Nota ulang kaji: Konsep Mol, Formula Kimia dan Persamaan Kimia

Bab ini ialah enjin pengiraan Kimia Tingkatan 4, dan hampir setiap soalan berbalik kepada satu kemahiran: menukar sesuatu kuantiti kepada mol, menggunakan nisbah, dan menukar semula. Kerjakan standard di bawah mengikut susunan, dan simpan jadual berkala di sebelah anda, kerana jisim atom relatif (Ar) yang anda perlukan dibaca daripadanya dalam peperiksaan.

3.1 Jisim atom relatif dan jisim molekul relatif

Jisim atom relatif (Ar) sesuatu unsur ialah purata jisim satu atom berbanding satu perdua belas jisim satu atom karbon-12. Ia tiada unit kerana ia satu nisbah. Jisim molekul relatif (Mr) sesuatu molekul ialah hasil tambah jisim atom relatif semua atom dalam formulanya; bagi sebatian ion, jumlah yang sama dipanggil jisim formula relatif.

Kaedah. Untuk mencari Mr, darabkan Ar setiap unsur dengan bilangan atomnya dalam formula, kemudian jumlahkan. Bagi air, H₂O = 2(1) + 16 = 18. Bagi karbon dioksida, CO₂ = 12 + 2(16) = 44. Bagi kalsium hidroksida, Ca(OH)₂ = 40 + 2(16 + 1) = 74. Bagi kuprum(II) sulfat terhidrat, CuSO₄·5H₂O = 64 + 32 + 4(16) + 5(18) = 250, lima molekul air itu mesti dimasukkan.

3.2 Mol dan pemalar Avogadro

Satu mol ialah amaun bahan yang mengandungi bilangan zarah yang sama seperti bilangan atom dalam tepat 12 g karbon-12. Bilangan itu ialah pemalar Avogadro, 6.02 x 10²³ mol⁻¹. Jadi satu mol mana-mana bahan mengandungi 6.02 x 10²³ mol⁻¹ zarah, atom, molekul atau ion, bergantung pada bahan itu.

Hubungan antara mol dan bilangan zarah ialah: bilangan zarah = bilangan mol × pemalar Avogadro. Contohnya, 0.5 mol karbon dioksida mengandungi 0.5 × 6.02 x 10²³ mol⁻¹ = 3.01 x 10²³ molekul. Ingat bahawa satu molekul CO₂ mengandungi tiga atom, jadi sampel yang sama mengandungi 3 × 3.01 x 10²³ = 9.03 x 10²³ atom.

3.3 Mol, jisim dan bilangan zarah

Jisim molar (M) sesuatu bahan ialah Ar atau Mr-nya yang dinyatakan dalam gram per mol. Hubungan teras seluruh bab ini ialah:

bilangan mol = jisim ÷ jisim molar, iaitu n = m ÷ M.

Setelah disusun semula, jisim = mol × jisim molar, dan jisim molar = jisim ÷ mol. Untuk mencari bilangan mol dalam 8 g natrium hidroksida, cari dahulu M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40, kemudian n = 8 ÷ 40 = 0.2 mol. Untuk mencari jisim 0.25 mol kalsium karbonat, M(CaCO₃) = 40 + 12 + 3(16) = 100, jadi jisim = 0.25 × 100 = 25 g. Menyambung dua langkah ini, jisim kepada mol, kemudian mol kepada zarah, menjawab satu gaya soalan yang sangat lazim.

3.4 Mol dan isi padu gas

Isi padu yang sama bagi semua gas, diukur pada suhu dan tekanan yang sama, mengandungi bilangan molekul yang sama. Isi padu yang diisi oleh satu mol mana-mana gas ialah isi padu molar. Pada keadaan bilik ia ialah 24 dm³ mol⁻¹; pada suhu dan tekanan piawai (STP) ia ialah 22.4 dm³ mol⁻¹. Baca soalan untuk melihat keadaan yang mana terpakai.

Kaedah. bilangan mol gas = isi padu gas ÷ isi padu molar. Jadi 6 dm³ oksigen pada keadaan bilik ialah 6 ÷ 24 = 0.25 mol; dan 2 mol mana-mana gas pada keadaan bilik mengisi 2 × 24 = 48 dm³. Perhatikan unit anda: 1 dm³ = 1000 cm³, jadi tukar cm³ kepada dm³ sebelum membahagi dengan isi padu molar yang diberi dalam dm³ mol⁻¹.

3.5 Formula empirik dan formula molekul

Formula empirik ialah nisbah nombor bulat paling ringkas bagi atom setiap unsur dalam sebatian. Formula molekul ialah bilangan atom sebenar setiap unsur dalam satu molekul; ia ialah formula empirik, atau gandaan nombor bulatnya.

Kaedah formula empirik. (1) Tulis jisim atau peratusan setiap unsur. (2) Bahagikan setiap satu dengan Ar⁻nya untuk mendapat mol atom. (3) Bahagikan setiap keputusan dengan yang terkecil untuk mendapat nisbah. (4) Jika perlu, darabkan untuk mencapai nombor bulat. Bagi sebatian yang mengandungi 40.0% karbon, 6.7% hidrogen dan 53.3% oksigen: C = 40.0 ÷ 12 = 3.33; H = 6.7 ÷ 1 = 6.7; O = 53.3 ÷ 16 = 3.33. Membahagi dengan 3.33 memberi 1 : 2 : 1, jadi formula empirik ialah CH₂O.

Untuk mencapai formula molekul, guna jisim molekul relatif. Jika sebatian di atas mempunyai Mr = 60, jisim formula empirik CH₂O ialah 12 + 2 + 16 = 30, jadi n = 60 ÷ 30 = 2, dan formula molekulnya ialah C₂H₄O₂.

3.6 Persamaan kimia dan stoikiometri

Persamaan kimia menunjukkan bahan tindak balas dan hasil dengan formula yang betul, diseimbangkan supaya bilangan atom setiap unsur sama di kedua-dua belah, dengan simbol keadaan (p, ce, g, ak). Nombor pengimbangan (pekali) memberi nisbah mol bahan bertindak balas.

Kaedah stoikiometri. (1) Tulis dan seimbangkan persamaan. (2) Tukar kuantiti yang diberi kepada mol. (3) Guna nisbah mol daripada pekali untuk mencari mol bahan yang dikehendaki. (4) Tukar mol itu kepada kuantiti yang ditanya. Contoh: berapa jisim magnesium oksida terbentuk apabila 6 g magnesium terbakar? Persamaannya ialah 2Mg + O₂ → 2MgO. n(Mg) = 6 ÷ 24 = 0.25 mol; nisbah Mg : MgO ialah 2 : 2 = 1 : 1, jadi n(MgO) = 0.25 mol; M(MgO) = 40, jadi jisim = 0.25 × 40 = 10 g.

Cara mengulang kaji bab ini

Jangan baca bab ini, berlatih. Lukis semula peta penukaran daripada ingatan: jisim ⇄ mol ⇄ zarah (melalui pemalar Avogadro) dan mol ⇄ isi padu gas (melalui isi padu molar). Bagi setiap pengiraan, tulis formula, gantikan nombor dengan unit, kemudian nilaikan, supaya pemeriksa boleh memberi markah kaedah walaupun terselit kesilapan pengiraan. Seorang guru satu-ke-satu boleh memerhati cara anda menyusun kerja ini dan menangkap langkah tepat tempat markah biasanya hilang, paling kerap jisim molar yang salah atau nisbah mol yang digunakan secara terbalik. Kerana penukaran ini muncul semula dalam asid dan bes, elektrokimia dan termokimia merentasi Kimia SPM, masa yang anda luangkan untuk menjadikannya automatik sekarang dibayar balik berkali-kali di Tingkatan 4 dan Tingkatan 5.

Semakan kendiri pantas

Tutup jawapan dan cuba ini. Mr ammonium sulfat, (NH₄)₂SO₄? [2(14 + 4) + 32 + 4(16) = 132.] Mol dalam 22 g CO₂? [22 ÷ 44 = 0.5 mol.] Isi padu 0.1 mol hidrogen pada keadaan bilik? [0.1 × 24 = 2.4 dm³.] Formula empirik sebatian dengan nisbah atom C : H 1 : 2 dan Mr = 42? [Empirik CH₂, jisim 14, n = 42 ÷ 14 = 3, formula molekul C₃H₆.] Jika anda boleh menghasilkan kerja pengiraan, bukan sekadar jawapan, anda sudah bersedia untuk soalan latihan.