Chào các em học sinh thân mến! Cô rất vui được đồng hành cùng các em trong buổi học Hóa học hôm nay. Chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập rất thú vị về phản ứng nhiệt phân KClO3. Các em hãy chú ý lắng nghe và ghi chép lại từng bước nhé!

Bài toán yêu cầu chúng ta tính khối lượng KClO3 cần dùng khi biết thể tích khí O2 thu được và hiệu suất phản ứng. Để làm được bài này, chúng ta sẽ thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Viết và cân bằng phương trình hóa học.
Đề bài đã cho sơ đồ phản ứng: KClO3 KCl + O2.
Để phương trình trở thành phương trình hóa học đầy đủ và đúng theo quy luật bảo toàn nguyên tố, chúng ta cần cân bằng hệ số của các chất.
Ta nhận thấy ở vế phải có 2 nguyên tử O, còn ở vế trái chỉ có 3 nguyên tử O. Để cân bằng, ta thêm hệ số 2 vào KClO3 và hệ số 3 vào O2. Lúc này, số nguyên tử K và Cl ở hai vế cũng không bằng nhau. Ta thêm hệ số 2 vào KCl để cân bằng K và Cl.
Phương trình hóa học cân bằng là:
2KClO3 —t°–> 2KCl + 3O2
(Lý do: Chúng ta cần đảm bảo số nguyên tử của mỗi nguyên tố bằng nhau ở cả hai vế của phương trình theo định luật bảo toàn khối lượng).

Bước 2: Đổi đơn vị thể tích khí O2 sang số mol.
Đề bài cho thể tích khí O2 ở điều kiện chuẩn là 14,874 lít.
Ở điều kiện chuẩn (25 độ C và 1 bar), 1 mol khí chiếm thể tích là 24,79 lít.
Để tính số mol O2, ta sử dụng công thức:
\( n = \frac{V}{V_m} \)
Trong đó:
n là số mol khí (mol)
V là thể tích khí (lít)
Vm là thể tích mol của chất khí ở điều kiện chuẩn (lít/mol)
Thay số vào công thức ta có:
\( n_{O2} = \frac{14,874}{24,79} = 0,6 \text{ mol} \)
(Lý do: Chúng ta cần đưa về đơn vị mol để có thể sử dụng tỉ lệ mol trong phương trình hóa học để tính toán các chất liên quan).

Bước 3: Tính số mol KClO3 theo lý thuyết.
Dựa vào phương trình hóa học cân bằng: 2KClO3 —t°–> 2KCl + 3O2.
Tỉ lệ mol giữa KClO3 và O2 là 2:3.
Nghĩa là cứ 3 mol O2 thu được thì cần 2 mol KClO3.
Vậy, nếu thu được 0,6 mol O2, thì số mol KClO3 cần dùng theo lý thuyết sẽ là:
\( n_{KClO3 (lý thuyết)} = n_{O2} \times \frac{2}{3} \)
Thay số vào ta có:
\( n_{KClO3 (lý thuyết)} = 0,6 \times \frac{2}{3} = 0,4 \text{ mol} \)
(Lý do: Chúng ta sử dụng tỉ lệ số mol giữa các chất trong phương trình hóa học để xác định lượng chất phản ứng cần thiết dựa trên lượng sản phẩm thu được theo lý thuyết).

Bước 4: Tính khối lượng KClO3 cần dùng theo lý thuyết.
Để tính khối lượng, chúng ta cần biết khối lượng mol của KClO3.
Khối lượng mol của K: 39 g/mol
Khối lượng mol của Cl: 35,5 g/mol
Khối lượng mol của O: 16 g/mol
Khối lượng mol của KClO3 là:
\( M_{KClO3} = 39 + 35,5 + 16 \times 3 = 122,5 \text{ g/mol} \)
Khối lượng KClO3 cần dùng theo lý thuyết được tính bằng công thức:
\( m = n \times M \)
Trong đó:
m là khối lượng (gam)
n là số mol (mol)
M là khối lượng mol (g/mol)
Thay số vào ta có:
\( m_{KClO3 (lý thuyết)} = 0,4 \times 122,5 = 49 \text{ gam} \)
(Lý do: Chúng ta cần quy đổi số mol đã tính được ở bước 3 sang khối lượng theo đơn vị gam để có thể so sánh và đưa ra câu trả lời cuối cùng).

Bước 5: Tính khối lượng KClO3 cần dùng thực tế (có tính đến hiệu suất).
Đề bài cho hiệu suất phản ứng là 85%. Điều này có nghĩa là chỉ có 85% lượng KClO3 ban đầu tham gia phản ứng và tạo ra sản phẩm. Do đó, lượng KClO3 cần dùng thực tế sẽ nhiều hơn so với lượng tính theo lý thuyết.
Công thức tính khối lượng thực tế khi biết hiệu suất là:
\( m_{thực tế} = \frac{m_{lý thuyết}}{H} \)
Trong đó:
m_{thực tế} là khối lượng cần dùng trong thực tế (gam)
m_{lý thuyết} là khối lượng tính theo lý thuyết (gam)
H là hiệu suất phản ứng (dưới dạng số thập phân, ví dụ 85% = 0,85)
Thay số vào ta có:
\( m_{KClO3 (thực tế)} = \frac{49}{0,85} \approx 57,65 \text{ gam} \)
(Lý do: Hiệu suất phản ứng cho biết tỉ lệ phần trăm của chất tham gia phản ứng thực tế. Vì hiệu suất nhỏ hơn 100%, nên lượng chất ban đầu cần dùng phải nhiều hơn so với lượng tính toán dựa trên sản phẩm thu được theo lý thuyết).

Vậy, khối lượng KClO3 cần dùng là khoảng 57,65 gam.

Các em thấy đó, việc giải bài tập Hóa học đòi hỏi chúng ta phải nắm vững kiến thức lý thuyết, đặc biệt là phương trình hóa học và các công thức tính toán cơ bản. Chúc các em luôn học tốt môn Hóa học nhé!