Để giải quyết các bài toán hóa học liên quan đến chất khí, việc nắm vững công thức tính số mol và thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) là vô cùng quan trọng. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện về chủ đề này, bao gồm lý thuyết, công thức, ví dụ minh họa và bài tập vận dụng, giúp bạn dễ dàng chinh phục mọi bài toán liên quan đến “đktc”.
A. Lý Thuyết Cần Nắm Vững Về ĐKTC
Điều kiện tiêu chuẩn (đktc) là trạng thái quy định của nhiệt độ và áp suất được sử dụng làm chuẩn để so sánh các tính chất của các chất. Theo định nghĩa hiện hành, điều kiện tiêu chuẩn là:
- Nhiệt độ: 0°C (273.15 K)
- Áp suất: 1 atm (atmosphere) = 101.325 kPa
Thể tích mol chất khí:
Ở đktc, một mol của bất kỳ chất khí nào cũng chiếm một thể tích xấp xỉ 22,4 lít. Đây là một hằng số quan trọng cần ghi nhớ.
Công thức tính số mol và thể tích ở đktc:
-
Tính số mol (n) khi biết thể tích (V) ở đktc:
n = V / 22.4 (mol)
-
Tính thể tích (V) khi biết số mol (n) ở đktc:
V = n * 22.4 (lít)
Trong đó:
- n: số mol khí (mol)
- V: thể tích khí ở đktc (lít)
B. Ví Dụ Minh Họa Tính Số Mol và Thể Tích ở ĐKTC
Ví dụ 1: Tính thể tích của 16 gam khí O2 ở đktc.
Lời giải:
- Số mol của O2: nO2 = mO2 / MO2 = 16 / 32 = 0.5 mol
- Thể tích của O2 ở đktc: VO2 = nO2 22.4 = 0.5 22.4 = 11.2 lít
Ví dụ 2: Tính khối lượng của 11.2 lít khí CO2 ở đktc.
Lời giải:
- Số mol của CO2: nCO2 = VCO2 / 22.4 = 11.2 / 22.4 = 0.5 mol
- Khối lượng của CO2: mCO2 = nCO2 MCO2 = 0.5 44 = 22 gam
Ví dụ 3: Một hỗn hợp khí X gồm 0.3 mol khí H2 và 0.2 mol khí N2. Tính:
a) Thể tích của hỗn hợp khí X ở đktc.
b) Khối lượng của hỗn hợp khí X.
Lời giải:
a) Số mol của hỗn hợp khí X: nX = nH2 + nN2 = 0.3 + 0.2 = 0.5 mol
Thể tích của hỗn hợp khí X ở đktc: VX = nX 22.4 = 0.5 22.4 = 11.2 lít
b) Khối lượng của H2: mH2 = nH2 MH2 = 0.3 2 = 0.6 gam
Khối lượng của N2: mN2 = nN2 MN2 = 0.2 28 = 5.6 gam
Khối lượng của hỗn hợp khí X: mX = mH2 + mN2 = 0.6 + 5.6 = 6.2 gam
C. Bài Tập Vận Dụng Về ĐKTC
Câu 1: Ở đktc, 5.6 lít khí X có khối lượng 11 gam. Xác định khí X.
A. CO2
B. N2
C. NO2
D. Cl2
Lời giải:
- Số mol của khí X: nX = 5.6 / 22.4 = 0.25 mol
- Khối lượng mol của khí X: MX = 11 / 0.25 = 44 g/mol
Vậy khí X là CO2. Đáp án A
Câu 2: Tính số mol của 44.8 lít khí SO2 đo ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).
A. 0,5 mol
B. 1 mol
C. 2 mol
D. 3 mol
Lời giải:
Số mol của khí SO2: nSO2 = VSO2 / 22.4 = 44.8 / 22.4 = 2 mol
Đáp án C
Câu 3: Cho 13 gam kẽm tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit clohidric. Tính thể tích khí hidro thu được ở đktc? (Zn = 65)
A. 2,24 lít
B. 4,48 lít
C. 6,72 lít
D. 8,96 lít
Lời giải:
Phương trình hóa học: Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2
Số mol của Zn: nZn = 13/65 = 0.2 mol
Theo phương trình, nH2 = nZn = 0.2 mol
Thể tích khí H2 thu được ở đktc: VH2 = 0.2 * 22.4 = 4.48 lít
Đáp án B
Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 3.6g Mg. Tính thể tích O2 cần dùng (đktc)? (Mg=24)
A. 4,48 lít
B. 3,36 lít
C. 2,24 lít
D. 1,68 lít
Lời giải:
Phương trình hóa học: 2Mg + O2 -> 2MgO
Số mol của Mg: nMg = 3.6/24 = 0.15 mol
Theo phương trình, nO2 = 1/2 * nMg = 0.075 mol
Thể tích O2 cần dùng (đktc): VO2 = 0.075 * 22.4 = 1.68 lít
Đáp án D
Câu 5: Dẫn 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dung dịch Ca(OH)2 1M. Khối lượng kết tủa thu được là:
A. 10g
B. 20g
C. 15g
D. 5g
Lời giải:
Số mol CO2: nCO2 = 4.48/22.4 = 0.2 mol
Số mol Ca(OH)2: nCa(OH)2 = 0.1 * 1 = 0.1 mol
Phương trình hóa học: CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O
Vì nCO2 > nCa(OH)2, CO2 dư, Ca(OH)2 hết.
Số mol CaCO3 = nCa(OH)2 = 0.1 mol
Khối lượng kết tủa CaCO3: mCaCO3 = 0.1 * 100 = 10g
Đáp án A
Kết luận
Nắm vững lý thuyết và công thức liên quan đến điều kiện tiêu chuẩn (đktc) là yếu tố then chốt để giải quyết các bài tập hóa học về chất khí. Việc luyện tập thường xuyên với các ví dụ và bài tập vận dụng sẽ giúp bạn thành thạo kỹ năng này, từ đó tự tin hơn trong học tập và các kỳ thi.