Giải bài tập SGK Hóa 10 Nâng cao Bài 41: Oxi

Hãy giải thích:

a) Cấu tạo của phân tử oxi.

b) Oxi là phi kim có tính oxi hóa mạnh. Lấy ví dụ minh họa.

Phương pháp giải

* Nắm vững tính công thức phân tử của oxi

- Nguyên tử oxi có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴, lớp ngoài cùng có 6e.

- Trong điều kiện bình thường, phân tử oxi có 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị không cực.

- Công thức cấu tạo của phân tử oxi là O=O.

* Khả năng phản ứng

- Tác dụng với kim loại

- Tác dụng với phi kim

- Tác dụng với hợp chất

Hướng dẫn giải

Câu a: Cấu tạo phân tử oxi: Nguyên tử oxi có cấu hình electron 1s²2s²2p⁴, lớp ngoài cùng có 2 electron độc thân. Hai electron độc thân (ở phân lớp 2p) của mỗi nguyên tử xen phủ vào nhau tạo 2 liên kết cộng hóa trị.

Câu b: Oxi là phi kim có tính oxi hóa mạnh.

- Tác dụng với kim loại: Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Ag, Au, Pt,...)

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄;

2Cu + O₂ → 2CuO

- Tác dụng với phi kim: oxi tác dụng với hầu hết các phi kim (trừ halogen)

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

S + O₂ → SO₂

- Tác dụng với hợp chất: oxi tác dụng với nhiều chất hữu cơ và vô cơ.

C₂H₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O;

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂+ 2H₂O

Trình bày những phương pháp điều chế oxi:

a) Trong phòng thí nghiệm.

b) Trong công nghiệp.

Phương pháp giải

- Trong phòng thí nghiệm, khí oxi được điều chế bằng cách phân huỷ những hợp chất giầu oxi và ít bền đối với nhiệt như KMnO₄ (rắn), KClO₃ (rắn), ...

- Trong công nghiệp:

+ Từ không khí

+ Từ nước

Hướng dẫn giải

Câu a: Phương pháp điều chế oxi trong phòng thí nghiệm:

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑  (xt: MnO₂)

2H₂O → 2H₂ + O₂↑ (xt: MnO2)

Câu b: Phương pháp điều chế oxi trong công nghiệp:

- Từ không khí: Không khí sau khi đã loại bỏ CO₂ và hơi nước, được hóa lỏng áp suất 200 atm.

Chưng cất phân đoạn không khí lỏng thu được khí oxi ở -183^oC.

Khí oxi được vận chuyển trong những bình thép có thể tích 100 lít (p = 150 atm).

- Từ nước: 2H₂O (điện phân) → 2H₂ + O₂

Thêm 3 gam MnO₂ vào 197gam hỗn hợp muối KCl và KClO₃. Trộn kĩ và đun nóng hỗn hợp đến phản ứng hoàn toàn, thu được chất rắn cân nặng 152gam. Hãy xác định thành phần phần trăm khối lượng của hỗn hợp muối đã dùng.

Phương pháp giải

Áp dụng định luật BTKL → mO₂ → nO₂ = ?

nKClO₂ → mKClO₃, mKCl → %m = ?

Hướng dẫn giải

 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Áp dụng định luật BTKL ta có:

Khối lượng oxi thoát ra: 197 + 3 - 152 = 48 (gam) ⇒ nO₂ = 48/32=1,5 (mol)

Từ (1) ⇒ nKClO₂ = 2/3.1,5 = 1(mol)

Khối lượng KClO₃ trong hỗn hợp đầu: 1.122,5 = 122,5 (gam)

Khối lượng KCl trong hỗn hợp đầu: 197 - 122,5 = 74,5 (gam)

Vậy %mKClO₃ = 62,18%

%mKCl = 100% - 62,18% = 37,82%

So sánh thể tích khí oxi thu được (trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) khi phân hủy hoàn toàn KMnO₄. KClO₃, H₂O₂ trong các trường hợp sau:

a) Lấy cùng khối lượng các chất đem phân hủy.

b) Lấy cùng lượng chất đem phân hủy.

Phương pháp giải

Tính nKMnO₄, nKClO₃, nH₂O₂

nO₂ = 1/2.nKMnO₄ = ?

→ So sánh thể tích O₂ sinh ra giữa các chất

Hướng dẫn giải

Câu a: Nếu lấy cùng khối lượng a gam.

⇒ nKMnO₄ = a/158 mol; nKClO₃ = a/122,5 mol; nH₂O₂ = a/34 mol

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ ↑ (1)

a/158                  →                  a/316

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ ↑ (2)

a/122,5          →    3a/245

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ ↑ (3)

a/34            →      a/68

Theo pt: nO₂ (1) = 1/2. nKMnO₄ = a/316 mol

nO₂ (2) = 3/2. nKClO₃ = 3a/245 mol

nO₂ (3) = 1/2. nH₂O₂ = a/68 mol

Ta có : a/316 < 3a/245 < a/68 ⇒ n₁ < n₂ < n₃

Vậy thể tích oxi thu được khi phân hủy KMnO₄ < KClO₃< H₂O₂

Câu b: Nếu lấy cùng số mol là b mol

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ ↑ (1)

b                       →                      b/2

2KClO₃ → 2KCl + O₂ ↑ (2)

b              →          3b/2

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ ↑ (3)

b         →               b/2

Theo pt: nO₂ (1) = 1/2. nKMnO₄ = b/2 mol

nO₂ (2) = 3/2. nKClO₃ = 3b/2 mol

nO₂ (3) = 1/2. nH₂O₂ = b/2 mol

Ta có: n₁ = n₃ < n₂.

Vậy thể tích oxi thu được khi phân hủy KMnO₄ bằng khi phân hủy H₂O₂ và nhỏ hơn KClO₃.

Đốt cháy hoàn toàn m gam cacbon trong V lít oxi (điều kiện tiêu chuẩn), thu được hỗn hợp khí A có tỉ khối đối với oxi là 1,25.

a) Hãy xác định thành phần phần trăm theo thể tích các khí có trong hỗn hợp A.

b) Tính m và V. Biết rằng khi dẫn hỗn hợp khí A vào đựng dung dịch Ca(OH)₂ dư tạo thành 6 gam kết tủa trắng.

Phương pháp giải

a) dA/O₂ = M_A : 32 ⇒ M_A = ?

Trường hợp 1: Oxi dư (không có phản ứng 2): Hỗn hợp A gồm CO₂ và O₂ dư.

M_A = [44x + (1 - x).32] : 1 = 40 ⇒ x = ?

⇒ %V = ?

Trường hợp 2: O₂ thiếu (có phản ứng 2), hỗn hợp A có CO₂ và CO.

M_A = [44a + 28.(1 - a)] : 1 = 40 ⇒ a = ?

⇒ %V = ?

b) Áp dụng bảo toàn nguyên tố C, O

Hướng dẫn giải

Câu a: Ta có: dA/O₂ = M_A : 32 = 1,25 ⇒ M_A = 32.1,25 = 40 (*)

Phương trình phản ứng:

C + O₂ → CO₂ (1)

C + CO₂ → 2CO (2)

Bài toán này có thể xảy ra hai trường hợp sau:

Trường hợp 1: Oxi dư (không có phản ứng 2): Hỗn hợp A gồm CO₂ và O₂ dư.

Thành phần phần trăm các chất trong hỗn hợp về mặt toán học không ảnh hưởng đến số mol hỗn hợp.

Xét 1 mol hỗn hợp A, trong đó X là số mol của CO₂ và (1 - x) là số mol của O₂ dư.

Ta có: M_A = [44x + (1 - x).32] : 1 = 40 ⇒ x = 2/3

Vậy %VCO₂ = 2/3. 100% = 66,67% và %VO₂ = 33,33%.

Trường hợp 2: O₂ thiếu (có phản ứng 2), hỗn hợp A có CO₂ và CO.

Tương tự trên, xét 1 mol hỗn hợp A, trong đó a là số mol của CO₂ và (1 - a) là số moi của CO

M_A = [44a + 28.(1 - a)] : 1 = 40 ⇒ a = 0,75

Vậy %VCO₂ = 0,75. 100% = 75%; %VCO = 100% - 75% = 25%.

Câu b: Tính m, V:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

0,06                            0,06

Trường hợp 1: nCO₂ = 0,06 mol ⇒ nO₂ dư = 1/2 nCO₂ = 0,03 (mol)

Vậy: mC = 0,06.12 = 0,72 gam; VO₂ = (0,06 + 0,03).22,4 = 2,016 (lít).

Trường hợp 2: nCO₂ = 0,06mol; nCO = nCO₂/3 = 0,02(mol)

BT nguyên tố C ⇒ nC = nCO₂ +nCO = 0,06 + 0,02 = 0,08 mol ⇒ mC = 0,08.12 = 0,96(g)

BT nguyên tố O ⇒ nO₂ = nCO₂ + 1/2. nCO = 0,06 + 0,01 = 0,07 mol ⇒ VO₂ = 0,07.22,4 = 1,568 (lít).