ĐỊNH LUẬT TRỌNG LƯỢNG CỦA HÓA HỌC LÀ GÌ? (VÍ DỤ) - HÓA HỌC - 2026

Các định luật chung của hóa học là những định luật đã chỉ ra rằng khối lượng của các chất tham gia phản ứng không làm như vậy một cách tùy ý hoặc ngẫu nhiên; nhưng bằng cách duy trì một tỷ lệ toán học không đổi của các số nguyên hoặc bội của chúng, trong đó các nguyên tử của các nguyên tố không được tạo ra hoặc bị phá hủy.

Trong quá khứ, việc thiết lập những luật này đòi hỏi những nỗ lực lập luận phi thường; bởi vì mặc dù bây giờ nó có vẻ quá rõ ràng, trước khi khối lượng nguyên tử và phân tử của các nguyên tố hoặc hợp chất, tương ứng, thậm chí còn chưa được biết đến.

Nguồn: Jeff Keyzer từ Austin, TX, USA

Vì không biết chính xác một mol nguyên tử của mỗi nguyên tố bằng bao nhiêu, các nhà hóa học trong thế kỷ 18 và 19 phải dựa vào khối lượng chất phản ứng. Vì vậy, các cân phân tích thô sơ (hình trên) là người bạn đồng hành không thể tách rời trong hàng trăm thí nghiệm cần thiết để thiết lập các định luật trọng lượng.

Chính vì lý do này mà khi bạn nghiên cứu các định luật hóa học này, bạn bắt gặp các phép đo khối lượng ở mọi thời điểm. Nhờ đó, ngoại suy kết quả của các thí nghiệm, người ta phát hiện ra rằng các hợp chất hóa học tinh khiết luôn được tạo thành với cùng một tỷ lệ khối lượng của các nguyên tố tạo thành chúng.

Định luật bảo toàn khối lượng

Định luật này nói rằng trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất phản ứng bằng tổng khối lượng của các sản phẩm; miễn là hệ được coi là đóng và không có sự trao đổi khối lượng và năng lượng với môi trường xung quanh.

Trong phản ứng hoá học, các chất không mất đi mà chuyển hoá thành chất khác có khối lượng bằng nhau; do đó có câu nổi tiếng: "không có gì được tạo ra, không có gì bị phá hủy, mọi thứ đều được biến đổi".

Trong lịch sử, định luật bảo toàn khối lượng trong một phản ứng hóa học lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1756 bởi Mikhail Lomonsov, người đã đưa ra kết quả các thí nghiệm của mình trên tạp chí của mình.

Sau đó vào năm 1774, Antoine Levoisier, nhà hóa học người Pháp, đã trình bày kết quả thí nghiệm của mình cho phép xác lập điều này; mà một số người còn gọi là Định luật Lavoisier.

-Thí nghiệm đẹp hơn

Vào thời Lavoisier (1743-1794), có Thuyết Phlogiston, theo đó các cơ thể có khả năng bắt lửa hoặc cháy. Các thí nghiệm của Lavoisier có thể loại bỏ lý thuyết này.

Lavoisier đã tiến hành nhiều thí nghiệm đốt cháy kim loại. Ông cẩn thận cân các vật liệu trước và sau khi đốt trong một thùng kín, nhận thấy có sự tăng trọng rõ rệt.

Nhưng Lavoiser, dựa trên kiến ​​thức của mình về vai trò của oxy trong quá trình cháy, kết luận rằng sự tăng trọng lượng trong quá trình cháy là do sự kết hợp của oxy vào vật liệu cháy. Khái niệm về oxit kim loại ra đời.

Do đó, tổng khối lượng của kim loại bị đốt cháy và của oxi không đổi. Kết luận này cho phép thành lập Luật Bảo tồn Thánh lễ.

-Bộ cân bằng của phương trình

Định luật Bảo toàn khối lượng thiết lập sự cần thiết phải cân bằng các phương trình hóa học, đảm bảo rằng số lượng của tất cả các nguyên tố tham gia vào một phản ứng hóa học, cả dưới dạng chất phản ứng hoặc dưới dạng sản phẩm, là hoàn toàn giống nhau.

Đây là một yêu cầu thiết yếu đối với độ chính xác của các phép tính phân số được thực hiện.

-Tính toán

Nốt ruồi nước

Trong quá trình đốt cháy 5 mol khí metan trong oxi dư có thể tạo ra bao nhiêu mol nước? Đồng thời chứng tỏ rằng định luật bảo toàn vật chất là đúng.

CH ₄ + 2 O ₂ => CO ₂ + 2 H ₂ O

Quan sát phương trình cân bằng của phản ứng, kết luận rằng 1 mol metan tạo ra 2 mol nước.

Bài toán có thể được giải trực tiếp bằng một cách tiếp cận đơn giản, vì chúng ta không có 1 mol mà có 5 mol CH ₄ :

Số mol nước = 5 mol CH ₄ (2 mol H ₂ O / 1 mol CH ₄ )

= 10

Điều này sẽ tương đương với 180 g H ₂ O. Cũng có 5 mol hoặc 220 g CO _{2 được tạo thành} , tương đương với tổng khối lượng của 400 g sản phẩm.

Như vậy, để định luật bảo toàn vật chất được thực hiện, 400 g thuốc thử phải phản ứng; không nhiều không ít. Trong số 400 g này, 80 g tương ứng với 5 mol CH ₄ (nhân với khối lượng phân tử của nó là 16 g / mol) và 320 g tương ứng với 10 mol O ₂ (theo cách tương ứng với khối lượng phân tử của nó là 32 g / mol ).

Đốt ruy băng magiê

Người ta đốt cháy một dải ruy-băng 1,50 g magie trong một bình kín chứa 0,80 g oxi. Sau khi đốt cháy, trong bình còn lại 0,25 g oxi. a) Khối lượng oxi đã phản ứng là bao nhiêu? b) Có bao nhiêu magie oxit được tạo thành?

Khối lượng oxi đã phản ứng thu được bằng một hiệu số đơn giản.

Khối lượng oxy tiêu thụ = (khối lượng ban đầu - khối lượng còn lại) oxy

= 0,80 g - 0,25 g

= 0,55 g O ₂ (a)

Theo định luật bảo toàn khối lượng,

Khối lượng magie oxit = khối lượng magie + khối lượng oxi

= 1,50 g + 0,55 g

= 2,05 g MgO (b)

Luật tỷ lệ xác định

Joseph Louis Proust (1754-1826), nhà hóa học người Pháp, nhận ra rằng trong một phản ứng hóa học, các nguyên tố hóa học luôn phản ứng theo những tỷ lệ cố định về khối lượng để tạo thành một hợp chất tinh khiết cụ thể; do đó, thành phần của nó là không đổi, bất kể nguồn gốc hoặc xuất xứ, hoặc làm thế nào nó được tổng hợp.

Proust vào năm 1799 đã đưa ra định luật về tỷ lệ xác định, trong đó nói rằng: "Khi hai hoặc nhiều nguyên tố kết hợp để tạo thành một hợp chất, chúng sẽ làm như vậy theo một tỷ lệ khối lượng cố định." Vì vậy, mối quan hệ này là cố định và không phụ thuộc vào chiến lược sau khi điều chế hợp chất.

Định luật này còn được gọi là định luật thành phần không đổi, phát biểu rằng: "Mọi hợp chất hóa học ở trạng thái tinh khiết luôn chứa các nguyên tố giống nhau, theo tỷ lệ khối lượng không đổi".

- Tuân thủ luật pháp

Sắt (Fe) phản ứng với lưu huỳnh (S) để tạo thành sunfua sắt (FeS), có thể lưu ý ba trường hợp (1, 2 và 3):

Để tìm tỷ lệ các nguyên tố kết hợp, hãy chia khối lượng lớn hơn (Fe) cho khối lượng nhỏ hơn (S). Tính toán đưa ra tỷ lệ 1,75: 1. Giá trị này được lặp lại trong ba điều kiện đã cho (1, 2 và 3), trong đó tỷ lệ tương tự thu được mặc dù sử dụng các khối lượng khác nhau.

Tức là 1,75 g Fe kết hợp với 1,0 g S tạo ra 2,75 g FeS.

-Các ứng dụng

Bằng cách áp dụng định luật này, người ta có thể biết chính xác khối lượng của các nguyên tố phải được kết hợp để có được khối lượng mong muốn của một hợp chất.

Bằng cách này, có thể thu được thông tin về khối lượng dư của một số nguyên tố tham gia phản ứng hóa học hoặc liệu có thuốc thử hạn chế trong phản ứng hay không.

Ngoài ra, nó được áp dụng để biết thành phần phần trăm của một hợp chất và dựa trên kết quả sau, công thức của một hợp chất có thể được thiết lập.

Thành phần thập phân của một hợp chất

Khí cacbonic (CO ₂ ) được tạo thành trong phản ứng sau:

C + O ₂ => CO ₂

12 g cacbon kết hợp 32 g oxi để tạo ra 44 g cacbon đioxit.

Vì vậy, phần trăm carbon bằng

Phần trăm cacbon = (12 g / 44 g) 100%

= 27,3%

Phần trăm oxy = (32 g / 44 g) 100%

Phần trăm oxy = 72,7%

Sử dụng phát biểu của Định luật Thành phần không đổi, có thể lưu ý rằng cacbon đioxit luôn được tạo thành từ 27,3% cacbon và 72,7% oxi.

-Tính toán

Lưu huỳnh trioxit

Khi cho 4 g và 6 g lưu huỳnh (S) phản ứng với oxi (O) trong các bình khác nhau, thu được 10 g và 15 g lưu huỳnh trioxit (SO ₃ ) tương ứng .

Tại sao lại thu được lượng lưu huỳnh trioxit như vậy mà không phải là các chất khác?

Đồng thời tính khối lượng lưu huỳnh cần dùng để kết hợp với 36 g oxi và khối lượng lưu huỳnh trioxit thu được.

Phần A)

Trong bình thứ nhất 4 lưu huỳnh được trộn với X g oxi thu được 10 g trioxit. Nếu áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có thể giải được khối lượng oxi kết hợp với lưu huỳnh.

Khối lượng oxi = 10 g oxi trioxit - 4 g lưu huỳnh.

= 6 g

Trong bình 2 6 g lưu huỳnh được trộn với X g oxi thu được 15 lưu huỳnh trioxit.

Khối lượng oxi = 15 g lưu huỳnh trioxit - 6 g lưu huỳnh

= 9 g

Sau đó, chúng tôi tiến hành tính toán tỷ lệ O / S cho mỗi container:

Tỷ lệ O / S trong tình huống 1 = 6 g O / 4 g S

= 1,5 / 1

Tỷ lệ O / S trong tình huống 2 = 9 g O / 6 g S

= 1,5 / 1

Điều nào phù hợp với những gì được nêu trong quy luật tỉ lệ xác định, nghĩa là các nguyên tố luôn kết hợp với nhau theo cùng một tỉ lệ để tạo thành một hợp chất nhất định.

Do đó, các giá trị thu được là chính xác và tương ứng với việc áp dụng Luật.

Phần b)

Trong phần trước, giá trị 1,5 / 1 đã được tính toán cho tỷ lệ O / S.

g lưu huỳnh = 36 ôxy (1 g lưu huỳnh / 1,5 g ôxy)

= 24 g

g lưu huỳnh trioxit = 36 g oxi + 24 g lưu huỳnh

= 60 g

Clo và magiê

Clo và magiê được kết hợp theo tỷ lệ 2,95 g clo cho mỗi g magiê. a) Xác định khối lượng clo và magie cần thiết để thu được 25 g magie clorua. b) Thành phần phần trăm của magie clorua là?

Phần A)

Dựa trên giá trị 2,95 của tỷ lệ Cl: Mg, có thể thực hiện theo cách sau:

2,95 g Cl + 1 g Mg => 3,95 g MgCl ₂

Sau đó:

g Cl = 25 g MgCl ₂ · (2,95 g Cl / 3,95 g MgCl ₂ )

= 18,67

g Mg = 25 g MgCl ₂ · (1 g Mg / 3,95 g MgCl ₂ )

= 6,33

Sau đó, 18,67 g clo được kết hợp với 6,33 g magie để tạo ra 25 g magie clorua.

Phần b)

Trước hết hãy tính khối lượng phân tử của magie clorua, MgCl ₂ :

Khối lượng phân tử MgCl ₂ = 24,3 g / mol + (2 35,5 g / mol)

= 95,3 g / mol

Phần trăm magiê = (24,3 g / 95,3 g) x 100%

= 25,5%

Phần trăm clo = (71 g / 95,3 g) x 100%

= 74,5%

Luật nhiều tỷ lệ hoặc định luật Dalton

Định luật được đưa ra vào năm 1803 bởi nhà hóa học và khí tượng học người Pháp John Dalton, dựa trên những quan sát của ông về phản ứng của các khí trong khí quyển.

Định luật được phát biểu theo cách sau: "Khi các nguyên tố được kết hợp để tạo ra nhiều hơn một hợp chất, một khối lượng biến đổi của một trong số chúng sẽ tham gia vào khối lượng cố định của hợp chất kia và khối lượng đầu tiên có dạng quan hệ giữa các số chính tắc và không rõ ràng".

Ngoài ra: "Khi hai nguyên tố kết hợp với nhau để tạo ra các hợp chất khác nhau, với một số lượng cố định của một trong số chúng, thì số lượng khác nhau của nguyên tố kia kết hợp với số lượng cố định đó để tạo ra các hợp chất, liên quan đến các số nguyên đơn giản."

John Dalton đã đưa ra mô tả hiện đại đầu tiên về nguyên tử như một thành phần của các nguyên tố hóa học, khi ông chỉ ra rằng các nguyên tố được tạo thành từ các hạt không thể phân chia được gọi là nguyên tử.

Ngoài ra, ông cũng công nhận rằng các hợp chất được hình thành khi các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau theo tỷ lệ số nguyên đơn giản.

Dalton đã hoàn thành các công việc điều tra của Proust. Ông chỉ ra sự tồn tại của hai oxit thiếc, với thành phần phần trăm là 88,1% và 78,7% trong thiếc với thành phần phần trăm oxy tương ứng là 11,9% và 21,3%.

-Tính toán

Nước và hydrogen peroxide

Chứng tỏ rằng các hợp chất nước, H ₂ O và hiđro peoxit, H ₂ O ₂ , thỏa mãn Định luật nhiều tỉ lệ.

Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố: H = 1 g / mol và oxi = 16 g / mol.

Khối lượng phân tử của các hợp chất: H ₂ O = 18 g / mol và H ₂ O ₂ = 34 g / mol.

Hiđro là nguyên tố có một lượng cố định trong H ₂ O và H ₂ O ₂ , do đó tỷ lệ giữa O và H trong cả hai hợp chất sẽ được thiết lập.

Tỷ lệ O / H trong H ₂ O = (16 g / mol) / (2 g / mol)

= 8/1

Tỷ lệ O / H trong H ₂ O ₂ = (32 g / mol) / (2 g / mol)

= 16/1

Mối quan hệ giữa cả hai tỷ lệ = (16/1) / (8/1)

= 2

Vì vậy, tỷ lệ O / H của hydrogen peroxide trong nước là 2, một con số nguyên đơn giản. Do đó, việc tuân thủ Luật Nhiều tỷ lệ được thể hiện.

Ôxít nitơ

Khối lượng oxi kết hợp với 3,0 g nitơ trong a) oxit nitric, NO và b) nitơ đioxit, NO ₂ . Chứng tỏ rằng KHÔNG và KHÔNG ₂ tuân theo Luật nhiều tỷ lệ.

Khối lượng nitơ = 3 g

Khối lượng nguyên tử: nitơ, 14 g / mol và oxy, 16 g / mol.

Tính toán

Trong NO, một nguyên tử N kết hợp với 1 nguyên tử O, do đó, khối lượng của oxy kết hợp với 3 g nitơ có thể được tính theo phương pháp sau:

g O = g nitơ · (PA. O / PA. N)

= 3 g (16 g / mol / 14 g / mol)

= 3,43 g O

Trong NO ₂ , một nguyên tử N kết hợp với 2 nguyên tử O nên khối lượng của oxi kết hợp là:

g oxy = 3 g (32 g / mol / 14 g / mol)

= 6,86 g O

Tỷ lệ O / N trong NO = 3,43 g O / 3 g N

= 1.143

Tỷ lệ O / N trong NO ₂ = 6,86 g O / 3 g N

= 2,282

Giá trị của mối quan hệ giữa tỷ lệ O / N = 2,282 / 1,143

= 2

Vì vậy, giá trị của tỷ lệ O / N là 2, một số nguyên đơn giản. Do đó, Luật Nhiều tỷ lệ được ứng nghiệm.

Luật tỷ lệ tương hỗ

Định luật này do Richter và Carl F. Wenzel xây dựng riêng biệt, thiết lập rằng tỷ lệ khối lượng của hai hợp chất với một nguyên tố chung, cho phép xác định tỷ lệ của hợp chất thứ ba giữa các nguyên tố khác nếu chúng phản ứng.

Ví dụ, nếu bạn có hai hợp chất AB và CB, bạn có thể thấy rằng nguyên tố chung là B.

Định luật Richter-Wenzel hoặc tỷ lệ nghịch đảo nói rằng, khi biết A phản ứng với B để tạo ra AB, và bao nhiêu C phản ứng với B để tạo CB, chúng ta có thể tính được khối lượng của A cần thiết để phản ứng với khối lượng của C tạo thành AC.

Và kết quả là tỷ lệ A: C hoặc A / C phải là bội hoặc bội của A / B hoặc C / B. Tuy nhiên, định luật này không phải lúc nào cũng được đáp ứng, đặc biệt là khi các nguyên tố có các trạng thái oxy hóa khác nhau.

Trong số tất cả các luật quan trọng, đây có lẽ là luật "trừu tượng" hoặc phức tạp nhất. Nhưng nếu bạn phân tích nó theo quan điểm toán học, sẽ thấy rằng nó chỉ bao gồm các yếu tố chuyển đổi và hủy bỏ.

-Ví dụ

Mêtan

Nếu biết 12 g cacbon phản ứng với 32 g khí oxi tạo thành khí cacbonic; và mặt khác, 2 g hiđro phản ứng với 16 g oxi để tạo thành nước, khi đó có thể ước lượng tỷ lệ khối lượng C / O và H / O của CO ₂ và H ₂ O tương ứng.

Tính C / O và H / O ta có:

C / O = 12 gam C / 32 gam O

= 3/8

H / O = 2g H / 16g O

= 1/8

Oxy là nguyên tố phổ biến, và bạn muốn biết có bao nhiêu cacbon phản ứng với hydro để tạo ra mêtan; nghĩa là bạn muốn tính C / H (hoặc H / C). Vì vậy, cần phải phân chia các tỷ lệ trước đó để cho biết liệu sự tương hỗ có được thực hiện hay không:

C / H = (C / O) / (H / O)

Lưu ý rằng bằng cách này, các O bị hủy và C / H vẫn:

C / H = (3/8) / (1/8)

= 3

Và 3 là bội số của 3/8 (3/8 x 8). Điều này có nghĩa là 3 g C phản ứng với 1 g H tạo ra metan. Tuy nhiên, để có thể so sánh nó với CO ₂ , hãy nhân C / H với 4, được 12; Điều này cho 12 g C phản ứng với 4 g H tạo thành metan, điều này cũng đúng.

Magie sunfua

Nếu biết 24 g magie phản ứng với 2 g hiđro tạo thành magie hiđrua; Hơn nữa, 32 g lưu huỳnh phản ứng với 2 g hiđro để tạo thành hiđro sunfua, nguyên tố chung là hiđro và chúng ta muốn tính Mg / S từ Mg / H và H / S.

Sau đó tính riêng Mg / H và H / S, ta có:

Mg / H = 24 gam Mg / 2 gam H

= 12

H / S = 2g H / 32g S

= 1/16

Tuy nhiên, thuận tiện khi sử dụng S / H để khử H. Do đó, S / H bằng 16. Khi điều này được thực hiện, chúng tôi tiến hành tính Mg / S:

Mg / S = (Mg / H) / (S / H)

= (16/12)

= 3/4

Và 3/4 là bội của 12 (3/4 x 16). Tỉ lệ Mg / S cho biết 3 g Mg phản ứng với 4 g lưu huỳnh tạo thành magie sunfua. Tuy nhiên, bạn phải nhân Mg / S với 8 để có thể so sánh nó với Mg / H. Như vậy, 24 g Mg phản ứng với 32 g lưu huỳnh để tạo ra muối sunfua kim loại này.

Clorua nhôm

Biết rằng 35,5 g Cl phản ứng với 1 g H tạo thành HCl. Ngoài ra, 27 g Al phản ứng với 3 g H tạo thành AlH ₃ . Tìm tỉ khối của nhôm clorua và cho biết hợp chất đó có tuân theo định luật Richter-Wenzel hay không.

Một lần nữa, chúng tôi tiến hành tính Cl / H và Al / H riêng biệt:

Cl / H = 35,5g Cl / 1g H

= 35,5

Al / H = 27g Al / 3g H

= 9

Bây giờ, Al / Cl được tính:

Al / Cl = (Al / H) / (Cl / H)

= 9 / 35,5

≈ 0,250 hoặc 1/4 (thực tế là 0,253)

Tức là 0,250 g Al phản ứng với 1 g Cl tạo thành muối tương ứng. Nhưng, một lần nữa, Al / Cl phải được nhân với một số cho phép nó được so sánh (để thuận tiện) với Al / H.

Tính không chính xác

Al / Cl sau đó được nhân với 108 (27 / 0,250), cho 27 g Al phản ứng với 108 g Cl. Điều này không chính xác. Nếu chúng ta lấy ví dụ giá trị 0,253 lần Al / Cl, và nhân nó với 106,7 (27 / 0,253), chúng ta sẽ có 27 g Al phản ứng với 106,7 g Cl; gần với thực tế hơn (AlCl ₃ , với PA là 35,5 g / mol đối với Cl).

Ở đây, chúng ta thấy cách định luật Richter có thể bắt đầu thất bại về độ chính xác và việc sử dụng sai số thập phân.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Flores, J. Química (2002). Biên tập viên Santillana.
3. Joaquín San Frutos Fernández. (sf). Các định luật cân bằng và thể tích. Đã khôi phục từ: encina.pntic.mec.es
4. Toppr. (sf). Định luật kết hợp hóa học. Được khôi phục từ: toppr.com
5. Xuất sắc. (2019). Định luật kết hợp hóa học. Phục hồi từ: glow.org
6. Hóa học LibreTexts. (2015, ngày 15 tháng 7). Luật hóa chất cơ bản. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 18 tháng 1 năm 2019). Luật Bảo tồn Khối lượng. Phục hồi từ: thinkco.com