Công thức tính số mol (Có hướng dẫn giải bài tập chi tiết)

Số mol là một đơn vị đo lường đặc biệt trong hóa học, cho phép chúng ta chuyển đổi giữa khối lượng, thể tích và số hạt vi mô của một chất. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về các công thức tính số mol và ứng dụng của nó.

Các công thức tính số mol

Số mol (ký hiệu: n) là lượng chất chứa 6,022.10²³ hạt vi mô (nguyên tử hoặc phân tử). Trong đó, số 6,022.10²³ được gọi là hằng số Avogadro. Số mol cho biết có bao nhiêu hạt vi mô (nguyên tử, phân tử) của một chất chứa trong một mẫu vật. Để tính toán số mol, ta sử dụng một số công thức khác nhau tùy thuộc vào thông tin đã biết.

Công thức tính số mol theo khối lượng

n = m/M

Trong đó:

n: số mol (mol)
m: khối lượng chất (gam)
M: khối lượng mol của chất (g/mol)

Công thức tính số mol theo thể tích (đối với chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn)

n = V/22,4

Trong đó:

n: số mol khí (mol)
V: thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (lít)

Công thức tính số mol theo số nguyên tử hoặc phân tử

n = N/Nₐ

Trong đó:

n: số mol (mol)
N: số nguyên tử hoặc phân tử
Nₐ: hằng số Avogadro (6,022.10²³)

Công thức tính số mol theo nồng độ mol dung dịch

n = Cₘ.V

Trong đó:

n: số mol chất tan (mol)
Cₘ: nồng độ mol (mol/l)
V: thể tích dung dịch (lít)

Tính số mol theo nồng độ phần trăm dung dịch

Khối lượng chất tan là: mct = mdd.C%/100% g
Số mol chất tan là: nct = mct/Mct mol

Trong đó:

mct là khối lượng chất tan (gam)
mdd là khối lượng dung dịch (gam)

Các dạng bài tập vận dụng công thức tính số mol

Với các bài tập đa dạng và lời giải chi tiết, những hướng dẫn dưới đây sẽ giúp bạn làm chủ hoàn toàn các công thức tính mol, nồng độ mol và thể tích mol.

Bài tập 1: Tính số mol của 5,6 gam Fe.

Giải:

M(Fe) = 56 g/mol

n(Fe) = m(Fe) / M(Fe) = 5,6 / 56 = 0,1 mol

Ví dụ 2: Tính số mol của 4,48 lít khí CO2 ở đktc.

Giải:

n(CO2) = V(CO2) / 22,4 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol

Ví dụ 3: Cho 5,6 gam sắt tác dụng với dung dịch HCl. Tính thể tích khí H₂ thu được ở đktc.

Giải:

Viết phương trình hóa học: Fe + 2HCl -> FeCl₂ + H₂

Tính số mol Fe: n(Fe) = 5,6/56 = 0,1 mol

Từ phương trình, ta thấy n(H₂) = n(Fe) = 0,1 mol

Thể tích khí H₂: V(H₂) = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

Ví dụ 4: Cho phản ứng: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Tính số mol H₂O tạo thành khi đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít khí H₂ (đktc).

Giải:

Đầu tiên, ta tính số mol H₂: n(H₂) = V/22,4 = 4,48/22,4 = 0,2 mol.

Theo phương trình phản ứng, 2 mol H₂ tạo ra 2 mol H₂O.

Vậy, 0,2 mol H₂ tạo ra: n(H₂O) = 0,2 mol.

Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm Fe và Cu. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HCl dư thu được 2,24 lít khí H₂ (đktc). Nếu cho X tác dụng với dung dịch HNO₃ đặc nóng dư thì thu được 8,96 lít khí NO₂ (đktc). Tính khối lượng Fe và Cu trong X.

Phương trình phản ứng:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂
Fe + 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O
Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Giải:

Tính số mol H₂ và NO₂:

n(H₂) = 2,24 / 22,4 = 0,1 mol
n(NO₂) = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol

Tính số mol Fe:

Từ phương trình Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂, ta thấy:

n(Fe) = n(H₂) = 0,1 mol

Tính số mol Cu:

Gọi x là số mol của Cu.
Tổng số mol NO₂ tạo ra từ Fe và Cu là 0,4 mol.
Từ phương trình Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂, ta có:
Số mol NO₂ tạo ra từ Cu là 2x.
Số mol NO₂ tạo ra từ Fe là 3n(Fe) = 0,3 mol.
Vậy 2x + 0,3 = 0,4 → x = 0,05 mol

Tính khối lượng Fe và Cu:

m(Fe) = n(Fe) * M(Fe) = 0,1 * 56 = 5,6 gam
m(Cu) = n(Cu) * M(Cu) = 0,05 * 64 = 3,2 gam

Kết luận:

Khối lượng Fe trong X là 5,6 gam.
Khối lượng Cu trong X là 3,2 gam.

Ví dụ 7: Nung 15,8 gam KMnO₄ thu được 6,4 gam O₂. Tính hiệu suất phản ứng.

Giải:

2KMnO₄ -> K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Số mol KMnO₄ ban đầu: n(KMnO₄) = m/M = 15.8 / 158 = 0.1 mol

Số mol O₂ thu được thực tế: n(O₂ thực tế) = V/22.4 = 6.4 / 32 = 0.2 mol

Theo phương trình, 2 mol KMnO₄ tạo ra 1 mol O₂.

Vậy 0.1 mol KMnO₄ tạo ra: 0.1/2 = 0.05 mol O₂ (lí thuyết)

Hiệu suất (H) = (số mol chất thu được thực tế / số mol chất thu được lí thuyết) x 100%

H = (0.2 / 0.05) x 100% = 400%

Kết quả:

Hiệu suất của phản ứng nhiệt phân KMnO₄ là 400%.

Ví dụ 8: Cho 19,5 gam kẽm tác dụng với dung dịch axit clohidric HCl dư. Tính:

Thể tích khí hidro (đktc) thu được.
Khối lượng muối kẽm clorua ZnCl₂ tạo thành.

Giải:

Phương trình hóa học: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Số mol Zn: nZn = mZn / MZn = 19,5 / 65 = 0,3 (mol)

Theo phương trình, nH₂ = nZn = 0,3 mol nZnCl₂ = nZn = 0,3 mol

Thể tích khí H₂ và khối lượng ZnCl₂: VH₂ = nH₂ x 22,4 = 0,3 x 22,4 = 6,72 (lít) mZnCl₂ = nZnCl₂ x MZnCl₂ = 0,3 x 136 = 40,8 (gam)

Ví dụ 9: Đốt cháy hoàn toàn m gam nhôm trong khí oxi, thu được 10,2 gam nhôm oxit Al₂O₃. Tính giá trị của m.

Giải:

Phương trình hóa học: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Số mol Al₂O₃: nAl₂O₃ = mAl₂O₃ / MAl₂O₃ = 10,2 / 102 = 0,1 (mol)

Theo phương trình, nAl = 2.nAl₂O₃ = 2 x 0,1 = 0,2 (mol)

Khối lượng Al: mAl = nAl x MAl = 0,2 x 27 = 5,4 (gam)

Số Avogadro là gì và nó liên quan như thế nào đến số mol?

Số Avogadro là một hằng số có giá trị xấp xỉ 6,022 x 10^23. Nó đại diện cho số hạt vi mô (nguyên tử, phân tử, ion) có trong 1 mol chất bất kỳ.

Mối liên hệ giữa số Avogadro và số mol:

1 mol của bất kỳ chất nào cũng chứa 6,022 x 10^23 hạt vi mô.
Số Avogadro được ví như cái cầu nối liền giữa thế giới vĩ mô (mà chúng ta có thể cân đo, đong đếm) và thế giới vi mô (thế giới của các hạt nguyên tử, phân tử).
Nhờ số Avogadro, chúng ta có thể chuyển đổi giữa số mol và số hạt vi mô, giúp cho các tính toán trong hóa học trở nên dễ dàng hơn.

Ví dụ:

1 mol nguyên tử carbon (C) chứa 6,022 x 10^23 nguyên tử carbon.
1 mol phân tử nước (H₂O) chứa 6,022 x 10^23 phân tử nước.

Lời kết

Qua bài viết, chúng ta đã khám phá công thức tính số mol và áp dụng vào các bài tập cụ thể. Hy vọng những bài tập minh họa bên trên sẽ là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích giúp các bạn dễ dàng giải quyết mọi bài tập.