Chào các em! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về phản ứng oxi hóa – khử, một dạng bài rất quen thuộc trong Hóa học lớp 10. Bài toán này liên quan đến việc tính toán thể tích khí Cl2 sinh ra với hiệu suất phản ứng cho trước.

Đầu tiên, thầy sẽ tóm tắt lại dữ kiện đề bài cho chúng ta:
– Khối lượng KMnO4: 31,6 gam
– Dung dịch HCl: dư
– Hiệu suất phản ứng: 75%
– Yêu cầu: Tính thể tích khí Cl2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào từng bước giải chi tiết nhé.

Bước 1: Viết và cân bằng phương trình hóa học.
Phản ứng giữa KMnO4 (kali permanganat) và HCl (axit clohidric) sinh ra KCl (kali clorua), MnCl2 (mangan(II) clorua), nước (H2O) và khí clo (Cl2).
Đây là một phản ứng oxi hóa – khử. Để cân bằng, chúng ta cần xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi.
Trong KMnO4, số oxi hóa của Mn là +7. Trong HCl, số oxi hóa của Cl là -1.
Trong MnCl2, số oxi hóa của Mn là +2. Trong Cl2, số oxi hóa của Cl là 0.
Như vậy, Mn từ +7 xuống +2 (nhận 5 electron), còn Cl từ -1 lên 0 (nhường 2 electron).
Để hai quá trình này cân bằng về electron, ta nhân với bội số chung nhỏ nhất. Ta cần 5 phân tử Cl2 (tổng cộng nhường 10 electron) và 2 phân tử KMnO4 (tổng cộng nhận 10 electron).
Ta có phương trình phản ứng:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O

Bước 2: Tính số mol KMnO4 ban đầu.
Để tính số mol, chúng ta cần khối lượng mol của KMnO4.
Khối lượng mol của K là 39 g/mol, Mn là 55 g/mol, O là 16 g/mol.
\( M_{KMnO_4} = 39 + 55 + 4 \times 16 = 158 \text{ g/mol} \)
Số mol KMnO4 là:
\( n_{KMnO_4} = \frac{\text{khối lượng KMnO}_4}{M_{KMnO_4}} = \frac{31,6}{158} = 0,2 \text{ mol} \)

Bước 3: Tính số mol Cl2 theo lý thuyết.
Dựa vào phương trình hóa học đã cân bằng:
2 mol KMnO4 tạo ra 5 mol Cl2.
Vậy, 0,2 mol KMnO4 sẽ tạo ra bao nhiêu mol Cl2 theo lý thuyết?
Ta có tỉ lệ:
\( \frac{n_{Cl_2}}{n_{KMnO_4}} = \frac{5}{2} \)
\( n_{Cl_2} (\text{lý thuyết}) = n_{KMnO_4} \times \frac{5}{2} = 0,2 \times \frac{5}{2} = 0,5 \text{ mol} \)

Bước 4: Tính số mol Cl2 thực tế thu được dựa vào hiệu suất.
Đề bài cho biết hiệu suất phản ứng là 75%. Hiệu suất được tính theo công thức:
\( H = \frac{\text{số mol chất sản phẩm thực tế}}{\text{số mol chất sản phẩm theo lý thuyết}} \times 100\% \)
Vậy, số mol Cl2 thực tế thu được là:
\( n_{Cl_2} (\text{thực tế}) = n_{Cl_2} (\text{lý thuyết}) \times \frac{H}{100\%} = 0,5 \times \frac{75\%}{100\%} = 0,5 \times 0,75 = 0,375 \text{ mol} \)

Bước 5: Tính thể tích khí Cl2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).
Ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc), 1 mol khí chiếm thể tích 22,4 lít.
Thể tích khí Cl2 thu được là:
\( V_{Cl_2} = n_{Cl_2} (\text{thực tế}) \times 22,4 \text{ L/mol} = 0,375 \times 22,4 = 8,4 \text{ L} \)

Vậy, thể tích khí Cl2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn với hiệu suất 75% là 8,4 lít.

Hy vọng cách trình bày chi tiết từng bước này giúp các em hiểu rõ bài toán. Quan trọng là chúng ta phải nắm vững cách viết và cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử, cách tính số mol và áp dụng công thức hiệu suất.
Chúc các em học tốt môn Hóa!