KHTN8-CD | Bài 5. Tính theo phương trình hoá học

MỤC TIÊU

• Tính được lượng chất trong phương trình hoá học theo số mol, khối lượng hoặc thể tích ở điều kiện 1 bar và 25 °C.
• Nêu được khái niệm hiệu suất của phản ứng và tính được hiệu suất của một phản ứng dựa vào lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết và lượng sản phẩm thu được theo thực tế.

TÓM TẮT KIẾN THỨC

💡 Mở đầu
Trong công nghiệp, người ta sản xuất nhôm (aluminium) từ aluminium oxide (Al₂O₃). Làm thế nào tính được khối lượng nguyên liệu cần dùng để sản xuất nhôm hoặc tính khối lượng nhôm tạo ra nếu biết khối lượng nguyên liệu đã dùng?

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào khối lượng nguyên liệu đã dùng, hiệu suất phản ứng và phương trình hoá học.
🌟 Lời giải chi tiết:
Dựa vào khối lượng nguyên liệu đã dùng, hiệu suất phản ứng và phương trình hoá học có thể tính được khối lượng nguyên liệu cần dùng để sản xuất nhôm hoặc tính khối lượng nhôm tạo ra.

I. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG, SỐ MOL CỦA CHẤT PHẢN ỨNG VÀ SẢN PHẨM TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

➲ Ví dụ
- Trong phòng thí nghiệm, người ta có thể điều chế khí hydrogen (H₂) bằng cách cho zinc tác dụng với dung dịch acid HCl theo phương trình hoá học sau:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

- Tính khối lượng acid HCl tham gia phản ứng và thể tích khí H₂ (đkc) thu được khi hoà tan 1,3 gam zinc.

Lời giải chi tiết

+ Số mol của Zn tham gia phản ứng:

\[{n_{Zn}} = \frac{{{m_{Zn}}}}{{{M_{Zn}}}} = \frac{{1,3}}{{65}} = 0,02(mol)\]

Từ phương trình hoá học ta có:

Zn	+	2HCl	→	ZnCl₂	+	H₂↑
1 nguyên tử Zn	+	2 phân tử HCl	→	1 phân tử ZnCl₂		1 phân tử H₂
N nguyên tử Zn	+	2N phân tử HCl	→	N phân tử ZnCl₂	+	N phân tử H₂

+ Tức là: 1 mol Zn tác dụng với 2 mol HCl tạo ra 1 mol ZnCl₂ và 1 mol H₂.

+ Vậy tỉ lệ số nguyên tử, phân tử của các chất trong phương trình hoá học chính là tỉ lệ số mol của chúng tham gia và tạo thành trong phản ứng.

\[\frac{{{n_{HCl}}}}{{{n_{Zn}}}} = \frac{2}{1} = 2;\frac{{{n_{{H_2}}}}}{{{n_{Zn}}}} = \frac{1}{1} = 1\]

+ Vậy: 0,02 mol Zn tác dụng với 0,02 × 2 = 0,04 mol HCl và tạo ra 0,02 mol H₂.

• Khối lượng acid HCl phản ứng là

\[{m_{HCl}} = n \times {M_{HCl}} = 0,00 = 4 \times 36,5 = 1,46(g)\]

• Thể tích khí H₂ (đkc) thu được là:

\[{V_{{H_2}}} = {n_{{H_2}}} \times 24,79 = 0,4958(L) \approx 0,5(L)\]

Để tính khối lượng và số mol của chất phản ứng và chất sản phẩm trong một phản ứng hoá học, ta thực hiện theo các bước sau:
- Bước 1: Viết phương trình hoá học của phản ứng.
- Bước 2: Tính số mol chất đã biết dựa vào khối lượng hoặc thể tích.
- Bước 3: Dựa vào phương trình hoá học và số mol chất đã biết để tìm số mol chất tham gia phản ứng hoặc chất sản phẩm.
- Bước 4: Tính khối lượng hoặc thể tích của chất cần tìm.

📝 Luyện tập
1. Đốt cháy hết 0,54 gam Al trong không khí thu được aluminium oxide theo sơ đồ phản ứng:

Al + O₂ ⤑ Al₂O₃
Lập phương trình hoá học của phản ứng rồi tính:
a) Khối lượng aluminium oxide tạo ra.
b) Thể tích khí oxygen tham gia phản ứng ở điều kiện chuẩn.

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào cách xác định khối lượng, số mol của chất phản ứng và sản phẩm trong phản ứng hoá học.
🌟 Lời giải chi tiết:
- Phương trình hoá học:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Số mol Al tham gia phản ứng:
\[{n_{Al}} = \frac{{{m_{Al}}}}{{{M_{Al}}}} = \frac{{0,54}}{{27}} = 0,02(mol)\]

a) Từ phương trình hoá học ta có:

\[{n_{A{l_2}{O_3}}} = \frac{1}{2}{n_{Al}} = \frac{1}{2} \times 0,02 = 0,01(mol)\] \[{m_{A{l_2}{O_3}}} = {n_{A{l_2}{O_3}}} \times {M_{A{l_2}{O_3}}} = 0,01 \times (27 \times 2 + 16 \times 3) = 1,02(g)\]

b) Từ phương trình hoá học ta có:

\[{n_{{O_2}}} = \frac{3}{4}{n_{Al}} = \frac{3}{4} \times 0,02 = 0,015(mol)\] \[{V_{{O_2}}} = {n_{{O_2}}} \times 24,79 = 0,015 \times 24,79 = 0,37185(L)\]

II. HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG

1. Chất phản ứng hết, chất phản ứng dư

Đốt cháy hydrogen tạo ra nước theo phản ứng:

	2H₂	+	O₂	→	2H₂O
Số phân tử	2 phân tử HCl		1 phân tử O₂		2 phân tử H₂O
Số mol	2 mol HCl		1 mol O₂		2 mol H₂O

Như vậy, 2 phân tử H₂ tác dụng với 1 phân tử O₂ tạo ra 2 phân tử nước. Nếu cho 3 phân tử H₂ tác dụng với 1 phân tử O₂ thì thu được bao nhiêu phân tử nước?

Như vậy, sau phản ứng O₂ hết, H₂ còn dư. Số phân tử nước tạo thành được tính theo số phân tử O₂.
O₂ là chất phản ứng hết, H₂ là chất phản ứng dư.

• Chất phản ứng hết là chất không còn sau khi phản ứng kết thúc.
• Chất phản ứng dư là chất còn lại sau khi kết thúc phản ứng.
• Lượng chất sản phẩm tạo thành được tính theo chất phản ứng hết.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
Đốt cháy 1 mol khí hydrogen trong 0,4 mol khí oxygen đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Cho biết chất nào còn dư sau phản ứng.

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào cách xác định số mol, tính theo phương trình hóa học.
🌟 Lời giải chi tiết:
a)

Phương trình hoá học:	2H₂	+	O₂	→	2H₂O
Tỉ lệ số phân tử:	2		1		2
Ban đầu:	1		0,4		0	(mol)
Phản ứng:	0,8		0,4		0,8	(mol)
Sau phản ứng:	0,2		0		0,8	(mol)

🕵️‍♀️ Em có biết
Trong các động cơ ô tô, xe máy chạy bằng xăng, dầu xảy ra phản ứng đốt cháy nhiên liệu. Nhiệt toả ra của phản ứng cháy này được chuyển thành năng lượng giúp xe di chuyển. Người ta cần chế tạo sao cho nhiên liệu và oxygen phản ứng với nhau vừa đủ vì nếu dư oxygen hoặc nhiên liệu đều tạo ra các chất gây ô nhiễm môi trường. Để giải quyết vấn đề đó, các kĩ sư chế tạo máy đã sử dụng cảm biến oxygen để xác định lượng oxygen còn lại trong khí thải, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu hợp lí.

2. Hiệu suất phản ứng

- Đốt cháy than (thành phần chính là carbon) trong oxygen hoặc trong không khi sinh ra khí carbon dioxide:

C + O₂

\overset{t°}{\to}

CO₂↑

- Theo phương trình hoá học: nếu đốt 1 mol carbon (tương ứng với 12 gam carbon) trong 1 mol oxygen thì thu được 1 mol CO₂ (tương ứng với 44 gam CO₂). Đó là khối lượng tính theo lí thuyết của CO₂.
- Tuy nhiên, thực tế khối lượng CO₂ thu được thường nhỏ hơn 44 gam.

- Hiệu suất phản ứng (kí hiệu là H) là tỉ số giữa lượng sản phẩm thu được theo thực tế và lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết.
- Thông thường, hiệu suất phản ứng biểu thị theo phần trăm và được tính theo biểu thức:
\[H = \frac{{{m_{tt}} \times 100}}{{{m_{lt}}}}(\% )\]
Trong đó:
+ m_tt là khối lượng chất (g) thu được theo thực tế.
+ m_lt là khối lượng chất (g) thu được theo lí thuyết (tính theo phương trình).
+ H là hiệu suất phản ứng (%).

➲ Ví dụ: Nếu đốt 12 gam carbon trong oxygen dư thu được 39,6 gam CO₂ thì hiệu suất phản ứng là:

\[H = \frac{{39,6 \times 100}}{{44}} = 90(\% )\]

Hiệu suất phản ứng thường nhỏ hơn 100%. Nếu hiệu suất phản ứng là 100% tức là phản ứng hoá học xảy ra hoàn toàn.

❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2.
a) Hiệu suất phản ứng được tính bằng cách nào?
b) Khi nào hiệu suất của phản ứng bằng 100%?

🌟 Phương pháp giải:
Dựa vào thông tin trong bài.
🌟 Lời giải chi tiết:
a)- Hiệu suất phản ứng (kí hiệu là H) là tỉ số giữa lượng sản phẩm thu được theo thực tế và lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết.
- Thông thường, hiệu suất phản ứng biểu thị theo phần trăm và được tính theo biểu thức:

\[H = \frac{{{m_{tt}} \times 100}}{{{m_{lt}}}}(\% )\]

Trong đó:
+ m_tt là khối lượng chất (g) thu được theo thực tế.
+ m_lt là khối lượng chất (g) thu được theo lí thuyết (tính theo phương trình).
+ H là hiệu suất phản ứng (%).
b) Nếu hiệu suất phản ứng là 100% tức là phản ứng hoá học xảy ra hoàn toàn.

⚙️ Vận dụng
Trong công nghiệp, aluminium (Al) được sản xuất từ aluminium oxide (Al₂O₃) theo phương trình hoá học sau:

2Al₂O₃ $\to_{c r y o l i t e}^{đ i ệ n p h â n n ó n g c h ả y}$ 4Al + 3O₂↑
a) Tính hiệu suất phản ứng khi điện phân 102 kg Al₂O₃ biết khối lượng nhôm thu được sau phản ứng là 51,3 kg.
b*) Biết khối lượng aluminium thu được sau điện phân là 54 kg và hiệu suất phản ứng là 92%, tính khối lượng Al₂O₃ đã dùng.

🌟 Phương pháp giải:

🌟 Lời giải chi tiết:

Phương trình hoá học:	2Al₂O₃	→	4Al	+	3O₂
Tỉ lệ số phân tử:	2		4
Giả sử:	2		4			(mol)
Khối lượng:	2 x 102		4 x 27			(g)
Khối lượng lí thuyết:	102		y = ?			(kg)

- Điện phân 102 kg Al₂O₃, khối lượng Al thu được theo lí thuyết là:

\[{m_{lt}} = y = \frac{{102 \times 4 \times 27}}{2} = 54(kg)\]

- Hiệu suất phản ứng là:

\[H = \frac{{{m_{tt}} \times 100}}{{{m_{lt}}}}(\% ) = \frac{{51,3 \times 100}}{{54}}(\% ) = 95(\% )\]

Phương trình hoá học:	2Al₂O₃	→	4Al	+	3O₂
Tỉ lệ số phân tử:	2		4
Giả sử:	2		4			(mol)
Khối lượng:	2 x 102		4 x 27			(g)
Khối lượng lí thuyết:	z = ?		54			(kg)

- Khối lượng Al₂O₃ cần dùng theo lí thuyết là:

\[{m_{tt}} = z = \frac{{54 \times 2 \times 102}}{{4 \times 27}} = 102(kg)\]

- Do H = 92% nên khối lượng Al₂O₃ thực tế đã dùng là:

\[H = \frac{{{m_{lt}} \times 100}}{{{m_{tt}}}}(\% ) \Rightarrow {m_{tt}} = \frac{{{m_{lt}} \times 100}}{H}(100\% ) = \frac{{102 \times 100}}{{92}}(\% ) = 110,87(\% )\]

🕵️‍♀️ Em có biết
Khi đốt cháy than trong không khí, sản phẩm thu được chủ yếu là khí carbon dioxide. Nếu lượng oxygen trong không khí thiếu thì sẽ xảy ra phản ứng phụ, tạo ra carbon monoxide (CO) là khí độc. Do đó, các viên than tổ ong được sản xuất với nhiều lỗ để thông khí giúp cung cấp đủ oxygen và tăng diện tích tiếp xúc, góp phần tăng hiệu suất phản ứng đốt cháy than.

🔑 Kiến thức cốt lõi
- Các bước tính khối lượng và số mol của chất tham gia, chất sản phẩm trong phản ứng hoá học.
+ Bước 1: Viết phương trình hoá học của phản ứng.
+ Bước 2: Tính số mol chất đã biết dựa vào khối lượng hoặc thể tích.
+ Bước 3: Dựa vào phương trình hoá học để tìm số mol chất tham gia hoặc chất sản phẩm.
+ Bước 4: Tính khối lượng hoặc thể tích của chất cần tìm.
- Hiệu suất phản ứng là tỉ số giữa lượng sản phẩm thu được theo thực tế và lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết.

BÀI TẬP

Đang cập nhật