Trong phòng thí nghiệm, người ta đưa cho bạn một lọ bột trắng không nhãn mác và một tờ kết quả phân tích: trong 100 gam bột có 40 gam canxi, 12 gam cacbon và 48 gam oxi. Không ai nói cho bạn biết đó là chất gì, nhưng chỉ với ba con số phần trăm này, bạn có thể suy ra danh tính của nó: đó là đá vôi, CaCO₃. Cách suy luận này giống hệt công việc của một thám tử: từ những manh mối rời rạc, ghép lại thành bức tranh hoàn chỉnh. Trong hóa học lớp 7, bài toán lập công thức hóa học khi biết phần trăm các nguyên tố chính là một vụ án như vậy, và ba bước suy luận trong bài này sẽ giúp bạn phá được mọi vụ án tương tự.
Trong bài viết này, bạn sẽ học cách lập công thức hóa học khi biết phần trăm các nguyên tố từ gốc: vì sao phải chia phần trăm cho nguyên tử khối, vì sao tỉ lệ mol phải rút gọn về số nguyên nhỏ nhất, và khi nào thì công thức tìm được mới là công thức thật của chất. 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 công thức đơn giản nhất với công thức phân tử, và hiểu vì sao có lúc tỉ lệ lại ra số thập phân lẻ.
Lập công thức hóa học khi biết phần trăm các nguyên tố là gì?
Lập công thức hóa học khi biết phần trăm các nguyên tố là bài toán ngược của bài toán tính phần trăm khối lượng: thay vì biết công thức rồi tính xem mỗi nguyên tố chiếm bao nhiêu phần trăm, bạn chỉ biết phần trăm của mỗi nguyên tố rồi suy ngược lại xem công thức là gì. Mấu chốt của bài toán nằm ở một điểm rất dễ hiểu mà nhiều bạn hay quên: phần trăm khối lượng nói về khối lượng, còn chỉ số trong công thức hóa học nói về số nguyên tử. Một nguyên tử oxi nặng gấp 16 lần một nguyên tử hiđro, vì vậy cùng một khối lượng thì số nguyên tử hiđro nhiều gấp 16 lần số nguyên tử oxi. Muốn chuyển từ phần trăm khối lượng sang tỉ lệ số nguyên tử, bạn phải chia phần trăm cho nguyên tử khối của từng nguyên tố, kết quả thu được chính là tỉ lệ mol của các nguyên tố, và tỉ lệ mol này sau khi rút gọn sẽ cho ra chỉ số trong công thức.
Cách làm chuẩn gồm ba bước. Bước một, bạn ghi phần trăm khối lượng của từng nguyên tố, nếu đề bài chưa cho phần trăm của một nguyên tố thì lấy 100 phần trăm trừ đi tổng phần trăm của các nguyên tố còn lại, vì tổng phần trăm của mọi nguyên tố trong hợp chất luôn bằng 100 phần trăm. Bước hai, bạn chia phần trăm của mỗi nguyên tố cho nguyên tử khối của nguyên tố đó, được một dãy số tỉ lệ. Bước ba, bạn rút gọn dãy tỉ lệ này về các số nguyên nhỏ nhất bằng cách chia tất cả cho số nhỏ nhất trong dãy, nếu vẫn còn số thập phân thì nhân cả dãy với 2, 3 hoặc 4 cho đến khi hết thập phân, rồi viết các số nguyên thu được làm chỉ số trong công thức, theo đúng thứ tự kim loại trước, phi kim sau. Công thức liên hệ mà bạn cần nhớ là phần trăm khối lượng của nguyên tố X bằng số nguyên tử của X nhân với nguyên tử khối của X, chia cho khối lượng phân tử của hợp chất, rồi nhân với 100 phần trăm, đây chính là công thức trong bài phần trăm khối lượng các nguyên tố trong hợp chất. Sau khi lập được công thức, bạn có thể tính tiếp khối lượng phân tử của chất đó để kiểm tra lại xem các phần trăm có khớp không. Bạn có thể kiểm chứng nhanh mọi phép chia và 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): Một hợp chất có 40% Ca, 12% C và 48% O. Lập công thức hóa học của hợp chất.
Bước một, bạn ghi phần trăm: Ca 40 phần trăm, C 12 phần trăm, O 48 phần trăm, tổng bằng 100 phần trăm nên không thiếu nguyên tố nào. Bước hai, bạn chia phần trăm cho nguyên tử khối: Ca có nguyên tử khối 40 nên 40 chia 40 bằng 1, C có nguyên tử khối 12 nên 12 chia 12 bằng 1, O có nguyên tử khối 16 nên 48 chia 16 bằng 3. Bước ba, bạn được tỉ lệ mol là 1 chia 1 chia 3, đã là các số nguyên nhỏ nhất nên viết thẳng thành chỉ số, công thức là CaCO₃. Bạn kiểm tra: khối lượng phân tử của CaCO₃ bằng 40 cộng 12 cộng 3 nhân 16 bằng 100 amu, phần trăm Ca bằng 40 chia 100 bằng 40 phần trăm, phần trăm C bằng 12 phần trăm, phần trăm O bằng 48 phần trăm, khớp hoàn toàn với đề bài. Bạn hãy để ý: CaCO₃ chính là đá vôi, chất làm nên vỏ sò, vỏ ốc và núi đá vôi, vì vậy ví dụ này không chỉ là một bài toán mà còn là kiến thức về một chất rất quen thuộc trong đời sống.
Ví dụ 2 (tỉ lệ cần rút gọn): Một hợp chất có 70% Fe và 30% O. Lập công thức hóa học của hợp chất.
Bước một, bạn ghi phần trăm: Fe 70 phần trăm, O 30 phần trăm, tổng bằng 100 phần trăm. Bước hai, bạn chia phần trăm cho nguyên tử khối: Fe có nguyên tử khối 56 nên 70 chia 56 bằng 1,25, O có nguyên tử khối 16 nên 30 chia 16 bằng 1,875. Bước ba, bạn chia cả hai số cho số nhỏ nhất là 1,25: 1,25 chia 1,25 bằng 1, 1,875 chia 1,25 bằng 1,5, tỉ lệ là 1 chia 1,5, vẫn còn số thập phân nên bạn nhân cả hai với 2, được 2 chia 3, công thức là Fe₂O₃. Bạn kiểm tra: khối lượng phân tử của Fe₂O₃ bằng 2 nhân 56 cộng 3 nhân 16 bằng 160 amu, phần trăm Fe bằng 112 chia 160 bằng 70 phần trăm, phần trăm O bằng 48 chia 160 bằng 30 phần trăm, khớp với đề bài. Bạn hãy để ý: Fe₂O₃ là sắt(III) oxit, thành phần chính của quặng hematit và của gỉ sắt, vì vậy khi thấy tỉ lệ 2 chia 3 bạn có thể nhớ ngay đến công thức này.
Ví dụ 3 (phần trăm có số thập phân): Một hợp chất có 82,35% N và 17,65% H. Lập công thức hóa học của hợp chất.
Bước một, bạn ghi phần trăm: N 82,35 phần trăm, H 17,65 phần trăm, tổng bằng 100 phần trăm. Bước hai, bạn chia phần trăm cho nguyên tử khối: N có nguyên tử khối 14 nên 82,35 chia 14 bằng 5,88, H có nguyên tử khối 1 nên 17,65 chia 1 bằng 17,65. Bước ba, bạn chia cả hai số cho số nhỏ nhất là 5,88: 5,88 chia 5,88 bằng 1, 17,65 chia 5,88 bằng 3, tỉ lệ là 1 chia 3, công thức là NH₃. Bạn kiểm tra: khối lượng phân tử của NH₃ bằng 14 cộng 3 nhân 1 bằng 17 amu, phần trăm N bằng 14 chia 17 bằng 82,35 phần trăm, phần trăm H bằng 3 chia 17 bằng 17,65 phần trăm, khớp với đề bài. Bạn hãy để ý: NH₃ là khí amoniac, chất có mùi khai nồng nặc và là nguyên liệu sản xuất phân đạm, vì vậy đây là một công thức rất đáng nhớ. Bạn cũng thấy số thập phân 82,35 và 17,65 tuy nhìn rối nhưng sau khi chia và rút gọn lại cho ra tỉ lệ đẹp 1 chia 3, vì vậy đừng sợ số thập phân trong đề bài.
Ví dụ 4 (hai tỉ lệ bằng nhau): Một hợp chất có 39,32% Na và 60,68% Cl. Lập công thức hóa học của hợp chất.
Bước một, bạn ghi phần trăm: Na 39,32 phần trăm, Cl 60,68 phần trăm, tổng bằng 100 phần trăm. Bước hai, bạn chia phần trăm cho nguyên tử khối: Na có nguyên tử khối 23 nên 39,32 chia 23 bằng 1,71, Cl có nguyên tử khối 35,5 nên 60,68 chia 35,5 bằng 1,71. Bước ba, bạn chia cả hai số cho 1,71, được tỉ lệ 1 chia 1, công thức là NaCl. Bạn kiểm tra: khối lượng phân tử của NaCl bằng 23 cộng 35,5 bằng 58,5 amu, phần trăm Na bằng 23 chia 58,5 bằng 39,32 phần trăm, phần trăm Cl bằng 35,5 chia 58,5 bằng 60,68 phần trăm, khớp với đề bài. Bạn hãy để ý: NaCl chính là muối ăn, chất quen thuộc nhất trong bếp nhà bạn, và tỉ lệ 1 chia 1 là tỉ lệ đơn giản nhất có thể, vì vậy khi hai số sau khi chia bằng nhau thì công thức luôn có dạng XY.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Lấy thẳng tỉ lệ phần trăm làm chỉ số trong công thức.
Nhiều bạn thấy hợp chất có 40% Ca, 12% C, 48% O thì viết ngay Ca₄₀C₁₂O₄₈, mà quên rằng phần trăm là tỉ lệ khối lượng, không phải tỉ lệ số nguyên tử. Cách tránh: bạn hãy nhớ bắt buộc phải chia phần trăm cho nguyên tử khối trước, 40 chia 40 bằng 1, 12 chia 12 bằng 1, 48 chia 16 bằng 3, công thức đúng là CaCO₃.
Lỗi 2: Không rút gọn tỉ lệ mol về số nguyên nhỏ nhất.
Nhiều bạn tính ra tỉ lệ 1,25 chia 1,875 rồi dừng lại, không biết viết công thức thế nào. Cách tránh: bạn hãy nhớ chỉ số trong công thức phải là số nguyên, vì vậy luôn chia cả dãy cho số nhỏ nhất, nếu còn thập phân thì nhân cả dãy với 2, 3 hoặc 4, ví dụ 1 chia 1,5 nhân 2 thành 2 chia 3, công thức là Fe₂O₃.
Lỗi 3: Quên tính phần trăm của nguyên tố chưa cho.
Nhiều bạn gặp đề bài chỉ cho phần trăm của hai nguyên tố trong hợp chất ba nguyên tố mà cứ thế tính luôn, rồi ra tỉ lệ thiếu một nguyên tố. Cách tránh: bạn hãy nhớ tổng phần trăm luôn bằng 100 phần trăm, nếu đề bài chỉ cho 40% Ca và 12% C thì phần trăm của O bằng 100 trừ 40 trừ 12 bằng 48 phần trăm, phải tính ra trước khi chia cho nguyên tử khối.
Lỗi 4: Làm tròn số quá sớm khiến tỉ lệ bị lệch.
Nhiều bạn chia 82,35 cho 14 được 5,88 rồi làm tròn thành 6, sau đó chia 17,65 cho 6 được 2,94 rồi làm tròn thành 3, tuy kết quả cuối vẫn là NH₃ nhưng cách làm này rất rủi ro. Cách tránh: bạn hãy giữ nguyên số thập phân trong suốt quá trình tính, chỉ làm tròn ở bước cuối khi đã ra tỉ lệ, và luôn kiểm tra lại bằng cách tính phần trăm từ công thức vừa tìm được.
Lỗi 5: Viết sai thứ tự các nguyên tố trong công thức.
Nhiều bạn viết O trước Ca thành O₃CCa, hoặc viết C trước Ca thành CCO₃Ca, khiến công thức tuy đúng về số lượng nhưng sai quy ước. Cách tránh: bạn hãy nhớ thứ tự viết công thức là kim loại trước, phi kim sau, ví dụ CaCO₃ viết canxi trước, cacbon và oxi sau, NaCl viết natri trước, clo sau.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ chia phần trăm cho nguyên tử khối trước, rồi mới rút gọn tỉ lệ.
Câu 1: Một hợp chất có 40% Ca, 12% C và 48% O. Công thức hóa học của hợp chất là gì?
A. CaCO₃
B. CaO
C. CaC₂
D. Ca(CO₃)₂
Câu 2: Một hợp chất có 70% Fe và 30% O. Công thức hóa học của hợp chất là gì?
A. FeO
B. Fe₂O₃
C. Fe₃O₄
D. FeO₂
Câu 3: Một hợp chất có 82,35% N và 17,65% H. Công thức hóa học của hợp chất là gì?
A. NH₄
B. N₂H₄
C. NH₃
D. NH₂
Câu 4: Một hợp chất có 27,27% C và 72,73% O. Công thức hóa học của hợp chất là gì?
A. CO
B. C₂O
C. CO₃
D. CO₂
Câu 5: Một hợp chất có 39,32% Na và 60,68% Cl. Công thức hóa học của hợp chất là gì?
A. NaCl
B. NaCl₂
C. Na₂Cl
D. Na₂Cl₂
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | B | C | D | A |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A đúng: Chia phần trăm cho nguyên tử khối: 40 chia 40 bằng 1, 12 chia 12 bằng 1, 48 chia 16 bằng 3, tỉ lệ 1 chia 1 chia 3 nên công thức là CaCO₃. Đáp án B sai vì CaO không chứa cacbon, trong khi đề bài cho 12% C. Đáp án C sai vì CaC₂ không chứa oxi, trong khi đề bài cho 48% O. Đáp án D sai vì Ca(CO₃)₂ có tỉ lệ Ca chia C chia O là 1 chia 2 chia 6, không phải 1 chia 1 chia 3.
Giải thích Câu 2 — Đáp án B đúng: Chia phần trăm cho nguyên tử khối: 70 chia 56 bằng 1,25, 30 chia 16 bằng 1,875, chia cả hai cho 1,25 được 1 chia 1,5, nhân 2 được 2 chia 3 nên công thức là Fe₂O₃. Đáp án A sai vì FeO có tỉ lệ 1 chia 1, tương ứng với 77,78% Fe và 22,22% O. Đáp án C sai vì Fe₃O₄ có tỉ lệ 3 chia 4, tương ứng với 72,41% Fe và 27,59% O. Đáp án D sai vì FeO₂ không phải là oxit bền của sắt ở lớp 7.
Giải thích Câu 3 — Đáp án C đúng: Chia phần trăm cho nguyên tử khối: 82,35 chia 14 bằng 5,88, 17,65 chia 1 bằng 17,65, chia cả hai cho 5,88 được 1 chia 3 nên công thức là NH₃. Đáp án A sai vì NH₄ có tỉ lệ 1 chia 4, tương ứng với 77,78% N và 22,22% H. Đáp án B sai vì N₂H₄ có tỉ lệ 1 chia 2, tương ứng với 87,5% N và 12,5% H. Đáp án D sai vì NH₂ có tỉ lệ 1 chia 2, tương ứng với 87,5% N và 12,5% H.
Giải thích Câu 4 — Đáp án D đúng: Chia phần trăm cho nguyên tử khối: 27,27 chia 12 bằng 2,27, 72,73 chia 16 bằng 4,55, chia cả hai cho 2,27 được 1 chia 2 nên công thức là CO₂. Đáp án A sai vì CO có tỉ lệ 1 chia 1, tương ứng với 42,86% C và 57,14% O. Đáp án B sai vì C₂O có tỉ lệ 2 chia 1, tương ứng với 60% C và 40% O. Đáp án C sai vì CO₃ có tỉ lệ 1 chia 3, tương ứng với 20% C và 80% O.
Giải thích Câu 5 — Đáp án A đúng: Chia phần trăm cho nguyên tử khối: 39,32 chia 23 bằng 1,71, 60,68 chia 35,5 bằng 1,71, tỉ lệ 1 chia 1 nên công thức là NaCl. Đáp án B sai vì NaCl₂ có tỉ lệ 1 chia 2, tương ứng với 24,47% Na và 75,53% Cl. Đáp án C sai vì Na₂Cl có tỉ lệ 2 chia 1, tương ứng với 56,44% Na và 43,56% Cl. Đáp án D sai vì Na₂Cl₂ rút gọn được thành NaCl, không viết dưới dạng Na₂Cl₂.
Câu hỏi thường gặp về lập công thức hóa học khi biết phần trăm
Hỏi: Chỉ biết phần trăm các nguyên tố có suy ra đúng công thức hóa học không?
Đáp: Chỉ suy ra được công thức đơn giản nhất, tức là tỉ lệ tối giản giữa các nguyên tố. Ví dụ, từ phần trăm bạn tìm được tỉ lệ C chia H chia O là 1 chia 2 chia 1, công thức đơn giản nhất là CH₂O. Nhưng chất thật có thể là CH₂O, C₂H₄O₂ hay C₆H₁₂O₆, vì cả ba đều có cùng tỉ lệ. Muốn biết công thức phân tử thật, bạn cần thêm dữ kiện về khối lượng phân tử của chất đó.
Hỏi: Công thức đơn giản nhất khác công thức phân tử như thế nào?
Đáp: Công thức đơn giản nhất chỉ cho biết tỉ lệ tối giản giữa các nguyên tố, còn công thức phân tử cho biết số nguyên tử thật trong một phân tử. Glucozơ có công thức phân tử là C₆H₁₂O₆, nhưng công thức đơn giản nhất của nó là CH₂O, vì tỉ lệ 6 chia 12 chia 6 rút gọn thành 1 chia 2 chia 1. Ở lớp 7, khi đề bài hỏi lập công thức hóa học thì đáp án cần tìm thường chính là công thức đơn giản nhất, trừ khi đề bài cho thêm khối lượng phân tử.
Hỏi: Vì sao phải chia phần trăm cho nguyên tử khối, không lấy thẳng tỉ lệ phần trăm?
Đáp: Vì phần trăm khối lượng nói về khối lượng, còn chỉ số trong công thức nói về số nguyên tử. Một nguyên tử oxi nặng gấp 16 lần một nguyên tử hiđro, nên 16 gam oxi và 1 gam hiđro có cùng số nguyên tử. Chia phần trăm cho nguyên tử khối chính là bước chuyển từ so sánh khối lượng sang so sánh số lượng, và chỉ sau bước này bạn mới có được tỉ lệ đúng giữa các nguyên tố.
Hỏi: Tỉ lệ mol ra số thập phân lẻ như 1 chia 1,5 thì xử lí ra sao?
Đáp: Bạn nhân cả dãy tỉ lệ với 2, 3 hoặc 4 cho đến khi tất cả đều thành số nguyên. Tỉ lệ 1 chia 1,5 nhân 2 thành 2 chia 3. Tỉ lệ 1 chia 1,33 nhân 3 thành 3 chia 4. Tỉ lệ 1 chia 1,25 nhân 4 thành 4 chia 5. Quy tắc là tìm số nhân nhỏ nhất để mọi số trong dãy đều thành số nguyên, rồi viết các số đó làm chỉ số.
Hỏi: Phần trăm các nguyên tố cộng lại khác 100% thì phải làm sao?
Đáp: Trước hết bạn kiểm tra lại phép cộng của mình, vì tổng phần trăm của mọi nguyên tố trong một hợp chất luôn bằng 100 phần trăm. Nếu tổng nhỏ hơn 100 phần trăm, có nghĩa là còn một nguyên tố chưa được liệt kê, bạn lấy 100 phần trăm trừ đi tổng đã biết để tìm phần trăm của nguyên tố đó rồi tính tiếp. Nếu tổng lớn hơn 100 phần trăm thì đề bài đã cho sai số liệu, bạn cần báo lại với giáo viên để kiểm tra.
Kết luận
Lập công thức hóa học khi biết phần trăm các nguyên tố chỉ gói gọn trong ba bước: ghi phần trăm của từng nguyên tố, chia phần trăm cho nguyên tử khối để được tỉ lệ mol, rồi rút gọn tỉ lệ về các số nguyên nhỏ nhất làm chỉ số trong công thức. Bạn hãy nhớ ba điều: tổng phần trăm luôn bằng 100 phần trăm, bắt buộc phải chia cho nguyên tử khối trước khi rút gọn, và công thức tìm được là công thức đơn giản nhất, muốn biết công thức phân tử thật thì cần thêm khối lượng phân tử. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để phá mọi "vụ án" phần trăm ở lớp 7 — và cũng hiểu vì sao chỉ với vài con số phần trăm, các nhà hóa học có thể nhận diện được cả một chất chưa từng gặp mặt.