I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Công thức hóa học

a) Khái niệm

Công thức hóa học là cách biểu diễn chất bằng kí hiệu hóa học của nguyên tố, kèm theo chỉ số ở chân bên phải kí hiệu. Chỉ số cho biết số nguyên tử của nguyên tố đó trong phân tử. Chỉ số bằng 1 thì không ghi.

b) Cách viết công thức hóa học

Công thức hóa học của đơn chất:

• Với kim loại, khí hiếm và một số phi kim (C, S…): kí hiệu hóa học của nguyên tố chính là công thức hóa học.
  • Ví dụ: Cu (đồng), Fe (sắt), He (helium), C (carbon), S (lưu huỳnh)
• Với một số phi kim có phân tử gồm 2 hoặc 3 nguyên tử liên kết: thêm chỉ số vào chân bên phải.
  • Ví dụ: H₂ (hydrogen), O₂ (oxygen), N₂ (nitrogen), Cl₂ (chlorine), O₃ (ozone)

Công thức hóa học của hợp chất:

Gồm kí hiệu hóa học của các nguyên tố tạo ra hợp chất, kèm chỉ số tương ứng.

• Ví dụ: CH₄ (methane), NaCl (muối ăn), H₂O (nước), CO₂ (carbon dioxide), CaCO₃ (calcium carbonate)

c) Ý nghĩa của công thức hóa học

Công thức hóa học cho biết 3 thông tin:

1. Các nguyên tố tạo nên chất.
2. Số nguyên tử (hoặc tỉ lệ số nguyên tử) của các nguyên tố trong phân tử.
3. Khối lượng phân tử của chất.

Ví dụ: Công thức CaCO₃ cho biết:

• Gồm 3 nguyên tố: Ca, C, O
• Trong 1 phân tử có: 1 nguyên tử Ca, 1 nguyên tử C, 3 nguyên tử O (tỉ lệ Ca : C : O = 1 : 1 : 3)
• Khối lượng phân tử: $40 + 12 + 3 \times 16 = 100$ (amu)

Củng cố:

Phát biểu nào sau đây không đúng về công thức hóa học?

• (A) Cho biết số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử → Đúng
• (B) Cho biết các nguyên tố tạo nên chất → Đúng
• (C) Cho biết khối lượng phân tử → Đúng
• (D) Cho biết trật tự liên kết giữa các nguyên tử → Sai (công thức hóa học không cho biết trật tự liên kết)

→ Phát biểu không đúng là (D).

d) Tính phần trăm khối lượng nguyên tố trong hợp chất

Bước 1: Tính khối lượng phân tử hợp chất.

Bước 2: Áp dụng công thức:

$$\%\text{nguyên tố} = \dfrac{\text{khối lượng nguyên tử} \times \text{số nguyên tử của nguyên tố}}{\text{khối lượng phân tử}} \times 100\%$$

2. Hóa trị

a) Khái niệm hóa trị

Trong chất cộng hóa trị, hóa trị của nguyên tố được xác định bằng số cặp electron dùng chung của nguyên tử nguyên tố đó với nguyên tử khác.

Hóa trị là con số biểu thị khả năng liên kết của nguyên tử nguyên tố này với nguyên tử nguyên tố khác.

Ví dụ: Trong phân tử nước (H₂O):

• Mỗi nguyên tử H có 1 cặp electron dùng chung với O → H có hóa trị I
• Nguyên tử O có 2 cặp electron dùng chung với 2 nguyên tử H → O có hóa trị II

Quy ước quan trọng:

• Nguyên tố H luôn có hóa trị I
• Nguyên tố O thường có hóa trị II
• Hóa trị của các nguyên tố khác được xác định từ hóa trị của H hoặc O

Củng cố:

Hóa trị của O, Na, Al trong hợp chất lần lượt là gì? → II, I, III (Đáp án C).

Trong chất cộng hóa trị, nguyên tố H luôn có hóa trị bằng I → Đúng hay sai? → Đúng. H luôn có hóa trị I trong chất cộng hóa trị.

b) Quy tắc hóa trị

Quy tắc hóa trị: Trong công thức hóa học của hợp chất hai nguyên tố, tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố này bằng tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố kia.

Với công thức $\text{A}_x^a\text{B}_y^b$ (A có hóa trị $a$, B có hóa trị $b$):

$$x \times a = y \times b$$

Ví dụ kiểm chứng:

Hóa trị của nhóm nguyên tử được xác định tương tự. Ví dụ: Trong H₂SO₄, nhóm (SO₄) liên kết với 2 nguyên tử H nên có hóa trị II.

c) Bảng hóa trị thường gặp

Hóa trị của một số nguyên tố:

Hóa trị của một số nhóm nguyên tử:

Củng cố:

Nguyên tố nào có nhiều hóa trị? Nguyên tố nào có hóa trị cao nhất?

Các nguyên tố có nhiều hóa trị: N, C, S, Cl, Fe. Ví dụ: N có hóa trị III trong NH₃, hóa trị IV trong NO₂.

Nguyên tố có hóa trị cao nhất: Cl (hóa trị VII) hoặc S (hóa trị VI).

Biết N có hóa trị IV, công thức hóa học nào đúng quy tắc hóa trị?

Kiểm tra: $\text{N}_x^{\text{IV}}\text{O}_y^{\text{II}}$ → $x \times \text{IV} = y \times \text{II}$ → $\dfrac{x}{y} = \dfrac{\text{II}}{\text{IV}} = \dfrac{1}{2}$ → $x = 1, y = 2$ → NO₂ (Đáp án D).

3. Lập công thức hóa học của hợp chất

Có 2 cách lập công thức hóa học:

• Cách 1: Khi biết hóa trị các nguyên tố → dùng quy tắc hóa trị
• Cách 2: Khi biết phần trăm khối lượng các nguyên tố và khối lượng phân tử

(Chi tiết phương pháp giải ở Phần II bên dưới)

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Xác định hóa trị của nguyên tố trong hợp chất

Phương pháp

Áp dụng quy tắc hóa trị: $x \times a = y \times b$

Khi đã biết hóa trị của 1 nguyên tố (thường là H có hóa trị I hoặc O có hóa trị II) và chỉ số các nguyên tử → tìm hóa trị nguyên tố còn lại.

$$a = \dfrac{y \times b}{x}$$

Ví dụ 1

Xác định hóa trị của sulfur trong hợp chất sulfur dioxide (SO₂), biết một nguyên tử S liên kết với hai nguyên tử O.

Lời giải:

Công thức: SO₂ → S có chỉ số 1, O có chỉ số 2.

O có hóa trị II. Gọi hóa trị của S là $a$.

Áp dụng quy tắc hóa trị:

$$1 \times a = 2 \times \text{II}$$

$$a = \dfrac{2 \times 2}{1} = \text{IV}$$

Vậy S có hóa trị IV trong SO₂.

Ví dụ 2

Xác định hóa trị của carbon trong hợp chất methane (CH₄).

Lời giải:

Công thức: CH₄ → C có chỉ số 1, H có chỉ số 4.

H có hóa trị I. Gọi hóa trị của C là $a$.

$$1 \times a = 4 \times \text{I}$$

$$a = \text{IV}$$

Vậy C có hóa trị IV trong CH₄.

Dạng 2: Lập công thức hóa học khi biết hóa trị

Phương pháp

Bước 1: Viết công thức dạng chung: $\text{A}_x^a\text{B}_y^b$

Bước 2: Áp dụng quy tắc hóa trị: $x \times a = y \times b$

Bước 3: Chuyển thành tỉ lệ: $\dfrac{x}{y} = \dfrac{b}{a}$

Bước 4: Rút gọn tỉ lệ về số nguyên đơn giản nhất → tìm $x, y$.

Bước 5: Viết công thức hóa học.

Ví dụ 1

Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Al (hóa trị III) và O (hóa trị II).

Lời giải:

Bước 1: Công thức dạng chung: $\text{Al}_x^{\text{III}}\text{O}_y^{\text{II}}$

Bước 2: Quy tắc hóa trị: $x \times \text{III} = y \times \text{II}$

Bước 3: Tỉ lệ: $\dfrac{x}{y} = \dfrac{\text{II}}{\text{III}} = \dfrac{2}{3}$

Bước 4: $x = 2, \quad y = 3$

Bước 5: Công thức hóa học: Al₂O₃

Khối lượng phân tử: $27 \times 2 + 16 \times 3 = 54 + 48 = 102$ (amu).

Ví dụ 2

Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Al (hóa trị III) và nhóm OH (hóa trị I).

Lời giải:

Bước 1: Công thức dạng chung: $\text{Al}_x^{\text{III}}(\text{OH})_y^{\text{I}}$

Bước 2: $x \times \text{III} = y \times \text{I}$

Bước 3: $\dfrac{x}{y} = \dfrac{\text{I}}{\text{III}} = \dfrac{1}{3}$

Bước 4: $x = 1, \quad y = 3$

Bước 5: Công thức hóa học: Al(OH)₃

Khối lượng phân tử: $27 + (16 + 1) \times 3 = 27 + 51 = 78$ (amu).

Ví dụ 3

Nguyên tố X có hóa trị III. Lập công thức muối sulfate của X (nhóm SO₄ có hóa trị II).

Lời giải:

Công thức dạng chung: $\text{X}_x^{\text{III}}(\text{SO}_4)_y^{\text{II}}$

$$x \times \text{III} = y \times \text{II} \implies \dfrac{x}{y} = \dfrac{2}{3}$$

$$x = 2, \quad y = 3$$

Công thức hóa học: X₂(SO₄)₃ (Đáp án C).

Dạng 3: Tính phần trăm khối lượng nguyên tố trong hợp chất

Phương pháp

Bước 1: Tính khối lượng phân tử ($M$).

Bước 2: Áp dụng công thức:

$$\%\text{nguyên tố} = \dfrac{\text{khối lượng nguyên tử} \times \text{số nguyên tử}}{\text{khối lượng phân tử}} \times 100\%$$

Mẹo: Tính % của các nguyên tố trước, nguyên tố cuối cùng tính bằng: $100\% – \text{tổng \% các nguyên tố đã tính}$.

Ví dụ 1

Tính phần trăm khối lượng các nguyên tố trong calcium sulfate (CaSO₄).

Lời giải:

Bước 1: Khối lượng phân tử CaSO₄:

$$M = 40 + 32 + 16 \times 4 = 40 + 32 + 64 = 136 \text{ (amu)}$$

Bước 2: Phần trăm từng nguyên tố:

$$\%\text{Ca} = \dfrac{40 \times 1}{136} \times 100\% \approx 29{,}4\%$$

$$\%\text{S} = \dfrac{32 \times 1}{136} \times 100\% \approx 23{,}5\%$$

$$\%\text{O} = 100\% – 29{,}4\% – 23{,}5\% \approx 47{,}1\%$$

→ Nguyên tố chiếm phần trăm lớn nhất là O (oxygen).

Ví dụ 2

Tính phần trăm khối lượng các nguyên tố trong phân bón potassium nitrate (KNO₃).

Lời giải:

Khối lượng phân tử:

$$M = 39 + 14 + 16 \times 3 = 39 + 14 + 48 = 101 \text{ (amu)}$$

$$\%\text{K} = \dfrac{39 \times 1}{101} \times 100\% \approx 38{,}6\%$$

$$\%\text{N} = \dfrac{14 \times 1}{101} \times 100\% \approx 13{,}9\%$$

$$\%\text{O} = 100\% – 38{,}6\% – 13{,}9\% = 47{,}5\%$$

Dạng 4: Lập công thức hóa học từ phần trăm khối lượng và khối lượng phân tử

Phương pháp

Bước 1: Viết công thức dạng chung: $\text{A}_x\text{B}_y$ (hoặc $\text{A}_x\text{B}_y\text{C}_z$…)

Bước 2: Viết biểu thức khối lượng phân tử: $m_A \times x + m_B \times y = M$

Bước 3: Lập biểu thức % khối lượng từng nguyên tố:

$$\%\text{A} = \dfrac{m_A \times x}{M} \times 100\%$$

Bước 4: Giải tìm $x, y$ → Viết công thức hóa học.

Ví dụ 1

Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi sulfur và oxygen, biết sulfur chiếm 40% khối lượng, phần còn lại là oxygen. Khối lượng phân tử là 80 amu.

Lời giải:

Bước 1: Công thức dạng chung: S$_x$O$_y$

Bước 2: $\%\text{O} = 100\% – 40\% = 60\%$

Khối lượng phân tử: $32x + 16y = 80$

Bước 3: Tính $x$:

$$\%\text{S} = \dfrac{32 \times x}{80} \times 100\% = 40\%$$

$$32x = \dfrac{40 \times 80}{100} = 32 \implies x = 1$$

Tính $y$:

$$\%\text{O} = \dfrac{16 \times y}{80} \times 100\% = 60\%$$

$$16y = \dfrac{60 \times 80}{100} = 48 \implies y = 3$$

Bước 4: Công thức hóa học: SO₃

Ví dụ 2

Muối (D) gồm 1 nguyên tử kim loại M và 2 nguyên tử Cl, có khối lượng phân tử là 135 amu. Xác định kim loại M.

Lời giải:

Công thức muối: MCl₂

Khối lượng phân tử:

$$m_M + 35{,}5 \times 2 = 135$$

$$m_M + 71 = 135$$

$$m_M = 64 \text{ (amu)}$$

Tra bảng tuần hoàn: nguyên tố có khối lượng nguyên tử 64 amu → Copper (Cu).

Vậy M là đồng (Cu), công thức muối là CuCl₂.

Phân tử CuCl₂ chứa Cu (kim loại) và Cl (phi kim) → có liên kết ion.

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

HÓA TRỊ VÀ CÔNG THỨC HÓA HỌC

1. Công thức hóa học (CTHH)

• 1.1. Đơn chất: kim loại/khí hiếm → dùng kí hiệu (Cu, Fe, He…); phi kim khí → thêm chỉ số (H₂, O₂, N₂…)
• 1.2. Hợp chất: kí hiệu + chỉ số (H₂O, NaCl, CaCO₃…)
• 1.3. Ý nghĩa: cho biết nguyên tố, số nguyên tử, khối lượng phân tử
• 1.4. Tính % nguyên tố: $\% = \dfrac{m_{\text{nguyên tử}} \times \text{số nguyên tử}}{M} \times 100\%$

2. Hóa trị

• 2.1. Khái niệm: số cặp electron dùng chung = khả năng liên kết
• 2.2. Quy ước: H luôn hóa trị I, O thường hóa trị II
• 2.3. Nhiều nguyên tố có nhiều hóa trị: C (II, IV), N (I–IV), S (II, IV, VI), Cl (I, III, V, VII)

3. Quy tắc hóa trị

• 3.1. $\text{A}_x^a\text{B}_y^b$: $x \times a = y \times b$
• 3.2. Áp dụng cho hợp chất vô cơ
• 3.3. Cũng áp dụng cho nhóm nguyên tử: OH(I), NO₃(I), SO₄(II), CO₃(II), PO₄(III)

4. Lập CTHH

• 4.1. Biết hóa trị → quy tắc hóa trị → tỉ lệ $x/y$ → CTHH
• 4.2. Biết % khối lượng + $M$ → lập phương trình → tìm $x, y$ → CTHH

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu