Bài tập: Chương 2: Điều chế và phân tích chất

Bài tập: Chương 2 – Điều chế và phân tích chất

Giới thiệu

Trong chương 2 của môn Hóa học lớp 10, các em đã được tìm hiểu về hai lĩnh vực quan trọng của hóa học thực nghiệm: điều chế chất và phân tích chất. Điều chế chất là quá trình tạo ra một chất mới từ các chất ban đầu thông qua phản ứng hóa học. Phân tích chất là quá trình xác định thành phần, hàm lượng hoặc cấu trúc của một chất. Bài tập hôm nay sẽ giúp các em củng cố kiến thức thông qua các bài toán và câu hỏi có hướng dẫn giải chi tiết, từ đó rèn luyện kỹ năng tính toán và tư duy logic.

Lý thuyết cần nhớ

Trước khi làm bài tập, các em cần ôn lại một số nội dung quan trọng:

• Điều chế chất: Nguyên tắc chung là dựa vào tính chất hóa học đặc trưng của các chất. Ví dụ: điều chế oxi trong phòng thí nghiệm bằng cách nhiệt phân kali clorat (KClO₃) hoặc kali pemanganat (KMnO₄).
• Phân tích chất: Bao gồm phân tích định tính (xác định chất có mặt) và phân tích định lượng (xác định hàm lượng). Thường dùng phương pháp khối lượng hoặc thể tích.
• Công thức quan trọng:
  • n = m / M (số mol = khối lượng / khối lượng mol)
  • V (khí ở đktc) = n × 22,4 (lít)
  • Hiệu suất phản ứng: H% = (lượng thực tế / lượng lý thuyết) × 100%

Ví dụ minh họa có hướng dẫn giải

Ví dụ 1: Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế khí oxi bằng cách nhiệt phân hoàn toàn 12,25 gam kali clorat (KClO₃) có xúc tác MnO₂.

1. Viết phương trình hóa học của phản ứng.
2. Tính thể tích khí oxi thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Tính số mol KClO₃.
n(KClO₃) = m / M = 12,25 / 122,5 = 0,1 (mol)

Bước 2: Viết phương trình hóa học:
2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ (điều kiện: nhiệt độ, xúc tác MnO₂)

Bước 3: Tính số mol O₂ theo phương trình.
Theo phương trình: 2 mol KClO₃ tạo ra 3 mol O₂.
Vậy 0,1 mol KClO₃ tạo ra: (0,1 × 3) / 2 = 0,15 mol O₂.

Bước 4: Tính thể tích khí O₂ ở đktc.
V(O₂) = n × 22,4 = 0,15 × 22,4 = 3,36 (lít)

Đáp số: Thể tích khí oxi thu được là 3,36 lít.

Ví dụ 2: Một mẫu quặng sắt có chứa 80% Fe₂O₃ về khối lượng. Người ta dùng 10 tấn quặng này để điều chế sắt bằng phương pháp khử bằng CO. Biết hiệu suất của quá trình là 90%. Tính khối lượng sắt thu được.

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Tính khối lượng Fe₂O₃ nguyên chất trong quặng.
m(Fe₂O₃) = 10 × 80% = 8 (tấn) = 8.000.000 (gam)

Bước 2: Tính số mol Fe₂O₃.
M(Fe₂O₃) = 160 g/mol
n(Fe₂O₃) = 8.000.000 / 160 = 50.000 (mol)

Bước 3: Viết phương trình hóa học:
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Bước 4: Tính số mol Fe lý thuyết.
Theo phương trình: 1 mol Fe₂O₃ tạo ra 2 mol Fe.
Vậy 50.000 mol Fe₂O₃ tạo ra: 50.000 × 2 = 100.000 (mol) Fe.

Bước 5: Tính khối lượng Fe lý thuyết.
m(Fe lý thuyết) = 100.000 × 56 = 5.600.000 (gam) = 5,6 (tấn)

Bước 6: Tính khối lượng Fe thực tế với hiệu suất 90%.
m(Fe thực tế) = 5,6 × 90% = 5,04 (tấn)

Đáp số: Khối lượng sắt thu được là 5,04 tấn.

Ví dụ 3: Để phân tích hàm lượng muối ăn (NaCl) trong một mẫu nước biển, người ta lấy 100 ml mẫu nước biển và cho tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư, thu được 2,87 gam kết tủa trắng AgCl. Tính nồng độ mol của NaCl trong mẫu nước biển.

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Viết phương trình hóa học:
NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃

Bước 2: Tính số mol kết tủa AgCl.
M(AgCl) = 143,5 g/mol
n(AgCl) = 2,87 / 143,5 = 0,02 (mol)

Bước 3: Tính số mol NaCl theo phương trình.
Theo phương trình: 1 mol NaCl tạo ra 1 mol AgCl.
Vậy n(NaCl) = 0,02 mol.

Bước 4: Tính nồng độ mol của NaCl.
Thể tích dung dịch: 100 ml = 0,1 lít
C_M(NaCl) = n / V = 0,02 / 0,1 = 0,2 (M)

Đáp số: Nồng độ mol của NaCl là 0,2 M.

Ghi nhớ

• Khi làm bài tập điều chế chất, cần xác định đúng chất tham gia và sản phẩm, cân bằng phương trình và tính toán theo tỉ lệ mol.
• Trong bài toán có hiệu suất, luôn tính lượng lý thuyết trước, sau đó mới nhân với hiệu suất để ra lượng thực tế.
• Đối với bài tập phân tích định lượng, dựa vào khối lượng kết tủa hoặc thể tích khí để suy ra số mol chất cần tìm.
• Chú ý đơn vị đo: tấn, gam, lít, ml; cần đổi về đơn vị phù hợp trước khi tính toán.

Bài tập gợi ý

Các em hãy tự luyện tập các bài sau đây để nắm vững kiến thức:

1. Nhiệt phân hoàn toàn 15,8 gam KMnO₄. Tính thể tích khí oxi thu được ở đktc. (Gợi ý: phương trình 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂)
2. Người ta điều chế nhôm từ quặng bôxit (Al₂O₃) bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Tính khối lượng nhôm thu được khi điện phân 5,1 tấn Al₂O₃ nguyên chất. Biết hiệu suất phản ứng là 85%.
3. Để phân tích hàm lượng axit axetic (CH₃COOH) trong một mẫu giấm ăn, người ta lấy 50 ml giấm và chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,5 M. Thể tích NaOH đã dùng là 20 ml. Tính nồng độ mol của axit axetic trong mẫu giấm. (Gợi ý: viết phương trình CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O)
4. Một hỗn hợp gồm CuO và Fe₂O₃ có khối lượng 16 gam. Để khử hoàn toàn hỗn hợp này cần dùng 5,6 lít khí CO ở đktc. Tính khối lượng mỗi oxit trong hỗn hợp ban đầu.

Chúc các em học tốt và làm bài thành công!