I. GIỚI THIỆU VỀ TỈ KHỐI KHÍ

1. Tỉ khối khí là gì?

Định nghĩa: Tỉ khối của khí A so với khí B là tỉ số giữa khối lượng mol của khí A và khối lượng mol của khí B.

Ký hiệu: $d_{A/B}$ (đọc là: “đê A trên B” hoặc “tỉ khối của A so với B”)

Công thức định nghĩa: $$d_{A/B} = \frac{M_A}{M_B}$$

Trong đó:

• $d_{A/B}$: Tỉ khối của khí A so với khí B (không có đơn vị)
• $M_A$: Khối lượng mol của khí A (g/mol)
• $M_B$: Khối lượng mol của khí B (g/mol)

Ý nghĩa: Tỉ khối cho biết khí A nặng hơn hay nhẹ hơn khí B bao nhiêu lần.

Ví dụ minh họa:

• Nếu $d_{A/B} = 2$ → Khí A nặng hơn khí B 2 lần
• Nếu $d_{A/B} = 0.5$ → Khí A nhẹ hơn khí B (bằng 1/2 khối lượng mol của B)
• Nếu $d_{A/B} = 1$ → Khí A có khối lượng mol bằng khí B

2. Khí thường dùng để so sánh

Trong hóa học, có 3 khí chuẩn thường được dùng để so sánh tỉ khối:

Giải thích tại sao dùng các khí này:

• H₂: Là khí nhẹ nhất, dễ so sánh với các khí khác
• Không khí: Là môi trường sống, tiện lợi để đánh giá khí nặng hay nhẹ hơn không khí (bay lên hay chìm xuống)
• O₂: Là khí phổ biến, dùng trong một số bài toán đặc biệt

Lưu ý: Không khí không phải là một chất khí thuần khiết mà là hỗn hợp gồm chủ yếu N₂ (78%), O₂ (21%) và các khí khác. Khối lượng mol trung bình của không khí được quy ước là 29 g/mol.

3. Ý nghĩa của tỉ khối

Về mặt định lượng:

Ví dụ 1: $$d_{O_2/H_2} = \frac{32}{2} = 16$$ → Oxi nặng hơn hiđro 16 lần

Ví dụ 2: $$d_{CO_2/kk} = \frac{44}{29} \approx 1.52$$ → CO₂ nặng hơn không khí khoảng 1.52 lần

Ví dụ 3: $$d_{CH_4/kk} = \frac{16}{29} \approx 0.55$$ → CH₄ nhẹ hơn không khí (chỉ bằng 0.55 lần khối lượng mol không khí)

Ứng dụng thực tế:

Quy tắc đơn giản:

• Khí có $d < 1$ so với không khí → Nhẹ hơn không khí → Bay lên
• Khí có $d > 1$ so với không khí → Nặng hơn không khí → Chìm xuống

Ví dụ thực tế:

II. CÔNG THỨC TỈ KHỐI CƠ BẢN

1. Định nghĩa bằng công thức

📌 Công thức tổng quát:

$$\boxed{d_{A/B} = \frac{M_A}{M_B}}$$

Trong đó:

• $d_{A/B}$: Tỉ khối của khí A so với khí B (không có đơn vị)
• $M_A$: Khối lượng mol của khí A (g/mol)
• $M_B$: Khối lượng mol của khí B (g/mol)

Giải thích: Tỉ khối là tỉ số giữa hai khối lượng mol, do đó nó không có đơn vị (đơn vị g/mol ở tử và mẫu triệt tiêu).

Lưu ý quan trọng:

• Tỉ khối luôn là một số dương
• Tỉ khối không phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, áp suất
• Chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học của các khí

2. Công thức tỉ khối so với H₂

Khối lượng mol của H₂: $M_{H_2} = 2$ g/mol

📌 Công thức:

$$\boxed{d_{A/H_2} = \frac{M_A}{M_{H_2}} = \frac{M_A}{2}}$$

Suy ra công thức tính $M_A$:

$$\boxed{M_A = 2 \times d_{A/H_2}}$$

Ý nghĩa: Nếu biết tỉ khối so với H₂, ta có thể tính ngay khối lượng mol bằng cách nhân với 2.

Ví dụ 1: Một khí A có tỉ khối so với hiđro là 16. Tính khối lượng mol của khí A và dự đoán khí A là gì?

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$M_A = 2 \times d_{A/H_2} = 2 \times 16 = 32 \text{ g/mol}$$

Dự đoán: Khí A có thể là:

• O₂ (oxi): $M = 32$ g/mol ✓
• Hoặc CH₃OH (metanol dạng hơi): $M = 32$ g/mol ✓

Kết luận: Khối lượng mol là 32 g/mol, khí A có thể là O₂ hoặc CH₃OH (hơi).

Ví dụ 2: Khí B có khối lượng mol 44 g/mol. Tính tỉ khối của B so với H₂.

Lời giải:

$$d_{B/H_2} = \frac{M_B}{2} = \frac{44}{2} = 22$$

Kết luận: $d_{B/H_2} = 22$

3. Công thức tỉ khối so với không khí

Khối lượng mol trung bình của không khí: $M_{kk} = 29$ g/mol

📌 Công thức:

$$\boxed{d_{A/kk} = \frac{M_A}{M_{kk}} = \frac{M_A}{29}}$$

Suy ra công thức tính $M_A$:

$$\boxed{M_A = 29 \times d_{A/kk}}$$

Đây là công thức PHỔ BIẾN NHẤT trong bài tập hóa học vì:

• Dễ nhớ (nhân với 29)
• Có ý nghĩa thực tế (so với không khí)
• Hay gặp trong đề thi

Ví dụ 3: Khí B có tỉ khối so với không khí là 2.21. Tính khối lượng mol của B và xác định khí B.

Lời giải:

$$M_B = 29 \times d_{B/kk} = 29 \times 2.21 = 64.09 \text{ g/mol}$$

Làm tròn: $M_B \approx 64$ g/mol

Xác định: Khí B là SO₂ (lưu huỳnh đioxit)
Kiểm tra: $M_{SO_2} = 32 + 16 \times 2 = 64$ g/mol ✓

Kết luận: Khí B là SO₂.

Ví dụ 4: Khí nào sau đây nhẹ hơn không khí? CH₄, CO₂, NH₃

Lời giải:

Tính khối lượng mol:

• $M_{CH_4} = 12 + 4 = 16$ g/mol
• $M_{CO_2} = 12 + 32 = 44$ g/mol
• $M_{NH_3} = 14 + 3 = 17$ g/mol

Tính tỉ khối so với không khí:

• $d_{CH_4/kk} = \frac{16}{29} = 0.55 < 1$ → Nhẹ hơn ✓
• $d_{CO_2/kk} = \frac{44}{29} = 1.52 > 1$ → Nặng hơn
• $d_{NH_3/kk} = \frac{17}{29} = 0.59 < 1$ → Nhẹ hơn ✓

Kết luận: CH₄ và NH₃ nhẹ hơn không khí.

4. Công thức tỉ khối so với O₂

Khối lượng mol của O₂: $M_{O_2} = 32$ g/mol

📌 Công thức:

$$\boxed{d_{A/O_2} = \frac{M_A}{M_{O_2}} = \frac{M_A}{32}}$$

Suy ra:

$$\boxed{M_A = 32 \times d_{A/O_2}}$$

Lưu ý: Công thức này ít gặp hơn, chủ yếu trong bài tập nâng cao.

Ví dụ 5: Khí C có $d_{C/O_2} = 1.375$. Tính khối lượng mol của C.

Lời giải:

$$M_C = 32 \times 1.375 = 44 \text{ g/mol}$$

Dự đoán: Khí C là CO₂ hoặc C₃H₈ (propan)

5. Liên hệ giữa các tỉ khối

Từ các công thức trên, ta có thể thiết lập mối liên hệ giữa các tỉ khối:

Liên hệ giữa $d_{A/H_2}$ và $d_{A/kk}$:

$$d_{A/H_2} = \frac{M_A}{2}, \quad d_{A/kk} = \frac{M_A}{29}$$

Chia hai vế: $$\frac{d_{A/H_2}}{d_{A/kk}} = \frac{M_A/2}{M_A/29} = \frac{29}{2} = 14.5$$

📌 Công thức liên hệ:

$$\boxed{d_{A/H_2} = 14.5 \times d_{A/kk}}$$

$$\boxed{d_{A/kk} = \frac{d_{A/H_2}}{14.5}}$$

Ví dụ 6: Khí có $d/kk = 2$. Tính $d/H_2$.

Lời giải:

$$d_{/H_2} = 14.5 \times d_{/kk} = 14.5 \times 2 = 29$$

Kiểm tra:

• $M = 29 \times 2 = 58$ g/mol
• $d_{/H_2} = \frac{58}{2} = 29$ ✓

Liên hệ giữa $d_{A/H_2}$ và $d_{A/O_2}$:

$$\frac{d_{A/H_2}}{d_{A/O_2}} = \frac{M_A/2}{M_A/32} = \frac{32}{2} = 16$$

$$d_{A/H_2} = 16 \times d_{A/O_2}$$

6. So sánh tỉ khối hai khí với nhau

Công thức tổng quát:

$$\boxed{d_{A/B} = \frac{M_A}{M_B}}$$

Ví dụ 7: Tính tỉ khối của CO₂ so với N₂.

Lời giải:

• $M_{CO_2} = 44$ g/mol
• $M_{N_2} = 28$ g/mol

$$d_{CO_2/N_2} = \frac{44}{28} = \frac{11}{7} \approx 1.57$$

Kết luận: CO₂ nặng hơn N₂ khoảng 1.57 lần.

Ví dụ 8: Khí nào nặng hơn: SO₂ hay Cl₂?

Lời giải:

• $M_{SO_2} = 64$ g/mol
• $M_{Cl_2} = 71$ g/mol

So sánh: $64 < 71$ → SO₂ nhẹ hơn Cl₂

Hoặc tính: $$d_{Cl_2/SO_2} = \frac{71}{64} \approx 1.11$$

Kết luận: Cl₂ nặng hơn SO₂ khoảng 1.11 lần.

III. CÔNG THỨC TỈ KHỐI CỦA HỖN HỢP KHÍ

1. Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp

Định nghĩa: Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là trung bình gia quyền của khối lượng mol các khí thành phần, trong đó trọng số là số mol (hoặc phần trăm số mol).

📌 Công thức tổng quát:

$$\boxed{\overline{M} = \frac{m_{hh}}{n_{hh}} = \frac{\sum m_i}{\sum n_i}}$$

Hoặc:

$$\boxed{\overline{M} = \frac{n_1M_1 + n_2M_2 + … + n_kM_k}{n_1 + n_2 + … + n_k}}$$

Trong đó:

• $\overline{M}$: Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp (g/mol)
• $n_i$: Số mol của khí thứ i (mol)
• $M_i$: Khối lượng mol của khí thứ i (g/mol)
• $m_i$: Khối lượng của khí thứ i (g)
• $m_{hh}$: Tổng khối lượng hỗn hợp (g)
• $n_{hh}$: Tổng số mol hỗn hợp (mol)

Ví dụ 9: Hỗn hợp gồm 0.2 mol N₂ và 0.3 mol O₂. Tính khối lượng mol trung bình.

Lời giải:

$$\overline{M} = \frac{n_{N_2} \times M_{N_2} + n_{O_2} \times M_{O_2}}{n_{N_2} + n_{O_2}}$$ $$= \frac{0.2 \times 28 + 0.3 \times 32}{0.2 + 0.3}$$ $$= \frac{5.6 + 9.6}{0.5} = \frac{15.2}{0.5} = 30.4 \text{ g/mol}$$

Kết luận: $\overline{M} = 30.4$ g/mol

2. Công thức theo phần trăm thể tích (% mol)

Định lý Avogadro: Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, các khí có cùng thể tích thì có cùng số mol.

Hệ quả quan trọng: Với hỗn hợp khí: $$\%V = \%n$$

Nghĩa là: Phần trăm thể tích bằng phần trăm số mol.

📌 Công thức theo %V:

$$\boxed{\overline{M} = \frac{\%V_1 \times M_1 + \%V_2 \times M_2 + … + \%V_k \times M_k}{100}}$$

Ví dụ 10: Hỗn hợp khí gồm 60% N₂ và 40% O₂ (theo thể tích). Tính khối lượng mol trung bình.

Lời giải:

$$\overline{M} = \frac{60 \times 28 + 40 \times 32}{100}$$ $$= \frac{1680 + 1280}{100} = \frac{2960}{100} = 29.6 \text{ g/mol}$$

Nhận xét: Kết quả gần bằng 29 g/mol (không khí), vì không khí chủ yếu là N₂ và O₂.

Kết luận: $\overline{M} = 29.6$ g/mol

3. Tỉ khối của hỗn hợp khí

Sau khi tính được $\overline{M}$ của hỗn hợp, ta có thể tính tỉ khối của hỗn hợp so với các khí chuẩn:

📌 Công thức tỉ khối hỗn hợp:

$$\boxed{d_{hh/H_2} = \frac{\overline{M}}{2}}$$

$$\boxed{d_{hh/kk} = \frac{\overline{M}}{29}}$$

$$\boxed{d_{hh/O_2} = \frac{\overline{M}}{32}}$$

Ví dụ 11: (Tiếp ví dụ 10) Tính $d_{hh/kk}$ và $d_{hh/H_2}$.

Lời giải:

$$d_{hh/kk} = \frac{\overline{M}}{29} = \frac{29.6}{29} \approx 1.02$$

$$d_{hh/H_2} = \frac{\overline{M}}{2} = \frac{29.6}{2} = 14.8$$

Nhận xét: Hỗn hợp nặng hơn không khí một chút (1.02 lần).

4. Công thức đặc biệt – Hỗn hợp 2 khí

Cho hỗn hợp gồm khí A và B với số mol $n_A$ và $n_B$:

$$\overline{M} = \frac{n_A \times M_A + n_B \times M_B}{n_A + n_B}$$

Nếu biết phần mol:

Đặt $x$ là phần mol của A → $(1-x)$ là phần mol của B

$$\boxed{\overline{M} = x \times M_A + (1-x) \times M_B}$$

Hoặc:

$$\overline{M} = M_A \times \frac{n_A}{n_A + n_B} + M_B \times \frac{n_B}{n_A + n_B}$$

Ví dụ 12: Hỗn hợp CH₄ và C₂H₆. Biết CH₄ chiếm 30% số mol. Tính $\overline{M}$ và $d_{hh/kk}$.

Lời giải:

Bước 1: Xác định dữ liệu

• $M_{CH_4} = 16$ g/mol
• $M_{C_2H_6} = 30$ g/mol
• Phần mol CH₄: 30% = 0.3
• Phần mol C₂H₆: 70% = 0.7

Bước 2: Tính $\overline{M}$ $$\overline{M} = 0.3 \times 16 + 0.7 \times 30$$ $$= 4.8 + 21 = 25.8 \text{ g/mol}$$

Bước 3: Tính $d_{hh/kk}$ $$d_{hh/kk} = \frac{25.8}{29} \approx 0.89$$

Kết luận:

• $\overline{M} = 25.8$ g/mol
• $d_{hh/kk} \approx 0.89$ → Hỗn hợp nhẹ hơn không khí

5. Tìm thành phần hỗn hợp từ tỉ khối

Bài toán: Cho hỗn hợp khí A và B, biết $\overline{M}$ (hoặc tỉ khối). Tìm thành phần % của mỗi khí.

Phương pháp giải:

Bước 1: Đặt ẩn số

• Đặt số mol: $n_A = x$ mol, $n_B = y$ mol
• Hoặc đặt phần trăm: $\%V_A = x\%$ → $\%V_B = (100-x)\%$

Bước 2: Lập phương trình $$\frac{xM_A + yM_B}{x + y} = \overline{M}$$

Hoặc: $$\frac{xM_A + (100-x)M_B}{100} = \overline{M}$$

Bước 3: Giải phương trình tìm $x$, $y$ hoặc tỉ lệ

Ví dụ 13: Hỗn hợp CO và CO₂ có $d_{hh/H_2} = 16$. Tính phần trăm thể tích mỗi khí.

Lời giải:

Bước 1: Tính $\overline{M}$ $$\overline{M} = 2 \times d_{hh/H_2} = 2 \times 16 = 32 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Đặt ẩn

• Đặt $\%V_{CO} = x\%$ → $\%V_{CO_2} = (100-x)\%$
• $M_{CO} = 28$ g/mol, $M_{CO_2} = 44$ g/mol

Bước 3: Lập phương trình $$\frac{28x + 44(100-x)}{100} = 32$$ $$28x + 4400 – 44x = 3200$$ $$-16x = 3200 – 4400 = -1200$$ $$x = \frac{1200}{16} = 75$$

Kết luận:

• $\%V_{CO} = 75\%$
• $\%V_{CO_2} = 25\%$

IV. ỨNG DỤNG TỈ KHỐI TRONG TÌM CÔNG THỨC PHÂN TỬ

1. Tìm công thức phân tử từ tỉ khối

Phương pháp chung:

Bước 1: Tính khối lượng mol $$M = 2 \times d_{/H_2} = 29 \times d_{/kk} = 32 \times d_{/O_2}$$

Bước 2: Tìm công thức đơn giản nhất

• Từ % khối lượng các nguyên tố → Tính số mol nguyên tử
• Tìm tỉ lệ nguyên tử đơn giản nhất → Công thức đơn giản

Bước 3: Tìm công thức phân tử

• Tính $M_{\text{đơn giản}}$
• So sánh với $M$ thực tế: $n = \frac{M}{M_{\text{đơn giản}}}$
• CTPT = (Công thức đơn giản) × n

Ví dụ 14: Hợp chất hữu cơ khí có 75% C, 25% H (theo khối lượng), có $d_{/H_2} = 8$. Tìm công thức phân tử.

Lời giải:

Bước 1: Tính khối lượng mol $$M = 2 \times d_{/H_2} = 2 \times 8 = 16 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Tìm công thức đơn giản nhất

Trong 100g hợp chất có:

• Khối lượng C: 75g → $n_C = \frac{75}{12} = 6.25$ mol
• Khối lượng H: 25g → $n_H = \frac{25}{1} = 25$ mol

Tỉ lệ: $n_C : n_H = 6.25 : 25 = 1 : 4$

Công thức đơn giản nhất: CH₄

Bước 3: Tìm công thức phân tử

$$M_{CH_4} = 12 + 4 \times 1 = 16 \text{ g/mol}$$

So sánh: $M = M_{CH_4} = 16$ g/mol

Kết luận: Công thức phân tử là CH₄ (metan)

Ví dụ 15: Hiđrocacbon khí có $d_{/kk} = 1.034$, có 85.71% C (theo khối lượng). Tìm công thức phân tử.

Lời giải:

Bước 1: Tính M $$M = 29 \times 1.034 \approx 30 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Tìm công thức đơn giản

• %C = 85.71% → %H = 100 – 85.71 = 14.29%

Trong 100g:

• $n_C = \frac{85.71}{12} = 7.14$ mol
• $n_H = \frac{14.29}{1} = 14.29$ mol

Tỉ lệ: $7.14 : 14.29 = 1 : 2$

Công thức đơn giản: CH₂

Bước 3: Tìm CTPT

$$M_{CH_2} = 12 + 2 = 14 \text{ g/mol}$$ $$n = \frac{M}{M_{CH_2}} = \frac{30}{14} \approx 2.14 \approx 2$$

CTPT = (CH₂) × 2 = C₂H₄

Kiểm tra: $M_{C_2H_4} = 24 + 4 = 28$ g/mol (gần 30)

Kết luận: Công thức phân tử là C₂H₄ (etylen)

2. Bài toán hỗn hợp khí đặc biệt

Ví dụ 16: Hỗn hợp N₂ và CO có $d_{hh/H_2} = 14$. Tính % thể tích mỗi khí.

Lời giải:

Bước 1: Tính $\overline{M}$ $$\overline{M} = 2 \times 14 = 28 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Nhận xét đặc biệt

• $M_{N_2} = 28$ g/mol
• $M_{CO} = 28$ g/mol

Cả hai khí đều có khối lượng mol bằng 28!

Kết luận:

Do $M_{N_2} = M_{CO} = 28 = \overline{M}$, nên không xác định được thành phần hỗn hợp. Mọi tỉ lệ N₂ và CO đều cho cùng $\overline{M} = 28$ g/mol.

Bài học: Khi hai khí có cùng khối lượng mol, không thể xác định thành phần hỗn hợp chỉ dựa vào tỉ khối.

V. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức tỉ khối khí thuần khiết

B. Khối lượng mol trung bình hỗn hợp

C. Tỉ khối hỗn hợp khí

D. Liên hệ giữa các tỉ khối

VI. CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP

Dạng 1: Tính tỉ khối từ khối lượng mol

Đề bài: Tính $d_{CO_2/H_2}$ và $d_{CO_2/kk}$.

Lời giải:

Bước 1: Xác định khối lượng mol $$M_{CO_2} = 12 + 16 \times 2 = 44 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Tính tỉ khối so với H₂ $$d_{CO_2/H_2} = \frac{M_{CO_2}}{M_{H_2}} = \frac{44}{2} = 22$$

Bước 3: Tính tỉ khối so với không khí $$d_{CO_2/kk} = \frac{M_{CO_2}}{M_{kk}} = \frac{44}{29} \approx 1.52$$

Kết luận:

• $d_{CO_2/H_2} = 22$ → CO₂ nặng hơn H₂ 22 lần
• $d_{CO_2/kk} \approx 1.52$ → CO₂ nặng hơn không khí 1.52 lần

Dạng 2: Tính khối lượng mol từ tỉ khối

Đề bài: Khí A có $d_{A/kk} = 1.38$. Tính khối lượng mol và dự đoán khí A.

Lời giải:

Bước 1: Tính khối lượng mol $$M_A = 29 \times d_{A/kk} = 29 \times 1.38 = 40.02 \text{ g/mol}$$

Làm tròn: $M_A \approx 40$ g/mol

Bước 2: Dự đoán khí A

Các khí có $M \approx 40$ g/mol:

• C₃H₄ (propin): $M = 36 + 4 = 40$ ✓
• CH₂=C=CH₂ (allen): $M = 40$ ✓

Kết luận: Khí A có thể là C₃H₄ (propin) hoặc các đồng phân của nó.

Dạng 3: Tính khối lượng mol trung bình hỗn hợp

Đề bài: Hỗn hợp gồm 0.2 mol CO₂ và 0.3 mol SO₂. Tính $\overline{M}$ và $d_{hh/kk}$.

Lời giải:

Bước 1: Tính $\overline{M}$ $$\overline{M} = \frac{n_{CO_2} \times M_{CO_2} + n_{SO_2} \times M_{SO_2}}{n_{CO_2} + n_{SO_2}}$$ $$= \frac{0.2 \times 44 + 0.3 \times 64}{0.2 + 0.3}$$ $$= \frac{8.8 + 19.2}{0.5} = \frac{28}{0.5} = 56 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Tính tỉ khối $$d_{hh/kk} = \frac{\overline{M}}{29} = \frac{56}{29} \approx 1.93$$

Kết luận:

• $\overline{M} = 56$ g/mol
• $d_{hh/kk} \approx 1.93$ → Hỗn hợp nặng hơn không khí

Dạng 4: Tính % thể tích trong hỗn hợp

Đề bài: Hỗn hợp CO và CO₂ có $d_{hh/H_2} = 16$. Tính % thể tích mỗi khí.

Lời giải:

Bước 1: Tính $\overline{M}$ $$\overline{M} = 2 \times d_{hh/H_2} = 2 \times 16 = 32 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Đặt ẩn

• Đặt $\%V_{CO} = x\%$ → $\%V_{CO_2} = (100-x)\%$
• $M_{CO} = 28$ g/mol
• $M_{CO_2} = 44$ g/mol

Bước 3: Lập phương trình $$\frac{28x + 44(100-x)}{100} = 32$$ $$28x + 4400 – 44x = 3200$$ $$-16x = -1200$$ $$x = 75$$

Kết luận:

• $\%V_{CO} = 75\%$
• $\%V_{CO_2} = 25\%$

Dạng 5: Tìm công thức phân tử từ tỉ khối

Đề bài: Hiđrocacbon khí có $d_{/kk} = 1.034$, có 85.71% C. Tìm công thức phân tử.

Lời giải:

Bước 1: Tính M $$M = 29 \times 1.034 = 30 \text{ g/mol}$$

Bước 2: Xác định %H $$\%H = 100\% – 85.71\% = 14.29\%$$

Bước 3: Tìm công thức đơn giản

Trong 100g hợp chất:

• $n_C = \frac{85.71}{12} = 7.14$ mol
• $n_H = \frac{14.29}{1} = 14.29$ mol

Tỉ lệ: $7.14 : 14.29 \approx 1 : 2$

Công thức đơn giản: CH₂

Bước 4: Tìm CTPT $$M_{CH_2} = 14 \text{ g/mol}$$ $$n = \frac{30}{14} \approx 2$$

CTPT = (CH₂) × 2 = C₂H₄

Kết luận: Công thức phân tử là C₂H₄ (etylen).

Dạng 6: So sánh khí với không khí

Đề bài: Khí nào nhẹ hơn không khí? CH₄, CO₂, Cl₂, NH₃

Lời giải:

Bước 1: Tính khối lượng mol

• $M_{CH_4} = 16$ g/mol
• $M_{CO_2} = 44$ g/mol
• $M_{Cl_2} = 71$ g/mol
• $M_{NH_3} = 17$ g/mol

Bước 2: Tính tỉ khối so với không khí

• $d_{CH_4/kk} = \frac{16}{29} = 0.55 < 1$ → Nhẹ hơn ✓
• $d_{CO_2/kk} = \frac{44}{29} = 1.52 > 1$ → Nặng hơn
• $d_{Cl_2/kk} = \frac{71}{29} = 2.45 > 1$ → Nặng hơn
• $d_{NH_3/kk} = \frac{17}{29} = 0.59 < 1$ → Nhẹ hơn ✓

Kết luận: CH₄ và NH₃ nhẹ hơn không khí.

VII. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Tỉ khối = Tỉ số khối lượng mol

“Tỉ khối là tỉ lệ khối lượng mol”

$$d_{A/B} = \frac{M_A}{M_B}$$

Không phức tạp, chỉ là phép chia đơn giản!

Nhớ khối lượng mol các khí chuẩn

Liên hệ nhanh giữa $d/H_2$ và $d/kk$

$$d_{/H_2} = 14.5 \times d_{/kk}$$

Cách nhớ: $\frac{29}{2} = 14.5$

Ví dụ: Nếu $d/kk = 2$ thì $d/H_2 = 2 \times 14.5 = 29$

Công thức phổ biến nhất

$$M = 29 \times d_{/kk}$$

Nhân với 29 để ra khối lượng mol!

2. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Nhầm công thức tỉ khối

Sai:

• $d_{A/H_2} = \frac{2}{M_A}$ ❌

Đúng:

• $d_{A/H_2} = \frac{M_A}{2}$ ✓

Cách nhớ: Khí A ở tử số, khí so sánh (H₂) ở mẫu số.

❌ SAI LẦM 2: Quên đơn vị hoặc ghi đơn vị sai

Lưu ý:

• Tỉ khối: Không có đơn vị (là tỉ số)
• Khối lượng mol: Có đơn vị g/mol

Sai: $d = 16$ g/mol ❌
Đúng: $d = 16$ (không đơn vị) ✓

❌ SAI LẦM 3: Nhầm %V và %m trong hỗn hợp khí

Với hỗn hợp khí:

• $\%V = \%n$ (phần trăm thể tích = phần trăm số mol) ✓
• $\%V \neq \%m$ (phần trăm thể tích ≠ phần trăm khối lượng) ⚠️

Ví dụ: Hỗn hợp có 50% thể tích N₂ nghĩa là 50% số mol N₂, nhưng không phải 50% khối lượng.

❌ SAI LẦM 4: Tính sai $\overline{M}$ hỗn hợp

Sai: $$\overline{M} = \frac{M_1 + M_2}{2}$$ ❌ (chỉ đúng khi số mol bằng nhau)

Đúng: $$\overline{M} = \frac{n_1M_1 + n_2M_2}{n_1 + n_2}$$ ✓ (phải có trọng số $n_i$)

❌ SAI LẦM 5: Quên kiểm tra kết quả

Sau khi tính, cần kiểm tra:

• Tỉ khối $d > 0$
• $\overline{M}{hh}$ nằm giữa $M{min}$ và $M_{max}$
• Khí nhẹ hơn kk: $d < 1$, nặng hơn kk: $d > 1$

3. Kiểm tra kết quả

Kiểm tra logic:

• Tỉ khối luôn dương: $d > 0$
• Khí nhẹ hơn không khí: $d < 1$ → Bay lên
• Khí nặng hơn không khí: $d > 1$ → Chìm xuống
• $\overline{M}$ phải hợp lý: $M_{min} \leq \overline{M} \leq M_{max}$

Kiểm tra công thức:

$$d_{A/H_2} = 14.5 \times d_{A/kk}$$

Nếu tính được một trong hai, có thể tính cái kia để kiểm tra.

Kiểm tra đơn vị:

• Tỉ khối: không đơn vị
• M: g/mol
• n: mol
• %V, %n: phần trăm (%)

VIII. ỨNG DỤNG THỰC TẾ

1. Bóng bay và khí cầu

Nguyên lý: Sử dụng khí có tỉ khối nhỏ hơn 1 so với không khí để bay lên.

Các loại khí:

Ứng dụng:

• Bóng bay đồ chơi: He
• Khí cầu mạo hiểm: Khí nóng
• Khinh khí cầu du lịch: Khí nóng

2. Khí thải gây ô nhiễm

Nguyên lý: Khí nặng hơn không khí ($d > 1$) chìm xuống, tích tụ ở tầng thấp.

Các khí nguy hiểm:

Biện pháp an toàn:

• Thông gió tầng thấp cho khí nặng
• Cảnh báo nguy hiểm trong hầm, giếng
• Sử dụng thiết bị đo khí

3. An toàn lao động

Quy tắc vàng:

• Khí độc nhẹ (NH₃, H₂S) → Bay lên → Thông gió ở trên cao
• Khí độc nặng (Cl₂, SO₂, CO₂) → Chìm xuống → Thông gió ở tầng thấp

Ví dụ thực tế:

Nhà máy sản xuất amoniac (NH₃):

• $M_{NH_3} = 17$ g/mol → $d/kk = 0.59 < 1$
• Amoniac bay lên → Lắp quạt thông gió ở trần nhà

Nhà máy sản xuất clo (Cl₂):

• $M_{Cl_2} = 71$ g/mol → $d/kk = 2.45 > 1$
• Clo chìm xuống → Lắp quạt thông gió ở sàn nhà

4. Tách và tinh chế khí

Nguyên lý: Dựa vào sự khác biệt về khối lượng mol để tách các khí.

Phương pháp:

• Khuếch tán: Khí nhẹ khuếch tán nhanh hơn
• Ly tâm: Khí nặng bị đẩy ra ngoài
• Chưng cất phân đoạn: Dựa vào nhiệt độ sôi

Ứng dụng:

• Làm giàu uranium (U-235/U-238)
• Tách không khí thành N₂, O₂
• Sản xuất khí công nghiệp

IX. KẾT LUẬN

Tổng kết

Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết về công thức tỉ khối khí:

Định nghĩa cơ bản: $$d_{A/B} = \frac{M_A}{M_B}$$

Tỉ khối so với các khí chuẩn:

• So với H₂: $d_{A/H_2} = \frac{M_A}{2}$ → $M_A = 2d_{A/H_2}$
• So với không khí: $d_{A/kk} = \frac{M_A}{29}$ → $M_A = 29d_{A/kk}$
• So với O₂: $d_{A/O_2} = \frac{M_A}{32}$ → $M_A = 32d_{A/O_2}$

Hỗn hợp khí: $$\overline{M} = \frac{n_1M_1 + n_2M_2 + …}{n_1 + n_2 + …}$$ $$d_{hh/kk} = \frac{\overline{M}}{29}$$

Liên hệ giữa các tỉ khối: $$d_{/H_2} = 14.5 \times d_{/kk}$$

Ứng dụng: Tìm M, tìm CTPT, phân tích hỗn hợp, giải thích hiện tượng thực tế

Công thức QUAN TRỌNG NHẤT cần nhớ

Top 3 công thức vàng:

1. $$\boxed{d_{A/kk} = \frac{M_A}{29} \Rightarrow M_A = 29 \times d_{A/kk}}$$
2. $$\boxed{d_{A/H_2} = \frac{M_A}{2} \Rightarrow M_A = 2 \times d_{A/H_2}}$$
3. $$\boxed{\overline{M} = \frac{n_1M_1 + n_2M_2 + …}{n_1 + n_2 + …}}$$

Nhớ: H₂ = 2, không khí = 29, O₂ = 32!

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định