Bạn đã bao giờ chơi xếp hình lego chưa? Mỗi mảnh lego có một số chấu nhất định, và hai mảnh chỉ gắn chặt với nhau khi số chấu của chúng khớp nhau. Hóa học cũng có một trò xếp hình như vậy, nhưng các mảnh ghép là nguyên tử và nhóm nguyên tử, còn số chấu chính là hóa trị. Canxi có hóa trị II, tức là nó có hai "tay" để bám, nhóm OH có hóa trị I, tức là chỉ có một "tay". Muốn ghép canxi với nhóm OH thành một phân tử bền vững, bạn cần hai nhóm OH cho một nguyên tử canxi, và công thức thu được là Ca(OH)₂. Chỉ cần biết hóa trị của các thành phần, bạn có thể tự mình lập ra công thức hóa học của hầu hết các chất gặp ở lớp 7, mà không cần học thuộc lòng từng công thức một.
Trong bài viết này, bạn sẽ học cách lập công thức hóa học khi biết hóa trị từ gốc: hóa trị là gì, quy tắc hóa trị phát biểu ra sao, mẹo chéo hóa trị giúp tìm chỉ số nhanh như thế nào, và vì sao có lúc phải rút gọn chỉ số, có lúc phải đặt nhóm nguyên tử trong ngoặc. Bạn sẽ tính 4 ví dụ từng bước, tránh 5 lỗi sai mà học sinh hay mắc nhất, rồi tự luyện 5 bài tập trắc nghiệm có đáp án giải thích cặn kẽ. Cuối bài là 5 câu hỏi thường gặp để bạn phân biệt rõ lập công thức với viết công thức đã biết, và hiểu vì sao sắt lại có tới hai hóa trị.
Lập công thức hóa học khi biết hóa trị là gì?
Hóa trị là con số cho biết khả năng liên kết của một nguyên tử hay một nhóm nguyên tử với các nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác. Hiđro có hóa trị I, oxi có hóa trị II, nhôm có hóa trị III, canxi có hóa trị II. Nhóm nguyên tử cũng có hóa trị riêng: nhóm hiđroxit OH có hóa trị I, nhóm cacbonat CO₃ có hóa trị II, nhóm sunfat SO₄ có hóa trị II, nhóm photphat PO₄ có hóa trị III. Khi hai thành phần kết hợp với nhau tạo thành hợp chất, tích của hóa trị với chỉ số của thành phần này phải bằng tích của hóa trị với chỉ số của thành phần kia. Đó chính là quy tắc hóa trị, viết gọn là a nhân x bằng b nhân y, trong đó a và b là hóa trị của hai thành phần, x và y là chỉ số của chúng trong công thức. Quy tắc này là kim chỉ nam cho mọi bài toán lập công thức hóa học, và bạn nên học thuộc nó trước khi làm bất kì ví dụ nào.
Bảng hóa trị thường gặp ở lớp 7 gồm hai nhóm. Nhóm nguyên tố: H hóa trị I, O hóa trị II, Na hóa trị I, K hóa trị I, Ca hóa trị II, Mg hóa trị II, Zn hóa trị II, Ba hóa trị II, Al hóa trị III, Fe hóa trị II và III, Cu hóa trị II, Cl hóa trị I, S hóa trị II, IV và VI. Nhóm nguyên tử: OH hóa trị I, NO₃ hóa trị I, CO₃ hóa trị II, SO₄ hóa trị II, PO₄ hóa trị III, NH₄ hóa trị I. Bạn hãy để ý sắt có hai hóa trị là II và III, vì vậy khi lập công thức có sắt, đề bài luôn phải nói rõ sắt đang ở hóa trị nào, nếu không bạn không thể biết đáp án là FeO hay Fe₂O₃. Bạn cũng nên nhớ nhóm nguyên tử là một tập hợp nhiều nguyên tử liên kết chặt với nhau và hoạt động như một đơn vị duy nhất trong phản ứng, vì vậy khi viết công thức, nhóm nguyên tử được đối xử giống như một nguyên tố. Muốn hiểu vì sao hóa trị của một nguyên tố lại là con số đó, bạn có thể ôn lại bài quy tắc hóa trị, còn sau khi lập được công thức, bạn có thể tính tiếp khối lượng phân tử của chất vừa lập được để kiểm tra lại.
Cách lập công thức hóa học khi biết hóa trị chỉ có bốn bước. Bước một, bạn viết kí hiệu hóa học của hai thành phần, kèm theo hóa trị của mỗi thành phần ở phía trên. Bước hai, bạn tìm hai số nguyên nhỏ nhất x và y sao cho a nhân x bằng b nhân y, trong đó a và b là hai hóa trị đã biết. Bước ba, bạn viết x làm chỉ số của thành phần thứ nhất và y làm chỉ số của thành phần thứ hai, rồi rút gọn nếu x và y cùng chia hết cho một số lớn hơn 1. Bước bốn, bạn kiểm tra lại: nếu thành phần là nhóm nguyên tử và chỉ số của nó lớn hơn 1, bạn phải đặt nhóm trong ngoặc đơn, còn chỉ số bằng 1 thì không viết ra, theo quy ước chung. Mẹo nhanh nhất ở bước hai là chéo hóa trị: lấy hóa trị của thành phần này làm chỉ số của thành phần kia, rồi rút gọn nếu được. Ví dụ, nhôm hóa trị III và oxi hóa trị II, chéo nhau được Al₂O₃, mà 2 và 3 không cùng chia hết cho số nào lớn hơn 1 nên giữ nguyên. Còn canxi hóa trị II và oxi hóa trị II, chéo nhau được Ca₂O₂, nhưng 2 và 2 cùng chia hết cho 2 nên rút gọn thành CaO. Bạn có thể kiểm chứng nhanh mọi phép nhân bằng máy tính Casio online trên ClassOn mỗi khi làm bài tập về nhà.
Bốn ví dụ lập công thức hóa học từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi canxi hóa trị II và nhóm hiđroxit OH hóa trị I.
Bạn viết hai thành phần: Ca hóa trị II và OH hóa trị I. Bạn áp dụng quy tắc hóa trị: 2 nhân x bằng 1 nhân y, với x là chỉ số của Ca và y là chỉ số của OH. Bạn tìm hai số nhỏ nhất thỏa mãn: x bằng 1 và y bằng 2, vì 1 nhân 2 bằng 2 nhân 1 bằng 2. Bạn viết công thức: Ca₁(OH)₂, rồi bỏ số 1 theo quy ước, được Ca(OH)₂. Bạn kiểm tra: nhóm OH có chỉ số 2 nên phải đặt trong ngoặc đơn, nếu viết CaOH₂ thì người đọc sẽ hiểu là chỉ có một nguyên tử oxi và hai nguyên tử hiđro rời nhau, hoàn toàn sai. Bạn hãy để ý: Ca(OH)₂ chính là vôi tôi, chất dùng để quét tường trắng và khử chua cho đất trồng.
Ví dụ 2 (chéo hóa trị kinh điển): Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi nhôm hóa trị III và oxi hóa trị II.
Bạn viết hai thành phần: Al hóa trị III và O hóa trị II. Bạn chéo hóa trị: lấy 3 của nhôm làm chỉ số của oxi, lấy 2 của oxi làm chỉ số của nhôm, được Al₂O₃. Bạn kiểm tra bằng quy tắc hóa trị: 2 nhân 3 bằng 3 nhân 2 bằng 6, hai vế bằng nhau nên công thức đúng. Bạn kiểm tra rút gọn: 2 và 3 không cùng chia hết cho số nào lớn hơn 1 nên giữ nguyên Al₂O₃. Bạn hãy để ý: Al₂O₃ là nhôm oxit, thành phần chính của quặng boxit dùng để sản xuất nhôm và của đá quý rubi, saphia, vì vậy đây là một trong những công thức bạn sẽ gặp nhiều nhất trong chương trình lớp 7.
Ví dụ 3 (nhóm nguyên tử có chỉ số lớn hơn 1): Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi sắt(III) hóa trị III và nhóm sunfat SO₄ hóa trị II.
Bạn viết hai thành phần: Fe hóa trị III và SO₄ hóa trị II. Bạn chéo hóa trị: lấy 3 của sắt làm chỉ số của nhóm SO₄, lấy 2 của nhóm SO₄ làm chỉ số của sắt, được Fe₂(SO₄)₃. Bạn kiểm tra bằng quy tắc hóa trị: 2 nhân 3 bằng 3 nhân 2 bằng 6, hai vế bằng nhau nên công thức đúng. Bạn kiểm tra rút gọn: 2 và 3 không cùng chia hết cho số nào lớn hơn 1 nên giữ nguyên. Bạn hãy để ý: nhóm SO₄ có chỉ số 3 nên bắt buộc phải đặt trong ngoặc đơn, nếu viết Fe₂SO₄₃ thì không ai hiểu có ba nhóm sunfat, và công thức đó là sai hoàn toàn. Fe₂(SO₄)₃ là sắt(III) sunfat, một chất dùng trong xử lí nước và nhuộm vải.
Ví dụ 4 (hiđro với nhóm photphat): Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi hiđro hóa trị I và nhóm photphat PO₄ hóa trị III.
Bạn viết hai thành phần: H hóa trị I và PO₄ hóa trị III. Bạn áp dụng quy tắc hóa trị: 1 nhân x bằng 3 nhân y, với x là chỉ số của H và y là chỉ số của PO₄. Bạn tìm hai số nhỏ nhất thỏa mãn: x bằng 3 và y bằng 1, vì 3 nhân 1 bằng 1 nhân 3 bằng 3. Bạn viết công thức: H₃PO₄, bỏ số 1 của nhóm PO₄ theo quy ước, và vì chỉ số của nhóm là 1 nên không cần ngoặc. Bạn kiểm tra: 3 nhân 1 bằng 3, 1 nhân 3 bằng 3, hai vế bằng nhau nên công thức đúng. Bạn hãy để ý: H₃PO₄ là axit photphoric, chất có trong nước ngọt có ga loại cola và dùng làm phân bón, và khối lượng phân tử của nó bằng 3 nhân 1 cộng 31 cộng 4 nhân 16 bằng 98 amu.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Quên rút gọn chỉ số sau khi chéo hóa trị.
Nhiều bạn lập công thức của canxi và oxi rồi dừng ở Ca₂O₂, mà quên rằng 2 và 2 cùng chia hết cho 2. Cách tránh: bạn hãy nhớ sau khi chéo, luôn kiểm tra xem hai chỉ số có cùng chia hết cho một số lớn hơn 1 không, nếu có thì chia cả hai cho số đó, Ca₂O₂ rút gọn thành CaO mới là công thức đúng.
Lỗi 2: Quên đặt ngoặc đơn cho nhóm nguyên tử có chỉ số lớn hơn 1.
Nhiều bạn viết CaOH₂ thay vì Ca(OH)₂, hoặc Fe₂SO₄₃ thay vì Fe₂(SO₄)₃. Cách tránh: bạn hãy nhớ chỉ số ngoài ngoặc áp dụng cho cả nhóm, còn không có ngoặc thì chỉ số chỉ áp dụng cho nguyên tử đứng ngay trước nó, vì vậy nhóm có chỉ số lớn hơn 1 bắt buộc phải có ngoặc, không có ngoại lệ.
Lỗi 3: Viết chỉ số 1 trong công thức.
Nhiều bạn viết Ca₁(OH)₂ hoặc Na₁Cl₁, vừa thừa vừa sai quy ước. Cách tránh: bạn hãy nhớ theo quy ước chung, chỉ số bằng 1 thì không viết ra, chỉ viết chỉ số từ 2 trở lên, vì vậy công thức đúng là Ca(OH)₂ và NaCl.
Lỗi 4: Chéo ngược hóa trị của hai thành phần.
Nhiều bạn lập công thức nhôm oxit thành Al₃O₂, vì lấy hóa trị của nhôm làm chỉ số của nhôm. Cách tránh: bạn hãy nhớ chéo có nghĩa là hóa trị của thành phần này thành chỉ số của thành phần kia, hóa trị III của nhôm thành chỉ số 3 của oxi, hóa trị II của oxi thành chỉ số 2 của nhôm, kết quả là Al₂O₃.
Lỗi 5: Nhầm hóa trị của sắt và một số nguyên tố có nhiều hóa trị.
Nhiều bạn thấy đề bài nói sắt(III) oxit mà vẫn lập thành FeO, vì dùng hóa trị II của sắt. Cách tránh: bạn hãy nhớ sắt có hai hóa trị là II và III, số La Mã trong ngoặc cho biết đang dùng hóa trị nào, sắt(III) nghĩa là hóa trị III nên oxit của nó là Fe₂O₃, còn sắt(II) oxit mới là FeO. Bạn luôn đọc kĩ số La Mã trong tên gọi trước khi lập công thức.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ chéo hóa trị rồi kiểm tra rút gọn và ngoặc đơn trước khi chốt đáp án.
Câu 1: Công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Ca hóa trị II và nhóm OH hóa trị I là gì?
A. Ca(OH)₂
B. CaOH
C. Ca₂OH
D. Ca(OH)₃
Câu 2: Công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Al hóa trị III và O hóa trị II là gì?
A. AlO
B. Al₃O₂
C. Al₂O₃
D. AlO₃
Câu 3: Công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Fe hóa trị III và nhóm SO₄ hóa trị II là gì?
A. FeSO₄
B. Fe₂(SO₄)₃
C. Fe₃(SO₄)₂
D. Fe(SO₄)₃
Câu 4: Công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Na hóa trị I và nhóm CO₃ hóa trị II là gì?
A. NaCO₃
B. Na(CO₃)₂
C. Na₃CO₃
D. Na₂CO₃
Câu 5: Công thức hóa học của hợp chất tạo bởi H hóa trị I và nhóm PO₄ hóa trị III là gì?
A. HPO₄
B. H₂PO₄
C. H₃PO₄
D. H₄PO₄
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | C | B | D | C |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A đúng: Ca hóa trị II và OH hóa trị I thỏa mãn 1 nhân 2 bằng 2 nhân 1 bằng 2, nên x bằng 1 và y bằng 2, công thức là Ca(OH)₂, nhóm OH có chỉ số 2 nên đặt trong ngoặc. Đáp án B sai vì CaOH không thỏa mãn quy tắc hóa trị, 1 nhân 2 khác 1 nhân 1. Đáp án C sai vì Ca₂OH viết sai thứ tự chỉ số, canxi phải có chỉ số 1. Đáp án D sai vì Ca(OH)₃ cho tích 1 nhân 2 bằng 2 khác 3 nhân 1 bằng 3.
Giải thích Câu 2 — Đáp án C đúng: Chéo hóa trị III của Al và II của O được Al₂O₃, kiểm tra 2 nhân 3 bằng 3 nhân 2 bằng 6. Đáp án A sai vì AlO cho tích 1 nhân 3 bằng 3 khác 1 nhân 2 bằng 2. Đáp án B sai vì Al₃O₂ là kết quả chéo ngược, lấy hóa trị của mình làm chỉ số của mình. Đáp án D sai vì AlO₃ cho tích 1 nhân 3 bằng 3 khác 3 nhân 2 bằng 6.
Giải thích Câu 3 — Đáp án B đúng: Chéo hóa trị III của Fe và II của SO₄ được Fe₂(SO₄)₃, kiểm tra 2 nhân 3 bằng 3 nhân 2 bằng 6, nhóm SO₄ có chỉ số 3 nên đặt trong ngoặc. Đáp án A sai vì FeSO₄ là công thức của sắt(II) sunfat, dùng Fe hóa trị II chứ không phải III. Đáp án C sai vì Fe₃(SO₄)₂ là kết quả chéo ngược. Đáp án D sai vì Fe(SO₄)₃ cho tích 1 nhân 3 bằng 3 khác 3 nhân 2 bằng 6.
Giải thích Câu 4 — Đáp án D đúng: Na hóa trị I và CO₃ hóa trị II thỏa mãn 2 nhân 1 bằng 1 nhân 2 bằng 2, nên x bằng 2 và y bằng 1, công thức là Na₂CO₃, nhóm CO₃ có chỉ số 1 nên không cần ngoặc. Đáp án A sai vì NaCO₃ cho tích 1 nhân 1 bằng 1 khác 1 nhân 2 bằng 2. Đáp án B sai vì Na(CO₃)₂ cho tích 1 nhân 1 bằng 1 khác 2 nhân 2 bằng 4. Đáp án C sai vì Na₃CO₃ cho tích 3 nhân 1 bằng 3 khác 1 nhân 2 bằng 2.
Giải thích Câu 5 — Đáp án C đúng: H hóa trị I và PO₄ hóa trị III thỏa mãn 3 nhân 1 bằng 1 nhân 3 bằng 3, nên x bằng 3 và y bằng 1, công thức là H₃PO₄. Đáp án A sai vì HPO₄ cho tích 1 nhân 1 bằng 1 khác 1 nhân 3 bằng 3. Đáp án B sai vì H₂PO₄ cho tích 2 nhân 1 bằng 2 khác 1 nhân 3 bằng 3. Đáp án D sai vì H₄PO₄ cho tích 4 nhân 1 bằng 4 khác 1 nhân 3 bằng 3.
Câu hỏi thường gặp về lập công thức hóa học khi biết hóa trị
Hỏi: Hóa trị của một nguyên tố lấy ở đâu ra?
Đáp: Hóa trị thường được cho trong đề bài, trong bảng hóa trị ở sách giáo khoa, hoặc suy ra từ tên gọi của hợp chất, ví dụ sắt(III) oxit nghĩa là sắt hóa trị III. Với những nguyên tố chỉ có một hóa trị như Na hóa trị I, Ca hóa trị II, Al hóa trị III, bạn nên nhớ sẵn. Với nguyên tố có nhiều hóa trị như Fe, Cu, S, đề bài bắt buộc phải nói rõ đang dùng hóa trị nào.
Hỏi: Vì sao sau khi chéo hóa trị có lúc phải rút gọn chỉ số?
Đáp: Vì công thức hóa học luôn viết ở dạng tối giản, tức là các chỉ số không còn cùng chia hết cho một số nào lớn hơn 1. Chéo hóa trị của Ca hóa trị II và O hóa trị II được Ca₂O₂, nhưng cả hai chỉ số cùng chia hết cho 2 nên phải rút gọn thành CaO. Nếu không rút gọn, công thức vẫn đúng về mặt hóa trị nhưng sai quy ước, và khi làm bài kiểm tra bạn sẽ bị trừ điểm.
Hỏi: Nhóm OH hóa trị I nghĩa là gì, vì sao OH lại có hóa trị?
Đáp: Nhóm OH gồm một nguyên tử oxi và một nguyên tử hiđro liên kết chặt với nhau, hoạt động như một đơn vị duy nhất, và nó còn thiếu một liên kết để trở nên bền vững, vì vậy hóa trị của nó là I. Tương tự, nhóm CO₃ còn thiếu hai liên kết nên hóa trị II, nhóm PO₄ còn thiếu ba liên kết nên hóa trị III. Khi lập công thức, bạn đối xử với nhóm nguyên tử giống hệt như một nguyên tố.
Hỏi: Sắt có hai hóa trị II và III thì làm sao biết đề bài đang dùng hóa trị nào?
Đáp: Đề bài sẽ ghi rõ bằng số La Mã trong tên gọi, ví dụ sắt(II) oxit dùng Fe hóa trị II cho ra FeO, sắt(III) oxit dùng Fe hóa trị III cho ra Fe₂O₃. Nếu đề bài chỉ nói "sắt oxit" mà không ghi số La Mã, bạn cần xem thêm dữ kiện khác trong bài, ví dụ khối lượng phân tử hoặc phần trăm khối lượng, để suy ra hóa trị. Trong bài tập lớp 7, đề bài hầu như luôn ghi rõ.
Hỏi: Lập công thức hóa học khác gì với viết công thức hóa học đã biết?
Đáp: Viết công thức đã biết là bạn nhớ sẵn công thức của chất, ví dụ nước là H₂O, muối ăn là NaCl. Lập công thức là bạn chưa biết công thức, chỉ biết các thành phần và hóa trị của chúng, rồi dùng quy tắc hóa trị để suy ra công thức. Lập công thức là kĩ năng quan trọng hơn, vì nó giúp bạn tự tìm ra công thức của bất kì chất nào, kể cả chất bạn chưa từng gặp.
Kết luận
Lập công thức hóa học khi biết hóa trị chỉ gói gọn trong một quy tắc: tích của hóa trị với chỉ số của thành phần này bằng tích của hóa trị với chỉ số của thành phần kia. Bạn hãy nhớ ba điều: chéo hóa trị để tìm chỉ số nhanh, rút gọn chỉ số khi cả hai cùng chia hết cho một số lớn hơn 1, và đặt nhóm nguyên tử trong ngoặc đơn khi chỉ số của nhóm lớn hơn 1. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để lập công thức của mọi hợp chất hai thành phần ở lớp 7 — và đó cũng là bước đệm để bạn học cách lập công thức khi chỉ biết phần trăm các nguyên tố ở bài tiếp theo.