Bài toán tạo khí than ướt, khí than khô là dạng bài khá phổ biến và xuất hiện vài lần trong kì thi THPTQG. Để làm được dạng bài này, trước hết hãy nắm chắc phản ứng hoá học và tính chất cơ bản. Sau đó, nắm được phương pháp giải các dạng bài và làm nhiều bài tập. Để chinh phục được dạng này ở mức VDC, yêu cầu học sinh cần luyện nhiều bài tập và chắc các kiến thức. Sau đây, là chuyên đề bài tập vận dung cao C + H2O (nhiệt độ cao) tạo khí than ướt.
(Tổng hợp) VẬN DỤNG CAO: C + H2O ( NHIỆT ĐỘ CAO ) TẠO KHÍ THAN ƯỚT, KHÍ THAN KHÔ Câu 1. Dẫn hơi nước qua than nóng đỏ thì thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm CO2, CO, H2; tỉ khối hơi của X so với H2 là 7,8. Cho toàn bộ V lít hợp khí X ở trên khử vừa đủ 24 gam hỗn hợp CuO, Fe2O3 nung nóng, thu được rắn Y chỉ có 2 kim loại. Cho toàn bộ Y vào dung dịch HCl dư thấy có 4,48 lít H2 bay ra (đktc). Giá trị của V là A. 10,08. B. 11,20. C. 13,44. D. 8,96. Lời giải: nCuO = u và nFe2O3 = v → 80u + 160v = 24nH2 = nFe = 2v = 0,2
→ u = v = 0,1
→ nO = u + 3v = 0,4C + H2O → (to) CO + H2C + 2H2O → ( to) CO2 + 2H2X gồm CO2 (a), CO (b), H2
(c)mX = 44a + 28b + 2c = 15,6.( a + b + c )
nO = nCO + nH2 → b + c = 0,4
Bảo toàn e: 4a + 2b = 2c
→ a = b = 0,1 và c = 0,3
→ V = 11,2 lít Câu 2. Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2 có tỉ khối so với heli là 3,875. Dẫn toàn bộ X đi qua bột CuO (dư) nung nóng, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng chất rắn giảm 8 gam. Giá trị của V: A. 13,44 B. 11,20 C. 16,80 D. 15,68 Lời giải:
C + H2O → (to) CO + H2
C + 2H2O → ( to) CO2 + 2H2
Đặt a, b, c là số mol CO, CO2, H2
Bảo toàn e: 2a + 4b = 2cm
X = 28a + 44b + 2c = 3,875.4.( a + b + c )
nO = nCO + nH2 = a + c = 8/16→ a = 0,15; b = 0,1; c = 0,35
→ V = 13,44 Câu 3. Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ, thu được 15,68 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm CO, CO2 và H2. Cho toàn bộ X tác dụng hết với CuO (dư) nung nóng, thu được hỗn hợp chất rắn Y. Hòa tan toàn bộ Y bằng dung dịch HNO3 (loãng, dư) được 8,96 lít NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Phần trăm thể tích khí CO trong X là: A. 18,42% B. 28,57% C. 14,28% D. 57,15% Lời giải:
C + H2O → CO + H2
x…………… .x…… x
C + 2H2O → CO2 + 2H2
y……………… y……. 2y
Gọi nCO = x, nCO2 = y → nH2 = x + 2y→ nX = 2x + 3y = 0,7 (1)
Bảo toàn e: 2nCO + 2nH2 = 3nNO→ 2x + 2(x + 2y) = 0,4.3 (2)
(1) (2) → x = 0,2 và y = 0,1→ %VCO = 0,2/0,7 = 28,57% Câu 4. Cho hơi nước qua than nóng đỏ thu được hỗn hợp khí X gồm CO, H2 và CO2. Cho 1 mol X qua CuO dư, nung nóng thì khối lượng chất rắn giảm 14,4 gam và thu được hỗn hợp Y. Cho Y vào nước vôi trong dư, thu được m gam kết tủa. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là A. 40. B. 35. C. 50. D. 45. Lời giải:
C + H2O → (to) CO + H2
C + 2H2O → ( to) CO2 + 2H2
Chất rắn giảm là do O bị lấy đi → nO = 0,9
Bảo toàn e: 4nCpư = 2nO → nC pư = nCO2(Y) = 0,45CO2 + Ca(OH)2dư → CaCO3 + H2O → nCaCO3 = nCO2→ mCaCO3 = 45gam Câu 5. Cho hơi nước đi qua than nung đỏ thu được 2,24 lit hỗn hợp khí A (đktc) gồm CO, CO2 và H2. Cho hỗn hợp A khử 40,14 gam PbO dư nung nóng (hiệu suất 100%) thu được hỗn hợp khí B và hỗn hợp rắn C. Hòa tan hoàn toàn C trong HNO3 2M thu được 1,344 lít khí NO (đktc) và dung dịch D. Khí B được hấp thụ hết bởi dung dịch nước vôi, thu được 1,4 gam kết tủa E. Lọc tách kết tủa, đun nóng nước lọc lại tạo ra m gam kết tủa E. Cho dung dịch D tác dụng với lượng dư K2SO4 và Na2SO4 tạo ra kết tủa G màu trắng. Giá trị của m là
A. 1,00. B. 3,00. C. 1,55. D. 4,50. Lời giải: Xét tất cả các quá trình cuối cùng chỉ có C và N thay đổi số oxh
Bảo toàn e : 4nC pư = 3nNO ( nC pư = nCO2(B) )
→ nCO2(B) =0,045CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 (2) nCaCO3(1) = 0,014, bảo toàn C → nCO2(B) = nCaCO3 + 2nCa(HCO3)2
→ nCa(HCO3)2 = 0,0155
Khi đun nước lọc:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O (3) → nCaCO3 (3) = 0,0155→ mCaCO3 = 1,55 Câu 6. Đốt cháy hoàn toàn 11,5 gam một mẫu than chứa 4% tạp chất trơ không cháy thu được hỗn hợp khí T gồm CO và CO2. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 83,1 gam hỗn hợp gồm K2O, K, Ba, Ba2O vào nước (dư), thu được 200ml dung dịch X và 8,512 lít H2 (đktc). Dẫn toàn bộ hỗn hợp T qua ống sứ đựng Fe2O3 và CuO (dư), nung nóng đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khí thoát ra khỏi ống sứ được hấp thụ vào dung dịch X, thu được 78,8 gam kết tủa. Nồng độ mol của KOH có trong dung dịch X là ? A. 1,0M B. 2,0M C. 2,5M D. 2,3M. Lời giải:
nH2 = 0,38 mol Quy đổi 83,1 gam hỗn hợp thành Ba(a), K (b) và O ( c )→ 137a + 39b + 16c = 83,1 (1)
Bảo toàn e: 2a + b = 2c + 0,38.2 (2)nCO2 = nC = 11,5.96%/12 = 0,92, nBaCO3 = 0,4
Nếu Ba2+ còn dư → Dung dịch sau pư chứa Ba2+ ( a – 0,4), K+ (b), HCO3- ( 0,92 – 0,4 = 0,52 )
Bảo toàn điện tích: 2.( a – 0,4) + b = 0,52 (3)(1) (2) (3) → a = 0,46; b = 0,4; c = 0,28CM (KOH) = b/0,2 = 2M
Nếu Ba2+ hết, hs tự làm tiếp Câu 6. Dẫn 0,6 mol hỗn hợp gồm hơi nước và khí CO2 qua than nung đỏ, thu được 0,9 mol hỗn hợp X gồm CO, H2 và CO2. Cho X hấp thụ hết vào 200 ml dung dịch NaOH 2M, thu được dung dịch Y. Cho từ từ dung dịch Y vào 150 ml dung dịch HCl 1M, thu được V lít khí CO2 (đktc). Giá trị của V là
A. 2,24. B. 2,52. C. 4,48. D. 2,80.
Lời giải: 0,6 mol Y ( H2O + CO2) + C → 0,9 mol X ( CO, CO2, H2)
nC pư = nX - nY = 0,9 – 0,6 = 0,3 ( theo bảo toàn C và H )
Bảo toàn e: 4nC pư = 2nCO + 2nH2 ( giải thích: Đốt cháy hoàn toàn X và Y bằng O2 dư thì ở X quá trình cho e chỉ có C, còn ở Y chỉ có CO và H2, tổng số mol e cho ở X bằng tổng số mol e cho ở Y )
→ nCO + nH2 = 0,6
→ nCO2(X) = nX – ( nCO + nH2) = 0,3
nNaOH = 0,4 → Y chứa Na2CO3 ( 0,1) và NaHCO3 ( 0,2 )
có nNa2O3pư/ nNaHCO3 pư = nNa2CO3 bđ /nNaHCO3 bđ = 1/2
gọi nNa2CO3 pư = x → nNaHCO3 pư = 2x
2H+ + CO32- → CO2 + H2O 2x x.................x
H+ + HCO3- → CO2 + H2O
2x 2x 2x
→ nHCl = 2x + 2x = 0,15 → x = 0,0375→ nCO2 thoát ra = x + 2x = 0,1125
→ V = 2,52 lít Câu 7. Dẫn lượng dư hỗn hợp X (gồm hơi nước và khí CO) qua m (gam) cacbon nung đỏ thu được hỗn hợp Y gồm CO, H2, CO2 và hơi nước. Cho Y đi qua bình đựng CuO, Fe2O3 dư nung nóng thu được chất rắn Z và khí T. Z tác dụng với dung dịch HNO3 dư thu được 8,064 lít NO là sản phẩm khử duy nhất. Hấp thụ hoàn toàn T vào dung dịch mol Ba(OH)2 dư thấy xuất hiện 59,1 gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các khí đo ở đktc. Giá trị của m là
A. 2,88. B. 3,24. C. 0,72. D. 3,60. Lời giải: nNO = 0,36
Xét cả quá trình thì chỉ có C, CO ban đầu và NO có sự thay đổi số oxh
Đặt a, b là số mol CO và C ban đầu:
Bảo toàn e: 2a + 4b = 3nNO = 3.0,36 (1)
Khí T là CO2 Ba(OH)2 dư → nCO2 = nCO + nC = a + b = nBaCO3 =0,3 ( theo bảo toàn C ) (2) Giải hệ (1) , (2) → a = 0,06; b = 0,24
→ mC = 12b = 2,88
Thầy: Đặng Xuân Thao A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ I. Dạng thù hình là gì? Dạng thù hình của một nguyên tố là những đơn chất khác nhau do cùng một nguyên tố tạo nên. Thí dụ oxi O2, ozon O3 là hai dạng thù hình của nguyên tố oxi. Những nguyên tố có thể tồn tại tự do với vài dạng đơn chất gọi là nguyên tô có tính thù hình. II. Cacbon có những dạng thù hình nào? Nguyên tố cacbon có 3 dạng thù hình là: - Kim cương: cứng, trong suốt, không dẫn điện. - Than chì: mềm, dẫn điện. - Cacbon vô định hình (than đá, than gỗ, than xương): xốp, không dẫn điện. III. TÍNH CHẤT CỦA CACBON a) Tính chất hấp phụ Than gỗ, than xương có tính hấp phụ (giữ trên bề mặt của chúng các chất khí, chất hơi, chất tan trong dung dịch). Nhờ tính chất này mà những than gỗ, than xương có tính hấp phụ cao (gọi là than hoạt tính) được dùng để làm trắng đường, chế tạo mặt nạ phòng độcr.. b) Tính chất hóa học Tính chất hóa học đặc trưng của cacbon là tính khử, nhiệt độ càng cao tính khử của cacbon càng mạnh. - Tác dụng với oxi C + O2 \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\] CO2 - Tác dụng với một sô oxit kim loại ở nhiệt độ cao như CuO, PbO,… C + 2CuO \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\] 2Cu + CO2 - Tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao C (nóng đỏ) + H2O (hơi)\[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\] CO + H2 Hỗn hợp {CO, H2} gọi là khí than ướt, được dùng làm nhiên liệu khí. IV. TỔNG KẾT Bài tập minh họa Bài 1. Dẫn khí CO dư qua ống đựng bột một oxit sắt (FexOy) ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng kết thúcthu được 0,84 gam sắt và dẫn khí sinh ra vào nước vôi trong dư thì thu được 2 gam kết tủa. Xác định công thức phân tử của FexOy. Hướng dẫn nCaCO3 = \[\frac{2}{100}\]= 0,02 mol; nFe = \[\frac{0,81}{56}\]= 0,015 mol Phản ứng : FexOy + yCO ----> xFe + yCO2 \[\frac{0,02x}{y}\] 0,02 CO2 + Ca(OH)2 ------> CaCO3 + H2O 0,02 0,02 Ta cso nFe =\[\frac{0,02x}{y}\] = 0,015 => \[\frac{0,015}{0,02}=\frac{3}{4}\] Vậy CTPT của oxit là Fe2O3 Bài 2. Khử 16 gam hỗn hợp các oxit kim loại : FeO, Fe2O3, Fe3O4, CuO và PbO bằng khí CO ở nhiệt độ cao, khối lượng chất rắn thu được là 11,2 gam. Tính thể tích khí CO đã tham gia phản ứng (đktc). Hướng dẫn áp dung ĐLBT khối lượng nCO2 = nCO = x mol moxit + mCO = mchất rắn +mCO2 28x – 44x = 11,2 – 16 => x = 0,3. Vậy VCO = 0,3.22,4 = 6,72 lit B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1. (Trang 84 SGK) Dạng thù hình của nguyên tố là gì ? Cho hai thí dụ. Hướng dẫn giải Khí niệm về dạng thù hình: Dạng thù hình của nguyên tố là những đơn chất khác nhau do cùng một nguyên tố hóa học tạo nên. Một nguyên tố hóa học có thể tạo ra hai hay nhiều đơn chất. - cacbon có 3 dạng thù hình: kim cương, than chì , cacbon vô định hình.
- oxi có 2 dạng thù hình là: khí oxi và ozon.
Câu 2. (Trang 84 SGK) Viết phương trình hoá học của cacbon với các oxit sau: a) CuO ; b) PbO ; c) CO2; d) FeO. Hãy cho biết loại phản ứng ; vai trò của C trong các phản ứng ; ứng dụng của các phản ứng đó trong sản xuất. Hướng dẫn giải a) С + 2CuO \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]2Cu + CO2 =>Đây là phản ứng oxi hóa khử, C đóng vai trò làm chất khử, phản ứng này dùng để điều chế kim loại đồng. b) С + 2PbO \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]2Pb + CO2 =>Đây là phản ứng oxi hóa khử, C đóng vai trò làm chất khử, phản ứng này dùng để điều chế kim loại chì c) С + CO2 \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]2CO =>Đây là phản ứng oxi hóa khử, C đóng vai trò làm chất khử, phản ứng xảy ra trong quá trình luyện gang. d) С + 2FeO \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]2Fe + CO2 =>Đây là phản ứng oxi hóa khử, C đóng vai trò làm chất khử, phản ứng xảy ra trong quá trình luyện gang. Câu 3. (Trang 84 SGK) Hãy xác định công thức hoá học thích hợp của A, B, C, D trong thí nghiệm ở hình vẽ 3.10. Nêu hiện tượng thí nghiệm và viết phương trình hoá học. Hướng dẫn giải Hiện tượng: ta thấy chất rắn màu đen dần chuyển thành chất rắn màu đỏ phần ống nghiệp sát với ngọn lửa đèn cồn, nước vôi trong bị vẩn đục dần. =>A là CuO, B là C (cacbon), C là khí CO2, D là dung dịch Ca(OH)2 C(r) + 2CuO(r) \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\] CO2(k) + 2Cu(r) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O Câu 4. (Trang 84 SGK) Tại sao sử dụng than để đun nấu, nung gạch ngói, nung vôi lại gây ô nhiễm môi trường. Hãy nêu biện pháp chống ô nhiễm môi trường và giải thích. Hướng dẫn giải Trong than có chứa cả lưu huỳnh và khi nung C phản ứng không hoàn toàn vì vậy khi sử dụng than để đun nấu, nung gạch ngói, nung vôi sẽ sinh ra CO2, CO, SO2 . Những khí này đều ảnh hưởng không tốt đến thực, động vật, con người, gây ra mưa axit, hiệu ứng nhà kính, ... Để giảm thiểu những tác hại đó nên xây lò nung vôi, gạch ngói ở nơi xa dân cư, đông thời trông cây xanh đế hấp thụ khí CO2 và giải phóng khí oxi. Câu 5. (Trang 84 SGK) Trong công nghiệp, người ta sử dụng cacbon để làm nhiên liệu. Tính nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 5 kg than chứa 90% cacbon, biết 1 mol cacbon cháy toả ra 394 kJ. Hướng dẫn giải Trong 5 kg than có: mC = 5.90% = 4,5 kg = 4500 gam =>nC = \[\frac{4500}{12}\](mol) Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 5kg than là: Q = nC . 394 = 147750 (kJ) C. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1: Chất dùng làm chất khử một số kim loại ở nhiệt độ cao là: A. Oxi B. Cacbon C. Photpho D. Lưu huỳnh Câu 2: Để khẳng định một chất bột là cacbon hay oxit sắt , cách làm nào sau đây là đúng? A. Cho mỗi loại vào muỗng sắt đun trên ngọn lửa đèn cồn B. Cho mỗi loại tác dụng với H2 ở nhiệt độ cao. C. Đun nóng mỗi loại bột trong chén sứ D. Cả 3 cách đều đúng Đáp án 1B,2D. Bài viết gợi ý:
|