hợp chất mx3 được sử dụng là chất xúc tác trong tổng hợp chất hữu cơ. tổng số hạ…
Chúng ta sẽ đi từng bước một, bám sát theo sách giáo khoa Hóa học lớp 10 nhé.
Bước 1: Phân tích đề bài và đặt ẩn số
Đề bài cho chúng ta biết:
– Hợp chất có công thức MX3.
– Tổng số hạt trong hợp chất MX3 là 196.
– Số hạt mang điện nhiều hơn hạt không mang điện là 60.
– Số khối của M nhỏ hơn số khối của X là 8.
– Tổng số hạt trong ion X- nhiều hơn trong ion M3+ là 16.
Chúng ta cần xác định công thức của MX3.
Để giải bài tập này, chúng ta cần đặt ẩn cho các đại lượng chưa biết.
Gọi:
– Z_M là số proton của nguyên tử M.
– N_M là số neutron của nguyên tử M.
– Z_X là số proton của nguyên tử X.
– N_X là số neutron của nguyên tử X.
Ta biết rằng:
– Số proton = Số electron trong nguyên tử trung hòa.
– Số khối của một nguyên tử = Số proton + Số neutron.
Bước 2: Thiết lập các phương trình dựa trên thông tin đề bài
Chúng ta sẽ lần lượt chuyển các thông tin trong đề bài thành các phương trình toán học.
1. Tổng số hạt trong hợp chất MX3 là 196.
Một phân tử MX3 có 1 nguyên tử M và 3 nguyên tử X.
Số hạt trong M: (số proton M + số electron M) + số neutron M. Trong nguyên tử trung hòa, số proton = số electron. Vậy số hạt trong M là 2*Z_M + N_M.
Số hạt trong X: 2*Z_X + N_X.
Tổng số hạt trong MX3 = (2*Z_M + N_M) + 3 * (2*Z_X + N_X) = 196.
Ta có phương trình (1): 2*Z_M + N_M + 6*Z_X + 3*N_X = 196.
2. Số hạt mang điện nhiều hơn hạt không mang điện là 60.
Số hạt mang điện trong MX3 là tổng số proton và electron.
Số proton trong MX3 = Z_M + 3*Z_X (trong nguyên tử trung hòa).
Số electron trong MX3 = Z_M + 3*Z_X (trong nguyên tử trung hòa).
Tổng số hạt mang điện = (Z_M + 3*Z_X) + (Z_M + 3*Z_X) = 2*Z_M + 6*Z_X.
Số hạt không mang điện (neutron) trong MX3 = N_M + 3*N_X.
Theo đề bài: (2*Z_M + 6*Z_X) – (N_M + 3*N_X) = 60.
Ta có phương trình (2): 2*Z_M – N_M + 6*Z_X – 3*N_X = 60.
3. Số khối của M nhỏ hơn số khối của X là 8.
Số khối của M là A_M = Z_M + N_M.
Số khối của X là A_X = Z_X + N_X.
Theo đề bài: A_X – A_M = 8.
Hay (Z_X + N_X) – (Z_M + N_M) = 8.
Ta có phương trình (3): Z_X + N_X – Z_M – N_M = 8.
4. Tổng số hạt trong ion X- nhiều hơn trong ion M3+ là 16.
– Ion X-: Có 1 nguyên tử X nhận 1 electron.
Số proton trong X- = Z_X.
Số electron trong X- = Z_X + 1.
Số neutron trong X- = N_X.
Tổng số hạt trong X- = Z_X + (Z_X + 1) + N_X = 2*Z_X + N_X + 1.
– Ion M3+: Có 1 nguyên tử M mất 3 electron.
Số proton trong M3+ = Z_M.
Số electron trong M3+ = Z_M – 3.
Số neutron trong M3+ = N_M.
Tổng số hạt trong M3+ = Z_M + (Z_M – 3) + N_M = 2*Z_M + N_M – 3.
Theo đề bài: (2*Z_X + N_X + 1) – (2*Z_M + N_M – 3) = 16.
Ta có phương trình (4): 2*Z_X + N_X + 1 – 2*Z_M – N_M + 3 = 16.
Rút gọn ta được: 2*Z_X + N_X – 2*Z_M – N_M + 4 = 16.
Suy ra: 2*Z_X + N_X – 2*Z_M – N_M = 12.
Bước 3: Giải hệ phương trình
Chúng ta đã có 4 phương trình với 4 ẩn (Z_M, N_M, Z_X, N_X).
(1) 2*Z_M + N_M + 6*Z_X + 3*N_X = 196
(2) 2*Z_M – N_M + 6*Z_X – 3*N_X = 60
(3) Z_X + N_X – Z_M – N_M = 8
(4) -2*Z_M – N_M + 2*Z_X + N_X = 12
Bây giờ, chúng ta sẽ giải hệ phương trình này.
Trước hết, ta cộng phương trình (1) và (2):
(1) + (2): (2*Z_M + N_M + 6*Z_X + 3*N_X) + (2*Z_M – N_M + 6*Z_X – 3*N_X) = 196 + 60
4*Z_M + 12*Z_X = 256
Chia cả hai vế cho 4:
Z_M + 3*Z_X = 64 (Phương trình 5)
Tiếp theo, ta trừ phương trình (2) cho phương trình (1):
(1) – (2): (2*Z_M + N_M + 6*Z_X + 3*N_X) – (2*Z_M – N_M + 6*Z_X – 3*N_X) = 196 – 60
2*N_M + 6*N_X = 136
Chia cả hai vế cho 2:
N_M + 3*N_X = 68 (Phương trình 6)
Bây giờ, ta có thể sử dụng phương trình (5) và (6) để đơn giản hóa các phương trình còn lại.
Từ phương trình (5), ta có Z_M = 64 – 3*Z_X.
Từ phương trình (6), ta có N_M = 68 – 3*N_X.
Thay Z_M và N_M vào phương trình (3):
Z_X + N_X – (64 – 3*Z_X) – (68 – 3*N_X) = 8
Z_X + N_X – 64 + 3*Z_X – 68 + 3*N_X = 8
4*Z_X + 4*N_X – 132 = 8
4*Z_X + 4*N_X = 140
Chia cả hai vế cho 4:
Z_X + N_X = 35 (Phương trình 7)
Bây giờ, ta sử dụng phương trình (7) và phương trình (6) để tìm N_X và N_M.
Từ phương trình (6), ta có N_M = 68 – 3*N_X.
Thay N_M vào phương trình (7) không được, ta cần dùng thêm phương trình (4).
Thay Z_M = 64 – 3*Z_X và N_M = 68 – 3*N_X vào phương trình (4):
-2*(64 – 3*Z_X) – (68 – 3*N_X) + 2*Z_X + N_X = 12
-128 + 6*Z_X – 68 + 3*N_X + 2*Z_X + N_X = 12
8*Z_X + 4*N_X – 196 = 12
8*Z_X + 4*N_X = 208
Chia cả hai vế cho 4:
2*Z_X + N_X = 52 (Phương trình 8)
Chúng ta có một hệ mới gồm 2 phương trình với 2 ẩn Z_X và N_X:
(7) Z_X + N_X = 35
(8) 2*Z_X + N_X = 52
Trừ phương trình (7) cho phương trình (8) (hoặc ngược lại):
(8) – (7): (2*Z_X + N_X) – (Z_X + N_X) = 52 – 35
Z_X = 17
Thay Z_X = 17 vào phương trình (7):
17 + N_X = 35
N_X = 35 – 17
N_X = 18
Bây giờ ta đã có Z_X và N_X, ta tìm được Z_M và N_M.
Từ phương trình (5): Z_M = 64 – 3*Z_X = 64 – 3*17 = 64 – 51 = 13.
Từ phương trình (6): N_M = 68 – 3*N_X = 68 – 3*18 = 68 – 54 = 14.
Vậy ta có:
Z_M = 13, N_M = 14 => Số khối của M (A_M) = Z_M + N_M = 13 + 14 = 27. Nguyên tố có Z=13 là Nhôm (Al).
Z_X = 17, N_X = 18 => Số khối của X (A_X) = Z_X + N_X = 17 + 18 = 35. Nguyên tố có Z=17 là Clo (Cl).
Bước 4: Kiểm tra lại các điều kiện đề bài
Chúng ta đã tìm ra M là Nhôm (Al) với Z_M=13, N_M=14 và X là Clo (Cl) với Z_X=17, N_X=18. Hợp chất là MX3.
– Tổng số hạt trong hợp chất MX3 là 196.
Số hạt M = 2*Z_M + N_M = 2*13 + 14 = 26 + 14 = 40.
Số hạt X = 2*Z_X + N_X = 2*17 + 18 = 34 + 18 = 52.
Tổng số hạt trong MX3 = 40 + 3 * 52 = 40 + 156 = 196. (Đúng)
– Số hạt mang điện nhiều hơn hạt không mang điện là 60.
Số hạt mang điện trong MX3 = (Z_M + 3*Z_X) + (Z_M + 3*Z_X) = 2*Z_M + 6*Z_X = 2*13 + 6*17 = 26 + 102 = 128.
Số hạt không mang điện trong MX3 = N_M + 3*N_X = 14 + 3*18 = 14 + 54 = 68.
Chênh lệch = 128 – 68 = 60. (Đúng)
– Số khối của M nhỏ hơn số khối của X là 8.
A_M = 27.
A_X = 35.
A_X – A_M = 35 – 27 = 8. (Đúng)
– Tổng số hạt trong ion X- nhiều hơn trong ion M3+ là 16.
Tổng số hạt trong X- = 2*Z_X + N_X + 1 = 2*17 + 18 + 1 = 34 + 18 + 1 = 53.
Tổng số hạt trong M3+ = 2*Z_M + N_M – 3 = 2*13 + 14 – 3 = 26 + 14 – 3 = 37.
Chênh lệch = 53 – 37 = 16. (Đúng)
Tất cả các điều kiện đều được thỏa mãn.
Bước 5: Kết luận
Nguyên tố M có Z=13 là Nhôm (Al).
Nguyên tố X có Z=17 là Clo (Cl).
Công thức của hợp chất là MX3, vậy công thức là AlCl3.
Vậy, công thức của hợp chất MX3 là AlCl3.
Bài tập này đã giúp chúng ta ôn lại cách xác định các đại lượng về cấu tạo hạt nhân, cách thiết lập và giải hệ phương trình dựa trên các thông tin đề bài cho. Các em về nhà làm thêm các bài tập tương tự để nâng cao kỹ năng nhé.
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
Đáp án:
MX3 là AlCl3
Giái thích các bước giải:
Đặt Z,N của M lần lượt là Z1 và N1
Đặt Z,N của X lần lượt là Z2 và N2
Tổng số hạt trong hợp chất MX3 là 196: (2 Z1+ N1)+3(2 Z2+ N2)=196(1)
Trong hợp chất MX3 có số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện: (2Z1+ 6Z2)-(N1+3N2)=60(2)
Số khối của nguyên tử M nhỏ hơn số khối của nguyên tử X: -(Z1+N1)+(Z2+N2)=8(3)
Tống số hạt trong ion X- nhiều hơn trong ion M3+: -(2Z1+N1-3)+(2Z2+N2+1)=16(4)
Từ (1);(2);(3);(4)(ấn nghiệm 4 phương trình 4 ẩn trên máy tính)
⇒Z1=13 hạt(Al) Z2=17 hạt(Cl)
N1=14 hạt N2=18 hạt
⇒MX3 là AlCl3