Nguyên tử khối trung bình: Công thức và mẹo xác định nhanh - VUIHOC Hoá học 10

1. Các khái niệm tiền đề

1.1. Nguyên tử

Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất, bao gồm các hạt trung hoà về điện và có kích thước siêu nhỏ. Nguyên tử có chứa một hạt nhân ở trung tâm và được đám mây điện tích âm electron bao bọc.

Những nguyên tử thường mang kích thước siêu nhỏ, đường kính chỉ tầm vài phần mười của nano mét. Nguyên tử được kí hiệu là Z (Zahl theo tiếng Đức)

Nguyên tử bao gồm phần hạt nhân và lớp vỏ:

• Hạt nhân: cấu tạo từ 2 loại hạt là proton (p) tích điện dương (+) và notron (n) không tích điện.

• Lớp vỏ: gồm các hạt electron (e) tích điện âm (-) chuyển động liên tục.

1.2. Nguyên tử khối

Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của một loại nguyên tử.

Nguyên tử khối ký hiệu là (M) bằng số khối hạt nhân: M = A

Nguyên tử khối của một nguyên tử cho ta biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử. Đơn vị của nguyên tử khối 

Khối lượng của nguyên tử bằng tổng khối lượng của proton, nơtron và electron trong nguyên tử đó. Proton và nơtron đều có khối lượng xấp xỉ 1u còn electron có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều, khoảng 0,00055u. Do đó, có thể coi nguyên tử khối xấp xỉ số khối của hạt nhân.

Khối lượng của một nguyên tử bằng khối lượng của các thành phần cấu tạo nên nguyên tử (proton, electron, nơtron) nhưng do hạt electron có khối lượng quá nhỏ so với tổng khối lượng nên coi khối lượng của hạt electron bằng 0. Vì vậy, khi xét đến khối lượng nguyên tử, ta coi khối lượng nguyên tử bằng tổng khối lượng hạt proton và nơtron có trong hạt nhân nguyên tử (mNT = mp + mn)

1.3. Đồng vị

Các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có thể có số khối khác nhau. Sở dĩ như vậy vì hạt nhân của các nguyên tử đó có cùng số proton nhưng có thể khác số nơtron.

Các đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số khối A của chúng khác nhau.

Các đồng vị được xếp vào cùng một vị trí (ô nguyên tố) trong bảng tuần hoàn.

Ví dụ: nguyên tố Hidro có 3 đồng vị :

Đa số các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị khác nhau. Ngoài khoảng 340 đồng vị tồn tại trong tự nhiên, người ta đã tổng hợp được 2400 đồng vị nhân tạo. Các đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học có số nơtron trong hạt nhân khác nhau, nên có một số tính chất vật lí khác nhau.

Ví dụ: Ở trạng thái đơn chất, đồng vị 3517Cl có tỉ số khối lớn hơn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn đồng vị 3517Cl.

Người ta phân biệt các đồng vị bền và không bền. Hầu hết các đồng vị có số hiệu nguyên tử lớn hơn 83(Z > 83) là không bền, chúng còn được gọi là các đồng vị phóng xạ.

Nhiều đồng vị, đặc biệt là các đồng vị phóng xạ, được sử dụng nhiều trong đời sống, y học, nghiên cứu sự phát triển của cây trồng.....

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng

2. Nguyên tử khối trung bình

2.1. Định nghĩa nguyên tử khối trung bình

Hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị với tỉ lệ phần trăm số nguyên tử xác định =>  nguyên tử khối của các nguyên tố có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của hỗn hợp các đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm số nguyên tử tương ứng.

2.2. Công thức tính nguyên tử khối trung bình

M trung bình =

Với : nguyên tử khối (hay số khối) của các đồng vị

: số nguyên tử khối hay thành phần số nguyên tử của các đồng vị

Xác định phần trăm các đồng vị

Gọi % của đồng vị 1 là x %

⇒ % của đồng vị 2 là (100 – x).

- Lập phương trình tính nguyên tử khối trung bình ⇒ giải được x.

2.3. Một số ví dụ bài tập tính nguyên tử khối trung bình

Bài 1: Nguyên tố Cacbon có 2 đồng vị bền: 612C chiếm 98,89% và 613C chiếm 1,11%. Nguyên tử khối trung bình của C là bao nhiêu?

M trung bình = 12 x 98.89 + 13 x 1.11100 = 12.0111

Vậy nguyên tử khối trung bình của C là 12,0111

3. Bài tập tính nguyên tử khối trung bình

Bài 1: Trong tự nhiên, X có hai đồng vị 1735X và 1737X, chiếm lần lượt 75,77% và 24,23% số nguyên tử X. Y có hai đông vị à 11Y và 12Y, chiếm lần lượt 99,2% và 0,8% số nguyên tử Y.

a) Trong tự nhiên có bao nhiêu loại phân tử XY?

b) Phân tử khối trung bình của XY là bao nhiêu?

c) Phân tử XY là chất nào?

Hướng dẫn giải chi tiết

a) Các loại phân tử XY là : 35X – 1Y, 35X – 2Y, 37X – 1Y, 37X – 2Y

b) Nguyên tử khối trung bình của X là : 75.77 x 35 + 24.23 x 37100 = 35.485

Nguyên tử khối trung bình Y là: 99.2 x 1 + 0.8 x 2100 = 1.008

Phân tử khối trung bình của XY: 35,485 + 1,008 =36,493 ≈ 36,5.

c) Phân tử XY là HCl

Bài 2: Cho hợp chất AB2 tạo bởi hai nguyên tố A, B. B có hai đồng vị 79B: chiếm 55% số nguyên tử B và đồng vị 81B. Trong AB2, phần trăm khối lượng của A là bằng 28,51%. Tính nguyên tử khối trung bình của A, B.

Hướng dẫn giải chi tiết

Giải thích các bước giải:

Phần trăm số nguyên tử của 81B = 100%−55% = 45%

Suy ra, nguyên tử khối trung bình của B là :

MB= 79.55% + 81.45% = 79,9

Ta có

% A= (A/A + 2B).100% = (A/B + 79,9.2).100% = 28,51%

⇒ A = 63,73

Bài 3: Nguyên tố clo có hai đồng vị bền 1735 Cl chiếm 75,77% và 1737 Cl chiếm 24,23%. Tính nguyên tử khối trung của Clo?

Hướng dẫn giải chi tiết

Nguyên tử khối trung bình của Clo là: 35 x 75.77 + 37 x 24.23100 = 35.5

Vậy nguyên tử khối trung bình của Clo là 35.5

Bài 4: Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị 6329Cu và 6529Cu  Tính tỉ lệ phần trăm số nguyên tử của đồng vị 2963Cu tồn tại trong tự nhiên

Hướng dẫn giải chi tiết

Gọi x là % số nguyên tử của2963Cu ⇒ 100 – x là % của 2965Cu

Ta có 63,54 = (63x + 65)(100 - x))/100 ⇒ x = 73

Vậy 2963Cu chiếm 73%

Bài 5: Trong tự nhiên Oxi có 3 đồng vị 16O(x1%), 17O(x2%), 18O (4%), nguyên tử khối trung bình của Oxi là 16,14. Phần trăm đồng vị 16O và 17O lần lượt là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải chi tiết

Ta có: x1 + x2 + 4 = 100

Nguyên tử khối trung bình của Oxi là 16.14 = (16. x1 + 17. x2 + 18.4)/100

Giải hệ phương trình 2 ẩn ta có x1 = 90 và x2 = 6

Bài 6: Một nguyên tố X gồm hai đồng vị là X1 và X2. Đồng vị X1 có tổng số hạt là 18. Đồng vị X2 có tổng số hạt là 20. Biết rằng % các đồng vị trong X bằng nhau và các loại hạt trong X1 cũng bằng nhau. Xác định nguyên tử khối trung bình của X?

Hướng dẫn giải chi tiết

Các hạt trong đồng vị X1 bằng nhau nên: P = E = N = 18/3 = 6

⇒ Số khối của đồng vị X1 là: P + N= 12

⇒ Số khối của đồng vị X2 là: 20 – 6 = 14

M trung bình = 35 x 75.77 + 37 x 24.23100 = 13

Bài 7: Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị Cu2963 và Cu2965 Tính tỉ lệ phần trăm số nguyên tử của đồng vị Cu2963 tồn tại trong tự nhiên.

Hướng dẫn giải chi tiết

Gọi x là % số nguyên tử của Cu2963 ⇒ 100 – x là % của Cu2965

Ta có 63,54 = (63x + 65(100 - x))/100 ⇒ x = 73

Vậy Cu2963chiếm 73%

Bài 8: Biết khối lượng của nguyên tử cacbon 12 gấp 11,9059 lần khối lượng của nguyên tử hiđro. Hỏi khối lượng của nguyên tử hiđro bằng bao nhiêu u?

Hướng dẫn giải chi tiết

Khối lượng nguyên tử hidro là: 1211.9059 = 1.0079

Bài 9: Một nguyên tử x gồm 2 đồng vị là x1 và x2, lần lượt có tổng số hạt là 15 và 18. Biết rằng % của những đồng vị trong X bằng nhau và các loại hoạt trong X1 cũng bằng với nhau. Hãy xác định nguyên tử khối trung bình của X là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải chi tiết

Những hạt trong đồng vị X1 bằng nhau nên ta có:

P = E = N = 15/3 = 5

→ Số khối của đồng vị X1 là: P + N = 5 + 5 = 10

→ Số khối của đồng vị X2 là 18 – 5 = 13

Nguyên tử khối trung bình của X là 575.

Bài 10: Cacbon có hai đồng vị bền là C612và C613, và Số khối của cacbon = 12,01. Tính % khối lượng của trong hợp chất CO2 (cho MNa = 23; MO = 16)

Hướng dẫn giải chi tiết

Gọi a, b lần lượt là % số nguyên tử của đồng vị 12C và 13C

Ta lập được hệ phương trình sau

a + b = 100 (1)

12a/100 + 13b/100 = 12,01 (2)

Giải hệ phương trình trên ta được a = 99, b = 1

Xét 1 mol CO21 mol C => mC= 12,01

2 mol O => mO = 32

Ta biết % số nguyên tử = % số mol nên

Số mol của 12C là: 0,99.1 = 0,99 mol

%m12C = (0,99.12.100)/(12,01+ 32) = 27

Muốn học tốt hoá học thì trước hết các em nên tìm hiểu từ dạng bài tập về nguyên tử khối trung bình. Biết được tầm quan trọng của công thức nguyên tử khối trung bình, VUIHOC đã viết bài viết này nhằm củng cố lý thuyết về cấu trúc nguyên tử kèm bộ bài tập rất bổ ích. Để học thêm được nhiều các kiến thức hay và thú vị về Hoá học 10 cũng như Hoá học THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!