Bạn đã bao giờ ngồi nhìn bếp lửa và tự hỏi một câu rất ngây thơ chưa: khúc củi to đùng bỏ vào bếp, cháy một lúc chỉ còn lại một nhúm tro nhỏ xíu — vậy phần khối lượng còn lại đã biến đi đâu? Nó biến mất thật sao, hay nó đã đi đâu đó mà mắt mình không nhìn thấy? Hơn hai trăm năm trước, nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier cũng hỏi đúng câu hỏi đó. Và thay vì đoán mò, ông làm một việc rất đơn giản mà không ai trước ông nghĩ tới: ông đem cân ra cân.
Lavoisier đặt chất cần nghiên cứu lên cân, ghi lại khối lượng trước phản ứng, rồi cho phản ứng xảy ra trong một bình kín và cân lại sau phản ứng. Kết quả lần nào cũng giống nhau: khối lượng trước và sau phản ứng bằng nhau, không hơn không kém một gam nào. Khúc củi không hề "biến mất" — một phần của nó trở thành tro, phần còn lại kết hợp với oxygen trong không khí để trở thành khí carbon dioxide và hơi nước, bay lên theo làn khói. Cân cả khói lẫn tro lại thì vẫn đúng bằng khối lượng khúc củi cộng với khối lượng oxygen đã tham gia cháy. Phát hiện ấy được gọi là định luật bảo toàn khối lượng, và nó là một trong những định luật quan trọng nhất của hóa học.
Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu thật rõ định luật bảo toàn khối lượng: định luật nói gì, vì sao nó đúng, cách dùng nó để tính khối lượng chất chưa biết trong bài toán, và cách dùng nó để kiểm tra xem một phương trình hóa học đã cân bằng hay chưa. Bạn sẽ gặp những ví dụ quen thuộc như nung đá vôi, đốt than, kẽm tác dụng với acid — tất cả đều có lời giải tính từng bước. Cuối bài có phần lỗi sai thường gặp, bài tập tự luyện và câu hỏi thường gặp. Bài viết bám sát chương trình GDPT 2018 và bộ sách "Kết nối tri thức với cuộc sống" dành cho học sinh lớp 8.
Câu chuyện cái cân của Lavoisier
Trước thời Lavoisier, vào thế kỉ 17 và 18, nhiều người tin rằng khi một chất cháy, nó giải phóng ra một thứ "chất lửa" vô hình gọi là phlogiston, và khối lượng của chất sẽ giảm đi vì phlogiston đã thoát ra. Nghe có vẻ hợp lí: khúc củi cháy xong chỉ còn nhúm tro, rõ ràng là nhẹ đi rất nhiều. Nhưng Lavoisier không tin vào những thứ không cân đo được. Ông thiết kế các thí nghiệm trong bình kín: đốt kim loại trong bình thủy tinh đậy chặt, nung chất rắn trong ống kín, rồi cân toàn bộ hệ trước và sau phản ứng.
Kết quả làm thay đổi cả hóa học: trong bình kín, tổng khối lượng các chất trước phản ứng luôn bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng. Khi đốt sắt trong bình kín, sắt kết hợp với oxygen trong bình tạo thành oxide sắt, và khối lượng oxide sắt thu được bằng đúng khối lượng sắt cộng với khối lượng oxygen đã dùng. Không có gam nào biến mất, cũng không có gam nào tự nhiên sinh ra. "Chất lửa" phlogiston không tồn tại — thứ bay đi khi đốt củi chính là các chất khí có khối lượng thật, chỉ là mắt thường không nhìn thấy nên tưởng là mất.
Câu chuyện này dạy bạn một bài học lớn hơn cả định luật: trong khoa học, đừng tin vào cảm giác "nhìn thì thấy nhẹ đi", hãy tin vào cái cân. Và trong bài tập hóa học, định luật bảo toàn khối lượng chính là "cái cân" của bạn: bất cứ khi nào đề bài cho thiếu một khối lượng, hãy nghĩ ngay đến việc đặt hai vế lên bàn cân — tổng khối lượng chất tham gia bằng tổng khối lượng sản phẩm, từ đó suy ra khối lượng còn thiếu. Cách suy nghĩ này sẽ theo bạn suốt chương trình Hóa học lớp 8, lớp 9 và cả những năm sau nữa.
Định luật bảo toàn khối lượng nói gì?
Định luật được phát biểu gọn trong sách giáo khoa như sau: trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng của các sản phẩm tạo thành. Viết dưới dạng công thức, nếu một phản ứng có các chất tham gia là A và B, tạo ra các sản phẩm là C và D, thì:
mA + mB = mC + mD
Trong đó m là khối lượng, đơn vị thường dùng là gam (g). Công thức này đúng với mọi phản ứng hóa học: phản ứng phân hủy, phản ứng hóa hợp, phản ứng thế, phản ứng trao đổi — chỉ cần bạn liệt kê đủ tất cả các chất ở cả hai vế thì hai vế luôn bằng nhau. Vì sao lại như vậy? Vì phản ứng hóa học chỉ là sự sắp xếp lại các nguyên tử: các nguyên tử không bị mất đi, không tự sinh ra thêm, mà chỉ liên kết với nhau theo cách mới. Trước phản ứng có bao nhiêu nguyên tử của mỗi nguyên tố thì sau phản ứng vẫn có đúng bấy nhiêu nguyên tử của nguyên tố đó — chỉ khác là chúng đã "đổi bạn" để tạo thành chất mới. Khối lượng của mỗi nguyên tử không đổi, tổng số nguyên tử không đổi, nên tổng khối lượng không thể đổi.
Hãy lấy ví dụ đốt củi để thấy rõ điều này. Khi củi cháy, carbon trong củi kết hợp với oxygen trong không khí tạo thành khí carbon dioxide, hydrogen trong củi kết hợp với oxygen tạo thành hơi nước, còn phần khoáng chất không cháy được thì ở lại thành tro. Trước phản ứng, bạn có khối lượng củi cộng khối lượng oxygen. Sau phản ứng, bạn có khối lượng tro cộng khối lượng khí carbon dioxide cộng khối lượng hơi nước. Hai tổng này bằng nhau. Cái làm chúng ta tưởng "khối lượng mất đi" chỉ là vì khí carbon dioxide và hơi nước bay lên trời, không nằm lại trong bếp để chúng ta cân. Nếu đốt củi trong một cái hộp kín và cân cả hộp, bạn sẽ thấy khối lượng không hề thay đổi.
Chính vì thế, định luật bảo toàn khối lượng luôn đi kèm một điều kiện quan trọng: phản ứng phải được xét trong hệ kín, nghĩa là tính đủ tất cả các chất, kể cả chất khí thoát ra. Nếu bạn chỉ cân tro mà quên cân khói thì hai vế sẽ không bằng nhau — không phải vì định luật sai, mà vì bạn đã bỏ sót một sản phẩm. Phần lỗi sai thường gặp cuối bài sẽ nói kĩ hơn về cái bẫy này, vì đây là lỗi mà học sinh mắc nhiều nhất khi áp dụng định luật.
Bảng tóm tắt: định luật bảo toàn khối lượng trong một trang vở
| Nội dung | Diễn giải | Ví dụ |
|---|---|---|
| Phát biểu định luật | Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng chất tham gia bằng tổng khối lượng sản phẩm | Nung đá vôi: 100 g CaCO3 cho ra 56 g CaO + 44 g CO2 |
| Công thức tổng quát | mchất tham gia = msản phẩm | Đốt carbon: mC + mO2 = mCO2 |
| Nguyên nhân sâu xa | Nguyên tử không mất đi, không sinh thêm; chỉ sắp xếp lại liên kết | Số nguyên tử mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau |
| Điều kiện áp dụng | Phải tính đủ mọi chất, kể cả chất khí thoát ra (hệ kín) | Đốt củi: phải cộng cả khối lượng khói (CO2, hơi nước) |
| Ứng dụng 1 | Tính khối lượng chất chưa biết trong bài toán | Biết khối lượng CO2 và C thì tính được khối lượng O2 đã dùng |
| Ứng dụng 2 | Kiểm tra phương trình hóa học đã cân bằng hay chưa | 2H2 + O2 → 2H2O: hai vế đều có 4 nguyên tử H và 2 nguyên tử O |
Bảng trên là toàn bộ định luật gói gọn trong sáu hàng. Bạn không cần học thuộc lòng từng chữ trong bảng — chỉ cần nhớ một câu: "trước bằng sau, tính đủ mọi chất". Mọi bài tập về định luật bảo toàn khối lượng đều bắt đầu từ câu này: viết phương trình phản ứng, liệt kê khối lượng đã biết, đặt khối lượng chưa biết là ẩn, rồi giải phương trình "tổng trước bằng tổng sau". Phần tiếp theo sẽ cho bạn thấy cách làm đó qua từng ví dụ cụ thể.
Ví dụ 1: Nung 100 g đá vôi thu được bao nhiêu vôi sống và khí carbon dioxide?
Đề bài: Nung 100 g đá vôi (CaCO3), thu được 56 g vôi sống (CaO) và khí carbon dioxide (CO2). Tính khối lượng khí CO2 sinh ra.
Lời giải: Phương trình phản ứng là CaCO3 → CaO + CO2. Theo định luật bảo toàn khối lượng, khối lượng đá vôi bằng tổng khối lượng vôi sống và khí carbon dioxide: mCaCO3 = mCaO + mCO2. Thay số: 100 = 56 + mCO2, suy ra mCO2 = 100 − 56 = 44 g. Vậy khối lượng khí CO2 sinh ra là 44 g, và bạn có thể kiểm tra lại: 56 + 44 = 100, đúng bằng khối lượng đá vôi ban đầu.
Đây là ví dụ kinh điển nhất của định luật bảo toàn khối lượng trong sách giáo khoa lớp 8, và cũng là ví dụ mà các lò vôi ngoài đời thực dùng hằng ngày: nung đá vôi để lấy vôi sống xây nhà, đồng thời thu khí carbon dioxide. Bạn để ý nhé: khí CO2 bay lên, mắt không thấy, nhưng cân thì vẫn thấy nó nặng 44 g — gần một nửa khối lượng đá vôi ban đầu đã "biến thành khí". Nếu ai đó chỉ cân vôi sống rồi kết luận "100 g đá vôi nung xong chỉ còn 56 g, vậy 44 g đã biến mất" thì người đó đã quên mất khí CO2. Định luật bảo toàn khối lượng nhắc chúng ta: không có gì biến mất cả, chỉ là nó đã đổi dạng và đi chỗ khác.
Ví dụ 2: Đốt 12 g carbon cần bao nhiêu gam oxygen?
Đề bài: Đốt cháy hoàn toàn 12 g carbon (C) trong khí oxygen (O2), thu được 44 g khí carbon dioxide (CO2). Tính khối lượng oxygen đã tham gia phản ứng.
Lời giải: Phương trình phản ứng là C + O2 → CO2. Theo định luật bảo toàn khối lượng: mC + mO2 = mCO2. Thay số: 12 + mO2 = 44, suy ra mO2 = 44 − 12 = 32 g. Vậy khối lượng oxygen đã dùng là 32 g.
Ví dụ này cho thấy sức mạnh của định luật: oxygen là chất khí không màu, không nhìn thấy, rất khó cân trực tiếp trong phòng thí nghiệm ở trường — nhưng nhờ định luật bảo toàn khối lượng, bạn vẫn tính được chính xác lượng oxygen đã dùng chỉ bằng một phép trừ. Bạn cũng có thể kiểm chứng bằng kiến thức về số mol đã học: 12 g C là 1 mol (M = 12 g/mol), 32 g O2 là 1 mol (M = 32 g/mol), 44 g CO2 là 1 mol (M = 44 g/mol) — tỉ lệ mol 1 : 1 : 1 khớp hoàn toàn với hệ số trong phương trình C + O2 → CO2. Hai cách tính khác nhau cho cùng một đáp án, đó là dấu hiệu cho thấy bạn đã làm đúng. Nếu bạn muốn ôn lại cách tính số mol, hãy đọc bài công thức tính số mol trong loạt bài này.
Ví dụ 3: Kẽm tác dụng với dung dịch acid — kiểm chứng hai vế bằng nhau
Đề bài: Cho 65 g kẽm (Zn) tác dụng với 73 g dung dịch acid hydrochloric (HCl), thu được 136 g muối kẽm chloride (ZnCl2) và 2 g khí hydrogen (H2). Hãy kiểm chứng định luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng này.
Lời giải: Phương trình phản ứng là Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2. Tổng khối lượng các chất tham gia là mZn + mHCl = 65 + 73 = 138 g. Tổng khối lượng các sản phẩm là mZnCl2 + mH2 = 136 + 2 = 138 g. Hai tổng bằng nhau (138 g = 138 g), vậy phản ứng tuân theo định luật bảo toàn khối lượng.
Ví dụ này có một chi tiết rất đáng chú ý: khí hydrogen sinh ra chỉ nặng 2 g, nhỏ xíu so với 136 g muối kẽm chloride. Nhiều bạn khi làm bài thường bỏ qua 2 g khí hydrogen vì thấy nó "nhỏ quá, chắc không đáng kể" — nhưng nếu bỏ qua thì tổng sản phẩm chỉ còn 136 g, không bằng 138 g chất tham gia, và bài làm sẽ bị trừ điểm. Bài học ở đây: trong định luật bảo toàn khối lượng, không có khối lượng nào là "nhỏ quá không cần tính", kể cả 2 g khí hydrogen bay lên. Các nhà hóa học trong phòng thí nghiệm cũng vậy: họ thu khí hydrogen vào bình riêng và cân cẩn thận, chứ không để nó bay mất rồi mới cân. Để hiểu thêm về khối lượng mol của các chất trong ví dụ này, bạn có thể tham khảo bài công thức tính khối lượng mol: M của Zn là 65 g/mol, M của HCl là 36,5 g/mol, M của ZnCl2 là 136 g/mol, M của H2 là 2 g/mol — các con số 65 g, 73 g, 136 g và 2 g trong ví dụ này chính là khối lượng của 1 mol Zn, 2 mol HCl, 1 mol ZnCl2 và 1 mol H2.
Ví dụ 4: Sắt đẩy đồng ra khỏi dung dịch — bài toán hai chất tham gia, hai sản phẩm
Đề bài: Ngâm 56 g sắt (Fe) vào dung dịch chứa 160 g copper(II) sulfate (CuSO4). Sau phản ứng, thu được 152 g iron(II) sulfate (FeSO4) và đồng (Cu). Tính khối lượng đồng sinh ra và kiểm chứng định luật bảo toàn khối lượng.
Lời giải: Phương trình phản ứng là Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu. Theo định luật bảo toàn khối lượng: mFe + mCuSO4 = mFeSO4 + mCu. Thay số: 56 + 160 = 152 + mCu, suy ra mCu = 216 − 152 = 64 g. Kiểm chứng: tổng chất tham gia là 56 + 160 = 216 g, tổng sản phẩm là 152 + 64 = 216 g — hai vế bằng nhau. Vậy khối lượng đồng sinh ra là 64 g.
Phản ứng này rất đẹp mắt khi làm thí nghiệm: bạn thả một chiếc đinh sắt vào dung dịch CuSO4 màu xanh, một lúc sau dung dịch nhạt màu dần (vì CuSO4 đã biến thành FeSO4 có màu xanh nhạt hơn) và trên đinh sắt xuất hiện một lớp đồng màu đỏ bám vào. Khối lượng đồng bám trên đinh chính là 64 g trong bài toán — đồng không tự nhiên sinh ra từ hư không, mà nó đến từ 160 g CuSO4 ban đầu, trong đó 64 g là đồng và 96 g còn lại là gốc sulfate đã "chuyển nhà" sang kết hợp với sắt. Cách nhìn này giúp bạn hiểu vì sao định luật bảo toàn khối lượng luôn đúng: các nguyên tử chỉ đổi chỗ cho nhau, không mất đi nguyên tử nào.
Ví dụ 5: Đốt magnesium và phản ứng tạo nước — hai phản ứng, một nguyên tắc
Đề bài: a) Đốt 24 g magnesium (Mg) trong khí oxygen, cần 16 g oxygen và thu được bao nhiêu gam magnesium oxide (MgO)? b) Cho 4 g khí hydrogen (H2) tác dụng với 32 g khí oxygen (O2) theo phương trình 2H2 + O2 → 2H2O, tính khối lượng nước tạo thành.
Lời giải: Câu a: phương trình là 2Mg + O2 → 2MgO. Theo định luật bảo toàn khối lượng: mMg + mO2 = mMgO, tức là 24 + 16 = mMgO, suy ra mMgO = 40 g. Vậy đốt 24 g magnesium cần 16 g oxygen và thu được 40 g magnesium oxide. Câu b: theo định luật bảo toàn khối lượng: mH2 + mO2 = mH2O, tức là 4 + 32 = 36 g. Vậy khối lượng nước tạo thành là 36 g.
Hai phản ứng trong ví dụ này đều là phản ứng hóa hợp — hai chất kết hợp thành một chất — nên bài toán chỉ còn một phép cộng. Nhưng đừng vì thế mà coi thường: phản ứng tạo nước 2H2 + O2 → 2H2O chính là phản ứng đã đưa con người lên Mặt Trăng (nhiên liệu tên lửa là hydrogen và oxygen lỏng), và cũng là phản ứng xảy ra trong pin nhiên liệu hydrogen của xe ô tô hiện đại. Mỗi lần 4 g hydrogen kết hợp với 32 g oxygen, 36 g nước tinh khiết được tạo ra — không khói, không tro, không khí độc. Định luật bảo toàn khối lượng cho bạn biết chắc chắn rằng không một gam nào trong 36 g đó là "tự nhiên sinh ra": 4 g đến từ hydrogen, 32 g đến từ oxygen.
Dùng định luật bảo toàn khối lượng để cân bằng phương trình hóa học
Ngoài việc tính khối lượng, định luật bảo toàn khối lượng còn là công cụ để kiểm tra và cân bằng phương trình hóa học. Vì số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng phải bằng nhau, nên tổng hệ số của mỗi nguyên tố ở hai vế phương trình cũng phải bằng nhau. Nếu bạn viết phương trình H2 + O2 → H2O mà chưa cân bằng, hãy đếm: vế trái có 2 nguyên tử H và 2 nguyên tử O, vế phải có 2 nguyên tử H nhưng chỉ 1 nguyên tử O — oxygen chưa bằng nhau, phương trình chưa cân bằng. Thêm hệ số 2 vào trước H2 và H2O, ta được 2H2 + O2 → 2H2O: vế trái có 4 nguyên tử H và 2 nguyên tử O, vế phải có 4 nguyên tử H (2 × 2) và 2 nguyên tử O (2 × 1) — bằng nhau, phương trình đã cân bằng.
Cách kiểm tra bằng khối lượng cũng tương tự: với phương trình đã cân bằng 2H2 + O2 → 2H2O, khối lượng vế trái là 4 g + 32 g = 36 g, khối lượng vế phải là 36 g — bằng nhau. Nếu phương trình chưa cân bằng, ví dụ H2 + O2 → H2O, khối lượng vế trái là 2 + 32 = 34 g, vế phải là 18 g — không bằng nhau, chứng tỏ phương trình sai. Như vậy, định luật bảo toàn khối lượng vừa là "thước đo" để tính khối lượng, vừa là "thước kiểm tra" để biết phương trình đã đúng hay chưa. Khi làm bài tập cân bằng phương trình, bạn hãy đếm nguyên tử từng nguyên tố ở hai vế — đó chính là cách áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ở cấp độ nguyên tử. Nếu phép tính số mol làm bạn mất thời gian, hãy dùng máy tính Casio online để bấm nhanh các phép nhân chia và kiểm tra lại kết quả.
5 lỗi sai thường gặp khi áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
Định luật thì ngắn gọn, nhưng khi làm bài, học sinh vẫn mắc những lỗi rất đáng tiếc. Dưới đây là 5 lỗi phổ biến nhất, kèm cách sửa từng lỗi.
Lỗi 1: Quên khối lượng khí thoát ra
Đây là lỗi "quốc dân" của bài này. Nung đá vôi thu được vôi sống và khí CO2, nhiều bạn chỉ tính khối lượng vôi sống rồi kết luận khối lượng đã giảm — quên mất khí CO2 cũng là sản phẩm và cũng có khối lượng. Cách tránh: mỗi lần viết phương trình, hãy liệt kê TẤT CẢ các sản phẩm, kể cả chất khí, rồi mới áp dụng công thức "tổng trước bằng tổng sau". Nếu đề bài không cho khối lượng khí thì đó chính là ẩn số cần tìm, chứ không phải là thứ có thể bỏ qua.
Lỗi 2: Quên khối lượng oxygen trong không khí khi đốt cháy
Khi đốt củi, đốt than hay đốt magnesium, nhiều bạn chỉ tính khối lượng nhiên liệu mà quên rằng oxygen trong không khí cũng là chất tham gia phản ứng và cũng có khối lượng. Đốt 12 g carbon mà quên 32 g oxygen thì sẽ tính ra 12 g CO2 thay vì 44 g — sai hoàn toàn. Cách tránh: trong phản ứng cháy, lúc nào cũng viết oxygen vào vế chất tham gia, kể cả khi đề bài không nhắc đến. Oxygen không tự nhiên có mặt trong sản phẩm, nó phải đến từ đâu đó — và "đâu đó" chính là không khí.
Lỗi 3: Cộng nhầm khối lượng dung dịch với khối lượng chất tan
Trong các bài toán có dung dịch tham gia phản ứng, ví dụ kẽm tác dụng với dung dịch HCl, nhiều bạn nhầm khối lượng dung dịch acid với khối lượng acid nguyên chất. Đề cho "73 g HCl" thì 73 g là khối lượng của riêng chất HCl, không phải khối lượng của cả dung dịch. Nếu đề cho khối lượng dung dịch và nồng độ phần trăm thì bạn phải tính khối lượng chất tan trước bằng công thức nồng độ phần trăm rồi mới áp dụng định luật bảo toàn khối lượng. Bạn có thể ôn lại cách tính này trong bài công thức tính nồng độ mol và các bài về dung dịch trong loạt bài này.
Lỗi 4: Áp dụng định luật cho phản ứng trong hệ hở rồi kết luận định luật sai
Một số bạn làm thí nghiệm đốt nến trên đĩa cân mở, thấy khối lượng giảm dần, rồi nghi ngờ định luật bảo toàn khối lượng. Thực ra định luật vẫn đúng — chỉ là hệ thí nghiệm đang hở: khí CO2 và hơi nước bay đi mất, cân không cân được chúng. Cách tránh: nhớ rằng định luật chỉ kiểm chứng được trong hệ kín, hoặc khi bạn đã tính đủ mọi chất kể cả chất khí. Trong bài tập, nếu tổng hai vế không bằng nhau, hãy kiểm tra lại xem mình có bỏ sót chất nào không, trước khi nghi ngờ định luật.
Lỗi 5: Nhầm lẫn giữa bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố
Bảo toàn khối lượng nói về tổng khối lượng, còn bảo toàn nguyên tố nói về số nguyên tử của từng nguyên tố. Hai khái niệm này liên quan với nhau nhưng không giống nhau: một phương trình có thể có tổng khối lượng hai vế bằng nhau mà vẫn sai hệ số của một nguyên tố nào đó, nếu bạn tính khối lượng bằng số liệu sai. Cách tránh: khi cân bằng phương trình, hãy đếm nguyên tử từng nguyên tố một; khi tính khối lượng, hãy áp dụng công thức tổng trước bằng tổng sau. Làm cả hai bước thì đáp án mới chắc chắn.
Bài tập tự luyện: 5 câu về định luật bảo toàn khối lượng 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. Nung 50 g đá vôi (CaCO3), thu được 28 g vôi sống (CaO). Tính khối lượng khí CO2 sinh ra.
→ Đáp án: 22 g. Giải thích: Theo định luật bảo toàn khối lượng: mCO2 = mCaCO3 − mCaO = 50 − 28 = 22 g.
Câu 2. Đốt cháy hoàn toàn 6 g carbon (C), thu được 22 g khí carbon dioxide (CO2). Tính khối lượng oxygen đã tham gia phản ứng.
→ Đáp án: 16 g. Giải thích: Theo định luật bảo toàn khối lượng: mO2 = mCO2 − mC = 22 − 6 = 16 g.
Câu 3. Cho 13 g kẽm (Zn) tác dụng vừa đủ với acid hydrochloric (HCl), thu được 27,2 g muối ZnCl2 và 0,4 g khí H2. Tính khối lượng HCl đã dùng.
→ Đáp án: 14,6 g. Giải thích: Theo định luật bảo toàn khối lượng: mHCl = mZnCl2 + mH2 − mZn = 27,2 + 0,4 − 13 = 14,6 g. Kiểm tra: 13 + 14,6 = 27,6 g và 27,2 + 0,4 = 27,6 g.
Câu 4. Đốt 12 g magnesium (Mg) trong khí oxygen, cần 8 g oxygen. Tính khối lượng magnesium oxide (MgO) thu được.
→ Đáp án: 20 g. Giải thích: Theo định luật bảo toàn khối lượng: mMgO = mMg + mO2 = 12 + 8 = 20 g.
Câu 5. Cho 8 g khí hydrogen (H2) tác dụng với 64 g khí oxygen (O2) theo phương trình 2H2 + O2 → 2H2O. Tính khối lượng nước tạo thành.
→ Đáp án: 72 g. Giải thích: Theo định luật bảo toàn khối lượng: mH2O = mH2 + mO2 = 8 + 64 = 72 g.
Làm xong 5 câu này, bạn đã thành thạo cả ba dạng bài: tính khối lượng sản phẩm, tính khối lượng chất tham gia, và kiểm chứng hai vế bằng nhau. Dạng bài tiếp theo bạn sẽ gặp trong chương trình là kết hợp định luật bảo toàn khối lượng với tính số mol — ví dụ tính thể tích khí sinh ra ở điều kiện chuẩn — và bạn có thể ôn lại kiến thức nền trong bài công thức tính số mol cùng bài công thức tính tỉ khối trong loạt bài này.
Câu hỏi thường gặp về định luật bảo toàn khối lượng
Vì sao đốt củi xong chỉ còn ít tro mà khối lượng không mất đi? Vì phần lớn khối lượng của củi đã biến thành khí carbon dioxide và hơi nước bay lên theo khói. Tro chỉ là phần khoáng chất không cháy được, chiếm một phần nhỏ khối lượng ban đầu. Nếu đốt củi trong bình kín và cân cả bình, tổng khối lượng trước và sau khi đốt bằng nhau — phần "mất đi" thực ra đã bay lên dưới dạng khí.
Định luật bảo toàn khối lượng có đúng với mọi phản ứng không? Đúng với mọi phản ứng hóa học thông thường: phân hủy, hóa hợp, thế, trao đổi. Định luật chỉ không áp dụng theo cách đơn giản này với phản ứng hạt nhân, nơi một phần khối lượng có thể chuyển thành năng lượng — nhưng đó là chương trình vật lí nâng cao, không nằm trong Hóa học lớp 8.
Có thể dùng định luật bảo toàn khối lượng để tính khối lượng chất khí không? Có, và đó chính là ứng dụng hay nhất của định luật: chất khí khó cân trực tiếp, nhưng nếu biết khối lượng các chất còn lại thì chỉ cần một phép trừ là ra khối lượng khí. Ví dụ nung đá vôi: biết 100 g đá vôi cho ra 56 g vôi sống thì suy ra ngay 44 g khí CO2, không cần thu khí rồi cân.
Phản ứng trong hệ hở có tuân theo định luật không? Có, định luật vẫn đúng về mặt bản chất — chỉ là chúng ta không cân đủ mọi chất nên hai vế có vẻ không bằng nhau. Khi đốt nến trên đĩa cân mở, khối lượng trên đĩa giảm dần vì khí CO2 và hơi nước bay đi. Muốn kiểm chứng định luật, phải làm thí nghiệm trong bình kín hoặc thu toàn bộ khí thoát ra rồi cân.
Định luật bảo toàn khối lượng giúp gì khi cân bằng phương trình? Định luật yêu cầu số nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng phải bằng nhau, nên khi cân bằng phương trình, bạn chỉ cần đếm nguyên tử từng nguyên tố ở hai vế và thêm hệ số cho đến khi hai vế bằng nhau. Đó chính là cách áp dụng định luật ở cấp độ nguyên tử.
Kết luận: không có gì biến mất, chỉ là đổi dạng
Định luật bảo toàn khối lượng gói gọn trong một câu: trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia bằng tổng khối lượng các sản phẩm. Khúc củi cháy không hề biến mất — nó trở thành tro, khí carbon dioxide và hơi nước. Đá vôi nung không hề hao hụt — nó trở thành vôi sống và khí carbon dioxide. Kẽm và acid không hề tan biến — chúng trở thành muối và khí hydrogen. Mọi thứ chỉ đổi dạng, không có gì mất đi.
Học thuộc định luật này, bạn sẽ có trong tay một công cụ mạnh mẽ: tính được khối lượng chất chưa biết chỉ bằng một phép cộng hoặc trừ, và kiểm tra được phương trình hóa học đã cân bằng hay chưa chỉ bằng cách đếm nguyên tử. Lần tới khi nhìn bếp lửa, hãy nhớ đến Lavoisier và cái cân của ông — và nhớ rằng trong hóa học, cũng như trong cuộc sống, mọi thứ đều có thể theo dõi được nếu bạn chịu khó cân đo đủ đầy. Để tiếp tục loạt bài công thức Hóa học lớp 8, hãy đọc bài công thức tính số mol và bài công thức tính nồng độ mol — hai bài này sẽ giúp bạn nối định luật bảo toàn khối lượng với các bài toán tính toán trong chương sau.