Chào các em, cô rất vui được cùng các em giải đáp bài tập thú vị này. Đây là một câu hỏi rất hay, giúp chúng ta củng cố kiến thức về các phương pháp thu khí trong phòng thí nghiệm, một phần kiến thức quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 9. Chúng ta hãy cùng nhau phân tích từng câu một nhé!

a) Giải thích về phương pháp thu khí qua nước.

• Bước 1: Nêu nguyên tắc của phương pháp thu khí qua nước.
  Phương pháp thu khí bằng cách đẩy nước (hay còn gọi là dời chỗ của nước) chỉ áp dụng cho các chất khí rất ít tan hoặc không tan trong nước. Khi sục khí vào nước, nếu khí không tan, nó sẽ chiếm chỗ của nước trong ống nghiệm hoặc bình chứa và đẩy nước ra ngoài.
• Bước 2: Áp dụng với khí CO₂.
  Khí Cacbon đioxit (CO₂) là một khí ít tan trong nước. Mặc dù có một phần nhỏ CO₂ tác dụng với nước để tạo thành axit cacbonic ( \( \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 \) ), nhưng phản ứng này xảy ra chậm và không hoàn toàn. Trong điều kiện phòng thí nghiệm thông thường, lượng khí CO₂ hòa tan là không đáng kể, do đó chúng ta vẫn có thể thu được khí CO₂ bằng phương pháp đẩy nước.
• Bước 3: Áp dụng với khí NH₃ và HCl.
  Ngược lại, khí Amoniac (NH₃) và khí Hidro clorua (HCl) là những khí tan rất tốt trong nước. Chúng tan nhiều đến mức có thể tạo thành các dung dịch axit hoặc bazơ đậm đặc. Ví dụ, 1 lít nước ở điều kiện thường có thể hòa tan tới khoảng 700-800 lít khí NH₃ hoặc khoảng 450 lít khí HCl.
• Bước 4: Kết luận.
  Vì NH₃ và HCl tan rất nhiều trong nước, nên nếu chúng ta dẫn các khí này vào một bình chứa đầy nước, chúng sẽ nhanh chóng hòa tan hết vào nước mà không đẩy được nước ra. Kết quả là chúng ta sẽ không thu được khí. Do đó, không thể dùng phương pháp đẩy nước để thu khí NH₃ và HCl.

b) Giải thích về phương pháp thu khí bằng cách đặt xuôi hoặc úp ngược bình.

• Bước 1: Nêu nguyên tắc của phương pháp dời không khí.
  Phương pháp thu khí bằng cách đẩy không khí (dời chỗ của không khí) dựa vào sự chênh lệch về tỉ khối của khí đó so với không khí. Để so sánh, ta dùng khối lượng mol. Khối lượng mol trung bình của không khí xấp xỉ \( \bar{M}_{\text{không khí}} \approx 29 \text{ g/mol} \).
  • Nếu khí nặng hơn không khí ( \( M_{\text{khí}} > 29 \) ), ta thu bằng cách đặt ngửa bình (để miệng bình hướng lên trên).
  • Nếu khí nhẹ hơn không khí ( \( M_{\text{khí}} < 29 \) ), ta thu bằng cách úp ngược bình (để miệng bình hướng xuống dưới).
• Bước 2: Giải thích vì sao thu CO₂ bằng cách đặt ngửa bình.
  Ta tính khối lượng mol của khí CO₂:
  \( M_{\text{CO}_2} = 12 + 16 \times 2 = 44 \text{ g/mol} \)
  So sánh, ta thấy \( M_{\text{CO}_2} = 44 > \bar{M}_{\text{không khí}} \approx 29 \). Điều này có nghĩa là khí CO₂ nặng hơn không khí.
  Vì nặng hơn, khi được dẫn vào bình, khí CO₂ sẽ từ từ chìm xuống dưới đáy bình và đẩy không khí nhẹ hơn bay lên trên và thoát ra ngoài. Do đó, chúng ta phải đặt ngửa bình để thu khí CO₂.
• Bước 3: Giải thích và lấy ví dụ về thu khí bằng cách úp ngược bình.
  Những khí chỉ thu được bằng cách úp ngược bình là những khí nhẹ hơn không khí.
  Ví dụ minh họa: Khí Hidro (H₂) hoặc khí Amoniac (NH₃).
  Chúng ta hãy xét khí Hidro:
  Ta tính khối lượng mol của khí H₂:
  \( M_{\text{H}_2} = 1 \times 2 = 2 \text{ g/mol} \)
  So sánh, ta thấy \( M_{\text{H}_2} = 2 < \bar{M}_{\text{không khí}} \approx 29 \). Điều này có nghĩa là khí H₂ nhẹ hơn rất nhiều so với không khí.
  Vì rất nhẹ, khi được dẫn vào bình thu, khí H₂ sẽ bay thẳng lên trên, chiếm đầy phần trên của bình trước rồi mới đẩy dần không khí nặng hơn ra ngoài qua miệng bình. Do đó, để thu được khí H₂, chúng ta bắt buộc phải úp ngược bình.

Cô hy vọng qua phần giải thích chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về nguyên tắc lựa chọn phương pháp thu khí. Hãy nhớ hai nguyên tắc vàng: tính tan trong nước và tỉ khối so với không khí nhé. Chúc các em học tốt