Hợp chất nhôm sunfua có 64 nguyên tử lưu huỳnh (S) và 36 nguyên tử nhôm (Al) là một bài toán hóa học phổ thông thú vị mà nhiều học sinh thường thắc mắc khi học về hợp chất ion và công thức hóa học. Vậy từ dữ liệu này, làm sao để xác định công thức hoá học đúng? Hợp chất đó có đặc điểm gì và ứng dụng như thế nào? Cùng tìm hiểu chi tiết ngay sau đây!
TÓM TẮT
Hợp chất nhôm sunfua: Hình thành từ đâu?
Nhôm sunfua là một hợp chất ion được tạo thành giữa kim loại nhôm (Al) và phi kim lưu huỳnh (S). Trong phản ứng hóa học, nguyên tử nhôm có xu hướng mất 3 electron để tạo thành ion Al³⁺, còn lưu huỳnh lại nhận 2 electron để trở thành ion S²⁻. Như vậy, để trung hòa điện tích, chúng kết hợp với tỷ lệ sao cho tổng điện tích về 0.
“Hiểu đúng về cấu trúc ion là mấu chốt để viết được công thức hoá học chuẩn,” – ThS. Nguyễn Thị Mai Lan, giảng viên Hóa học phổ thông.
Phân tích bài toán: Hợp chất nhôm sunfua có 64 S và 36 Al
Làm thế nào để lập công thức hóa học?
Giả sử bạn được cho biết hợp chất nhôm sunfua chứa:
- 36 nguyên tử Al
- 64 nguyên tử S
Nhiệm vụ của bạn là xác định công thức hóa học của hợp chất này.
Bước 1: Biểu diễn theo tỉ lệ ion
Để hợp chất trung hoà điện tích:
- Ion Al³⁺ mang điện tích +3
- Ion S²⁻ mang điện tích -2
Cân bằng điện tích bằng phương pháp chéo:
- Nhôm sẽ cần 2 nguyên tử để cân bằng với 3 lưu huỳnh:
- Al₂S₃ có tỉ lệ 2:3 (Al:S)
Bước 2: So sánh với dữ liệu đề bài
Ta lấy tổng số nguyên tử chia cho tỉ lệ đơn vị:
- 36 Al chia cho 2 = 18
- 64 S chia cho 3 = 21.33… → Không phù hợp!
Hãy thử tìm ước chung gần nhất:
Ta thử đơn giản hóa tỷ lệ:
36 Al : 64 S = 36/64 = 9:16
Vậy hợp chất đang có tỉ lệ Al:S = 9:16
Xét xem với tỷ lệ 2:3 của Al₂S₃ cần bao nhiêu nguyên tử S ứng với 36 Al:
- 36 Al → 18 nhóm Al₂
- 18 nhóm Al₂ tương ứng với 18 × 3 = 54 nguyên tử S theo công thức Al₂S₃
Nhưng ở đây có đến 64 S > 54 S → Vậy có dư lưu huỳnh!
Tình huống đặt ra:
- Hợp chất chưa chắc là Al₂S₃ thuần túy – có thể là hỗn hợp các hợp chất hoặc một công thức phân tử lớn hơn nhưng có tỉ lệ nhỏ như Al₉S₁₆
Bước 3: Tìm công thức phân tử tương ứng
Ta chia cả hai số nguyên tử theo tỉ lệ đơn giản hóa:
- 36 Al : 64 S = 9 : 16
→ Công thức phân tử khả dụng: Al₉S₁₆
Kiểm tra lại điện tích
- 9 Al³⁺ = +27
- 16 S²⁻ = -32
→ Tổng điện tích: +27 + (-32) = −5 ≠ 0 → Không trung hòa
→ → Như vậy, Al₉S₁₆ không phải là hợp chất trung hòa.
Vậy có công thức nào phù hợp hơn?
Thử với Al₄S₆
- 4 Al³⁺ = +12
- 6 S²⁻ = -12 → điện tích cân bằng
Kiểm tra khối lượng nguyên tử tương ứng:
- Nếu nhóm Al₄S₆ có tỷ lệ 2:3 đúng (tương đương Al₂S₃), ta nhân lên cho đến khi khớp
Al₁₂S₁₈ → 12 Al, 18 S
Nhân 3 lần: Al₃₆S₅₄ → Đã có 36 Al rồi! Nhưng theo đề đã có đến 64 S, vẫn thiếu!
Tạm kết: Không thể tạo ra công thức đúng nếu chỉ dựa vào dữ liệu 36 Al và 64 S tròn vẹn và kỳ vọng một hợp chất ion trung hòa.
“Bài toán như thế đặt ra cho học sinh cơ hội luyện cách phân tích dữ liệu và tư duy phản biện với hóa học nguyên tử,” – TS. Trần Quốc Hưng, chuyên gia giảng dạy hóa học THPT.
Công thức đúng gần nhất: Al₂S₃
Mặc dù đề bài cho lượng nguyên tử không chia hết cho tỉ lệ 2:3 của Al₂S₃, nhưng nếu xét về công thức đơn vị ổn định và có mặt trong thực tế, Al₂S₃ chính là hợp chất chuẩn của nhôm và lưu huỳnh.
Đặc điểm của Al₂S₃:
- Màu xám hoặc vàng nhạt, tinh thể rắn
- Khó tan trong nước, phản ứng mạnh với nước tạo khí H₂S hôi thối
- Tồn tại dưới các hình thức thù hình (orthorhombic, monoclinic…)
Cấu trúc tinh thể của hợp chất nhôm sunfua Al₂S₃ dưới dạng ion
Ứng dụng thực tế của nhôm sunfua
Dù không phổ biến rộng rãi như nhiều hợp chất hóa học khác, nhôm sunfua vẫn có những ứng dụng nhất định trong công nghiệp hóa chất:
- Là nguồn tạo khí H₂S trong các phản ứng điều chế
- Được nghiên cứu trong tổng hợp vật liệu bán dẫn, vật liệu siêu dẫn
- Dùng trong nghiên cứu cấu trúc hợp chất ion
“Chúng ta càng phân tích sâu, càng thấy rằng ngay cả hợp chất tưởng nhỏ cũng mở ra nhiều ứng dụng và kiến thức thú vị,” – ThS. Nguyễn Thị Mai Lan chia sẻ.
Bảng so sánh các tỉ lệ khả dĩ giữa Al và S
| Tỷ lệ Al : S | Công thức đề xuất | Trạng thái điện tích | Có thể tồn tại? |
|---|---|---|---|
| 2 : 3 | Al₂S₃ | Trung hòa | ✔️ Phổ biến |
| 9 : 16 | Al₉S₁₆ | Không trung hòa | ❌ |
| 4 : 6 | Al₄S₆ | Trung hòa tỷ lệ nhỏ | ✔️ (giống kiểu Al₂S₃) |
| 3 : 5.3 | – | Không xác định | ❌ |
Câu hỏi thường gặp
Nhôm sunfua có tan trong nước không?
Không tan, nhưng phản ứng với nước mạnh sinh ra khí H₂S có mùi trứng thối:
Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂S↑Nhôm sunfua có thể điều chế bằng cách nào?
Cách phổ biến: đốt nhôm với lưu huỳnh nguyên chất trong điều kiện khô và không có không khí ẩm.
2Al + 3S → Al₂S₃Vì sao hợp chất Al₂S₃ phản ứng với nước lại tạo khí H₂S?
Vì ion S²⁻ dễ bị H⁺ từ nước tấn công sinh ra khí H₂S – đặc trưng của muối sunfua.
Có thể dùng Al₂S₃ để nhận biết nước không?
Hoàn toàn có! Nếu hợp chất nhôm sunfua khô gặp hơi nước mà sinh ra khí có mùi trứng thối → có thể xác định hơi nước/ẩm.
Kết luận
Từ bài toán “hợp chất nhôm sunfua có 64 S và 36 Al”, chúng ta không chỉ giải mã được công thức hóa học gần đúng là Al₂S₃ (theo tỉ lệ 2:3) mà còn khám phá cách suy luận logic, ứng dụng của hợp chất trong thực tế và vai trò của cân bằng điện tích trong hóa học. Bài toán tưởng chừng đơn giản này lại mở ra nhiều bài học sâu sắc cho người học hóa.
Nếu bạn đang ôn luyện cho kỳ thi tốt nghiệp THPT hoặc muốn hiểu thêm về các hợp chất hóa học, thì việc thực hành theo cách phân tích bài toán như trên sẽ giúp bạn tăng khả năng tư duy hiệu quả hơn.
Hãy tiếp tục đồng hành cùng Hóa Học Phổ Thông để khám phá thế giới kỳ diệu của các công thức hóa học!
