Buổi sáng, mẹ bạn nấu một nồi canh chua: một thìa muối, hai quả cà chua, một ít rau thơm. Mẹ không cần cân tiểu li mà vẫn nêm vừa miệng, vì mẹ đã quen tay. Nhưng khi làm bánh, mọi chuyện khác hẳn: chỉ cần thừa một thìa bột nở là chiếc bánh xẹp lép, thiếu một chút đường là bánh nhạt hẳn. Làm bánh cần cân đong chính xác từng gam, và hóa học cũng vậy. Mỗi chất có một "cân nặng" riêng ở cấp độ phân tử, gọi là khối lượng phân tử. Biết cân nặng này, bạn mới tính được cần bao nhiêu gam chất để phản ứng vừa đủ, mới biết trong 100 gam chất có bao nhiêu phần trăm từng nguyên tố, và mới lập được công thức hóa học của chất chưa biết tên.
Trong bài viết này, bạn sẽ học cách tính khối lượng phân tử từ gốc: khối lượng phân tử là gì, đơn vị amu nghĩa là gì, bảng nguyên tử khối dùng như thế nào, và ba bước tính nhanh không bao giờ nhầm. 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 khối lượng phân tử với khối lượng nguyên tử và khối lượng mol.
Khối lượng phân tử là gì? Vì sao phải cộng từng nguyên tử?
Khối lượng phân tử, kí hiệu là M, là khối lượng của một phân tử, bằng tổng khối lượng của các nguyên tử tạo nên phân tử đó. Nói cách khác, muốn biết một phân tử nặng bao nhiêu, bạn chỉ cần cộng khối lượng của từng nguyên tử trong nó lại. Công thức rất gọn: M bằng tổng của số nguyên tử nhân với nguyên tử khối của từng nguyên tố. Ví dụ, phân tử CO₂ có một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử oxi, nên M của CO₂ bằng 12 cộng 16 cộng 16, bằng 44. Đơn vị của khối lượng phân tử là amu, đọc là "a-mu", còn gọi là đơn vị cacbon, viết tắt là đvC. Một amu bằng một phần mười hai khối lượng của nguyên tử cacbon-12, tức là một đơn vị rất nhỏ, dùng riêng cho thế giới nguyên tử và phân tử.
Để tính khối lượng phân tử, bạn cần bảng nguyên tử khối, tức là khối lượng của từng loại nguyên tử tính theo đơn vị amu. Những nguyên tử khối bạn sẽ gặp nhiều nhất ở lớp 7 là: H bằng 1, C bằng 12, N bằng 14, O bằng 16, Na bằng 23, Mg bằng 24, Al bằng 27, S bằng 32, Cl bằng 35,5, K bằng 39, Ca bằng 40, Fe bằng 56, Cu bằng 64, Zn bằng 65 và Ba bằng 137. Bạn không cần học thuộc lòng cả bảng tuần hoàn, chỉ cần nhớ nhóm này là đủ làm hầu hết bài tập lớp 7. Riêng clo có nguyên tử khối là 35,5, một con số lẻ, vì trong tự nhiên clo tồn tại dưới dạng hỗn hợp hai đồng vị, và 35,5 là giá trị trung bình của chúng. Bạn hãy nhớ con số này, vì nhiều bạn quên phần 0,5 mà tính sai cả bài. Muốn biết một nguyên tử có bao nhiêu hạt tạo nên nó, bạn có thể ôn lại bài công thức tính số hạt trong nguyên tử, còn muốn hiểu sâu hơn về khối lượng của từng nguyên tử riêng lẻ, bạn đọc bài công thức tính khối lượng nguyên tử.
Cách tính khối lượng phân tử chỉ có ba bước. Bước một, bạn viết công thức hóa học của chất rồi đếm xem mỗi nguyên tố có bao nhiêu nguyên tử, tức là đọc chỉ số dưới của từng nguyên tố. Bước hai, bạn tra nguyên tử khối của từng nguyên tố trong bảng. Bước ba, bạn nhân số nguyên tử với nguyên tử khối rồi cộng tất cả lại. Có hai điểm dễ nhầm bạn phải nhớ kĩ. Thứ nhất, chỉ số dưới là số nguyên tử: trong H₂SO₄, số 2 sau H nghĩa là có hai nguyên tử hiđro, số 4 sau O nghĩa là có bốn nguyên tử oxi, còn S không có chỉ số nghĩa là chỉ có một nguyên tử lưu huỳnh. Thứ hai, nhóm nguyên tử trong ngoặc thì nhân cả nhóm: trong Ca(OH)₂, nhóm OH có chỉ số 2, nghĩa là có hai nguyên tử oxi và hai nguyên tử hiđro, chứ không phải một. Bạn có thể kiểm chứng nhanh mọi phép cộng, phép nhân bằng máy tính Casio online trên ClassOn mỗi khi làm bài tập về nhà.
Bốn ví dụ tính khối lượng phân tử từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Tính khối lượng phân tử của khí cacbonic CO₂.
Bạn đọc công thức CO₂: có một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử oxi. Bạn tra bảng: nguyên tử khối của C bằng 12, của O bằng 16. Bạn tính: M của CO₂ bằng 12 cộng 2 nhân 16, tức bằng 12 cộng 32, bằng 44 amu. Bạn kiểm tra: 44 amu là con số quen thuộc của khí cacbonic, chất khí làm nước ngọt có ga và là sản phẩm của quá trình hô hấp. Bạn hãy để ý: chỉ số 2 của oxi phải nhân với 16, nếu bạn quên nhân mà cộng thẳng 12 cộng 16 thì chỉ được 28, đó là khối lượng phân tử của khí CO, một chất hoàn toàn khác.
Ví dụ 2 (phân tử quen thuộc nhất): Tính khối lượng phân tử của nước H₂O.
Bạn đọc công thức H₂O: có hai nguyên tử hiđro và một nguyên tử oxi. Bạn tra bảng: H bằng 1, O bằng 16. Bạn tính: M của H₂O bằng 2 nhân 1 cộng 16, bằng 2 cộng 16, bằng 18 amu. Bạn kiểm tra: nước là chất quen thuộc nhất trong đời sống, và 18 amu là một trong những con số bạn sẽ gặp nhiều nhất trong hóa học. Bạn hãy để ý: dù nước chiếm phần lớn cơ thể con người, phân tử nước lại rất nhẹ, chỉ 18 amu, nhẹ hơn nhiều so với CO₂ là 44 amu, vì vậy hơi nước bay lên cao còn khí cacbonic thì nặng hơn và thường tích tụ ở chỗ thấp.
Ví dụ 3 (phân tử có bốn nguyên tố oxi): Tính khối lượng phân tử của axit sunfuric H₂SO₄.
Bạn đọc công thức H₂SO₄: có hai nguyên tử hiđro, một nguyên tử lưu huỳnh và bốn nguyên tử oxi. Bạn tra bảng: H bằng 1, S bằng 32, O bằng 16. Bạn tính: M của H₂SO₄ bằng 2 nhân 1 cộng 32 cộng 4 nhân 16, tức bằng 2 cộng 32 cộng 64, bằng 98 amu. Bạn kiểm tra: 98 amu là khối lượng phân tử của một trong những axit quan trọng nhất trong công nghiệp, dùng để sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu và ắc quy. Bạn hãy để ý: bốn nguyên tử oxi đóng góp tới 64 amu, chiếm hơn một nửa khối lượng phân tử, vì vậy khi tính bạn phải nhân 4 với 16 cho đúng, chỉ cần quên nhân là kết quả sai hẳn.
Ví dụ 4 (nhóm nguyên tử trong ngoặc): Tính khối lượng phân tử của canxi hiđroxit Ca(OH)₂.
Bạn đọc công thức Ca(OH)₂: có một nguyên tử canxi và nhóm OH lặp lại hai lần, tức là có hai nguyên tử oxi và hai nguyên tử hiđro. Bạn tra bảng: Ca bằng 40, O bằng 16, H bằng 1. Bạn tính: M của Ca(OH)₂ bằng 40 cộng 2 nhân mở ngoặc 16 cộng 1 đóng ngoặc, tức bằng 40 cộng 2 nhân 17, bằng 40 cộng 34, bằng 74 amu. Bạn kiểm tra: Ca(OH)₂ là vôi tôi, chất dùng để quét tường và khử chua đất, và 74 amu là đáp số đúng. Bạn hãy để ý: dấu ngoặc ở đây rất quan trọng, số 2 ngoài ngoặc nhân với cả O và H trong ngoặc, nếu bạn chỉ nhân với H thì sẽ tính thiếu 16 amu của một nguyên tử oxi.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Quên nhân chỉ số dưới với nguyên tử khối.
Nhiều bạn tính M của O₂ là 16, của H₂ là 1, vì quên nhân chỉ số 2. Cách tránh: bạn hãy nhớ chỉ số dưới là số nguyên tử, luôn phải nhân: M của O₂ bằng 2 nhân 16 bằng 32 amu, M của H₂ bằng 2 nhân 1 bằng 2 amu. Mỗi lần tính, bạn viết rõ phép nhân ra giấy trước khi cộng.
Lỗi 2: Quên nhân cả nhóm nguyên tử trong ngoặc.
Nhiều bạn tính M của Ca(OH)₂ là 40 cộng 16 cộng 1 bằng 57, vì chỉ tính nhóm OH một lần. Cách tránh: bạn hãy nhớ số ngoài ngoặc nhân với mọi nguyên tử trong ngoặc, cả O và H đều có hai nguyên tử, nên M bằng 40 cộng 2 nhân 17 bằng 74 amu. Bạn hãy khoanh tròn cả nhóm OH rồi nhân 2 cho cả nhóm.
Lỗi 3: Nhớ sai nguyên tử khối của clo, sắt và một số nguyên tố khác.
Nhiều bạn lấy Cl bằng 35 thay vì 35,5, lấy Fe bằng 55 thay vì 56, khiến đáp số lệch đi một chút mà vẫn tưởng là đúng. Cách tránh: bạn hãy nhớ clo là 35,5, sắt là 56, và luôn đối chiếu với bảng nguyên tử khối trong sách giáo khoa hoặc đề bài cho, đừng tính theo trí nhớ khi không chắc chắn.
Lỗi 4: Cộng số nguyên tử thay vì cộng khối lượng.
Nhiều bạn thấy CO₂ có ba nguyên tử thì kết luận M bằng 3, hoặc thấy H₂SO₄ có bảy nguyên tử thì kết luận M bằng 7. Cách tránh: bạn hãy nhớ khối lượng phân tử là tổng khối lượng, không phải tổng số nguyên tử, mỗi nguyên tử nặng khác nhau, một nguyên tử oxi nặng gấp 16 lần một nguyên tử hiđro.
Lỗi 5: Nhầm đơn vị amu với gam.
Nhiều bạn ghi M của CO₂ bằng 44 gam, nhưng 44 amu là khối lượng của một phân tử, còn 44 gam là khối lượng của một mol phân tử CO₂, tức là của rất nhiều phân tử gộp lại. Cách tránh: bạn hãy nhớ khi hỏi khối lượng phân tử thì đáp số đi với đơn vị amu, còn gam chỉ dùng khi nói đến khối lượng mol.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ viết rõ phép nhân từng nguyên tố trước khi cộng.
Câu 1: Khối lượng phân tử của khí cacbonic CO₂ bằng bao nhiêu?
A. 44 amu
B. 28 amu
C. 32 amu
D. 60 amu
Câu 2: Khối lượng phân tử của axit sunfuric H₂SO₄ bằng bao nhiêu?
A. 96 amu
B. 98 amu
C. 100 amu
D. 82 amu
Câu 3: Khối lượng phân tử của đá vôi CaCO₃ bằng bao nhiêu?
A. 90 amu
B. 110 amu
C. 100 amu
D. 84 amu
Câu 4: Khối lượng phân tử của khí amoniac NH₃ bằng bao nhiêu?
A. 16 amu
B. 18 amu
C. 15 amu
D. 17 amu
Câu 5: Khối lượng phân tử của sắt(III) oxit Fe₂O₃ bằng bao nhiêu?
A. 160 amu
B. 120 amu
C. 144 amu
D. 104 amu
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | B | C | D | A |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A đúng: M của CO₂ bằng 12 cộng 2 nhân 16 bằng 12 cộng 32 bằng 44 amu. Đáp án B sai vì 28 amu là khối lượng phân tử của khí CO, chỉ có một nguyên tử oxi. Đáp án C sai vì 32 amu là khối lượng phân tử của khí oxi O₂. Đáp án D sai vì không có phép tính nào cho ra 60 amu.
Giải thích Câu 2 — Đáp án B đúng: M của H₂SO₄ bằng 2 nhân 1 cộng 32 cộng 4 nhân 16 bằng 2 cộng 32 cộng 64 bằng 98 amu. Đáp án A sai vì 96 amu là kết quả khi quên cộng 2 amu của hai nguyên tử hiđro. Đáp án C sai vì 100 amu là kết quả khi lấy nguyên tử khối của S là 34 thay vì 32. Đáp án D sai vì 82 amu là kết quả khi chỉ tính 3 nguyên tử oxi thay vì 4.
Giải thích Câu 3 — Đáp án C đúng: M của CaCO₃ bằng 40 cộng 12 cộng 3 nhân 16 bằng 40 cộng 12 cộng 48 bằng 100 amu. Đáp án A sai vì 90 amu là kết quả khi lấy nguyên tử khối của Ca là 30 thay vì 40. Đáp án B sai vì 110 amu là kết quả khi lấy nguyên tử khối của Ca là 50 thay vì 40. Đáp án D sai vì 84 amu là kết quả khi chỉ tính 2 nguyên tử oxi thay vì 3.
Giải thích Câu 4 — Đáp án D đúng: M của NH₃ bằng 14 cộng 3 nhân 1 bằng 14 cộng 3 bằng 17 amu. Đáp án A sai vì 16 amu là nguyên tử khối của oxi, không liên quan đến NH₃. Đáp án B sai vì 18 amu là khối lượng phân tử của nước H₂O. Đáp án C sai vì 15 amu là kết quả khi tính NH₃ chỉ có một nguyên tử hiđro.
Giải thích Câu 5 — Đáp án A đúng: M của Fe₂O₃ bằng 2 nhân 56 cộng 3 nhân 16 bằng 112 cộng 48 bằng 160 amu. Đáp án B sai vì 120 amu là kết quả khi lấy nguyên tử khối của Fe là 36 thay vì 56. Đáp án C sai vì 144 amu là kết quả khi tính Fe₂O₃ chỉ có hai nguyên tử oxi thay vì ba. Đáp án D sai vì 104 amu là kết quả khi tính chỉ một nguyên tử sắt thay vì hai.
Câu hỏi thường gặp về khối lượng phân tử
Hỏi: Khối lượng phân tử khác khối lượng mol như thế nào?
Đáp: Hai đại lượng này có cùng con số nhưng khác đơn vị và khác ý nghĩa. Khối lượng phân tử của CO₂ là 44 amu, nghĩa là một phân tử CO₂ nặng 44 amu. Khối lượng mol của CO₂ là 44 gam trên mol, nghĩa là một mol phân tử CO₂, tức khoảng 6,02 nhân 10 mũ 23 phân tử, nặng 44 gam. Bạn học khối lượng mol ở lớp cao hơn, còn ở lớp 7 chỉ cần nhớ đáp số khối lượng phân tử đi với đơn vị amu.
Hỏi: Vì sao nguyên tử khối của clo lại là 35,5, một số lẻ?
Đáp: Vì trong tự nhiên, clo tồn tại dưới dạng hỗn hợp hai đồng vị là clo-35 và clo-37, với tỉ lệ khoảng 3 chia 1. Nguyên tử khối 35,5 là giá trị trung bình có tính đến tỉ lệ của hai đồng vị này. Đây là một trong ít nguyên tố có nguyên tử khối lẻ, vì vậy bạn cần nhớ riêng con số 35,5 của clo.
Hỏi: Phân tử đơn chất như O₂, H₂, N₂ có khối lượng phân tử không?
Đáp: Có, và cách tính hoàn toàn giống nhau. M của O₂ bằng 2 nhân 16 bằng 32 amu, M của H₂ bằng 2 nhân 1 bằng 2 amu, M của N₂ bằng 2 nhân 14 bằng 28 amu. Đơn chất cũng là phân tử, chỉ khác là các nguyên tử trong đó cùng một nguyên tố, nên bạn vẫn cộng khối lượng của từng nguyên tử lại như thường.
Hỏi: Có cần học thuộc lòng cả bảng nguyên tử khối không?
Đáp: Không cần, và cũng không nên cố nhớ hết. Trong đề kiểm tra, bảng nguyên tử khối thường được cho sẵn, hoặc chỉ dùng những nguyên tố quen thuộc là H bằng 1, C bằng 12, N bằng 14, O bằng 16, S bằng 32, Ca bằng 40, Fe bằng 56. Bạn chỉ cần nhớ nhóm này và biết cách tra bảng khi gặp nguyên tố lạ.
Hỏi: Khối lượng phân tử dùng để làm gì trong các bài sau?
Đáp: Khối lượng phân tử là chìa khóa của rất nhiều bài toán hóa học. Bạn dùng nó để tính phần trăm khối lượng các nguyên tố trong hợp chất, để tính số mol chất khi biết khối lượng gam, và để lập công thức hóa học khi biết phần trăm các nguyên tố. Vì vậy, tính thành thạo khối lượng phân tử là bước đầu tiên để học tốt cả chương nguyên tử và phân tử.
Kết luận
Khối lượng phân tử chỉ gói gọn trong một phép cộng: cộng khối lượng của từng nguyên tử tạo nên phân tử, với đơn vị là amu. Bạn hãy nhớ ba điều: tra đúng nguyên tử khối từng nguyên tố, nhân chỉ số dưới với nguyên tử khối trước khi cộng, và nhân cả nhóm nguyên tử trong ngoặc khi có chỉ số ngoài ngoặc. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để tính khối lượng phân tử của mọi chất gặp ở lớp 7 — và đó cũng là nền tảng để bạn bước sang bài toán phần trăm khối lượng và lập công thức hóa học ở những bài tiếp theo.