A. Tổng Quan Lý Thuyết và Phương Pháp Giải Bài Tập Thể Tích Khí ĐKTC
Để giải quyết các bài toán liên quan đến thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC), bạn cần nắm vững các khái niệm và công thức sau:
1. Điều Kiện Tiêu Chuẩn (ĐKTC) là gì?
Điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC) là trạng thái quy định của nhiệt độ và áp suất, được sử dụng làm chuẩn để so sánh thể tích của các chất khí. Theo định nghĩa hiện hành, ĐKTC là:
- Nhiệt độ: 0°C (273,15 K)
- Áp suất: 1 atm (atmosphere) = 760 mmHg
2. Thể tích mol của chất khí
Thể tích mol của chất khí là thể tích chiếm bởi một mol của chất khí đó ở một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC), thể tích mol của mọi chất khí đều bằng nhau và có giá trị là 22,4 lít/mol.
Ví dụ: 1 mol khí H2 ở ĐKTC chiếm thể tích 22,4 lít, tương tự 1 mol khí O2 cũng chiếm thể tích 22,4 lít.
3. Công thức tính thể tích khí ở ĐKTC
Đây là công thức quan trọng nhất bạn cần ghi nhớ:
-
Tính số mol (n) khi biết thể tích khí (V) ở ĐKTC:
n = V / 22,4
Trong đó:
- n: số mol của chất khí (mol)
- V: thể tích của chất khí ở ĐKTC (lít)
-
Tính thể tích khí (V) ở ĐKTC khi biết số mol (n):
V = n * 22,4
Trong đó:
- V: thể tích của chất khí ở ĐKTC (lít)
- n: số mol của chất khí (mol)
Công thức chuyển đổi giữa số mol và thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn
B. Ví Dụ Minh Họa Cách Tính Thể Tích Khí Ở ĐKTC
Để hiểu rõ hơn về cách áp dụng công thức, hãy cùng xem xét các ví dụ sau:
Ví dụ 1: Tính thể tích khí O2 (oxi) thu được ở điều kiện tiêu chuẩn khi có 16 gam O2.
Lời giải:
Bước 1: Tính số mol của O2
- Khối lượng mol của O2 là: MO2 = 2 * 16 = 32 g/mol
- Số mol của O2 là: nO2 = mO2 / MO2 = 16 / 32 = 0,5 mol
Bước 2: Tính thể tích của O2 ở ĐKTC
- Áp dụng công thức: VO2 = nO2 22,4 = 0,5 22,4 = 11,2 lít
Vậy, 16 gam khí O2 ở ĐKTC chiếm thể tích 11,2 lít.
Ví dụ 2: Tính khối lượng của 11,2 lít khí CO2 (cacbon đioxit) ở điều kiện tiêu chuẩn.
Lời giải:
Bước 1: Tính số mol của CO2
- Áp dụng công thức: nCO2 = VCO2 / 22,4 = 11,2 / 22,4 = 0,5 mol
Bước 2: Tính khối lượng của CO2
- Khối lượng mol của CO2 là: MCO2 = 12 + 2 * 16 = 44 g/mol
- Khối lượng của CO2 là: mCO2 = nCO2 MCO2 = 0,5 44 = 22 gam
Vậy, 11,2 lít khí CO2 ở ĐKTC có khối lượng là 22 gam.
Ví dụ 3: Một hỗn hợp khí gồm 0,3 mol khí H2 và 0,2 mol khí N2. Tính thể tích của hỗn hợp khí này ở ĐKTC.
Lời giải:
Bước 1: Tính tổng số mol của hỗn hợp khí
- nhỗn hợp = nH2 + nN2 = 0,3 + 0,2 = 0,5 mol
Bước 2: Tính thể tích của hỗn hợp khí ở ĐKTC
- Vhỗn hợp = nhỗn hợp 22,4 = 0,5 22,4 = 11,2 lít
Vậy, hỗn hợp khí gồm 0,3 mol H2 và 0,2 mol N2 ở ĐKTC chiếm thể tích 11,2 lít.
Ví dụ về cách tính số mol khi biết thể tích khí CO2 ở ĐKTC
C. Bài Tập Vận Dụng Tính Thể Tích Khí Ở ĐKTC (Có Đáp Án Chi Tiết)
Câu 1: Tính thể tích của 3,01 * 1023 phân tử khí CH4 (metan) ở điều kiện tiêu chuẩn.
A. 22,4 lít
B. 11,2 lít
C. 33,6 lít
D. 44,8 lít
Lời giải:
- Số mol CH4: nCH4 = (3,01 1023) / (6,022 1023) ≈ 0,5 mol
- Thể tích CH4 ở ĐKTC: VCH4 = 0,5 * 22,4 = 11,2 lít
Đáp án B
Câu 2: 5,6 lít khí SO2 (lưu huỳnh đioxit) ở điều kiện tiêu chuẩn có số mol là bao nhiêu?
A. 0,1 mol
B. 0,25 mol
C. 0,5 mol
D. 1 mol
Lời giải:
- Số mol SO2: nSO2 = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
Đáp án B
Câu 3: Một bình chứa 4,48 lít khí H2 ở ĐKTC. Hỏi trong bình có bao nhiêu phân tử H2?
A. 6,022 1023
B. 1,2044 1023
C. 2,4088 1023
D. 3,011 1023
Lời giải:
- Số mol H2: nH2 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
- Số phân tử H2: NH2 = 0,2 (6,022 1023) = 1,2044 * 1023 phân tử
Đáp án B
Câu 4: Cần bao nhiêu lít khí O2 (đktc) để đốt cháy hoàn toàn 3,2 gam khí CH4?
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
A. 4,48 lít
B. 8,96 lít
C. 2,24 lít
D. 6,72 lít
Lời giải:
- Số mol CH4: nCH4 = 3,2 / 16 = 0,2 mol
- Theo phương trình phản ứng: nO2 = 2 nCH4 = 2 0,2 = 0,4 mol
- Thể tích O2 cần dùng: VO2 = 0,4 * 22,4 = 8,96 lít
Đáp án B
Câu 5: Cho 14 gam khí N2 tác dụng với khí H2 dư thu được NH3. Tính thể tích khí NH3 thu được ở đktc, biết hiệu suất phản ứng là 50%.
N2 + 3H2 -> 2NH3
A. 5,6 lít
B. 11,2 lít
C. 22,4 lít
D. 44,8 lít
Lời giải:
- Số mol N2: nN2 = 14 / 28 = 0,5 mol
- Theo phương trình phản ứng: nNH3 (lý thuyết) = 2 nN2 = 2 0,5 = 1 mol
- Vì hiệu suất phản ứng là 50% nên số mol NH3 thực tế thu được là: nNH3 (thực tế) = 1 * 50% = 0,5 mol
- Thể tích NH3 thu được: VNH3 = 0,5 * 22,4 = 11,2 lít
Đáp án B
Công thức tính số mol khí từ thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn
Nắm vững công thức và luyện tập thường xuyên là chìa khóa để giải thành thạo các bài tập liên quan đến Công Thức Tính Thể Tích ở đktc. Chúc bạn học tốt!