Giải Khoa học tự nhiên 7 Bài 7 (Kết nối tri thức): Hóa trị và công thức hóa học

Giải bài tập Khoa học tự nhiên 7 Bài 7: Hóa trị và công thức hóa học

Video giải Khoa học tự nhiên 7 Bài 7: Hóa trị và công thức hóa học

A/ Câu hỏi đầu bài

Mở đầu trang 40 Bài 7 Khoa học tự nhiên 7: Trong phân tử nước, một nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử H, người ta nói rằng O có hóa trị II. Vậy hóa trị có mối liên hệ với công thức hóa học của hợp chất như thế nào?

Lời giải:

- Trong công thức hóa học của hợp chất hai nguyên tố, tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố này bằng tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố kia.

- Người ta quy ước nguyên tố H luôn có hóa trị I. Nguyên tử của nguyên tố khác liên kết được với bao nhiêu nguyên tử H thì nguyên tố đó có hóa trị bằng bất nhiêu.

- Oxygen cũng được quy ước có hóa trị II. Từ đó ta xác định được hóa trị cho các nguyên tố khác trong các hợp chất có chứa H hoặc O.

B/ Câu hỏi giữa bài

I. Công thức hóa học

Giải KHTN 7 trang 41

Câu hỏi trang 41 Khoa học tự nhiên 7: Copper sulfate (CuSO₄) được dùng làm chất chống xoăn lá cây cho cây cà chua. Em hãy cho biết số nguyên tử của từng nguyên tố có trong một phân tử copper sulfate và xác định phần trăm khối lượng của các nguyên tố trong hợp chất này.

Lời giải:

Trong một phân tử copper sulfate (CuSO₄) có một nguyên tử Cu, một nguyên tử S và bốn nguyên tử O.

Khối lượng phân tử CuSO₄ bằng: 64.1 + 32.1 + 16.4 = 160 (amu)

Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong CuSO₄ là:

II. Hóa trị

1. Cách xác định hóa trị

Giải KHTN 7 trang 42

Câu hỏi trang 42 Khoa học tự nhiên 7: Sơ đồ sau mô tả sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử HCl:

Xác định hóa trị của chlorine trong hợp chất trên.

Lời giải:

Trong chất cộng hóa trị, hóa trị của nguyên tố được xác định bằng số cặp electron dùng chung của nguyên tử nguyên tố đó với nguyên tử khác.

Theo sơ đồ mô tả sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử HCl ta thấy:

Nguyên tử Cl có 1 cặp electron dùng chung với nguyên tử H ⇒ Trong hợp chất trên Cl có hóa trị I.

2. Quy tắc hóa trị

Hoạt động trang 42 Khoa học tự nhiên 7: Tìm hiểu về quy tắc hóa trị

Quan sát Bảng 7.1 và thực hiện các yêu cầu sau:

Bảng7.1.

	Hóa trị của lưu huỳnh/carbon	Tích của chỉ số và hóa trị của lưu huỳnh/carbon	Tích của chỉ số và hóa trị của hydrogen
H2S	II	1.II	2.I
CH4	IV	1.IV	4.1

1. Xét phân tử H₂S, hãy so sánh tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố lưu huỳnh với tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố hydrogen.

2. Đối với phân tử CH₄, hãy so sánh tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố carbon với tích chỉ số và hóa trị của nguyên tố hydrogen.

Lời giải:

1. Xét phân tử H₂S

Ta thấy: 1.II = 2.I

⇒ Tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố lưu huỳnh bằng tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố hydrogen.

2. Xét phân tử CH₄.

Ta thấy: 1.IV = 4.I

⇒ Tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố carbon bằng tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố hydrogen.

Giải KHTN 7 trang 43

Câu hỏi 1 trang 43 Khoa học tự nhiên 7: Xác định hóa trị của lưu huỳnh trong hợp chất sulfur dioxide (một nguyên tử S liên kết với hai nguyên tử O).

Lời giải:

Oxygen được quy ước có hóa trị II.

Hợp chất sulfur dioxide (SO₂), nguyên tử nguyên tố S liên kết được với hai nguyên tử O nên có hóa trị IV

Câu hỏi 2 trang 43 Khoa học tự nhiên 7: Hãy xác định hóa trị của carbon trong hợp chất methane có trong Hình 5.3b.

Lời giải:

Quy ước nguyên tố H có hóa trị I.

Nguyên tử C liên kết được với 4 nguyên tử H nên nguyên tử C có hóa trị IV.

Câu hỏi 3 trang 43 Khoa học tự nhiên 7: Dựa vào quy tắc hóa trị và Bảng 7.2, cho biết công thức hóa học của potassium oxide là KO hay K₂O.

Lời giải:

Theo bảng 7.2, nguyên tố K có hóa trị I, nguyên tố O có hóa trị II.

Giả sử, công thức hóa học của potassium oxide là KO.

Theo quy tắc hóa trị: 1.I ≠ 1.II

⇒ Giả sử sai.

⇒ Công thức hóa học của potassium oxide là K₂O

Theo quy tắc hóa trị: 2.I = 1.II (thỏa mãn).

III. Lập công thức hóa học của hợp chất

2. Lập công thức hóa học của hợp chất theo phần trăm các nguyên tố

Giải KHTN 7 trang 44

Câu hỏi 1 trang 44 Khoa học tự nhiên 7: Khí carbon dioxide luôn có thành phần như sau: cứ 1 phần khối lượng carbon có tương ứng 2,667 phần khối lượng oxygen. Hãy lập công thức hóa học của khí carbon dioxide, biết khối lượng phân tử của nó là 44 amu.

Lời giải:

Đặt công thức của khí carbon dioxide là C_xO_y.

Khối lượng phân tử của khí carbon dioxide là: 12.x + 16.y = 44

Ta có:

Thay y = 2x vào phương trình khối lượng phân tử được:

12.x + 16.2x = 44 ⇒ x = 1, vậy y = 2.

Vậy công thức của khí carbon dioxide là CO₂.

Câu hỏi 2 trang 44 Khoa học tự nhiên 7: Hãy lập công thức phân tử của khí hydrogen sulfide, biết lưu huỳnh trong hợp chất này có hóa trị II. Tính thành phần phần trăm về khối lượng của lưu huỳnh và của hydrogen trong hợp chất đó.

Lời giải:

Đặt công thức của khí hydrogen sulfide là ${\stackrel{\mathrm{I}}{\mathrm{H}}}_{\mathrm{x}}{\stackrel{\mathrm{II}}{\mathrm{S}}}_{\mathrm{y}}$

Theo quy tắc hóa trị: x.I = y.II

⇒ $\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{y}}=\frac{\mathrm{II}}{\mathrm{I}}=\frac{2}{1}$

Lấy x = 2 và y = 1.

Vậy công thức của khí hydrogen sulfide là H₂S.

⇒ Khối lượng phân tử của khí hydrogen sulfide là: 2.1 + 32 = 34 (amu).

Phần trăm về khối lượng của lưu huỳnh và của hydrogen trong H₂S là:

$\%H=\frac{\mathrm{2.1.100}\%}{34}=5,88\%\%S=\frac{\mathrm{1.32.100}\%}{34}=94,12\%$

Em có thể trang 44 Khoa học tự nhiên 7: Xác định được phần trăm khối lượng các nguyên tố hóa học có trong các chất dựa vào công thức phân tử trên nhãn mác sản phẩm như phân bón, thức ăn, đồ uống, …

Lời giải:

Bột thuốc muối chữa đau dạ dày có công thức hóa học là NaHCO₃ (natri hydrocarbonat hay sodium hydrocarbonate).

Khối lượng phân tử NaHCO₃ bằng 23.1 + 1.1 + 12 + 16.3 = 84 amu

Phần trăm khối lượng các nguyên tố hóa học trong NaHCO₃ là:

%O = 100% - 27,38% - 1,19% - 14,29% = 57,14%

Bài giảng Khoa học tự nhiên lớp 7 Kết nối tri thức

Lý thuyết Khoa học tự nhiên 7 Bài 7: Hóa trị và công thức hóa học

I. Công thức hóa học

1. Khái niệm

- Công thức hóa học của một chất là cách biểu diễn chất bằng kí hiệu hóa học của nguyên tố kèm theo chỉ số ở chân bên phải của kí hiệu hóa học.

Ví dụ: Công thức hóa học của oxygen là O₂; công thức hóa học của carbon dioxide là CO₂.

2. Cách viết công thức hóa học

a) Công thức hóa học của đơn chất

- Đối với các đơn chất được tạo thành từ nguyên tố kim loại, khí hiếm và một số phi kim thì kí hiệu hóa học của nguyên tố được coi là công thức hóa học.

Ví dụ: Công thức hóa học của đồng là Cu, sắt là Fe, helium là He, carbon là C, lưu huỳnh là S, …

- Một số phi kim có phân tử gồm hai hay ba nguyên tử liên kết với nhau thì thêm chỉ số này ở chân bên phải kí hiệu hóa học.

Ví dụ: Công thức hóa học của hydrogen là H₂; oxygen là O₂; ozone là O₃…

b) Công thức hóa học của hợp chất:

- Công thức hóa học của hợp chất gồm kí hiệu hóa học của những nguyên tố tạo ra hợp chất kèm theo chỉ số ở chân bên phải kí hiệu hóa học.

- Chỉ số là những số nguyên, cho biết số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong hợp chất, chỉ số bằng 1 thì không ghi.

Ví dụ: Công thức hóa học của khí methane là CH₄, của muối ăn là NaCl.

3. Ý nghĩa của công thức hóa học

- Công thức hóa học cho biết:

+ Các nguyên tố hóa học tạo nên chất.

+ Số nguyên tử hay tỉ lệ số nguyên tử của các nguyên tố hóa học có trong phân tử.

+ Khối lượng phân tử của chất.

Ví dụ: Công thức hóa học của calcium carbonate CaCO₃ cho biết:

+ Calcium carbonate gồm 3 nguyên tố là Ca, C và O.

+ Trong một phân tử calcium carbonate có một nguyên tử Ca, một nguyên tử C, ba nguyên tử O và tỉ lệ số nguyên tử Ca : C :O là 1 : 1 : 3.

+ Khối lượng phân tử bằng 40 + 12 + 3.16 = 100 amu.

- Biết công thức hóa học tính được phần trăm khối lượng của các nguyên tố trong hợp chất.

Bước 1: Tính khối lượng phân tử hợp chất.

Bước 2: Tính phần trăm khối lượng các nguyên tố trong hợp chất:

Ví dụ: Tính phần trăm khối lượng của các nguyên tố trong phân bón KNO₃

Trong một phân tử KNO₃ có một nguyên tử K, một nguyên tử N và ba nguyên tử O.

- Khối lượng phân tử KNO₃ bằng: 39.1 + 14.1 + 16.3 = 101 (amu)

Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong KNO₃ là:

$\%K=\frac{\mathrm{39.1.100}\%}{101}\approx 38,6\%$

$\%N=\frac{\mathrm{14.1.100}\%}{101}\approx 13,9\%$

%O = 100% - 38,6% - 13,9% = 47,5%

II. Hóa trị

1. Khái niệm hóa trị

- Hóa trị là con số biểu thị khả năng liên kết của nguyên tử nguyên tố này với nguyên tử nguyên tố khác.

- Trong hợp chất cộng hóa trị, hóa trị của nguyên tố được xác định bằng số cặp electron dùng chung của nguyên tử nguyên tố đó với nguyên tử nguyên tố khác.

Ví dụ 1: Trong phân tử nước, mỗi nguyên tử H có một cặp electron dùng chung với nguyên tử O nên H có hóa trị I; nguyên tử O có hai cặp electron dùng chung với hai nguyên tử H nên O có hóa trị II.

Ví dụ 2: Phân tử HCl gồm 1 nguyên tử Cl liên kết với 1 nguyên tử H. Trong đó nguyên tử Cl có 1 cặp electron dùng chung với nguyên tử H

⇒ Nguyên tử H và Cl đều có hóa trị I

2. Quy tắc hóa trị

- Quy tắc hóa trị: Trong công thức hóa học của hợp chất hai nguyên tố, tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố này bằng tích của chỉ số và hóa trị của nguyên tố kia.

Ví dụ 1: ${\stackrel{V}{P}}_2{\stackrel{II}{O}}_5$ áp dụng quy tắc hóa trị ta có: 2.V = 5.II

Ví dụ 2: $\stackrel{IV}{C}{\stackrel{I}{H}}_4$ áp dụng quy tắc hóa trị ta có: 1.IV = 4.I

- Quy tắc hóa trị được vận dụng chủ yếu cho các hợp chất vô cơ.

- Người ta quy ước nguyên tố H luôn có hóa trị I. Nguyên tử của nguyên tố khác liên kết được với bao nhiêu nguyên tử H thì có hóa trị là bấy nhiêu.

- Oxygen được quy ước có hóa trị II. Từ đó xác định được hóa trị của các nguyên tố khác trong hợp chất có chứa H hoặc O.

Ví dụ 1: Trong hợp chất HCl, 1 Cl liên kết với 1 H nên Cl có hóa trị I.

Ví dụ 2: Trong phân tử carbon dioxide (CO₂), nguyên tử của nguyên tố C liên kết được với hai nguyên tử O nên có hóa trị IV.

- Hóa trị của nhóm nguyên tử được xác định tương tự như cách xác định hóa trị của nguyên tố.

Ví dụ: Trong phân tử sulfuric acid (H₂SO₄), nhóm (SO₄) liên kết với 2 nguyên tử hydrogen nên có hóa trị II.

III. Lập công thức hóa học của hợp chất

1. Lập công thức hóa học của hợp chất khi biết hóa trị

- Các bước xác định:

+ Bước 1: Đặt công thức hóa học cần tìm (công thức tổng quát)

+ Bước 2: Lập biểu thức tính dựa vào quy tắc hóa trị, chuyển thành tỉ lệ các chỉ số nguyên tử.

+ Bước 3: Xác định số nguyên tử (những số nguyên đơn giản nhất, có tỉ lệ tối giản) và viết công thức hóa học cần tìm.

Ví dụ: Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi lưu huỳnh có hóa trị IV và oxygen

Hướng dẫn:

Bước 1: Đặt công thức hóa học của hợp chất là: $S_x^{IV}{O}_y^{II}$

Bước 2: Theo quy tắc hóa trị: x.IV = y.II

⇒ $\frac{x}{y}=\frac{II}{IV}=\frac{1}{2}$

Bước 3: Chọn x = 1 và y = 2.

Vậy công thức hóa học của hợp chất là SO₂

2. Lập công thức hóa học của hợp chất theo phần trăm các nguyên tố

Các bước xác định:

Bước 1: Đặt công thức hóa học cần tìm (công thức tổng quát);

Bước 2: Tính khối lượng phân tử của hợp chất

Bước 3: Lập biểu thức tính phần trăm nguyên tố có trong hợp chất. Xác định số nguyên tử của mỗi nguyên tố và viết công thức hóa học cần tìm.

Ví dụ 1: Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi carbon và hydrogen, biết phần trăm khối lượng của C, H lần lượt là 75%, 25% và khối lượng phân tử của hợp chất là 16 amu.

Hướng dẫn

Bước 1: Đặt công thức của hợp chất là: C_xH_y

Bước 2: Khối lượng phân tử của khí carbon dioxide là: 12.x + 1.y = 16(1)

%C = $\frac{12.x.100\%}{16}=75\%$ ⇒ x = 1

%H = $\frac{1.y.100\%}{16}=25\%$ ⇒ y = 4

Vậy công thức của hợp chất là CH₄

Mở rộng: Biết công thức hóa học, tính phần trăm khối lượng các nguyên tố trong hợp chất.

Bột thuốc muối chữa đau dạ dày có công thức hóa học là NaHCO₃ (natri hydrocarbonat hay sodium hydrocarbonate). Tính thành phần phần trăm các nguyên tố có trong hợp chất trên?

Hướng dẫn

Khối lượng phân tử NaHCO₃ bằng 23.1 + 1.1 + 12 + 16.3 = 84 amu

Phần trăm khối lượng các nguyên tố hóa học trong NaHCO₃ là:

%Na = $\frac{\mathrm{23.1.100}\%}{84}=27,38\%$

%H = $\frac{\mathrm{1.1.100}\%}{84}=1,19\%$

%C = $\frac{\mathrm{12.1.100}\%}{84}=14,29\%$

%O = 100% - 27,38% - 1,19% - 14,29% = 57,14%