Hồi nhỏ, chắc hẳn bạn đã từng cầm một quả bóng bay và thắc mắc: vì sao có quả bóng cứ bay vút lên trời, chỉ cần buông tay là mất hút, còn có quả bóng chỉ lơ lửng một lúc rồi từ từ rơi xuống đất? Bí mật nằm ở thứ khí bên trong quả bóng. Bóng bay bơm khí hydrogen (H2) nhẹ hơn không khí rất nhiều nên bay lên; bóng bay bơm khí carbon dioxide (CO2) nặng hơn không khí nên chìm xuống. Người ta không nói "khí này nặng bao nhiêu gam" mà nói "khí này nặng gấp mấy lần không khí" — và cách nói đó chính là công thức tính tỉ khối. Tỉ khối là con số cho biết một chất khí nặng hay nhẹ hơn một chất khí khác bao nhiêu lần.
Không chỉ bóng bay, tỉ khối còn xuất hiện khắp nơi trong đời sống. Khí gas trong bếp nhà bạn nhẹ hơn không khí nên khi rò rỉ, nó bay lên cao và thoát ra ngoài qua cửa sổ — đó là lí do người ta lắp máy báo rò rỉ gas ở vị trí cao. Ngược lại, khí CO2 nặng hơn không khí nên tích tụ ở những chỗ thấp như hầm, giếng sâu hay tầng hầm — đó là lí do tuyệt đối không được tự ý xuống giếng sâu hay hầm kín khi chưa kiểm tra. Chỉ với một phép chia đơn giản, bạn có thể đoán được một chất khí sẽ bay lên hay chìm xuống, sẽ tích tụ ở đâu, và có nguy hiểm hay không.
Bài viết này sẽ giúp bạn nắm chắc công thức tính tỉ khối của chất khí: tỉ khối của khí A so với khí B, tỉ khối của khí A so với không khí, cách đọc kết quả để biết khí nặng hơn hay nhẹ hơn không khí, cùng các ví dụ đã tính sẵn như tỉ khối của CO2, H2, O2, CH4, SO2, Cl2, N2 và NH3. Cuối bài có phần lỗi sai thường gặp, bài tập tự luyện có đáp án và câu hỏi thường gặp. Học xong bài này, bạn sẽ hiểu vì sao bóng bay khí H2 bay lên còn bóng CO2 thì không — và giải thích được cho cả bạn bè cùng nghe.
Vì sao bóng bay khí H2 bay lên còn bóng CO2 chìm xuống?
Hãy tưởng tượng hai quả bóng bay giống hệt nhau, một quả bơm đầy khí H2, một quả bơm đầy khí CO2. Quả bóng H2 vừa buông tay đã bay vút lên trời, còn quả bóng CO2 chỉ lơ lửng rồi từ từ hạ xuống. Vì sao lại khác nhau đến vậy? Vì mỗi phân tử khí nặng nhẹ khác nhau. Một phân tử H2 chỉ nặng 2 đvC, còn một phân tử CO2 nặng tới 44 đvC — nặng gấp 22 lần. Không khí xung quanh chúng ta có khối lượng mol trung bình khoảng 29 g/mol, tức là một "phân tử không khí" trung bình nặng 29 đvC. So sánh với con số 29 này, H2 (2) nhẹ hơn rất nhiều nên bay lên, còn CO2 (44) nặng hơn nên chìm xuống. Mọi chuyện chỉ đơn giản như vậy: khí nào nhẹ hơn không khí thì bay lên, khí nào nặng hơn không khí thì chìm xuống.
Nhưng trong hóa học, người ta không chỉ nói "nhẹ hơn" hay "nặng hơn" một cách chung chung mà muốn biết chính xác: nhẹ hơn bao nhiêu lần, nặng hơn bao nhiêu lần? Khí H2 nhẹ hơn không khí bao nhiêu lần? Khí CO2 nặng hơn không khí bao nhiêu lần? Muốn trả lời chính xác, bạn cần đến tỉ khối. Tỉ khối là tỉ số giữa khối lượng mol của hai chất khí, và nó cho biết chính xác khí này nặng gấp mấy lần khí kia. Đây là một đại lượng rất tiện: nó không có đơn vị, chỉ là một con số thuần túy, và chỉ cần nhớ khối lượng mol của các chất khí là tính được ngay.
Một điểm thú vị: tỉ khối không chỉ dùng cho bóng bay. Trong phòng thí nghiệm, khi một chất khí thoát ra khỏi ống nghiệm, người ta nhìn xem nó bay lên hay chìm xuống để đoán đó là khí gì. Trong công nghiệp, người ta dùng tỉ khối để thiết kế hệ thống thông gió: khí nhẹ thì đặt quạt hút ở trên cao, khí nặng thì đặt quạt hút ở dưới thấp. Trong đời sống, hiểu tỉ khối giúp bạn hiểu vì sao không được xuống hầm kín, vì sao khí gas rò rỉ lại nguy hiểm theo cách khác với khí CO2 tích tụ. Một công thức nhỏ mà ứng dụng thì rất lớn.
Tỉ khối là gì? Định nghĩa bạn cần nhớ
Tỉ khối của chất khí A so với chất khí B, kí hiệu là dA/B, là tỉ số giữa khối lượng mol của khí A và khối lượng mol của khí B. Tỉ khối không có đơn vị, vì đơn vị g/mol ở tử số và mẫu số đã triệt tiêu nhau. Nếu dA/B lớn hơn 1, khí A nặng hơn khí B; nếu dA/B nhỏ hơn 1, khí A nhẹ hơn khí B; nếu dA/B bằng 1, hai khí nặng bằng nhau. Ví dụ: tỉ khối của khí oxygen so với khí hydrogen là dO2/H2 = 32/2 = 16, nghĩa là khí oxygen nặng gấp 16 lần khí hydrogen. Một lít khí oxygen nặng gấp 16 lần một lít khí hydrogen ở cùng điều kiện — một con số khiến nhiều bạn bất ngờ, vì cả hai đều là khí không màu, không mùi, nhìn bằng mắt thường chẳng khác gì nhau.
Vì sao tỉ khối lại bằng tỉ số khối lượng mol? Vì ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, các chất khí có cùng số mol thì chiếm cùng thể tích. So sánh khối lượng của hai bình khí cùng thể tích, cùng điều kiện, thực chất là so sánh khối lượng của cùng một số mol khí — mà khối lượng của 1 mol khí chính là khối lượng mol M. Do đó, tỉ khối của hai khí bằng tỉ số khối lượng mol của chúng. Bạn không cần nhớ cách chứng minh này để làm bài, nhưng hiểu được nó sẽ giúp bạn nhớ công thức lâu hơn: tỉ khối là phép so sánh "mỗi mol nặng bao nhiêu" giữa hai chất khí.
Có một lưu ý quan trọng: tỉ khối chỉ có ý nghĩa khi so sánh hai chất khí ở cùng điều kiện. Bạn không thể so sánh tỉ khối của một chất khí với một chất lỏng hay chất rắn, vì chất lỏng và chất rắn không tuân theo quy luật thể tích mol khí. Trong chương trình lớp 8, tỉ khối luôn là tỉ khối giữa hai chất khí, hoặc giữa một chất khí với không khí — mà không khí cũng được coi như một hỗn hợp khí có khối lượng mol trung bình là 29 g/mol.
Công thức tính tỉ khối: dA/B = MA/MB
Công thức tính tỉ khối của khí A so với khí B được viết như sau: dA/B = MA/MB. Trong đó, dA/B là tỉ khối của khí A so với khí B (không có đơn vị); MA là khối lượng mol của khí A (g/mol); MB là khối lượng mol của khí B (g/mol). Công thức này rất dễ nhớ: muốn biết khí A nặng gấp mấy lần khí B, lấy khối lượng mol của A chia cho khối lượng mol của B. Muốn tính đúng, bạn phải tính đúng khối lượng mol của cả hai khí trước — nếu chưa chắc chắn về cách tính khối lượng mol, hãy đọc lại bài công thức tính số mol trong cùng loạt bài, trong đó có hướng dẫn tính khối lượng mol của nhiều chất hay gặp.
Trường hợp đặc biệt hay gặp nhất là tỉ khối so với không khí: dA/kk = MA/29. Vì khối lượng mol trung bình của không khí là 29 g/mol, nên chỉ cần lấy khối lượng mol của khí A chia cho 29 là ra tỉ khối so với không khí. Con số 29 này bạn cần thuộc lòng: nó xuất hiện trong gần như mọi bài tập về tỉ khối. Không khí là hỗn hợp gồm khoảng 78% khí nitrogen (M = 28), 21% khí oxygen (M = 32) và 1% các khí khác, tính trung bình ra khoảng 29 g/mol. Đây là con số ước lượng nhưng được dùng thống nhất trong chương trình phổ thông.
Cách đọc kết quả cũng rất quan trọng. Nếu dA/kk lớn hơn 1, khí A nặng hơn không khí và sẽ chìm xuống, tích tụ ở chỗ thấp. Nếu dA/kk nhỏ hơn 1, khí A nhẹ hơn không khí và sẽ bay lên cao. Nếu dA/kk gần bằng 1, khí A nặng gần bằng không khí và sẽ lơ lửng, lan tỏa đều trong không khí. Ví dụ: dCO2/kk ≈ 1,52 lớn hơn 1 nên CO2 chìm xuống; dH2/kk ≈ 0,07 nhỏ hơn 1 nên H2 bay lên; dN2/kk ≈ 0,97 gần bằng 1 nên N2 lan tỏa đều trong không khí, không bay lên cũng không chìm xuống rõ rệt.
Bảng tóm tắt: hai công thức tính tỉ khối và cách đọc kết quả
| Công thức | Ý nghĩa | Cách đọc kết quả |
|---|---|---|
| dA/B = MA / MB | Tỉ khối của khí A so với khí B | d > 1: A nặng hơn B; d < 1: A nhẹ hơn B; d = 1: A nặng bằng B |
| dA/kk = MA / 29 | Tỉ khối của khí A so với không khí (M không khí ≈ 29 g/mol) | d > 1: khí chìm xuống, tích tụ ở chỗ thấp; d < 1: khí bay lên cao |
Bảng này chỉ có hai dòng nhưng chứa toàn bộ kiến thức cốt lõi của bài. Dòng thứ nhất là công thức tổng quát, dùng khi đề bài cho hai chất khí cụ thể để so sánh với nhau. Dòng thứ hai là trường hợp riêng hay gặp nhất, khi một trong hai khí là không khí. Khi làm bài, bạn hãy xác định trước: đề hỏi tỉ khối so với khí nào? Nếu đề hỏi "so với hydrogen" thì mẫu số là 2; nếu hỏi "so với oxygen" thì mẫu số là 32; nếu hỏi "so với không khí" thì mẫu số là 29. Xác định đúng mẫu số là đã làm đúng một nửa bài.
Bảng tỉ khối của các chất khí hay gặp
Bảng dưới đây liệt kê tỉ khối so với không khí của các chất khí hay gặp nhất trong chương trình Hóa học lớp 8, kèm theo kết luận khí đó bay lên hay chìm xuống. Bạn nên ghi nhớ các con số này, vì chúng xuất hiện đi xuất hiện lại trong bài tập và trong các câu hỏi về an toàn phòng thí nghiệm.
| Chất khí | M (g/mol) | Tỉ khối so với không khí | Bay lên hay chìm xuống? |
|---|---|---|---|
| Khí hydrogen H2 | 2 | 2/29 ≈ 0,07 | Bay lên rất nhanh |
| Khí ammonia NH3 | 17 | 17/29 ≈ 0,59 | Bay lên |
| Khí methane CH4 (khí gas) | 16 | 16/29 ≈ 0,55 | Bay lên |
| Khí nitrogen N2 | 28 | 28/29 ≈ 0,97 | Lơ lửng, gần bằng không khí |
| Khí carbon monoxide CO | 28 | 28/29 ≈ 0,97 | Lơ lửng, gần bằng không khí |
| Khí oxygen O2 | 32 | 32/29 ≈ 1,10 | Hơi nặng hơn, chìm xuống chậm |
| Khí carbon dioxide CO2 | 44 | 44/29 ≈ 1,52 | Chìm xuống, tích tụ ở chỗ thấp |
| Khí sulfur dioxide SO2 | 64 | 64/29 ≈ 2,21 | Chìm xuống mạnh |
| Khí chlorine Cl2 | 71 | 71/29 ≈ 2,45 | Chìm xuống mạnh |
Nhìn vào bảng, bạn sẽ thấy một điều rất thú vị: khí nitrogen N2 và khí carbon monoxide CO đều có khối lượng mol là 28 g/mol nên tỉ khối so với không khí của chúng đều bằng khoảng 0,97. Hai chất khí này nặng gần bằng không khí nên không bay lên cũng không chìm xuống rõ rệt mà lan tỏa đều. Đây cũng là lí do khí CO rất nguy hiểm: nó không bay lên để thoát ra ngoài, cũng không chìm xuống để bạn nhận ra, mà cứ lơ lửng trong không khí ở tầm hít thở, lại không màu, không mùi nên rất khó phát hiện. Trong đời sống, ngộ độc khí CO thường xảy ra khi đốt than trong phòng kín — khí CO lan tỏa khắp phòng mà nạn nhân không hề hay biết.
Một điểm đáng nhớ nữa trong bảng là khí methane CH4 — thành phần chính của khí gas trong bếp. Tỉ khối của CH4 so với không khí chỉ khoảng 0,55 nên khí gas rò rỉ sẽ bay lên cao và thoát ra ngoài qua cửa sổ hay ô thoáng. Đó là lí do các bếp gas thường được đặt ở nơi thoáng khí và máy báo rò rỉ gas được lắp ở vị trí cao. Ngược lại, khí SO2 và Cl2 có tỉ khối lớn hơn 2 nên khi rò rỉ sẽ chìm xuống, tích tụ ở sàn nhà và những chỗ trũng thấp — rất nguy hiểm cho người đang nằm hay ngồi thấp.
Ví dụ 1: Tính tỉ khối của khí CO2 so với không khí — vì sao CO2 tích tụ ở chỗ thấp?
Đề bài: Tính tỉ khối của khí carbon dioxide (CO2) so với không khí. Giải thích vì sao khí CO2 lại tích tụ ở những chỗ thấp như hầm và giếng sâu.
Lời giải: Bước 1, tính khối lượng mol của CO2: M = 12 + 2 × 16 = 44 g/mol. Bước 2, áp dụng công thức tính tỉ khối so với không khí: dCO2/kk = MCO2/29 = 44/29 ≈ 1,52. Vậy khí CO2 nặng gấp khoảng 1,52 lần không khí. Vì d lớn hơn 1 nên CO2 nặng hơn không khí, chìm xuống và tích tụ ở những chỗ thấp như hầm, giếng sâu, tầng hầm hay hang động.
Kết quả này có ý nghĩa an toàn rất lớn. Khi một người xuống giếng sâu hay hầm kín, nếu dưới đáy đã tích tụ nhiều CO2 thì người đó sẽ bị ngạt vì thiếu oxygen mà không hề hay biết, do CO2 không màu, không mùi. Quy tắc an toàn là: tuyệt đối không tự ý xuống giếng sâu hay hầm kín khi chưa kiểm tra và thông gió. Trong phòng thí nghiệm, khi điều chế CO2, người ta thu khí bằng cách đặt ống dẫn xuống đáy bình — vì CO2 nặng hơn không khí nên nó sẽ chìm xuống đáy bình và đẩy không khí lên trên. Nếu phép chia làm bạn mất thời gian, hãy dùng máy tính Casio online để bấm nhanh phép chia 44/29 và kiểm tra lại kết quả.
Ví dụ 2: Tính tỉ khối của khí H2 so với không khí — vì sao bóng bay khí H2 bay lên?
Đề bài: Tính tỉ khối của khí hydrogen (H2) so với không khí. Giải thích vì sao bóng bay bơm khí H2 lại bay lên trời.
Lời giải: Bước 1, tính khối lượng mol của H2: M = 2 × 1 = 2 g/mol. Bước 2, áp dụng công thức: dH2/kk = 2/29 ≈ 0,07. Vậy khí H2 chỉ nặng bằng khoảng 0,07 lần không khí, tức là nhẹ hơn không khí khoảng 14 lần. Vì d nhỏ hơn 1 rất nhiều nên H2 rất nhẹ, bay lên nhanh — đó là lí do bóng bay bơm khí H2 vừa buông tay đã bay vút lên trời.
Tuy nhiên, có một điều quan trọng cần nhớ: khí H2 rất dễ cháy và dễ nổ khi gặp lửa, nên ngày nay người ta không dùng H2 để bơm bóng bay nữa mà dùng khí helium (He) — cũng rất nhẹ nhưng không cháy. Trong các bài tập, H2 vẫn là ví dụ kinh điển về khí nhẹ nhất, vì khối lượng mol của nó chỉ là 2 g/mol, nhỏ nhất trong tất cả các chất khí. Nếu bạn thấy một chất khí có M nhỏ hơn 29 thì biết ngay nó nhẹ hơn không khí; M càng nhỏ thì bay lên càng nhanh.
Ví dụ 3: Tính tỉ khối của khí O2 so với H2 và tỉ khối của khí Cl2 so với H2
Đề bài: a) Tính tỉ khối của khí oxygen (O2) so với khí hydrogen (H2). b) Tính tỉ khối của khí chlorine (Cl2) so với khí hydrogen (H2).
Lời giải: Câu a: M của O2 là 32 g/mol, M của H2 là 2 g/mol, áp dụng dO2/H2 = MO2/MH2 = 32/2 = 16. Vậy khí O2 nặng gấp 16 lần khí H2. Câu b: M của Cl2 là 71 g/mol (35,5 × 2 = 71), M của H2 là 2 g/mol, áp dụng dCl2/H2 = 71/2 = 35,5. Vậy khí Cl2 nặng gấp 35,5 lần khí H2.
Hai câu này cho thấy khi đề hỏi tỉ khối so với H2, mẫu số luôn là 2 — rất dễ tính vì chỉ cần chia đôi khối lượng mol của khí cần xét. Đây cũng là cách người ta hay dùng để so sánh các chất khí với nhau: lấy H2 làm "thước đo" chuẩn vì nó nhẹ nhất, nên tỉ khối so với H2 luôn là một số lớn hơn 1 và cho biết ngay khí đó nặng gấp mấy lần khí nhẹ nhất. Bạn có thể tự kiểm tra thêm: tỉ khối của CO2 so với H2 là 44/2 = 22, của SO2 so với H2 là 64/2 = 32 — đều là những phép chia rất nhanh.
Ví dụ 4: Khí gas CH4, khí N2, khí NH3 và khí SO2 — khí nào bay lên, khí nào chìm xuống?
Đề bài: Tính tỉ khối so với không khí của các khí: methane CH4, nitrogen N2, ammonia NH3 và sulfur dioxide SO2. Cho biết khí nào bay lên, khí nào chìm xuống.
Lời giải: Tính khối lượng mol trước: M của CH4 = 12 + 4 × 1 = 16 g/mol; M của N2 = 2 × 14 = 28 g/mol; M của NH3 = 14 + 3 × 1 = 17 g/mol; M của SO2 = 32 + 2 × 16 = 64 g/mol. Áp dụng công thức dA/kk = MA/29: dCH4/kk = 16/29 ≈ 0,55 (nhỏ hơn 1, bay lên); dN2/kk = 28/29 ≈ 0,97 (gần bằng 1, lơ lửng); dNH3/kk = 17/29 ≈ 0,59 (nhỏ hơn 1, bay lên); dSO2/kk = 64/29 ≈ 2,21 (lớn hơn 1, chìm xuống mạnh).
Kết quả này giải thích rất nhiều hiện tượng trong đời sống. Khí gas CH4 bay lên nên khi rò rỉ, bạn sẽ ngửi thấy mùi gas ở phía trên trước, và mở cửa sổ trên cao sẽ giúp gas thoát ra ngoài. Khí NH3 cũng bay lên, nhưng NH3 có mùi khai rất hắc nên dễ phát hiện. Khí SO2 chìm xuống mạnh nên khi núi lửa phun trào hay nhà máy thải SO2, khí này tích tụ ở những vùng trũng thấp và gây khó thở cho người ở đó. Nếu muốn hiểu sâu hơn về các chất khí này, hãy đọc bài công thức tính số mol để biết cách tính số mol và khối lượng của chúng trong các bài toán phản ứng.
Ứng dụng của tỉ khối: nhận biết khí, an toàn phòng thí nghiệm và vì sao không dùng CO2 bơm bóng bay
Tỉ khối không chỉ là một bài tập trên giấy mà là một công cụ thực tế. Ứng dụng thứ nhất là nhận biết khí trong phòng thí nghiệm. Khi điều chế một chất khí, người ta thu khí bằng hai cách: úp ngược bình (đặt miệng bình xuống dưới) nếu khí nhẹ hơn không khí, và đặt bình ngửa lên (miệng bình hướng lên trên) nếu khí nặng hơn không khí. Khí NH3 nhẹ hơn không khí (d ≈ 0,59) nên thu bằng cách úp ngược bình; khí CO2 nặng hơn không khí (d ≈ 1,52) nên thu bằng cách đặt bình ngửa lên, dẫn khí xuống đáy bình. Chỉ cần biết tỉ khối là biết ngay cách thu khí đúng.
Ứng dụng thứ hai là an toàn. Trong phòng thí nghiệm, khi làm việc với khí độc nặng hơn không khí như Cl2 hay SO2, người ta phải làm trong tủ hút và đứng ở vị trí cao, vì khí độc sẽ chìm xuống sàn. Khi làm việc với khí nhẹ như H2 hay NH3, phải đảm bảo phòng thoáng khí ở phía trên và tuyệt đối không để lửa gần trần nhà, vì H2 tích tụ ở trên cao rất dễ cháy nổ. Trong đời sống, hiểu tỉ khối giúp bạn biết cách xử trí khi ngửi thấy mùi gas (mở cửa sổ trên cao, không bật công tắc điện) và biết vì sao không được xuống hầm kín hay giếng sâu khi chưa thông gió.
Ứng dụng thứ ba trả lời câu hỏi ở đầu bài: vì sao không dùng CO2 bơm bóng bay? Vì CO2 nặng hơn không khí (d ≈ 1,52) nên bóng bơm CO2 không bay lên được mà chỉ nằm trên mặt đất. Muốn bóng bay lên, phải dùng khí nhẹ hơn không khí như H2 (d ≈ 0,07) hay helium (d ≈ 0,14). Nhưng H2 dễ cháy nổ nên bóng bay ngày nay dùng khí helium — nhẹ, không cháy, an toàn cho trẻ em. Chỉ một phép chia tỉ khối mà giải thích được cả một thói quen an toàn trong đời sống.
4 lỗi sai thường gặp khi tính tỉ khối
Dưới đây là 4 lỗi mà học sinh lớp 8 mắc nhiều nhất khi dùng công thức tính tỉ khối, kèm cách sửa từng lỗi.
Lỗi 1: Nhầm tỉ khối so với H2 với tỉ khối so với không khí
Đây là lỗi "quốc dân" của bài này. Đề hỏi tỉ khối so với không khí mà nhiều bạn lại chia cho 2 (khối lượng mol của H2), hoặc đề hỏi tỉ khối so với H2 mà lại chia cho 29. Ví dụ: tỉ khối của CO2 so với không khí là 44/29 ≈ 1,52, nhưng nhiều bạn tính thành 44/2 = 22 — đó là tỉ khối so với H2, không phải so với không khí. Cách tránh: đọc kĩ đề, gạch chân chữ "so với..." rồi mới chọn mẫu số: "so với H2" thì mẫu số là 2, "so với không khí" thì mẫu số là 29, "so với O2" thì mẫu số là 32.
Lỗi 2: Quên mất M của không khí là 29 g/mol
Một số bạn tính tỉ khối so với không khí bằng cách lấy M của khí chia cho M của O2 (32) vì nghĩ không khí là oxygen. Sai rồi: không khí là hỗn hợp nhiều khí, khối lượng mol trung bình của nó là 29 g/mol, không phải 32. Ví dụ: dCO2/kk = 44/29 ≈ 1,52, còn 44/32 = 1,375 là tỉ khối của CO2 so với O2 — hai con số khác nhau hoàn toàn. Cách tránh: thuộc lòng con số 29, cứ thấy "so với không khí" là nhớ ngay 29.
Lỗi 3: Tính sai khối lượng mol M của chất khí
Tỉ khối chỉ đúng khi M đúng. Nhiều bạn tính M của Cl2 thành 35,5 g/mol (đó là khối lượng của một nguyên tử Cl) thay vì 71 g/mol (phân tử Cl2 có 2 nguyên tử Cl), nên tính tỉ khối so với H2 ra 35,5/2 = 17,75 thay vì 71/2 = 35,5 — sai đúng một nửa. Tương tự, M của O2 là 32 chứ không phải 16, M của N2 là 28 chứ không phải 14. Cách tránh: đọc kĩ công thức phân tử, thấy chỉ số 2 là nhân đôi ngay. Muốn ôn lại cách tính M, hãy đọc bài công thức tính nồng độ phần trăm trong cùng loạt bài, trong đó có nhiều ví dụ tính khối lượng mol của các chất hay gặp.
Lỗi 4: Kết luận ngược — d > 1 mà bảo khí bay lên
Một số bạn tính đúng dCO2/kk ≈ 1,52 nhưng lại kết luận "CO2 nhẹ hơn không khí nên bay lên" — ngược hoàn toàn. Nhớ kĩ: d lớn hơn 1 nghĩa là tử số lớn hơn mẫu số, tức là khí A nặng hơn khí so sánh, nên chìm xuống; d nhỏ hơn 1 nghĩa là khí A nhẹ hơn, nên bay lên. Mẹo nhớ: con số tỉ khối càng lớn thì khí càng nặng, càng chìm sâu; con số càng nhỏ thì khí càng nhẹ, càng bay cao. Hãy viết câu kết luận ra giấy cùng với con số: "d ≈ 1,52 > 1 nên CO2 nặng hơn không khí, chìm xuống" — viết rõ như vậy thì không thể kết luận ngược được.
Bài tập tự luyện: 5 câu tính tỉ khối có đáp án
Hãy tự làm 5 câu dưới đây rồi đối chiếu đáp án. Mỗi câu đều có giải thích ngắn để bạn biết mình sai ở đâu nếu làm chưa đúng.
Câu 1. Tính tỉ khối của khí CO2 so với không khí.
→ Đáp án: ≈ 1,52. Giải thích: M của CO2 là 44 g/mol. Áp dụng dCO2/kk = 44/29 ≈ 1,52. Vì d > 1 nên CO2 nặng hơn không khí, chìm xuống.
Câu 2. Tính tỉ khối của khí H2 so với không khí.
→ Đáp án: ≈ 0,07. Giải thích: M của H2 là 2 g/mol. Áp dụng dH2/kk = 2/29 ≈ 0,07. Vì d < 1 nên H2 nhẹ hơn không khí rất nhiều, bay lên nhanh.
Câu 3. Tính tỉ khối của khí O2 so với khí H2.
→ Đáp án: 16. Giải thích: Áp dụng dO2/H2 = MO2/MH2 = 32/2 = 16. Khí O2 nặng gấp 16 lần khí H2.
Câu 4. Tính tỉ khối của khí methane CH4 (khí gas) so với không khí. Khí gas rò rỉ sẽ bay lên hay chìm xuống?
→ Đáp án: ≈ 0,55; khí gas bay lên. Giải thích: M của CH4 là 16 g/mol. Áp dụng dCH4/kk = 16/29 ≈ 0,55. Vì d < 1 nên khí gas nhẹ hơn không khí, bay lên cao và thoát ra ngoài qua cửa sổ.
Câu 5. Tính tỉ khối của khí SO2 so với không khí và tỉ khối của khí Cl2 so với H2.
→ Đáp án: dSO2/kk ≈ 2,21; dCl2/H2 = 35,5. Giải thích: M của SO2 là 64 g/mol nên dSO2/kk = 64/29 ≈ 2,21 (chìm xuống mạnh). M của Cl2 là 71 g/mol nên dCl2/H2 = 71/2 = 35,5.
Làm xong 5 câu này, bạn hãy thử sức với dạng bài nâng cao hơn: cho tỉ khối của một chất khí so với không khí, hãy tính khối lượng mol của khí đó rồi suy ra công thức phân tử — dạng bài này kết hợp tỉ khối với định luật bảo toàn khối lượng và sẽ gặp trong các bài kiểm tra học kì.
Câu hỏi thường gặp về công thức tính tỉ khối
Tỉ khối có đơn vị không? Không. Tỉ khối là tỉ số giữa hai khối lượng mol, đơn vị g/mol ở tử số và mẫu số triệt tiêu nhau nên tỉ khối chỉ là một con số thuần túy, không có đơn vị. Ví dụ: dCO2/kk ≈ 1,52 — chỉ viết 1,52, không viết đơn vị gì thêm.
Vì sao khối lượng mol của không khí lại là 29 g/mol? Vì không khí là hỗn hợp gồm khoảng 78% khí nitrogen (M = 28), 21% khí oxygen (M = 32) và 1% các khí khác. Tính trung bình theo tỉ lệ, khối lượng mol của không khí khoảng 29 g/mol. Đây là con số ước lượng nhưng được dùng thống nhất trong chương trình phổ thông, bạn chỉ cần nhớ 29 là đủ.
Khí nào nhẹ nhất? Khí nào nặng nhất trong các khí hay gặp? Khí hydrogen H2 nhẹ nhất với M = 2 g/mol và tỉ khối so với không khí chỉ khoảng 0,07. Trong các khí hay gặp ở lớp 8, khí chlorine Cl2 nặng nhất với M = 71 g/mol và tỉ khối so với không khí khoảng 2,45, nặng hơn cả SO2 (M = 64 g/mol, tỉ khối khoảng 2,21).
Có thể dùng CO2 để bơm bóng bay được không? Không. Vì CO2 nặng hơn không khí (tỉ khối khoảng 1,52) nên bóng bơm CO2 không bay lên được mà chỉ nằm trên mặt đất. Muốn bóng bay lên phải dùng khí nhẹ hơn không khí như helium hay H2. Trong thực tế, bóng bay dùng khí helium vì helium nhẹ mà không cháy, an toàn hơn H2 rất nhiều.
Tỉ khối so với H2 và tỉ khối so với không khí, cái nào hay gặp hơn trong bài kiểm tra? Cả hai đều hay gặp, nhưng tỉ khối so với không khí gặp nhiều hơn vì nó gắn với câu hỏi "khí bay lên hay chìm xuống" và các tình huống an toàn trong đời sống. Tỉ khối so với H2 thường xuất hiện khi đề muốn so sánh hai chất khí cụ thể với nhau. Bạn hãy thuộc cả hai công thức và nhớ mẫu số của từng loại: 2 cho H2, 29 cho không khí.
Kết luận: chỉ một phép chia mà biết khí bay lên hay chìm xuống
Công thức tính tỉ khối chỉ gói gọn trong một phép chia: dA/B = MA/MB, và trường hợp hay gặp nhất là dA/kk = MA/29. Nhưng đằng sau phép chia ấy là khả năng đoán được hành vi của một chất khí trong đời thực: nó sẽ bay lên hay chìm xuống, tích tụ ở đâu, thu khí bằng cách nào, và có nguy hiểm hay không. Nhớ kĩ ba điều: xác định đúng khí so sánh để chọn đúng mẫu số (2 cho H2, 29 cho không khí, 32 cho O2); tính đúng khối lượng mol của cả hai khí, nhớ nhân chỉ số dưới trong công thức phân tử; đọc đúng kết quả — d lớn hơn 1 thì nặng hơn và chìm xuống, d nhỏ hơn 1 thì nhẹ hơn và bay lên.
Lần tới khi thấy một quả bóng bay vút lên trời, bạn sẽ biết ngay: bên trong nó là một chất khí nhẹ hơn không khí, và bạn có thể tính được nó nhẹ hơn bao nhiêu lần chỉ bằng một phép chia. Học tốt tỉ khối hôm nay, bạn sẽ thấy các bài toán về chất khí, về thu khí trong phòng thí nghiệm và về an toàn hóa học ở những bài sau trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Hãy ôn lại bảng tỉ khối của 9 chất khí hay gặp trong bài, làm lại 5 câu tự luyện cho đến khi làm đúng cả 5 câu không cần nhìn đáp án, rồi đọc tiếp bài công thức tính nồng độ mol để xem các chất khí được dùng như thế nào khi pha chế dung dịch nhé.