Hóa trị là một khái niệm quan trọng trong hóa học, giúp ta hiểu cách các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành phân tử và hợp chất. Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức đầy đủ và chi tiết về cách xác định hóa trị của một nguyên tố, kèm theo các ví dụ minh họa và bài tập vận dụng để bạn nắm vững kiến thức này.
A. Lý Thuyết Cơ Bản Về Hoá Trị
-
Định nghĩa: Hoá trị là con số biểu thị khả năng liên kết của một nguyên tử nguyên tố này với nguyên tử của nguyên tố khác. Nói một cách đơn giản, nó cho biết một nguyên tử có thể “kết nối” với bao nhiêu nguyên tử khác.
-
Quy ước Hoá Trị:
- Hydro (H) luôn có hoá trị I.
- Oxi (O) thường có hoá trị II.
- Đây là những “gốc” để xác định hóa trị của các nguyên tố khác.
-
Quy Tắc Hoá Trị: Trong một công thức hoá học, tổng hoá trị của các nguyên tố (hoặc nhóm nguyên tử) này phải bằng tổng hoá trị của các nguyên tố (hoặc nhóm nguyên tử) kia.
- Công thức tổng quát: Cho hợp chất có công thức $A_xB_y$
- Trong đó:
- A, B là ký hiệu của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tử.
- x, y là chỉ số của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tử.
- a, b lần lượt là hóa trị của A và B.
- Quy tắc: $x cdot a = y cdot b$
- Từ quy tắc này, ta có thể tính được hoá trị của một nguyên tố khi biết hoá trị của nguyên tố còn lại và chỉ số của chúng trong công thức hoá học:
- $b = frac{x cdot a}{y}$
- $a = frac{y cdot b}{x}$
Công thức tổng quát biểu diễn mối quan hệ giữa các nguyên tố A, B với hóa trị a, b và chỉ số x, y, thể hiện quy tắc hóa trị cơ bản.
-
Lưu ý: Quy tắc hóa trị thường được áp dụng cho các hợp chất vô cơ. Với hợp chất hữu cơ, cần xét cấu trúc phân tử để xác định hoá trị chính xác.
B. Ví Dụ Minh Hoạ Cách Xác Định Hoá Trị
Ví dụ 1: Xác định hóa trị của Lưu huỳnh (S) trong các hợp chất sau: $H_2S$ và $SO_2$.
Lời giải:
-
Trong hợp chất $H_2S$:
- Hydro (H) có hóa trị I. Gọi hóa trị của S là a.
- Áp dụng quy tắc hóa trị: 2 . I = 1 . a => a = II
- Vậy, trong $H_2S$, Lưu huỳnh (S) có hóa trị II.
-
Trong hợp chất $SO_2$:
- Oxi (O) có hóa trị II. Gọi hóa trị của S là b.
- Áp dụng quy tắc hóa trị: 1 . b = 2 . II => b = IV
- Vậy, trong $SO_2$, Lưu huỳnh (S) có hóa trị IV.
Ví dụ 2: Trong công thức hóa học $K_2SO_4$, Kali (K) có hóa trị I. Hãy xác định hóa trị của nhóm sunfat ($SO_4$).
Lời giải:
- Gọi hóa trị của nhóm ($SO_4$) là a.
- Áp dụng quy tắc hóa trị: 2 . I = 1 . a => a = II
- Vậy, nhóm ($SO_4$) có hóa trị II.
Ví dụ 3: Chọn công thức hóa học phù hợp với hóa trị IV của Nitơ (N) trong các công thức sau:
A. NO
B. $N_2O_5$
C. $NH_3$
D. $NO_2$
Lời giải:
Chọn D.
- Xét NO: Gọi hóa trị của N là a, ta có: 1.a = 1.II => a = II (Loại)
- Xét $N_2O_5$: Gọi hóa trị của N là a, ta có: 2.a = 5.II => a = V (Loại)
- Xét $NH_3$: Gọi hóa trị của N là a, ta có: 1.a = 3.I => a = III (Loại)
- Xét $NO_2$: Gọi hóa trị của N là a, ta có: 1.a = 2.II => a = IV (Thỏa mãn)
Hình ảnh này minh họa công thức tính hóa trị của nguyên tố S trong hợp chất SO2 dựa trên quy tắc hóa trị và hóa trị đã biết của O.
C. Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Dựa vào quy tắc hoá trị, trường hợp nào viết đúng với công thức tổng quát $A_xB_y$ (với a, b lần lượt là hoá trị của A, B)?
A. a : x = b : y
B. ay = Bx
C. a.x = b.y
D. a + x = b + y
Lời giải:
Chọn C.
Câu 2: Cho hợp chất có công thức hóa học $P_2O_5$, biết P có hoá trị V và O có hoá trị II. Biểu thức nào sau đây viết đúng quy tắc?
A. V.2 = II.5
B. V.5 = II.2
C. II.V = 2.5
D. V + 2 = II + 5
Lời giải:
Chọn A.
Câu 3: Có các hợp chất: $PH_3$, $P_2O_3$ trong đó P có hoá trị là
A. II.
B. III.
C. IV.
D. V.
Lời giải:
Chọn B.
- Xét hợp chất $PH_3$: H có hóa trị I, gọi hóa trị của P là a. => 1.a = 3.I => a = III.
- Xét hợp chất $P_2O_3$: O có hóa trị II, gọi hóa trị của P là b. => 2.b = 3.II => b = III.
Câu 4: Một oxit có công thức $Mn_2O_x$ có phân tử khối là 222. Hoá trị của Mn trong oxit là
A. III.
B. IV.
C. VII.
D. V.
Lời giải:
Chọn C.
- Ta có: 2.55 + 16.x = 222 => x = 7
- Vậy oxit có công thức hóa học là $Mn_2O_7$.
- Oxi có hóa trị II, gọi hóa trị của Mn là a. => 2.a = 7.II => a = VII.
Câu 5: Một hợp chất của lưu huỳnh với oxi trong đó oxi chiếm 60% về khối lượng. Hoá trị của S trong hợp chất đó là
A. IV.
B. V.
C. II.
D. VI.
Lời giải:
Đặt công thức hóa học của hợp chất có dạng: $SO_x$.
Công thức tính số nguyên tử oxi (x) trong hợp chất SOx dựa trên phần trăm khối lượng oxi, một bước quan trọng để xác định hóa trị của S.
- Ta có: %mO = 60% => x = 3
- Vậy công thức hóa học của oxit là $SO_3$.
- Hóa trị của O là II, đặt hóa trị của S là a. => 1.a = 3.II => a = VI.
Chọn D.
Câu 6: Biết trong công thức hóa học $BaSO_4$ thì Ba có hóa trị II. Hóa trị của nhóm ($SO_4$) là
A. I.
B. II.
C. III.
D. IV.
Lời giải:
Chọn B.
Đặt hóa trị của nhóm ($SO_4$) là a. => 1.II = 1.a => a = II.
Câu 7: Cho công thức hóa học $H_3PO_4$. Hóa trị của nhóm ($PO_4$) là
A. I.
B. II.
C. III.
D. IV.
Lời giải:
Chọn C.
H có hóa trị I, gọi hóa trị của nhóm ($PO_4$) là a. => 3.I = 1.a => a = III.
Câu 8: Một oxit có công thức $Al_2O_x$ có phân tử khối là 102. Hóa trị của Al là
A. I.
B. II.
C. III.
D. IV.
Lời giải:
Chọn C.
Ta có: 27.2 + 16.x = 102 => x = 3. Vậy oxit là $Al_2O_3$.
Đặt a là hóa trị của Al. => 2.a = 3.II => a = III.
Câu 9: Dãy nào sau đây gồm các nguyên tố có hóa trị I trong hợp chất?
A. H, Na, K.
B. Mg, O, H.
C. O, Cu, Na.
D. O, K, Na.
Lời giải:
Chọn A.
Câu 10: Một oxit của Crom là $Cr_2O_3$. Muối trong đó Crom có hoá trị tương ứng là
A. $CrSO_4$.
B. $Cr_2(SO_4)_3$.
C. $Cr_2(SO_4)_2$.
D. $Cr_3(SO_4)_2$.
Lời giải:
Theo quy tắc hóa trị xác định được Crom có hóa trị III.
Muối mà crom có hóa trị III là $Cr_2(SO_4)_3$.
Chọn B.
D. Bài Tập Tự Luyện
Câu 1: Hợp chất giữa Cr hoá trị III và ($PO_4$) hoá trị III có công thức hoá học đúng là
A. $CrPO_4$.
B. $Cr_2(PO_4)_3$.
C. $Cr_3(PO_4)_2$.
D. $Cr(PO_4)_2$.
Câu 2: Từ hoá trị của Al trong $Al_2O_3$. Hãy chọn công thức hoá của hợp chất giữa Al liên kết với gốc ($SO_4$) có hóa trị II trong số các công thức sau:
A. $Al_2(SO_4)_3$.
B. $AlSO_4$.
C. $Al_3(SO_4)_2$.
D. $Al(SO_4)_3$.
Câu 3: Hợp chất nào sau đây C có hóa trị II?
A. $CaCO_3$.
B. $CH_4$.
C. CO.
D. $CO_2$.
Câu 4: Kim loại X có hoá trị III, công thức muối sulfate của kim loại X là
A. $XSO_4$.
B. $X(SO_4)_3$.
C. $X_2(SO_4)_3$.
D. $X_3SO_4$.
Câu 5: N có hóa trị II trong công thức hóa học nào sau đây?
A. NO.
B. $N_2O$.
C. $N_2O_5$.
D. $NO_2$.
Nắm vững lý thuyết và luyện tập thường xuyên là chìa khóa để bạn thành thạo cách xác định hóa trị của một nguyên tố. Chúc bạn học tốt!