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, chúng ta đã tìm hiểu về hai nội dung quan trọng: điều chế chất (các phương pháp tạo ra hợp chất hóa học trong phòng thí nghiệm và công nghiệp) và phân tích chất (các kỹ thuật xác định thành phần, hàm lượng các chất). Bài tập hôm nay giúp các em củng cố kiến thức thông qua các dạng bài tập có hướng dẫn giải chi tiết, từ đó vận dụng linh hoạt vào thực tiễn.

Lý thuyết cần nhớ

• Điều chế chất: Là quá trình tạo ra một chất từ các chất ban đầu thông qua phản ứng hóa học. Ví dụ: điều chế oxygen từ KMnO₄, điều chế chlorine từ HCl và MnO₂.
• Phân tích chất: Là quá trình xác định thành phần định tính (chất gì có mặt) và định lượng (hàm lượng bao nhiêu) của một mẫu chất. Các phương pháp thường gặp: chuẩn độ acid – base, phân tích khối lượng, sắc ký.
• Mối liên hệ: Phân tích giúp kiểm tra hiệu suất điều chế, độ tinh khiết của sản phẩm, và ngược lại, điều chế cung cấp chất tinh khiết cho quá trình phân tích.

Ví dụ minh họa có hướng dẫn giải

Ví dụ 1: Bài toán điều chế

Đề bài: Trong phòng thí nghiệm, để điều chế 2,479 lít khí chlorine (Cl₂) ở điều kiện chuẩn (25°C, 1 bar), cần dùng bao nhiêu gam MnO₂ phản ứng với lượng dư dung dịch HCl đặc? Biết phương trình hóa học:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Hướng dẫn giải:

1. Tính số mol Cl₂ cần điều chế:
   Ở điều kiện chuẩn, 1 mol khí chiếm 24,79 lít.
   n(Cl₂) = 2,479 / 24,79 = 0,1 mol.
2. Theo phương trình hóa học:
   1 mol MnO₂ tạo ra 1 mol Cl₂.
   Vậy n(MnO₂) = n(Cl₂) = 0,1 mol.
3. Tính khối lượng MnO₂:
   M(MnO₂) = 55 + 16×2 = 87 g/mol.
   m(MnO₂) = 0,1 × 87 = 8,7 gam.

Kết luận: Cần dùng 8,7 gam MnO₂.

Ví dụ 2: Bài toán phân tích chất (chuẩn độ)

Đề bài: Để xác định nồng độ của dung dịch HCl, người ta tiến hành chuẩn độ 25,0 mL dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,1M. Thể tích NaOH đã dùng là 20,0 mL. Tính nồng độ mol của dung dịch HCl.

Hướng dẫn giải:

1. Phương trình chuẩn độ:
   HCl + NaOH → NaCl + H₂O
2. Tính số mol NaOH đã dùng:
   n(NaOH) = C_M × V = 0,1 × 0,020 = 0,002 mol.
3. Theo phương trình: n(HCl) = n(NaOH) = 0,002 mol.
   Vậy nồng độ dung dịch HCl là:
   C_M(HCl) = 0,002 / 0,025 = 0,08 M.

Kết luận: Nồng độ dung dịch HCl là 0,08 mol/L.

Ví dụ 3: Phân tích hiệu suất điều chế

Đề bài: Từ 10 gam đá vôi (CaCO₃) điều chế vôi sống (CaO) theo phản ứng: CaCO₃ → CaO + CO₂. Sau phản ứng thu được 4,48 gam CaO. Tính hiệu suất của quá trình điều chế.

Hướng dẫn giải:

1. Tính khối lượng CaO lý thuyết:
   M(CaCO₃) = 100 g/mol; n(CaCO₃) = 10/100 = 0,1 mol.
   Theo phương trình: n(CaO) = n(CaCO₃) = 0,1 mol.
   m(CaO lý thuyết) = 0,1 × 56 = 5,6 gam.
2. Hiệu suất phản ứng:
   H = (khối lượng thực tế / khối lượng lý thuyết) × 100%
   H = (4,48 / 5,6) × 100% = 80%.

Kết luận: Hiệu suất điều chế là 80%.

Ghi nhớ

• Khi giải bài tập điều chế: xác định lượng chất tham gia hoặc lượng sản phẩm dựa vào phương trình hóa học, chú ý đến điều kiện phản ứng (nhiệt độ, xúc tác) và hiệu suất.
• Khi giải bài tập phân tích: nắm vững nguyên tắc chuẩn độ, công thức C₁V₁ = C₂V₂ (với các chất phản ứng theo tỉ lệ 1:1).
• Luôn kiểm tra đơn vị thể tích (L hay mL) và chuyển đổi phù hợp trước khi tính toán.

Bài tập gợi ý (tự luyện)

1. Từ 5,8 gam Fe₃O₄ điều chế Fe bằng cách dùng khí H₂ dư. Tính thể tích H₂ (đkc) cần dùng và khối lượng Fe thu được (H = 100%). (Đáp số: 2,479 L H₂; 4,2 gam Fe)
2. Chuẩn độ 20,0 mL dung dịch H₂SO₄ bằng dung dịch NaOH 0,2M hết 15,0 mL. Tính nồng độ mol của dung dịch H₂SO₄. (Hướng dẫn: phương trình H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O; tỉ lệ mol 1:2; đáp số: 0,075 M)
3. Điều chế khí oxygen từ 24,5 gam KClO₃ với xúc tác MnO₂. Sau phản ứng thu được 5,6 lít O₂ (đkc). Tính hiệu suất. (Đáp số: H ≈ 83,33%)