Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách tính toán phần trăm khối lượng của đồng vị 37Cl trong hợp chất axit perchloric (HClO4), dựa trên thông tin về sự tồn tại của hai đồng vị clo trong tự nhiên là 35Cl và 37Cl.
I. Phân tích bài toán và các dữ kiện
Trong tự nhiên, nguyên tố clo (Cl) tồn tại dưới dạng hai đồng vị bền là 35Cl và 37Cl. Theo đề bài, đồng vị 37Cl chiếm 24,23% tổng số nguyên tử clo, trong khi phần còn lại là đồng vị 35Cl. Chúng ta cần xác định phần trăm khối lượng của đồng vị 37Cl trong hợp chất HClO4. Các thông tin về nguyên tử khối đã cho là: H = 1, O = 16.
II. Các bước giải bài toán
1. Xác định phần trăm và nguyên tử khối của từng đồng vị Clo
- Đồng vị 37Cl: Chiếm 24,23% tổng số nguyên tử. Nguyên tử khối là 37.
- Đồng vị 35Cl: Chiếm phần còn lại, tức là 100% – 24,23% = 75,77% tổng số nguyên tử. Nguyên tử khối là 35.
2. Tính nguyên tử khối trung bình của Clo (MCl)
Nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố được tính bằng tổng tích của phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị với nguyên tử khối của đồng vị đó.
MCl = (37 24,23%) + (35 75,77%)
MCl = (37 0,2423) + (35 0,7577)
MCl = 8,9651 + 26,5195
MCl = 35,4846 (g/mol)
3. Tính khối lượng phân tử của HClO4
Khối lượng phân tử của HClO4 được tính bằng tổng nguyên tử khối của các nguyên tử trong phân tử:
M(HClO4) = M(H) + M(Cl) + 4 M(O)
M(HClO4) = 1 + 35,4846 + 4 16
M(HClO4) = 1 + 35,4846 + 64
M(HClO4) = 100,4846 (g/mol)
4. Tính phần trăm khối lượng của đồng vị 37Cl trong HClO4
Phần trăm khối lượng của một nguyên tử đồng vị trong hợp chất được tính theo công thức:
% m(đồng vị) = (Nguyên tử khối của đồng vị Số lượng đồng vị trong phân tử / Khối lượng phân tử hợp chất) 100%
Trong phân tử HClO4, có một nguyên tử Cl và chúng ta quan tâm đến khối lượng đóng góp từ đồng vị 37Cl.
% m(37Cl) = (Nguyên tử khối của 37Cl % sự có mặt của 37Cl trong nguyên tử Clo) / Khối lượng phân tử HClO4 100%
Lưu ý: Ở đây chúng ta cần tính phần trăm khối lượng của đồng vị 37Cl trên tổng khối lượng phân tử HClO4.
Khối lượng của 37Cl trong 1 mol HClO4 = Nguyên tử khối của 37Cl Số mol 37Cl trong 1 mol HClO4
Vì Clo có nguyên tử khối trung bình là 35.4846, phần đóng góp của đồng vị 37Cl vào nguyên tử khối trung bình này là:
Khối lượng đóng góp của 37Cl = 37 0.2423 = 8.9651
Cách tính chính xác hơn:
Phần trăm khối lượng của đồng vị 37Cl trong HClO4 = (Khối lượng nguyên tử của 37Cl Phần trăm số nguyên tử của 37Cl) / Khối lượng phân tử HClO4 100%
%m37Cl = (37 0.2423) / 100.4846 100%
%m37Cl = 8.9651 / 100.4846 * 100%
%m37Cl ≈ 8.92%
Hoặc ta có thể hiểu theo cách tính của đề bài:
Phần trăm khối lượng của C37l trong HClO4 = (37 24,23) / (100 (1 + 35,4846 + 16 4)) 100
Trong đó:
- 37 là nguyên tử khối của đồng vị 37Cl.
- 24,23 là phần trăm số nguyên tử của đồng vị 37Cl.
- 100 là để chuyển phần trăm thành hệ số tương ứng khi tính toán.
- 1 là nguyên tử khối của H.
- 35,4846 là nguyên tử khối trung bình của Cl.
- 16 là nguyên tử khối của O.
- 4 là số nguyên tử O trong HClO4.
%m37Cl = (37 24.23) / (1 100 + 35.4846 100 + 16 4 * 100) — Cách hiểu này không đúng hoàn toàn
Cách giải thích chính xác theo công thức trong bài gốc:
%mC37l = [ (Nguyên tử khối của 37Cl) (% số nguyên tử của 37Cl / 100) ] / [ (Nguyên tử khối H) + (Nguyên tử khối trung bình Cl) + 4 (Nguyên tử khối O) ] 100%
%m37Cl = [ 37 (24.23 / 100) ] / [ 1 + 35.4846 + 4 16 ] 100%
%m37Cl = [ 37 0.2423 ] / [ 1 + 35.4846 + 64 ] 100%
%m37Cl = 8.9651 / 100.4846 * 100%
%m37Cl ≈ 8.92%
III. Kết luận
Dựa trên các phép tính, phần trăm khối lượng của đồng vị 37Cl trong HClO4 là 8,92%. Do đó, đáp án chính xác là A.
