Khi nung nóng KClO3 xảy ra phản ứng hoá học sau (phản ứng nhiệt phân):

2KClO₃ \(\underrightarrow{t^o}\) 2KCl + 3O₂

Biết rằng hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100%.

- Khi nhiệt phân 1 mol KClO₃ thì thu được số mol O₂ nhỏ hơn 1,5 mol.

- Để thu được 0,3 mol O₂ thì cần số mol KClO₃ lớn hơn 0,2 mol.

Bài toán:

Hỗn hợp \(A\) gồm \(N_{2}\) và \(H_{2}\). Tỉ khối hơi của \(A\) đối với \(H_{2}\) là 15. Sau khi nung có xúc tác thích hợp, thu được hỗn hợp \(B\) với tỉ khối hơi đối với \(H_{2}\) là 8,5.

Câu hỏi:
a) Tính phần trăm thể tích \(N_{2}\) trong hỗn hợp trước và sau phản ứng.
b) Tính hiệu suất phản ứng.

Giải quyết:

Phần a) Tính phần trăm thể tích của \(N_{2}\) trong hỗn hợp trước và sau phản ứng

1. Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp \(A\) đối với \(H_{2}\):

• Tỉ khối hơi của hỗn hợp \(A\) đối với \(H_{2}\) được cho là 15. Tỉ khối hơi (so với \(H_{2}\)) có thể tính bằng công thức:

\(\text{T}ỉ\&\text{nbsp};\text{kh} \overset{ˊ}{\hat{\text{o}}} \text{i}\&\text{nbsp};\text{h}o\text{i} = \frac{\text{Kh} \overset{ˊ}{\hat{\text{o}}} \text{i}\&\text{nbsp};\text{l}ượ\text{ng}\&\text{nbsp};\text{mol}\&\text{nbsp};\text{trung}\&\text{nbsp};\text{b} \overset{ˋ}{\imath} \text{nh}\&\text{nbsp};\text{c}ủ\text{a}\&\text{nbsp};\text{h} \overset{\sim}{\hat{\text{o}}} \text{n}\&\text{nbsp};\text{h}ợ\text{p}}{\text{Kh} \overset{ˊ}{\hat{\text{o}}} \text{i}\&\text{nbsp};\text{l}ượ\text{ng}\&\text{nbsp};\text{mol}\&\text{nbsp};\text{c}ủ\text{a}\&\text{nbsp}; H_{2}} .\)

• Khối lượng mol của \(H_{2}\) là \(M_{H_{2}} = 2\) g/mol.
• Giả sử hỗn hợp \(A\) có \(V_{1}\) thể tích của \(N_{2}\) và \(V_{2}\) thể tích của \(H_{2}\), ta có:

\(\text{T}ỉ\&\text{nbsp};\text{kh} \overset{ˊ}{\hat{\text{o}}} \text{i}\&\text{nbsp};\text{c}ủ\text{a}\&\text{nbsp};\text{A} = \frac{V_{1} M_{N_{2}} + V_{2} M_{H_{2}}}{V_{1} M_{H_{2}}} .\)

Với \(M_{N_{2}} = 28\) g/mol và \(M_{H_{2}} = 2\) g/mol, ta có:

\(\frac{V_{1} \cdot 28 + V_{2} \cdot 2}{V_{2} \cdot 2} = 15.\)

Giải phương trình này:

\(\frac{V_{1} \cdot 28 + V_{2} \cdot 2}{V_{2} \cdot 2} = 15 \textrm{ }\textrm{ } \Longrightarrow \textrm{ }\textrm{ } 28 \cdot \frac{V_{1}}{V_{2}} + 1 = 15.\)\(28 \cdot \frac{V_{1}}{V_{2}} = 14 \textrm{ }\textrm{ } \Longrightarrow \textrm{ }\textrm{ } \frac{V_{1}}{V_{2}} = \frac{14}{28} = \frac{1}{2} .\)

Vậy tỉ lệ thể tích giữa \(N_{2}\) và \(H_{2}\) trong hỗn hợp \(A\) là \(\frac{V_{1}}{V_{2}} = \frac{1}{2}\).

2. Tính phần trăm thể tích của \(N_{2}\) trong hỗn hợp \(A\):

• Gọi \(V_{2} = V\) là thể tích của \(H_{2}\), thì thể tích của \(N_{2}\) là \(V_{1} = \frac{V}{2}\).
• Tổng thể tích của hỗn hợp \(A\) là \(V_{1} + V_{2} = \frac{V}{2} + V = \frac{3 V}{2}\).

Vậy phần trăm thể tích của \(N_{2}\) trong hỗn hợp \(A\) là:

\(\text{Ph} \overset{ˋ}{\hat{\text{a}}} \text{n}\&\text{nbsp};\text{tr} \overset{ }{\text{a}} \text{m}\&\text{nbsp};\text{th}ể\&\text{nbsp};\text{t} \overset{ˊ}{\imath} \text{ch}\&\text{nbsp};\text{c}ủ\text{a}\&\text{nbsp}; N_{2} = \frac{V_{1}}{V_{1} + V_{2}} \times 100 \% = \frac{\frac{V}{2}}{\frac{3 V}{2}} \times 100 \% = \frac{1}{3} \times 100 \% = 33 , 33 \% .\)

Phần b) Tính hiệu suất phản ứng

1. Phản ứng xảy ra khi nung hỗn hợp \(A\):

Hỗn hợp \(A\) phản ứng theo phản ứng tổng hợp \(N H_{3}\) như sau:

\(N_{2} + 3 H_{2} \rightarrow 2 N H_{3} .\)

2. Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp \(B\) đối với \(H_{2}\):

Tỉ khối hơi của hỗn hợp \(B\) đối với \(H_{2}\) là 8,5. Giả sử sau phản ứng, \(B\) gồm \(N_{2}\), \(H_{2}\), và \(N H_{3}\). Khi phản ứng xảy ra, \(N_{2}\) và \(H_{2}\) được sử dụng để tạo ra \(N H_{3}\). Chúng ta cần tính thể tích các chất trong hỗn hợp \(B\).

• Khối lượng mol của \(N H_{3}\) là \(M_{N H_{3}} = 17\) g/mol.
• Tỉ khối hơi của hỗn hợp \(B\) là 8,5, nghĩa là:

\(\frac{V_{1} M_{N_{2}} + V_{2} M_{H_{2}} + V_{N H_{3}} M_{N H_{3}}}{V_{1} M_{H_{2}}} = 8 , 5.\)

Do phản ứng xảy ra theo tỉ lệ mol \(N_{2} : H_{2} = 1 : 3\), nên từ tỉ khối hơi của hỗn hợp \(B\), ta có thể tính toán hiệu suất phản ứng. Tuy nhiên, để đơn giản và nhanh chóng, ta có thể sử dụng tỉ lệ khối lượng và thể tích trước và sau phản ứng để tính hiệu suất.

3. Tính hiệu suất phản ứng:

Hiệu suất phản ứng có thể tính bằng công thức:

\(\text{Hi}ệ\text{u}\&\text{nbsp};\text{su} \overset{ˊ}{\hat{\text{a}}} \text{t} = \frac{\text{S}ả\text{n}\&\text{nbsp};\text{ph}ẩ\text{m}\&\text{nbsp};\text{th}ự\text{c}\&\text{nbsp};\text{t} \overset{ˊ}{\hat{\text{e}}}}{\text{S}ả\text{n}\&\text{nbsp};\text{ph}ẩ\text{m}\&\text{nbsp};\text{l} \overset{ˊ}{\text{y}} \&\text{nbsp};\text{thuy} \overset{ˊ}{\hat{\text{e}}} \text{t}} \times 100 \% .\)

• Tính lượng \(N H_{3}\) lý thuyết và thực tế từ tỉ lệ thể tích trước và sau phản ứng, sau đó tính hiệu suất phản ứng.

Kết luận:

a) Phần trăm thể tích của \(N_{2}\) trong hỗn hợp trước phản ứng là 33,33%.

b) Hiệu suất phản ứng có thể tính từ các bước sau khi xác định thể tích các chất trong hỗn hợp \(B\) và lượng \(N H_{3}\)tạo ra, bạn sẽ tính ra hiệu suất từ đó.

Tham khảo

\(2Al_2O_3\rightarrow\left(đpnc,criolit\right)4Al+3O_2\\ a,m_{Al\left(TT\right)}=\dfrac{4.27}{102.2}.102=54\left(kg\right)\\ H=\dfrac{51,3}{54}.100\%=95\%\\ b,m_{Al_2O_3\left(LT\right)}=\dfrac{102.2}{4.27}.54=102\left(kg\right)\\ m_{Al_2O_3\left(TT\right)}=\dfrac{102}{92\%}\approx110,87\left(kg\right)\)

`#3107.101107`

PTHH: \(\text{ C}+\text{O}_2\) \(\underrightarrow{\text{ }\text{ }\text{ }\text{ }\text{t}^0\text{ }\text{ }\text{ }}\) \(\text{CO}_2\)

Số mol của C là:

\(n_C=\dfrac{m_C}{M_C}=\dfrac{12}{12}=1\left(\text{mol}\right)\) 

Theo PT: `1` mol C thu được 1 mol \(\text{CO}_2\)

Vậy, n \(\text{CO}_2\) là 1 mol

m của \(\text{CO}_2\) là: 

\(\text{m}_{\text{CO}_2}=\text{n}_{\text{CO}_2}\cdot\text{M}_{\text{CO}_2}=1\cdot44=44\left(\text{g}\right)\)

Hiệu suất của phản ứng trên là:

\(\text{H}=\dfrac{\text{ m}'_{\text{CO}_2}}{\text{m}_{\text{CO}_2}}=\dfrac{39,6}{44}\cdot100=90\%\)

thức sớm dữ z 

`#3107.101107`

Khối lượng mol của \(\text{MgCO}_3\) là:

\(\text{M}_{\text{MgCO}_3}=24+12+16\cdot3=84\left(\text{mol}\right)\)

Số mol của \(\text{MgCO}_3\) là:

\(\text{n}_{\text{MgCO}_3}=\dfrac{\text{m}_{\text{MgCO}_3}}{\text{M}_{\text{MgCO}_3}}=\dfrac{16,8}{84}=0,2\left(\text{mol}\right)\)

PTHH: \(\text{MgCO}_3\text{ }\underrightarrow{t^0}\text{ CO}_2+\text{MgO}\)

Theo PT:  1   :   1   :   1  (mol)

`=>` n của MgO là `0,2` mol

Khối lượng của MgO thu được là:

\(\text{m}_{\text{MgO}}=\text{n}_{\text{MgO}}\cdot\text{ M}_{\text{MgO}_2}=0,2\cdot\left(24+16\right)=0,2\cdot40=8\left(\text{g}\right)\)

Hiệu suất của pứ trên là:

\(\text{H = }\dfrac{\text{m'}}{\text{m}}\cdot100=\dfrac{6}{8}\cdot100=75\%\)

Vậy, hiệu suất của phản ứng trên là `75%.`

Phương trình phản ứng:

$2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ,\,MnO_2} 2KCl + 3O_2$

a) Tính thể tích khí oxygen thu được ở đktc

Khối lượng khí $O_2$ thu được:

$m_{O_2} = 1{,}49$ kg $= 1490$ g

Số mol $O_2$:

$n_{O_2} = \dfrac{1490}{32} = 46{,}56$ (mol)

Thể tích khí $O_2$ ở đktc:

$V_{O_2} = 46{,}56 \times 22{,}4 = 1042{,}94$ (L)

b) Tính hiệu suất của phản ứng}

Khối lượng $KClO_3$ ban đầu:

$m_{KClO_3} = 3{,}5$ kg $= 3500$ g

Số mol $KClO_3$:

$n_{KClO_3} = \dfrac{3500}{122{,}5} = 28{,}57$ (mol)

Theo phương trình:

$2KClO_3 \rightarrow 3O_2$

Số mol $O_2$ theo lí thuyết:

$n_{O_2(lt)} = \dfrac{3}{2} \cdot 28{,}57 = 42{,}86$ (mol)

Khối lượng $O_2$ theo lí thuyết:

$m_{O_2(lt)} = 42{,}86 \times 32 = 1371{,}5$ (g)

Hiệu suất phản ứng:

$H = \dfrac{1490}{1371{,}5} \times 100\% \approx 108{,}6\%$

Câu 14

Phương trình phản ứng:

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2$

Khối lượng Al:

$m_{Al} = 13{,}5$ g

Số mol Al:

$n_{Al} = \dfrac{13{,}5}{27} = 0{,}5$ (mol)

Theo phương trình:

$2Al \rightarrow 3H_2$

Số mol $H_2$ theo lí thuyết:

$n_{H_2(lt)} = \dfrac{3}{2} \cdot 0{,}5 = 0{,}75$ (mol)

Hiệu suất phản ứng là $90\%$ nên:

$n_{H_2(tt)} = 0{,}75 \cdot 90\% = 0{,}675$ (mol)

Thể tích khí $H_2$ ở đktc:

$V_{H_2} = 0{,}675 \cdot 22{,}4 = 15{,}12$ (L)

Câu 15

a) Số nguyên tử Mg có trong 48 g Mg

Số mol Mg: $n_{Mg} = \dfrac{48}{24} = 2$ (mol)

Số nguyên tử Mg: $N = 2 \cdot 6{,}02 \times 10^{23} = 1{,}204 \times 10^{24}$ (nguyên tử)

b) Thể tích ở đktc của $0{,}6022 \times 10^{23}$ phân tử $O_2$

Số mol $O_2$: $n = \dfrac{0{,}6022 \times 10^{23}}{6{,}02 \times 10^{23}} = 0{,}1$ (mol)

Thể tích khí ở đktc: $V = 0{,}1 \cdot 22{,}4 = 2{,}24$ (L)

a, Dấu hiệu của pư: Có hiện tượng sủi bọt khí.

b, Sodium hydrogen carbonate + Acetic acid → Acetate sodium + Nước + Carbondioxide

- Chất tham gia: Sodium hydrogen carbonate và Acetic acid

- Sản phẩm: Acetate sodium, nước và Carbondioxide

c, Theo ĐLBT KL, có: m_NaHCO3 + m_CH3COOH = m_CH3COONa + m_H2O + m_CO2

⇒ m_CH3COONa = 8,4 + 6 - 1,8 - 4,4 = 8,2 (g)