.org/
• Chemistry LibreTexts – Chemical Formulas: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry