Máy Tính Tỷ Lệ Mol - Máy Tính Hóa Học Miễn Phí

Máy tính tỉ lệ mol là gì?

Máy tính tỉ lệ mol chuyển đổi khối lượng của hai hoặc nhiều chất hóa học thành số mol, sau đó rút gọn các giá trị mol đó thành một tỉ lệ đơn giản. Công cụ này được dùng trong hóa học lượng pháp, một nhánh của hóa học nghiên cứu lượng các chất tham gia vào phản ứng.

Mol là một đơn vị dùng để đếm các hạt, tương tự như cách “tá” có nghĩa là 12 vật nào đó. Một mol của bất kỳ chất nào cũng chứa khoảng 6,022 × 10²³ hạt, một con số được gọi là hằng số Avogadro. Các nhà hóa học dùng mol thay vì gam vì phản ứng hóa học diễn ra giữa số lượng hạt cố định, không phải khối lượng cố định.

Công thức tỉ lệ mol

Máy tính thực hiện theo ba bước.

Bước 1: Chuyển đổi khối lượng thành số mol. Với mỗi chất:

$\text{số mol} = \frac{\text{khối lượng (g)}}{\text{khối lượng mol (g/mol)}}$

Khối lượng mol, còn gọi là khối lượng phân tử, là khối lượng của một mol chất. Giá trị này được tính bằng cách cộng khối lượng nguyên tử của mọi nguyên tử trong công thức hóa học.

Bước 2: Chia cho giá trị mol nhỏ nhất. Sau khi mọi chất đã được chuyển đổi thành số mol, máy tính tìm giá trị nhỏ nhất trong các giá trị đó và chia số mol của từng chất cho giá trị này:

$\text{tỉ lệ của một chất} = \frac{\text{số mol của chất đó}}{\text{giá trị mol nhỏ nhất}}$

Kết quả là mỗi chất có một con số tương ứng với các chất khác, trong đó chất có lượng nhỏ nhất luôn bằng 1.

Bước 3: Khử các phân số. Phép chia cho giá trị nhỏ nhất thường để lại một phân số, chẳng hạn 1,5 hoặc 1,33. Sau đó, máy tính nhân mọi giá trị với cùng một số nguyên dương, lần lượt thử 1, 2, 3 và tiếp tục cho đến 12, rồi chọn hệ số đầu tiên biến toàn bộ tập giá trị thành các số nguyên. Cho phép sai số làm tròn nhỏ: sau khi nhân, mỗi giá trị phải nằm trong phạm vi 0,01 lần hệ số tính từ một số nguyên, và không được lệch quá 0,1. Đây là cách chuẩn để các nhà hóa học chuyển 1 : 1,5 thành 2 : 3.

Vì sử dụng hệ số nhỏ nhất có thể, đáp án đã ở dạng tối giản. Không cần rút gọn thêm.

Nếu không có hệ số nào đến 12 khử được các phân số, máy tính giữ nguyên các giá trị. Mọi giá trị nằm trong phạm vi 0,01 so với một số nguyên sẽ được làm tròn thành số nguyên đó; các giá trị còn lại được hiển thị với hai chữ số thập phân.

Cách tính tỉ lệ mol: ví dụ có lời giải

Giả sử một nhà hóa học trộn 36 g nước (H₂O, khối lượng mol 18 g/mol) với 58,5 g muối ăn (NaCl, khối lượng mol 58,5 g/mol).

1. Số mol của H₂O = 36 ÷ 18 = 2 mol
2. Số mol của NaCl = 58,5 ÷ 58,5 = 1 mol
3. Giá trị nhỏ nhất là 1 mol (NaCl), nên tỉ lệ của H₂O là 2 ÷ 1 = 2, còn tỉ lệ của NaCl là 1 ÷ 1 = 1
4. Cả hai giá trị đã là số nguyên, nên tỉ lệ mol cuối cùng là 2 H₂O : 1 NaCl

Ví dụ có phân số

Phép chia cho giá trị nhỏ nhất không phải lúc nào cũng cho ra các số nguyên. Xét 100 g chất A, 30 g chất B và 20 g chất C, tất cả đều có khối lượng mol bằng 10 g/mol:

1. Số mol: A = 100 ÷ 10 = 10, B = 30 ÷ 10 = 3, C = 20 ÷ 10 = 2
2. Giá trị nhỏ nhất là 2 mol (C), nên các tỉ lệ là A = 10 ÷ 2 = 5, B = 3 ÷ 2 = 1,5, C = 2 ÷ 2 = 1
3. 1,5 không phải là số nguyên, nên mọi giá trị được nhân với 2: A = 10, B = 3, C = 2
4. Tỉ lệ mol cuối cùng là 10 A : 3 B : 2 C

Ví dụ vẫn giữ dạng thập phân

Một số hỗn hợp không có tỉ lệ số nguyên đơn giản. Với 10 g A và 16,5 g B, cả hai đều có khối lượng mol bằng 10 g/mol, số mol lần lượt là 1 và 1,65. Phân số 1,65 bằng 33/20, còn 20 lớn hơn mọi hệ số mà máy tính thử, nên không thể khử phân số này. Kết quả được hiển thị là 1 A : 1,65 B.

Cách sử dụng máy tính

1. Nhập tên hoặc công thức của từng chất, khối lượng tính bằng gam và khối lượng mol tính bằng g/mol.
2. Máy tính bắt đầu với hai hàng chất chứa ví dụ nước và muối ở trên. Chọn “Thêm chất” để thêm hàng, hoặc “Xóa” để xóa một hàng (phải giữ lại ít nhất hai hàng).
3. Kết quả tự động xuất hiện khi mọi hàng đều có tên, khối lượng lớn hơn không và khối lượng mol lớn hơn không. Không có nút riêng cần nhấn.
4. Phần kết quả hiển thị tỉ lệ đã rút gọn, giá trị mol được tính cho từng chất và biểu đồ cột so sánh lượng mol.
5. Chọn “Sao chép” để sao chép nội dung tỉ lệ, chẳng hạn “2 H2O : 1 NaCl”, vào bộ nhớ tạm.

Khối lượng và khối lượng mol đều phải là số dương; trường có giá trị bằng không hoặc để trống sẽ khiến kết quả bị ẩn cho đến khi được sửa.

Vì sao tỉ lệ mol quan trọng

Tỉ lệ mol xuất phát từ các phương trình hóa học đã cân bằng và mô tả số hạt của mỗi chất tham gia vào một phản ứng. Vì phản ứng diễn ra theo từng hạt, không phải theo từng gam, tỉ lệ biểu diễn bằng mol phản ánh đúng hóa học thực tế, còn tỉ lệ biểu diễn bằng gam thì không.

Học sinh dùng phép tính tỉ lệ mol để kiểm tra bài tập về hóa học lượng pháp và chuẩn bị thuốc thử cho thí nghiệm trong phòng thí nghiệm theo đúng tỉ lệ. Các nhà hóa học trong nghiên cứu và sản xuất cũng dùng phép tính này để lập kế hoạch lượng nguyên liệu ban đầu cần cho một quá trình tổng hợp, tránh lãng phí chất phản ứng và xác nhận tỉ lệ thành phần trong công thức thành phẩm, chẳng hạn muối dược chất hoặc hỗn hợp phân bón.

Bối cảnh

Jeremias Benjamin Richter đặt ra từ “stoichiometry” (hóa học lượng pháp) vào 1792 khi nghiên cứu các tỉ lệ cố định trong đó các chất phản ứng với nhau. Vào 1799, Joseph Proust chỉ ra rằng một hợp chất hóa học nhất định luôn chứa cùng các nguyên tố theo cùng một tỉ lệ khối lượng, một quy tắc nay được gọi là định luật thành phần không đổi. Thuyết nguyên tử của John Dalton, được công bố từ 1803, giải thích điều này bằng cách cho rằng các nguyên tố kết hợp theo những tỉ lệ số nguyên nhỏ của các nguyên tử, cũng chính là ý tưởng mà máy tính tỉ lệ mol áp dụng ngày nay.

Bản thân khái niệm mol xuất hiện sau đó. Năm 1811, Amedeo Avogadro đề xuất rằng các thể tích khí bằng nhau ở cùng nhiệt độ và áp suất chứa số hạt bằng nhau, đặt nền tảng cho việc đếm bằng mol. Từ “mol” do Wilhelm Ostwald đặt ra vào khoảng 1900, và mol trở thành một đơn vị cơ bản chính thức của SI vào 1971.

Các câu hỏi thường gặp

Tỉ lệ mol là gì? Tỉ lệ mol là mối quan hệ giữa số mol của hai hoặc nhiều chất trong một phản ứng hoặc hỗn hợp hóa học. Nó cho biết số hạt của một chất tương ứng với bao nhiêu hạt của chất khác.

Tính tỉ lệ mol từ khối lượng như thế nào? Chia khối lượng của mỗi chất cho khối lượng mol của chất đó để có số mol. Chia mọi giá trị mol cho giá trị nhỏ nhất. Nếu kết quả còn phân số, nhân mọi giá trị với số nguyên dương nhỏ nhất biến tất cả chúng thành số nguyên.

Tỉ lệ mol khác tỉ lệ khối lượng như thế nào? Tỉ lệ mol so sánh các chất theo số lượng hạt (mol). Tỉ lệ khối lượng so sánh chúng theo khối lượng (gam). Phản ứng xảy ra giữa các số lượng hạt cố định, vì vậy tỉ lệ mol, không phải tỉ lệ khối lượng, phù hợp với phương trình hóa học đã cân bằng.

Tại sao chuyển đổi khối lượng thành mol thay vì chỉ dùng gam? Phản ứng hóa học kết hợp các số lượng nguyên tử hoặc phân tử cố định, không phải các khối lượng cố định. Chuyển đổi khối lượng thành mol biến một giá trị có thể đo bằng cân thành một giá trị phản ánh số hạt thực sự có mặt.

Tại sao máy tính đôi khi hiển thị số thập phân thay vì số nguyên? Máy tính thử các hệ số từ 1 đến 12 để khử một phân số. Một tỉ lệ như 1 : 1,65 cần hệ số 20, nằm ngoài phạm vi đó, nên giá trị được hiển thị dưới dạng thập phân thay vì bị ép thành một tỉ lệ số nguyên không chính xác. Sai số đo trong khối lượng cũng có thể khiến một tỉ lệ thực tế lệch quá xa khỏi một phân số đơn giản để được nhận diện.

Tính khối lượng mol của một hợp chất như thế nào? Khối lượng mol là tổng khối lượng nguyên tử của mọi nguyên tử trong công thức, lấy từ bảng tuần hoàn. Với một chất ngậm nước như CuSO₄·5H₂O, các phân tử nước được tính vào tổng khối lượng.

Tài liệu tham khảo

1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M. và Stoltzfus, M. W. (2017). Hóa học: Khoa học trung tâm (lần xuất bản thứ 14). Pearson.
2. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (ấn bản lần thứ 12). McGraw-Hill Education.
3. IUPAC. (2019). Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book"). https://goldbook.iupac.org/
4. Văn phòng Quốc tế về Cân đo. Hệ đơn vị quốc tế (SI), định nghĩa về mol.