Chào các em, cô là giáo viên Hóa học của các em đây. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau phân tích và giải một bài tập rất điển hình trong chương trình Hóa 9 về phản ứng nung vôi và hiệu suất phản ứng. Đây là một dạng bài quan trọng, giúp các em củng cố kiến thức về tính toán theo phương trình hóa học.

Chúng ta hãy bắt đầu nhé!

PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI

Trước hết, chúng ta cần hiểu rõ hiện tượng hóa học xảy ra khi nung loại đá này.

– Trong đá có ba thành phần: Canxi cacbonat (\(CaCO_3\)), nhôm oxit (\(Al_2O_3\)) và sắt (III) oxit (\(Fe_2O_3\)).

– Khi nung ở nhiệt độ cao, chỉ có canxi cacbonat (\(CaCO_3\)) bị nhiệt phân hủy. Nhôm oxit và sắt (III) oxit là các oxit bền với nhiệt, chúng không bị phân hủy ở nhiệt độ nung vôi. Chúng được gọi là các tạp chất trơ trong phản ứng này.

– Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra là:
\[ CaCO_3 \xrightarrow{t^o} CaO + CO_2 \uparrow \]
– Khối lượng chất rắn giảm đi sau khi nung chính là khối lượng của khí cacbonic (\(CO_2\)) đã bay đi.

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào giải bài toán một cách chi tiết.

BÀI GIẢI CHI TIẾT

Để bài toán trở nên đơn giản, chúng ta giả sử khối lượng của loại đá ban đầu là 100 gam.

Dựa vào thành phần phần trăm, ta có khối lượng của mỗi chất trong 100 gam đá ban đầu:

– Khối lượng \(CaCO_3\) là: \(m_{CaCO_3} = 100 \times 80\% = 80\) gam.

– Khối lượng \(Al_2O_3\) là: \(m_{Al_2O_3} = 100 \times 10,2\% = 10,2\) gam.

– Khối lượng \(Fe_2O_3\) là: \(m_{Fe_2O_3} = 100 \times 9,8\% = 9,8\) gam.

Theo đề bài, khối lượng chất rắn thu được sau khi nung bằng 78% khối lượng đá ban đầu.

Vậy khối lượng chất rắn sau khi nung là:
\[ m_{rắn \ sau} = 100 \times 78\% = 78 \text{ gam} \]
Khối lượng chất rắn bị giảm đi là:
\[ m_{giảm} = m_{đá \ ban \ đầu} – m_{rắn \ sau} = 100 – 78 = 22 \text{ gam} \]
Như đã phân tích, khối lượng giảm đi chính là khối lượng khí \(CO_2\) đã thoát ra.

Vậy, \(m_{CO_2} = 22\) gam.

1) Tính hiệu suất phân hủy đá vôi (\(CaCO_3\))

Để tính hiệu suất, chúng ta cần tìm lượng \(CaCO_3\) đã phản ứng (lượng thực tế) và so sánh với lượng \(CaCO_3\) có ban đầu (lượng lý thuyết).

Ta sẽ tính lượng \(CaCO_3\) đã phản ứng dựa vào khối lượng \(CO_2\) sinh ra.

Số mol của \(CO_2\) là:
\[ n_{CO_2} = \frac{m_{CO_2}}{M_{CO_2}} = \frac{22}{12 + 16 \times 2} = \frac{22}{44} = 0,5 \text{ mol} \]
Phương trình hóa học:
\[ CaCO_3 \xrightarrow{t^o} CaO + CO_2 \]
Tỉ lệ mol:
1 mol              1 mol        1 mol

Theo PƯ:
\(x\) mol?              \(y\) mol?        0,5 mol

Dựa vào phương trình, ta thấy số mol \(CaCO_3\) đã phản ứng bằng số mol \(CO_2\) sinh ra:
\[ n_{CaCO_3 \ (phản \ ứng)} = n_{CO_2} = 0,5 \text{ mol} \]
Khối lượng \(CaCO_3\) đã phản ứng là:
\[ m_{CaCO_3 \ (phản \ ứng)} = n \times M = 0,5 \times (40 + 12 + 16 \times 3) = 0,5 \times 100 = 50 \text{ gam} \]
Lượng \(CaCO_3\) có trong 100 gam đá ban đầu là 80 gam. Đây là lượng lý thuyết có thể tham gia phản ứng.

Hiệu suất của phản ứng phân hủy là:
\[ H\% = \frac{m_{CaCO_3 \ (phản \ ứng)}}{m_{CaCO_3 \ (ban \ đầu)}} \times 100\% \]
\[ H\% = \frac{50}{80} \times 100\% = 62,5\% \]
Vậy, hiệu suất phân hủy đá vôi là 62,5%.

2) Tính khối lượng của CaO sau khi nung

Để tính khối lượng vôi sống (\(CaO\)) tạo thành, chúng ta cũng dựa vào phương trình hóa học.

Theo phương trình, số mol \(CaO\) tạo thành bằng số mol \(CO_2\) sinh ra:
\[ n_{CaO} = n_{CO_2} = 0,5 \text{ mol} \]
Khối lượng của \(CaO\) tạo thành là:
\[ m_{CaO} = n \times M = 0,5 \times (40 + 16) = 0,5 \times 56 = 28 \text{ gam} \]
Vậy, khối lượng CaO thu được sau khi nung (nếu ban đầu lấy 100g đá) là 28 gam.

Tổng kết:

Qua bài tập này, các em cần ghi nhớ:

1. Khi nung hỗn hợp, cần xác định chất nào tham gia phản ứng, chất nào là tạp chất trơ.

2. Độ giảm khối lượng của chất rắn chính là khối lượng của chất khí bay ra.

3. Công thức tính hiệu suất: \( H\% = \frac{\text{Lượng thực tế}}{\text{Lượng lý thuyết}} \times 100\% \). Lượng ở đây có thể là số mol, khối lượng hoặc thể tích.

Hy vọng qua bài giải chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về cách giải quyết một bài toán Hóa học. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi nhé. Chúc các em học tốt