Bài toán về áp suất và chất khí

Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài toán về áp suất và chất khí Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - BÀI TOÁN VỀ ÁP SUẤT VÀ CHẤT KHÍ TÀI LIỆU BÀI GIẢNG I. NGUYÊN TẮC 1. Áp dụng định luật Avogađro để tính thể tích các chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn khi biết số mol (hoặc số phân tử) và ngược lại tính số mol (hoặc số phân tử) khi biết thể tích các khí. 2. Định luật tỉ lệ thể tích: ở cùng một nhiệt độ và áp suất, thể tích của các chất khí tham gia phản ứng với nhau, cũng như thể tích của các khí tạo thành trong phản ứng tỉ lệ với nhau như tỉ lệ của số nguyên đơn giản. 3. Phương trình trạng thái khí p.V n = RT Với: - n: số mol chất khí ; - p: áp suất của khí (atm) ; 1atm = 760 mmHg - V: thể tích của khí (lít) ; - R: hằng số khí (R= 0,082) ; - T: nhiệt độ tuyệt đối (tính bằng 0C + 273) Nhận xét: Từ biểu thức: p.V = nRT (với n mol xác định) - Khi T = const thì p.V = const (đó là nội dung của định luật Boyle) - Khi p = const thì V nR = = T P const hay 1 2 1 2 V V = T T (nội dung của định luật Charles) - Khi V = const thì p nR = = T V const hay 1 2 1 2 p p = T T (nội dung của định luật Gay - Lussac) - Khi V = const và T = const thì p n1 1 = p n2 2 3. Công thức tính tỉ khối của chất khí :   A A A AA / B B B B B m n M M d m n M M Có thể thay nA, nB bằng VA, VB vì ở cùng điều kiện T, P thì tỉ lệ số mol bằng tỉ lệ thể tích. Nếu A, B là hỗn hợp các khí thì phải tính 1 1 2 2 3 3 1 2 3        n .M n .M n .M ... M n n n .... 29 A A / KK M d  ( M không khí = 29) II. CÁC VÍ DỤ Bài 1. Cho vào bình kín 10 mol khí N2 và H2 có tỉ lệ mol theo thứ tự là 1 : 3. Trước phản ứng áp suất trong bình là 30 atm. Sau khi phản ứng xảy ra, áp suất trong bình là 28,5 atm. Nhiệt độ và dung tích bình trước và sau phản ứng không đổi. số mol các khí N2, H2, NH3 trong bình sau phản ứng lần lượt là A. 2,25; 6,75 và 0,5. B. 6,75; 2,25 và 0,5. C. 0,5; 2,25 và 6,75. D. 2,25; 0,5 và 6,75 Hướng dẫn: N2 + 3H2  2NH3 2,5 7,5 0 x 3x 2x 2,5 – x 7,5 – 3x 2x 10 2x  1 1 2 2 p n 30 10 x 0,25 p n 28,5 10 2x       N2 = 2,25(mol) ; H2 = 6,75 (mol) ; NH3 = 0,5 (mol) Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài toán về áp suất và chất khí Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - Bài 2. Cho 4,96 gam hỗn hợp Ca và CaC2 tác dụng hết với H2O thu được 2,24 lít hỗn hợp khí X ở đktc. Đun nóng hỗn hợp X có Ni xúc tác một thời gian được hỗn hợp Y. Trộn 1/2Y với 1,68 lít khí O2 ở đktc rồi cho vào bình kín dung tích 4 lít. Bật tia lửa điện để phản ứng cháy xảy ra hoàn toàn, đưa nhiệt độ bình về 109,2 oC. Áp suất khí trong bình là A. 0,478 atm B. 0,784 atm C. 0,788 atm D. 1 atm Hướng dẫn: Gọi   2Ca CaC n x (mol) ; n y (mol) trong 4,96 gam hỗn hợp. Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2 CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2 Ta có hệ phương trình : 40x + 64y = 4,96 x 0,06 x + y = 0,1 y 0,04       Đun nóng hỗn hợp X, có Ni xúc tác sau phản ứng Y có thể có: C2H4, C2H6, C2H2, H2. Trộn 1/2Y với O2,  2O n 0,075(mol). Vì hỗn hợp sau phản ứng có nhiều chất nhưng chỉ có hai nguyên tố C và H nên khi đốt hỗn hợp sau phản ứng có thể quy về đốt hỗn hợp đầu, hoặc quy hỗn hợp sau phản ứng về 2 chất là C và H2. 1/2Ycó số mol C và H2 bằng số mol C và H2 có trong 1/2X. Số mol C = 2. 0,04/2 = 0,04 (mol) Số mol H2 = 0,06/2 + 0,04/2 = 0,05 (mol) Xét phản ứng đốt C và H2 : C + O2  CO2 0,04 0,04 0,04 (mol) H2 + 1/2O2  H2O 0,05 0,025 0,05 (mol) Số mol O2 dư : 0,075 – 0,065 = 0,01 (mol) Số mol hỗn hợp khí sau phản ứng : 0,01 + 0,04 + 0,05 = 0,1 (mol) Áp suất bình sau phản ứng đốt là : 0,1. 0,082. (273 + 109,2) 4 = 0,784 (atm) Bài 3. Nung hỗn hơp̣ A gồm N 2 và H2 theo tỉ lê ̣mol tương ứng là 1 : 4, đến khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, hiêụ suất phản ứng đaṭ 25%, % thể tích H2 trong hỗn hơp̣ khí là A.75%. B. 69,23%. C. 79,23%. D. 72,22%. Hướng dẫn: N2 + 3H2  2NH3 Ban đầu: 1 4 Phản ứng: x 3x 2x Sau pư: 1 – x 4 – 3x 2x x H .100 25% x 0,25 1     Sau phản ứng còn lại : N2 (0,75 mol); H2 (3,25 mol) và NH3 (0,5 mol) %H2 = 72,22% Bài 4. Cho hỗn hơp̣ A gồm N 2 và H2 (có tỉ lệ mol N2 : H2 = 2 : 7) trong môṭ bình dung tích là 20,16 lít (ở đktc), có bôṭ sắt làm xúc tác. Nung hỗn hơp̣ A cho đến khi phản ứng đaṭ tới traṇg thái cân bằng thu đươc̣ hỗn hơp̣ B. Cho B lôị vào nước dư được dung dịch C, để trung hoà hết C cần 200 ml dung dic̣h HCl 0,50 M. Hiêụ suất phản ứng tổng hơp̣ NH3 là A. 50%. B. 25%. C. 42,46%. D. 21,43% Hướng dẫn: N2 + 3H2  2NH3 Ban đầu: 0,2 0,7 Phản ứng: x 3x 2x Sau pư: 0,2 – x 0,7 – 3x 2x NH3 + HCl  NH4Cl 2x = 0,1 ; x = 0,05 Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài toán về áp suất và chất khí Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - Hiệu suất phản ứng tính theo N2 = 25% Bài 5. Trộn hỗn hơp̣ X gồm môṭ số hiđrocacbon ở thể khí với không khí theo tỉ lệ thể tích X : không khí = 1 : 15 được hỗn hợp Z . Cho Z vào bình kín d ung tích không đổi . Nhiêṭ đô ̣và áp suất trong bình là t 0C và p1 atm. Sau khi đốt cháy X trong bình chỉ có N 2, CO2 và hơi nước với 2 2CO H O V : V 3: 4 , đưa bình về t 0C. Áp suất trong bình sau khi đốt p2 so với p1 là A. 2 1 27 p p . 16  B. 2 1 17 p p . 16  C. 2 1 16 p p . 27  D. 2 1 16 p p . 7  Hướng dẫn: 2 2CO H O V : V 3: 4 nên gọi CT chung của X là C3H8 C3H8 + 7/2O2  3CO2 + 4H2O Trước phản ứng: n1 = 1 + 15 = 16 mol Sau phản ứng: số mol CO2 = 3; H2O = 4 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O2: O2 (đốt) = CO2 + 1/2H2O = 5 mol Không khí : N2 = 4O2 = 20 mol Tổng mol khí sau phản ứng : n2 = CO2 + H2O + N2 = 3 + 4 + 20 = 27 mol 1 1 2 2 1 1 2 2 1 p n n 27 p p p p n n 16     . Bài 6: Hai bình kín (1), (2) đều có dung tích không đổi 9,96 lít chứa không khí (21% oxi và 79% nitơ về thể tích) ở 27,30C và 752,4 mmHg. Cho vào cả 2 bình những lượng như nhau hỗn hợp ZnS và FeS2. Trong bình (2) còn thêm một ít bột lưu huỳnh (không dư). Sau khi nung bình để đốt cháy hết hỗn hợp sunfua và lưu huỳnh, đưa nhiệt độ về 136,50C, lúc đó trong bình (1) áp suất là P1 và oxi chiếm 3,68% thể tích, trong bình (2) áp suất là P2 và nitơ chiếm 83,16% thể tích. a) % thể tích khí SO2 trong bình (1) là A. 3,68%. B. 83,16%. C. 13,16%. D. 16,84%. b) Áp suất trong hai bình (1) và (2) lần lượt là A. 1,28 (atm) và 1,28 (atm). B. 1,28 (atm) và 2,56 (atm) C. 2,56atm và 1,28 (atm). D. 2,56 atm và 2,56 atm c) Khối lượng hỗn hợp ZnS và FeS2 đã cho vào trong mỗi bình lần lượt là A. 2,4 và 0,97 gam B. 0,97 (gam) và 2,4 (gam) C. 1,2 và 0,97 gam. D. 0,97 và 1,2 gam. Hướng dẫn giải Bình (1): ZnS + 3/2O2 ot ZnO + SO2 (1) x  1,5x  x 2FeS2 + 11/2O2 ot Fe2O3 + 4SO2 (2) y  11y/4  2y Bình (2): ZnS + 3/2O2 ot ZnO + SO2 (1) x  1,5x  x 2FeS2 + 11/2O2 ot Fe2O3 + 4SO2 (2) y  11y/4  2y S + O2 ot SO2 (3) a) Nhận xét: bình (2) hơn bình (1) phản ứng (3), nhưng ở phản ứng (3) số mol các chất khí trước và sau phản ứng bằng nhau.  Tổng số mol các chất khí trong bình (1) và bình (2) sau phản ứng là bằng nhau.  % thể tích khí N2 trong bình (1) = % thể tích khí N2 trong bình (2) = 83,16% Mà % thể tích khí N2 trong bình (1) = 3,68%  % thể tích khí SO2 trong bình (1) = 100% - 3,68% - 83,16% = 13,16% Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài toán về áp suất và chất khí Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - b) Ta có số mol không khí ban đầu = pV RT = 0,4 (mol)  Số mol N2 = 0,316 (mol); Số mol O2 (ban đầu) = 0,084 (mol) Sau phản ứng, số mol N2 không đổi = 0,084 (mol) tương đương 83,16%  Số mol khí trong bình (1) = Số mol khí trong bình (2) = 0,38 (mol)  1 2 nRT p = p = V  1,28 (atm) 3. Gọi số mol ZnS = x mol ; số mol FeS2 = y mol Ta có : số mol SO2 = 0,05 mol ; số mol O2 (dư) = 0,014 mol  số mol O2 (pư) = 0,084 - 0,014 = 0,07 (mol) Theo phản ứng (1) và (2) ta có hệ phương trình: 3 11 x + y = 0,07 2 4 x + 2y = 0,05     Giải hệ phương trình ta được: x = 0,01 ; y = 0,02  Khối lượng ZnS = 0,01.97 = 0,97 (gam); Khối lượng FeS2 = 0,02.120 = 2,4 (gam) Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn Nguồn: Hocmai.vn