Chúng ta cùng bắt đầu với câu 8.

Phần a. Lập phương trình hóa học của phản ứng.

Đề bài cho chúng ta biết khi nhiệt phân copper(II) nitrate (Cu(NO3)2) sẽ thu được copper(II) oxide (CuO), nitrogen dioxide (NO2) và khí oxygen (O2).

Các em hãy nhớ lại cách viết phương trình hóa học:
1. Viết công thức hóa học của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm.
2. Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế của phương trình.

Ở đây, chúng ta có:
Chất phản ứng: Cu(NO3)2
Sản phẩm: CuO, NO2, O2

Vậy phương trình phản ứng ban đầu sẽ là:
Cu(NO3)2 -> CuO + NO2 + O2

Bây giờ, chúng ta đi cân bằng.
– Nguyên tố Cu: Ở hai vế đều có 1 nguyên tử Cu, nên đã cân bằng.
– Nguyên tố N: Vế trái có 2 nguyên tử N (trong (NO3)2), vế phải có 1 nguyên tử N (trong NO2). Để cân bằng, chúng ta thêm hệ số 2 trước NO2:
Cu(NO3)2 -> CuO + 2NO2 + O2
– Nguyên tố O: Vế trái có 2 3 = 6 nguyên tử O. Vế phải có 1 nguyên tử O (trong CuO) + 2 2 = 4 nguyên tử O (trong 2NO2) + 2 nguyên tử O (trong O2). Tổng cộng vế phải có 1 + 4 + 2 = 7 nguyên tử O.
Vế trái đang ít hơn vế phải. Chúng ta cần điều chỉnh hệ số để cân bằng nguyên tử O.

Cô gợi ý các em hãy cân bằng nguyên tố O cuối cùng. Trong trường hợp này, có thể thử điều chỉnh hệ số của O2.
Nếu thêm hệ số 2 trước O2:
Cu(NO3)2 -> CuO + 2NO2 + 2O2
– Nguyên tố O: Vế trái có 6 nguyên tử O. Vế phải có 1 (trong CuO) + 4 (trong 2NO2) + 2 * 2 = 4 (trong 2O2). Tổng cộng vế phải có 1 + 4 + 4 = 9 nguyên tử O. Vẫn chưa cân bằng.

Các em nhìn kỹ lại vế trái, ta có (NO3)2, tức là có 2 nhóm NO3. Phản ứng nhiệt phân muối nitrat thường tạo ra oxit kim loại, khí NO2 và O2. Khí NO2 có 1 N, O2 có 2 O. Oxit kim loại thì phụ thuộc vào kim loại. CuO đã có 1 O.
Khi cân bằng nguyên tố N, ta có 2 nguyên tử N ở vế trái. Nếu có 2 phân tử NO2 ở vế phải, thì ta đã có 2 nguyên tử N.
Cu(NO3)2 -> CuO + 2NO2 + O2
Bây giờ đếm lại O:
Vế trái: 2 x 3 = 6 nguyên tử O.
Vế phải: 1 (trong CuO) + 2 x 2 (trong 2NO2) + 2 (trong O2) = 1 + 4 + 2 = 7 nguyên tử O.

Hmm, có vẻ hơi khó cân bằng trực tiếp. Chúng ta thử nghĩ xem, phản ứng này có thể có hệ số chẵn cho O2.
Thường thì, khi nhiệt phân muối nitrat kim loại hóa trị thấp, ta sẽ thu được oxit kim loại, NO2 và O2.
Chúng ta hãy thử nhân toàn bộ phương trình với 2 để dễ cân bằng số Oxi:
2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 2NO2 + O2
Bây giờ chúng ta kiểm tra lại nhé:
– Cu: Vế trái có 2 nguyên tử Cu. Vế phải có 2 nguyên tử Cu. Cân bằng.
– N: Vế trái có 2 * 2 = 4 nguyên tử N. Vế phải có 2 nguyên tử N. Chưa cân bằng.

À, cô thấy rồi. Chúng ta cần phải cân bằng N trước và O sau.
Cu(NO3)2 -> CuO + NO2 + O2
Nếu ta có 2 phân tử NO2 ở vế phải, thì số nguyên tử N đã bằng nhau.
Cu(NO3)2 -> CuO + 2NO2 + O2
Bây giờ đếm O:
Vế trái: 6 nguyên tử O.
Vế phải: 1 (trong CuO) + 2 * 2 (trong 2NO2) + 2 (trong O2) = 1 + 4 + 2 = 7 nguyên tử O.

Có vẻ cô đã nhìn nhầm chỗ nào đó. Hãy nhìn lại đề bài xem có sai sót không. À, đề bài cho sản phẩm là CuO, NO2, O2.
Chúng ta thử cân bằng nguyên tố O trước. Vế phải có 1 (trong CuO) + 2 (trong NO2) + 2 (trong O2) = 5 nguyên tử O. Vế trái có 6 nguyên tử O.
Nếu ta thêm hệ số 2 vào trước Cu(NO3)2:
2Cu(NO3)2 -> CuO + NO2 + O2
Số O ở vế trái là 2 * 6 = 12.
Số O ở vế phải là 1 + 2 + 2 = 5. Vẫn chưa cân bằng.

Bây giờ, chúng ta hãy tưởng tượng nguyên tử O sẽ được phân bổ như thế nào. NO2 có 2 O, O2 có 2 O.
Nếu hệ số của O2 là x, thì số nguyên tử O từ O2 là 2x.
Số nguyên tử O trong CuO là 1.
Số nguyên tử O trong NO2 là 2.
Tổng số O ở vế phải: 1 + 2(hệ số NO2) + 2x.
Số nguyên tử O ở vế trái: 2 * 3 = 6 (hệ số Cu(NO3)2).

Chúng ta hãy xem xét phản ứng tổng quát cho nhiệt phân muối nitrat:
M(NO3)n -> MxOy + NOx + O2
Trong trường hợp này, n=2, M là Cu, oxit là CuO.
Phản ứng đúng phải là:
2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2
Bây giờ chúng ta kiểm tra lại phương trình này nhé:
– Cu: Vế trái có 2 nguyên tử Cu. Vế phải có 2 nguyên tử Cu. Cân bằng.
– N: Vế trái có 2 * 2 = 4 nguyên tử N. Vế phải có 4 nguyên tử N. Cân bằng.
– O: Vế trái có 2 2 3 = 12 nguyên tử O. Vế phải có 2 1 (trong 2CuO) + 4 2 (trong 4NO2) + 2 (trong O2) = 2 + 8 + 2 = 12 nguyên tử O. Cân bằng.

Vậy, phương trình hóa học của phản ứng là:
2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2

Phần b. Nếu nhiệt phân hoàn toàn 28,2 gam copper(II) nitrate với hiệu suất phản ứng 100% thì thu được bao nhiêu gam copper(II) oxide và bao nhiêu lít khí oxygen ở đkc?

Bước 1: Tính số mol của copper(II) nitrate (Cu(NO3)2).
Trước tiên, chúng ta cần tính khối lượng mol của Cu(NO3)2.
Khối lượng mol của Cu là 64 g/mol.
Khối lượng mol của N là 14 g/mol.
Khối lượng mol của O là 16 g/mol.
Khối lượng mol của Cu(NO3)2 là: \(M_{Cu(NO_3)_2} = 64 + 2 \times (14 + 3 \times 16) = 64 + 2 \times (14 + 48) = 64 + 2 \times 62 = 64 + 124 = 188 \text{ g/mol}\)

Số mol của Cu(NO3)2 là:
\(n_{Cu(NO_3)_2} = \frac{\text{khối lượng}}{\text{khối lượng mol}} = \frac{28,2 \text{ gam}}{188 \text{ g/mol}} = 0,15 \text{ mol}\)

Bước 2: Dựa vào phương trình hóa học để tính số mol CuO và O2 thu được.
Phương trình hóa học: 2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2
Từ phương trình, ta thấy tỉ lệ mol giữa Cu(NO3)2 và CuO là 2:2 (hay 1:1).
Tỉ lệ mol giữa Cu(NO3)2 và O2 là 2:1.

Vì hiệu suất phản ứng là 100%, nên toàn bộ Cu(NO3)2 đã phản ứng.
Số mol CuO thu được là:
\(n_{CuO} = n_{Cu(NO_3)_2} = 0,15 \text{ mol}\)

Số mol O2 thu được là:
\(n_{O_2} = \frac{1}{2} \times n_{Cu(NO_3)_2} = \frac{1}{2} \times 0,15 \text{ mol} = 0,075 \text{ mol}\)

Bước 3: Tính khối lượng CuO thu được.
Khối lượng mol của CuO là:
\(M_{CuO} = 64 + 16 = 80 \text{ g/mol}\)

Khối lượng CuO thu được là:
\(m_{CuO} = n_{CuO} \times M_{CuO} = 0,15 \text{ mol} \times 80 \text{ g/mol} = 12 \text{ gam}\)

Bước 4: Tính thể tích khí O2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc).
Ở đkc, 1 mol khí chiếm thể tích 22,4 lít.
Thể tích O2 thu được là:
\(V_{O_2} = n_{O_2} \times 22,4 \text{ lít/mol} = 0,075 \text{ mol} \times 22,4 \text{ lít/mol} = 1,68 \text{ lít}\)

Vậy, nếu nhiệt phân hoàn toàn 28,2 gam copper(II) nitrate với hiệu suất 100%, thì thu được 12 gam copper(II) oxide và 1,68 lít khí oxygen ở đkc.

Phần c. Muốn thu được 6,1975 lít (đkc) hỗn hợp 2 khí NO2 và O2 thì phải nhiệt phân bao nhiêu gam copper(II) nitrate, biết hiệu suất phản ứng đạt 80%.

Bước 1: Gọi số mol của NO2 và O2 thu được.
Gọi số mol của NO2 là \(n_{NO_2}\) và số mol của O2 là \(n_{O_2}\).
Ta có thể tích hỗn hợp 2 khí là 6,1975 lít (đkc).
Tổng số mol của hỗn hợp 2 khí là:
\(n_{\text{hỗn hợp khí}} = \frac{V_{\text{hỗn hợp khí}}}{22,4 \text{ lít/mol}} = \frac{6,1975 \text{ lít}}{22,4 \text{ lít/mol}} \approx 0,2767 \text{ mol}\)

Vậy, \(n_{NO_2} + n_{O_2} = 0,2767 \text{ mol}\).

Bước 2: Thiết lập mối quan hệ giữa số mol NO2 và O2 dựa trên phương trình hóa học.
Phương trình hóa học: 2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2
Từ phương trình, ta thấy tỉ lệ mol giữa NO2 và O2 là 4:1.
Do đó, \(n_{NO_2} = 4 \times n_{O_2}\).

Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm số mol NO2 và O2.
Chúng ta có hệ phương trình:
1) \(n_{NO_2} + n_{O_2} = 0,2767\)
2) \(n_{NO_2} = 4n_{O_2}\)

Thay phương trình (2) vào phương trình (1):
\(4n_{O_2} + n_{O_2} = 0,2767\)
\(5n_{O_2} = 0,2767\)
\(n_{O_2} = \frac{0,2767}{5} \approx 0,05534 \text{ mol}\)

Tính số mol NO2:
\(n_{NO_2} = 4 \times n_{O_2} = 4 \times 0,05534 \text{ mol} \approx 0,22136 \text{ mol}\)

Kiểm tra lại tổng số mol: \(0,22136 + 0,05534 = 0,2767 \text{ mol}\). Đúng.

Bước 4: Tính số mol Cu(NO3)2 cần thiết để tạo ra số mol NO2 và O2 này (hiệu suất 100%).
Dựa vào phương trình hóa học: 2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2
– Để tạo ra \(n_{O_2} = 0,05534 \text{ mol}\), cần số mol Cu(NO3)2 là:
\(n_{Cu(NO_3)_2 \text{ (theo } O_2)} = \frac{2}{1} \times n_{O_2} = 2 \times 0,05534 \text{ mol} = 0,11068 \text{ mol}\)

– Để tạo ra \(n_{NO_2} = 0,22136 \text{ mol}\), cần số mol Cu(NO3)2 là:
\(n_{Cu(NO_3)_2 \text{ (theo } NO_2)} = \frac{2}{4} \times n_{NO_2} = \frac{1}{2} \times 0,22136 \text{ mol} = 0,11068 \text{ mol}\)

Hai cách tính cho ra cùng một số mol Cu(NO3)2, điều này chứng tỏ chúng ta đã làm đúng.
Vậy, để thu được hỗn hợp khí này với hiệu suất 100%, cần \(0,11068 \text{ mol}\) Cu(NO3)2.

Bước 5: Tính số mol Cu(NO3)2 cần nhiệt phân với hiệu suất 80%.
Vì hiệu suất phản ứng chỉ đạt 80%, nên lượng Cu(NO3)2 cần dùng thực tế sẽ lớn hơn.
\(n_{Cu(NO_3)_2 \text{ (thực tế)}} = \frac{n_{Cu(NO_3)_2 \text{ (theo tính toán)}}}{\text{hiệu suất}} = \frac{0,11068 \text{ mol}}{80\%} = \frac{0,11068 \text{ mol}}{0,8} = 0,13835 \text{ mol}\)

Bước 6: Tính khối lượng Cu(NO3)2 cần nhiệt phân.
Chúng ta đã tính khối lượng mol của Cu(NO3)2 ở phần b là 188 g/mol.
Khối lượng Cu(NO3)2 cần nhiệt phân là:
\(m_{Cu(NO_3)_2 \text{ (thực tế)}} = n_{Cu(NO_3)_2 \text{ (thực tế)}} \times M_{Cu(NO_3)_2} = 0,13835 \text{ mol} \times 188 \text{ g/mol} = 25,99 \text{ gam}\)

Vậy, muốn thu được 6,1975 lít (đkc) hỗn hợp 2 khí NO2 và O2 với hiệu suất phản ứng 80%, thì phải nhiệt phân 25,99 gam copper(II) nitrate.

Các em về nhà xem lại bài tập này thật kỹ nhé. Chúc các em ngày mai thi tốt! Nếu có gì chưa hiểu, cứ mạnh dạn hỏi cô.