Phần a)

Chúng ta biết rằng khí Carbon dioxide (CO2) có thể thu qua nước, nhưng các khí như Amoniac (NH3) hay Hydroclorua (HCl) thì không. Vậy nguyên nhân là gì?

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần xem xét tính chất tan của các khí đó trong nước.

* Bước 1: Xem xét độ tan của CO2 trong nước.
CO2 là một oxit axit, khi tan trong nước sẽ phản ứng một phần tạo ra axit cacbonic (H2CO3). Tuy nhiên, phản ứng này là thuận nghịch và cân bằng chuyển dịch mạnh về phía các chất phản ứng. Do đó, lượng CO2 tan trong nước là không đáng kể.
CO2(k) + H2O(l) <=> H2CO3(aq)

* Bước 2: Xem xét độ tan của NH3 trong nước.
Amoniac (NH3) là một bazơ tan rất tốt trong nước, phản ứng với nước tạo thành dung dịch amoniac, một dung dịch có tính bazơ yếu.
NH3(k) + H2O(l) <=> NH4OH(aq) (hay NH3.H2O)

* Bước 3: Xem xét độ tan của HCl trong nước.
Hydroclorua (HCl) là một oxit axit, khi tan trong nước tạo thành axit clohidric (HCl) là một axit mạnh, tan rất tốt trong nước.
HCl(k) + H2O(l) -> HCl(aq)

* Bước 4: Kết luận.
Vì NH3 và HCl tan rất nhiều trong nước, nên nếu chúng ta thu các khí này bằng cách sục qua nước thì chúng sẽ bị hòa tan hết vào nước, không thu được khí nguyên chất. Ngược lại, CO2 tan ít trong nước nên có thể thu được bằng phương pháp này.

Phần b)

Chúng ta có thể thu khí CO2 vào bình đặt xuôi, nhưng một số khí khác lại chỉ thu được bằng cách úp ngược bình. Tại sao lại có sự khác biệt này? Điều này liên quan đến khối lượng riêng của khí so với không khí.

* Bước 1: Xác định cách thu khí dựa trên tỉ lệ khối lượng mol so với không khí.
Để xác định xem một khí nặng hơn hay nhẹ hơn không khí, chúng ta sẽ so sánh khối lượng mol của khí đó với khối lượng mol trung bình của không khí. Khối lượng mol trung bình của không khí là khoảng 29 gam/mol (thành phần chính gồm N2 có M = 28 g/mol và O2 có M = 32 g/mol).

* Bước 2: Xét khí CO2.
Khối lượng mol của CO2 là: M(CO2) = 12 (C) + 2 * 16 (O) = 44 g/mol.
Vì M(CO2) = 44 g/mol > 28 g/mol (khối lượng mol trung bình của không khí), nên khí CO2 nặng hơn không khí.
Khi thu một khí nặng hơn không khí, chúng ta sẽ đặt bình thu khí theo chiều xuôi (miệng bình ở trên), để khí nặng hơn từ từ chiếm chỗ của không khí trong bình đi từ đáy lên.
Ví dụ: Khí Oxy (O2) có M = 32 g/mol, nặng hơn không khí nên cũng thu bằng bình đặt xuôi.

* Bước 3: Xét các khí nhẹ hơn không khí.
Các khí nhẹ hơn không khí sẽ có khối lượng mol nhỏ hơn 28 g/mol. Để thu các khí này, chúng ta phải úp ngược bình thu (miệng bình úp xuống dưới). Điều này giúp khí nhẹ hơn thoát ra khỏi bình đặt xuôi và bay lên trên, đồng thời không khí nặng hơn sẽ bị đẩy xuống.
Ví dụ minh họa:

• Khí Hidro (H2): M(H2) = 2 g/mol. H2 nhẹ hơn không khí rất nhiều nên phải úp ngược bình để thu.
• Khí Metan (CH4): M(CH4) = 12 + 4*1 = 16 g/mol. CH4 nhẹ hơn không khí nên cũng thu bằng cách úp ngược bình.
• Khí Amoniac (NH3): M(NH3) = 14 + 3*1 = 17 g/mol. NH3 nhẹ hơn không khí nên thu bằng cách úp ngược bình.

* Bước 4: Tổng kết.
– Khí nặng hơn không khí (M > 28 g/mol) thu bằng cách đặt bình xuôi (miệng bình ở trên). Ví dụ: CO2, O2.
– Khí nhẹ hơn không khí (M < 28 g/mol) thu bằng cách úp ngược bình (miệng bình úp xuống dưới). Ví dụ: H2, CH4, NH3.

Hy vọng với phần giải thích chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về nguyên tắc thu khí trong Hóa học. Chúc các em học tốt!