Hóa học lý thuyết: ΔH và mol

Phân tử khối của CO₂ là 12+16×2=44, nên 0.50 mol có khối lượng 44×0.50=22 g. Đáp án 44 g là bẫy dành cho ai nhầm với 1 mol. Cách nhớ: cứ áp dụng máy móc công thức “khối lượng ＝ khối lượng mol × số mol”.

Ở điều kiện tiêu chuẩn, 1 mol khí bất kì chiếm khoảng 22.4 L, nên 11.2÷22.4=0.50 mol. Chia ngược lại thành 22.4÷11.2=2.0 là lỗi kinh điển. Cách nhớ: nhớ đúng chiều của phép chia — “thể tích ÷ 22.4”.

Nồng độ mol × thể tích (L) ＝ số mol, nên 0.20×0.500=0.10 mol. Lỗi điển hình là quên đổi 500 mL thành 0.5 L rồi trả lời 0.20 mol. Mẹo: việc đầu tiên luôn là đổi mL→L.

Lấy 1 L ＝ 1000 cm³ dung dịch thì khối lượng là 1800 g; 98% khối lượng đó là H₂SO₄, tức 1764 g; chia cho phân tử khối 98 được 18 mol/L. Nếu quên nhân với khối lượng riêng sẽ ra các đáp án sai như 1.8. Cách nhớ: giải theo ba bước “lấy 1 L → khối lượng dung dịch → khối lượng chất tan → số mol”.

Từ PV=nRT ta có n=PV/RT=(8.3×10⁴×3.0)/(8.3×10³×300)=0.10 mol. Nếu thay thẳng số 27 vào thì kết quả sai hẳn bậc độ lớn. Nguyên tắc bất di bất dịch: đổi sang nhiệt độ tuyệt đối T=27+273=300 K.

Mỗi phân tử nước có 2 nguyên tử H, nên 6.0×10²³×2=1.2×10²⁴ nguyên tử. Giá trị 6.0×10²³ là bẫy: đó là số phân tử chứ không phải số nguyên tử. Cách nhớ: đừng bao giờ quên “số phân tử × số nguyên tử trong một phân tử”.

Lấy trung bình có trọng số theo phần mol: 28×0.80＋32×0.20＝22.4＋6.4＝28.8. Trung bình cộng đơn thuần 30.0 là bẫy lớn nhất. Cách nhớ: phân tử khối trung bình của không khí khoảng 29 — con số này rất tiện để kiểm tra lại kết quả.

Trong mạng lập phương tâm khối, nguyên tử ở tâm tiếp xúc với 8 nguyên tử ở các đỉnh của hình lập phương, nên số phối trí là 8. Con số 12 là số phối trí của mạng lập phương tâm diện và của cấu trúc lục phương chặt khít, rất dễ nhầm. Cách nhớ: học thành cặp “tâm khối ＝ 8, tâm diện và lục phương ＝ 12”.

8 đỉnh×1/8＋6 tâm mặt×1/2＝1＋3＝4 nguyên tử. Nếu đếm nguyên tử ở đỉnh hay ở mặt là trọn 1 nguyên tử thì sẽ ra 8 hoặc 6. Cách nhớ: luôn dùng phần đóng góp cho ô mạng cơ sở — đỉnh 1/8, mặt 1/2, cạnh 1/4.

Trong than chì, 1 trong 4 electron hóa trị của mỗi nguyên tử carbon có thể chuyển động tự do trong cấu trúc lớp phẳng, nhờ đó than chì dẫn điện. Kim cương cũng do carbon tạo nên nhưng toàn bộ electron đều dùng để tạo liên kết nên nó là chất cách điện. Cách nhớ: “than chì là ngoại lệ duy nhất trong các tinh thể cộng hóa trị”.

Nguyên tử H gắn với O (nguyên tố có độ âm điện lớn) tạo liên kết hydrogen với nguyên tử O của phân tử bên cạnh, nên phải cung cấp năng lượng lớn mới tách được các phân tử ra. Độ bền của liên kết cộng hóa trị là chuyện khác với nhiệt độ sôi (vốn liên quan đến việc kéo các phân tử rời nhau), đừng để bị đánh lừa. Cách nhớ: “H gắn với F, O hoặc N thì có liên kết hydrogen”.

Liên kết được tạo ra khi nguyên tử N một mình đưa cặp electron chưa liên kết của nó cho H⁺ chính là liên kết cho - nhận. Một ý cũng hay được hỏi: sau khi đã hình thành, liên kết này hoàn toàn không phân biệt được với ba liên kết cộng hóa trị N–H còn lại. Cách nhớ: “liên kết cộng hóa trị mà cặp electron chỉ do một bên đưa ra ＝ liên kết cho - nhận”.

Trong mạng lập phương tâm diện, các nguyên tử tiếp xúc nhau dọc theo đường chéo của một mặt, và độ dài đường chéo đó √2a bằng 4 lần bán kính. Hệ thức √3a là của mạng lập phương tâm khối (tiếp xúc dọc đường chéo khối), đây là bẫy hay gặp nhất. Cách nhớ: vẽ hình ra — “tâm diện dùng đường chéo mặt, tâm khối dùng đường chéo khối”.

Trong phản ứng tỏa nhiệt, hệ giải phóng năng lượng ra ngoài nên enthalpy của hệ giảm, do đó ΔH mang dấu âm. Trong các phương trình nhiệt hóa học kiểu cũ, nhiệt tỏa ra được viết là ＋Q nên dấu bị ngược lại — đây là điểm gây nhầm lẫn lớn nhất. Cách nhớ: “năng lượng đi ra khỏi hệ nên mang dấu trừ”.

Mỗi 1 mol tỏa ra 891 kJ, nên 0.50 mol tỏa ra 891×0.50≒446 kJ. Chú ý: dù ΔH mang dấu âm thì “lượng nhiệt tỏa ra” vẫn được trả lời bằng một giá trị dương. Cách nhớ: xử lí bằng công thức “nhiệt lượng ＝ |ΔH| × số mol”.

Phản ứng cần tìm ＝ (phương trình 1)−(phương trình 2), nên ΔH＝−394−(−283)＝−111 kJ. Cộng hai giá trị lại thành −677 là lỗi điển hình. Cách nhớ: nắm thao tác của định luật Hess — “trừ các phương trình sao cho CO₂ bị triệt tiêu”.

Chất xúc tác mở ra một con đường khác có năng lượng hoạt hóa thấp hơn, làm tăng tỉ lệ phân tử vượt qua được “đèo” năng lượng. Bẫy quen thuộc là ΔH (hiệu giữa điểm đầu và điểm cuối), đại lượng mà chất xúc tác không hề làm thay đổi. Cách nhớ: hình dung “chất xúc tác hạ thấp con đèo chứ không làm thay đổi độ sâu của thung lũng”.

Khi nhiệt độ tăng, phân bố động năng của các phân tử dịch về phía năng lượng cao, nên tỉ lệ phân tử vượt qua được “đèo” tăng vọt. Bản thân năng lượng hoạt hóa không đổi theo nhiệt độ (chỉ chất xúc tác mới làm nó đổi). Cách nhớ: phân biệt rõ “nhiệt độ → tăng tỉ lệ phân tử; chất xúc tác → hạ thấp con đèo”.

Sự hòa tan ammonium nitrate lấy nhiệt từ môi trường xung quanh, là biến đổi thu nhiệt và được dùng làm túi chườm lạnh. Sự cháy, sự trung hòa và sự oxi hóa kim loại đều là những phản ứng tỏa nhiệt tiêu biểu. Cách nhớ: học thành một cụm “túi chườm lạnh ＝ hòa tan NH₄NO₃ ＝ ΔH＞0”.

Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm tổng số phân tử khí (vế trái 4 phân tử → vế phải 2 phân tử) để chống lại sự tăng áp suất. Chú ý: thay đổi áp suất không làm thay đổi hằng số cân bằng. Cách nhớ: xét theo “nguyên lí Le Chatelier ＝ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi”.

Khi đun nóng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (phản ứng nghịch, sang trái) để hấp thụ nhiệt và chống lại sự tăng nhiệt độ. Không phải “tăng nhiệt độ thì phản ứng nhanh hơn nên chuyển sang phải”. Cách nhớ: tách bạch hai chuyện khác nhau — tốc độ phản ứng và chiều chuyển dịch cân bằng.

Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch với cùng một tỉ lệ, nên cả vị trí cân bằng lẫn hằng số cân bằng đều không đổi. Nghĩ rằng “dùng chất xúc tác thì thu được nhiều NH₃ hơn” là sai lầm điển hình. Cách nhớ: lợi ích duy nhất của chất xúc tác là “đến trạng thái cân bằng sớm hơn”.

Hằng số cân bằng bằng “sản phẩm ／ chất phản ứng”, mỗi nồng độ được nâng lên lũy thừa bằng hệ số của chất đó. Đem hệ số đi nhân, hoặc quên mất số mũ, là những lỗi quen thuộc. Cách nhớ: vừa lập biểu thức vừa nhẩm “hệ số leo lên vai làm số mũ”.

Vì tạo ra 1.6 mol HI nên H₂ và I₂ mỗi chất đã phản ứng 0.80 mol, còn lại mỗi chất 0.20 mol. K＝(1.6)²／(0.20×0.20)＝2.56／0.04＝64 (phản ứng này có số phân tử hai vế bằng nhau nên thể tích bị giản ước). Cách nhớ: lập bảng theo lượng phản ứng x là con đường chính thống của bài toán cân bằng; nếu lấy HI＝2x thành x thì sẽ ra những đáp án như 16.

[H⁺]＝nồng độ×độ điện li＝0.10×0.010＝1.0×10⁻³ mol/L, nên pH＝3. Bẫy lớn nhất là bỏ qua độ điện li và coi như acid mạnh để ra pH＝1. Cách nhớ: dùng riêng cho từng loại — “acid yếu thì cα, acid mạnh thì lấy luôn nồng độ”.

pH＝12 nghĩa là [H⁺]＝10⁻¹² mol/L, từ tích số ion của nước suy ra [OH⁻]＝10⁻¹⁴÷10⁻¹²＝10⁻² mol/L. Trả lời 10⁻¹², tức chính giá trị của [H⁺], là bẫy. Cách nhớ: dùng “pH＋pOH＝14” thì có ngay pOH＝2.

Lấy H là ＋1 và O là −2, ta có (＋1)×2＋S＋(−2)×4＝0, suy ra S＝＋6. Rất dễ nhầm với ＋4 trong SO₂ hoặc −2 trong H₂S. Cách nhớ: giải ngược từ nguyên tắc “tổng số oxi hóa trong một hợp chất ＝ 0”.

Lấy O là −2, ta có Mn＋(−2)×4＝−1, suy ra Mn＝＋7. Với ion, nhiều bạn quên rằng tổng số oxi hóa phải bằng điện tích của ion nên bị lệch về phía ＋8. Cách nhớ: học kèm lí do — KMnO₄ là chất oxi hóa rất mạnh chính vì Mn đang ở số oxi hóa cao nhất ＋7.

Chỉ những kim loại đứng trước H₂ trong dãy hoạt động hóa học mới phản ứng với dung dịch acid loãng và giải phóng hydrogen. Zn đứng bên trái H còn Cu đứng bên phải H, nên Cu không tan. Cách nhớ: thuộc lòng dãy K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au bằng câu “Khi Nào Cần May Áo Záp Sắt Nhớ Sang Phố Hỏi Cửa Hàng Á Phi Âu”, và luôn xác định rõ vị trí của H.

Zn hoạt động mạnh hơn nên tan ra thành Zn²⁺ (bị oxi hóa) và nhường electron, do đó Zn là cực âm. Rất dễ lẫn lộn mối tương ứng “điện cực mà electron đi ra ＝ cực âm ＝ nơi xảy ra sự oxi hóa”. Cách nhớ: “kim loại hoạt động mạnh hơn (đứng trước trong dãy hoạt động hóa học) làm cực âm”.

Khi phóng điện, lead(II) sulfate PbSO₄ sinh ra và bám lên bề mặt của cả hai điện cực nên cả hai đều tăng khối lượng. Bẫy ở chỗ nhiều bạn nghĩ “kim loại tan ra nên khối lượng giảm”: thực ra Pb²⁺ không đi vào dung dịch mà biến ngay thành PbSO₄ tại chỗ. Cách nhớ: học thành cụm “phóng điện ＝ PbSO₄ bám lên cả hai cực nên cả hai đều nặng thêm, còn dung dịch sulfuric acid thì loãng dần”.

Na⁺ hoạt động quá mạnh nên không bị khử; thay vào đó nước bị khử và H₂ thoát ra. Nghĩ rằng “đây là cực âm nên Na sẽ bám vào” là sai lầm điển hình. Cách nhớ: “trong dung dịch nước của cation kim loại hoạt động mạnh thì khí thoát ra ở cathode là hydrogen”.

SO₄²⁻ rất khó bị oxi hóa, nên thay vào đó nước bị oxi hóa và O₂ thoát ra. Sự bám của đồng là biến đổi ở cathode, đừng nhầm lẫn hai cực. Cách nhớ: quy tắc phán đoán là “ở anode: có Cl⁻ thì ra Cl₂, không có thì ra O₂ (khi điện cực là Pt hoặc C)”.

Điện lượng là 0.50×1930＝965 C, nên số mol electron là 965÷96500＝0.010 mol. Từ Cu²⁺＋2e⁻→Cu, số mol đồng bằng một nửa số mol electron, tức 0.0050 mol, khối lượng là 0.0050×64＝0.32 g. Cách nhớ: quên hệ số “2e⁻ cho 1 Cu” rồi trả lời 0.64 g là lỗi hay gặp nhất.

Số mol MnO₄⁻ là 0.020×0.010＝2.0×10⁻⁴ mol. Cho số electron nhường bằng số electron nhận thì MnO₄⁻ : H₂O₂＝2 : 5, nên 2.0×10⁻⁴×5/2＝5.0×10⁻⁴ mol. Mặc định tỉ lệ số mol là 1:1 chính là bẫy. Cách nhớ: nguyên tắc bất di bất dịch là xác định hệ số từ “số electron nhận ＝ số electron nhường”.

NH₃ nhẹ hơn không khí và tan rất nhiều trong nước, nên được thu bằng cách đẩy không khí với bình úp ngược. Phương pháp đẩy nước chỉ dùng cho khí ít tan trong nước nên không dùng được cho NH₃. Cách nhớ: phân loại theo ba trường hợp — “nhẹ hơn không khí → úp bình; nặng hơn không khí → ngửa bình; ít tan trong nước → đẩy nước”.

Na cho ngọn lửa màu vàng rực rỡ, nhờ vậy mà từ lâu được dùng làm đèn chiếu sáng trong đường hầm. Màu đỏ là của Li hoặc Sr, lục lam là của Cu, tím đỏ là của K — rất dễ nhầm với nhau. Cách nhớ: học trọn bộ danh sách Li đỏ tía, Na vàng, K tím đỏ, Ca đỏ cam, Sr đỏ son, Ba lục vàng, Cu lục lam.

Cl₂ có màu vàng lục, mùi hắc và được dùng để khử trùng nước máy. NH₃ và H₂S đều không màu (mùi hắc và mùi trứng thối), còn NO₂ có màu nâu đỏ, nên có thể phân biệt bằng màu sắc. Cách nhớ: rất lợi hại nếu nhớ rằng “khí có màu hầu như chỉ gồm Cl₂ (vàng lục), NO₂ (nâu đỏ) và O₃ (xanh nhạt)”.

Cu²⁺ là ion tiêu biểu tạo kết tủa đen CuS ngay cả trong môi trường acid. Zn²⁺ chỉ tạo kết tủa ZnS (màu trắng) trong môi trường trung tính đến base, và sự khác nhau về điều kiện này là bẫy rất hay gặp. Cách nhớ: sắp xếp lại thành “kết tủa được cả trong môi trường acid ＝ kim loại hoạt động yếu (Cu, Ag, Pb…)”.

Tính oxi hóa (khả năng lấy electron) càng mạnh khi càng ở phía trên trong bảng tuần hoàn, nên F₂ mạnh nhất. Vì vậy sục Cl₂ vào dung dịch KBr thì Br₂ được giải phóng (chiều ngược lại không xảy ra). Cách nhớ: gắn với thí nghiệm — “halogen ở trên đẩy được ion halide của halogen ở dưới ra khỏi muối”.

Đây là phản ứng giữa muối của một base yếu với một base mạnh: base yếu NH₃ bị đẩy ra và thoát ra ngoài (cách điều chế kinh điển trong phòng thí nghiệm). Bẫy là thấy chữ “chloride” trong tên chất rồi chọn chlorine hay HCl. Cách nhớ: nguyên lí của các phép điều chế khí này là “kẻ yếu bị kẻ mạnh đẩy ra”.

Ag⁺ tạo với Cl⁻ kết tủa trắng AgCl; do có tính cảm quang nên kết tủa này bị ánh sáng phân hủy và sẫm màu lại (nguyên lí của phim ảnh). Cu²⁺ và Fe³⁺ không tạo kết tủa với hydrochloric acid. Cách nhớ: học thành cụm “ion tạo kết tủa với Cl⁻ là Ag⁺ và Pb²⁺”.

Fe, Ni và Al bị thụ động hóa trong nitric acid đặc nên phản ứng dừng lại. Bẫy là nghĩ rằng “nitric acid là chất oxi hóa mạnh nên sắt cũng phải tan”; trái lại, đồng và bạc mới là những kim loại tan được trong nitric acid đặc. Cách nhớ: học ba kim loại thụ động thành một cụm Fe – Ni – Al, hình dung chúng “mặc áo giáp oxide” khi gặp nitric acid đặc nguội.

NH₃ là khí có tính base nên phải dùng chất làm khô có tính base là vôi xút. Sulfuric acid đặc và P₄O₁₀ đều có tính acid nên sẽ phản ứng với NH₃; còn calcium chloride tuy trung tính nhưng cũng không dùng được vì nó tạo hợp chất cộng với NH₃ — một ngoại lệ. Cách nhớ: “chất làm khô và khí phải là cặp không ‘cãi nhau’ về acid - base, riêng CaCl₂ × NH₃ là ngoại lệ”.