§27. ĐIỀU CHẾ OXI - PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ

A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

1. Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm:

Trong phòng thí nghiệm, khí oxi được điều chế bằng cách đun nóng những hợp chất giàu oxi và dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao như $KMnO_{4}$ và $KClO_{3}$:

2. Sản xuất khí oxi trong công nghiệp

- Từ không khí: Hóa lỏng không khí ở nhiệt độ thấp và áp suất cao sau đó cho không khí lỏng bay hơi ở -183°C ta được khí oxi.

- Từ nước: Điện phân nước ta sẽ thu được khí oxi.

3. Phản ứng phân hủy: Là phản ứng hóa học trong đó một chất sinh ra hai hay nhiều chất mới.

Ví dụ:

B. BÀI GIẢI CHI TIẾT CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Điều chế oxi trong công nghiệp bằng phương pháp điện phân nước (có pha axit sunfuric), thu được hai chất khí riêng biệt là oxi và hiđro. Phương trình điện phân nước được biểu diễn như sau:

Điền những số liệu thích hợp vào những chỗ trống trong bảng dưới đây:

(Giả sử phản ứng điện phân nước xảy ra hoàn toàn).

Trả lời:

Những số liệu thích hợp được điền vào như sau:

2. a) Trong những chất sau, những chất nào được dùng để điều chế oxi? Viết phương trình phản ứng và nêu điều kiện phản ứng: $CuSO_{4}$, $KClO_{3}$, $CaCO_{3}$, $KMnO_{4}$, $H_{2}O$, $K_{2}SO_{4}$, HgO.

b) Tất cả các phản ứng điều chế $O_{2}$ có thể gọi là phản ứng phân hủy được không? Hãy giải thích.

Trả lời:

a) Những chất dùng để điều chế oxi là: $KClO_{3}$, $KMnO_{4}$, HgO và $H_{2}O$.

Các phương trình tương ứng là:

b) Tất cả các phản ứng điều chế oxi trên đều là phản ứng phân hủy vì từ một chất sinh ra nhiều chất mới (trừ cách điều chế oxi từ không khí).

3. Để điều chế một lượng lớn oxi trong công nghiệp người ta dùng những phương pháp nào và bằng những nguyên liệu gì?

Trả lời:

Để điều chế một lượng lớn oxi trong công nghiệp người ta thường dùng phương pháp điện phân nước hoặc hóa lỏng không khí (ở -196°C) rồi cho bay hơi trở lại, nitơ thoát ra trước rồi đến oxi. Nước và không khí là nguồn nguyên liệu phong phú và rẻ tiền.

4. Lấy cùng một lượng $KClO_{3}$ và $KMnO_{4}$ để điều chế khí $O_{2}$. Chất nào cho nhiều khí $O_{2}$ hơn?

a) Viết phương trình phản ứng và giải thích.

b) Nếu điều chế cùng một thể tích khí oxi thì dùng chất nào kinh tế hơn? Biết rằng giá $KMnO_{4}$ là 30.000 đ/kg và $KClO_{3}$ là 96.000 đ/kg.

Trả lời:

a) Ta có: $M_{KClO_{3}}$ = 122,5g ; $M_{KMnO_{4}}$ = 158g.

Giả sử ta lấy cùng một khối lượng là a g. Các phương trình tương ứng là:

- Số mol $KClO_{3}$ là: $n_{KClO_{3}}$ = $\large \frac{a}{122,5}$ mol.

- Từ phương trình (1), số mol $O_{2}$ tạo ra là:

$n_{O_{2}}$ = $\large \frac{3a}{2.122,5}$ (a)

- Số mol $KMnO_{4}$ là: $n_{KMnO_{4}}$ = $\large \frac{a}{158}$ mol.

- Từ phương trình (2), số mol $O_{2}$ tạo ra là:

$n'_{O_{2}}$ = $\large \frac{a}{2.158}$ (b)

Suy ra: $n_{O_{2}}$ > $n'_{O_{2}}$ , nghĩa là khi nhiệt phân cùng một lượng, chất cho nhiều $O_{2}$ hơn là $KClO_{3}$.

b) Xét phương trình:

- Khối lượng $KClO_{3}$ cần dùng là: $m_{KClO_{3}}$ = 1.122,5 = 122,5g

- Số tiền mua 122,5 g để điều chế 1,5 mol $O_{2}$ là:

T = 0,1225.96000 = 11.760đ

và

- Khối lượng $KMnO_{4}$ cần dùng là:

$m_{KMnO_{4}}$ = 3.158 = 474g

- Số tiền mua 474g $KMnO_{4}$ để điều chế 1,5 mol $O_{2}$ là:

T = 0,474.30000 = 14.220đ

Như vậy, nếu điều chế cùng một thể tích khí $O_{2}$ thì dùng nhiều $KClO_{3}$ để điều chế kinh tế hơn, tuy giá tiền 1kg cao hơn nhưng thể tích khí $O_{2}$ sinh ra nhiều hơn.

5. Dùng 3,2kg khí oxi để đốt cháy khí axetilen. Hỏi với lượng khí oxi như trên, có thể đốt cháy bao nhiêu $m^{3}$ khí axetilen (đktc).

Trả lời:

- Số mol khí oxi là: $n_{O_{2}}$ = $\large \frac{3,2.1000}{32}$ = 100mol

- Phương trình phản ứng:

- Số mol $C_{2}H_{2}$ cần dùng là: x = $\large \frac{100.2}{5}$ = 40mol

- Thể tích $C_{2}H_{2}$ bị đốt cháy là:

$V_{C_{2}H_{2}}$ = 40.22,4 = 89,6 lít = 0,896$m^{3}$.

6. Đốt cháy hoàn toàn 5,4g Al.

a) Tính thể tích oxi cần dùng.

b) Tính số gam $KMnO_{4}$ cần dùng để điều chế lượng oxi trên.

Trả lời:

a) Số mol Al trong 5,4g là: $n_{Al}$ = $\large \frac{5,4}{27}$ = 0,2 mol

- Số mol $O_{2}$ cần dùng là: x = $\large \frac{0,2.3}{4}$ = 0,15mol

- Thể tích khí oxi cần dùng để đốt cháy hoàn toàn 5,4g Al là:

$V_{O_{2}}$ = 0,15.22,4 = 3,36 lít

b) Phương trình phản ứng điều chế oxi từ $KMnO_{4}$ là:

- Số mol $KMnO_{4}$ là: y = 0,15.2 = 0,30 mol

- Khối lượng $KMnO_{4}$ cần dùng để điều chế 0,15 mol oxi là:

$m_{KMnO_{4}}$ = 0,3.158 = 47,4g

7. Người ta điều chế vôi sống (CaO) bằng cách nung đá vôi $CaCO_{3}$. Lượng vôi sống thu được từ 1 tấn đá vôi có chứa 10% tạp chất là:

A. 0,252 tấn.

B. 0,378 tấn.

C. 0,504 tấn.

D. 0,606 tấn.

(Biết hiệu suất phản ứng là 100%).

Trả lời:

Chọn C.

- Lượng $CaCO_{3}$ trong một tấn đá vôi là:

$m_{CaCO_{3}}$ = $\large \frac{1.90}{100}$ = 0,9 tấn.

- Phương trình phản ứng nhiệt phân:

- Khối lượng CaO thu được là: x = $\large \frac{0,9.56}{100}$ = 0,504 tấn.