Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy sẽ cùng các em giải một bài tập hóa học rất thú vị, liên quan đến các phản ứng oxi hóa và phản ứng tráng bạc – những kiến thức quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 9 của chúng ta. Bài tập này sẽ giúp các em củng cố kiến thức về ancol, anđehit và các phương pháp tính toán hóa học.

Để giải quyết bài toán này một cách chính xác và dễ hiểu nhất, chúng ta sẽ đi theo từng bước một nhé!

PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI:

Bài toán yêu cầu chúng ta tính khối lượng bạc (Ag) thu được sau một chuỗi phản ứng. Chuỗi phản ứng bao gồm:

1. Oxi hóa etylenglicol bằng \(\text{CuO}\) (dư, đun nóng).
2. Sản phẩm thu được (sau phản ứng oxi hóa) đem thực hiện phản ứng tráng bạc với dung dịch \(\text{AgNO}_3/\text{NH}_3\) (dư, \(t^0\)).

Điều quan trọng cần chú ý là: các phản ứng xảy ra hoàn toàn và \(\text{CuO}\), \(\text{AgNO}_3/\text{NH}_3\) đều dư. Điều này giúp chúng ta không cần lo lắng về hiệu suất phản ứng hay chất hết, chất dư trong các bước trung gian.

LỜI GIẢI CHI TIẾT:

Bước 1: Tính số mol của etylenglicol

Đầu tiên, chúng ta cần xác định số mol của chất ban đầu là etylenglicol. Để làm được điều này, chúng ta cần biết khối lượng mol của etylenglicol.

• Công thức phân tử của etylenglicol là \(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2\), hay viết gọn là \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2\).
• Khối lượng mol của etylenglicol (\(M_{\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2}\)):
  \[ M_{\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2} = (2 \times 12) + (6 \times 1) + (2 \times 16) = 24 + 6 + 32 = 62 \text{ gam/mol} \]
• Số mol etylenglicol (\(n_{\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2}\)):
  Chúng ta áp dụng công thức tính số mol: \(n = \frac{m}{M}\)
  \[ n_{\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2} = \frac{4,092 \text{ gam}}{62 \text{ gam/mol}} = 0,066 \text{ mol} \]

Giải thích: Việc tính số mol là bước cơ bản và rất quan trọng trong mọi bài toán hóa học định lượng. Nó giúp chúng ta chuyển đổi khối lượng chất thành đơn vị mol, đơn vị này sẽ được dùng để tính toán theo tỉ lệ của các phản ứng hóa học.

Bước 2: Viết phương trình phản ứng oxi hóa etylenglicol bằng \(\text{CuO}\) và xác định sản phẩm

Etylenglicol là một ancol đa chức, cụ thể là có hai nhóm hiđroxyl (\(\text{-OH}\)) bậc 1 (nhóm \(\text{-CH}_2\text{OH}\)). Khi ancol bậc 1 bị oxi hóa bởi \(\text{CuO}\) nóng, nó sẽ tạo thành anđehit. Vì etylenglicol có hai nhóm \(\text{-CH}_2\text{OH}\), nên cả hai nhóm này đều bị oxi hóa để tạo thành anđehit hai chức (dialdehyd), đó là glyoxal.

• Phương trình phản ứng:
  \[ \text{HO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-OH} + 2\text{CuO} \xrightarrow{t^0} \text{OHC-CHO} + 2\text{Cu} + 2\text{H}_2\text{O} \]
  (Etylenglicol)               (Glyoxal)

Giải thích: \(\text{CuO}\) là một chất oxi hóa yếu, phù hợp để oxi hóa ancol bậc 1 thành anđehit mà không tiếp tục oxi hóa anđehit thành axit cacboxylic. Vì etylenglicol có cấu trúc đối xứng với hai nhóm \(\text{-CH}_2\text{OH}\), cả hai nhóm này đều chuyển thành \(\text{-CHO}\) và cần 2 phân tử \(\text{CuO}\).

Bước 3: Tính số mol glyoxal thu được

Dựa vào phương trình phản ứng ở Bước 2, chúng ta có thể xác định số mol của glyoxal.

• Theo tỉ lệ mol từ phương trình: 1 mol etylenglicol tạo ra 1 mol glyoxal.
• Số mol glyoxal (\(n_{\text{OHC-CHO}}\)) thu được:
  \[ n_{\text{OHC-CHO}} = n_{\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2} = 0,066 \text{ mol} \]

Giải thích: Tỉ lệ số mol giữa các chất tham gia và sản phẩm được xác định bởi các hệ số tỉ lượng trong phương trình hóa học đã cân bằng. Vì tỉ lệ là 1:1, nên số mol của glyoxal tạo thành bằng số mol etylenglicol ban đầu.

Bước 4: Viết phương trình phản ứng tráng bạc của glyoxal

Glyoxal (\(\text{OHC-CHO}\)) là một dialdehyd, tức là nó có hai nhóm chức anđehit (\(\text{-CHO}\)). Mỗi nhóm anđehit khi tham gia phản ứng tráng bạc (với \(\text{AgNO}_3/\text{NH}_3\)) sẽ bị oxi hóa và tạo ra 2 nguyên tử bạc (\(\text{Ag}\)). Do đó, một phân tử glyoxal sẽ tạo ra \(2 \times 2 = 4\) nguyên tử bạc.

• Phương trình phản ứng tráng bạc (tập trung vào mối quan hệ số mol với Ag):
  \[ \text{OHC-CHO} + 4\text{AgNO}_3 + 6\text{NH}_3 + 2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^0} \text{NH}_4\text{OOC-COONH}_4 + 4\text{Ag}\downarrow + 4\text{NH}_4\text{NO}_3 \]

Giải thích: Phản ứng tráng bạc là phản ứng đặc trưng của anđehit. Trong phản ứng này, nhóm \(\text{-CHO}\) bị oxi hóa thành nhóm cacboxylat (\(\text{-COO}^-\)) dưới dạng muối amoni, đồng thời ion \(\text{Ag}^+\) (từ \(\text{AgNO}_3\) trong môi trường \(\text{NH}_3\)) bị khử thành kim loại Ag kết tủa. Vì glyoxal có hai nhóm \(\text{-CHO}\), nên nó sẽ phản ứng với lượng \(\text{Ag}^+\) gấp đôi so với anđehit đơn chức, tạo ra 4 mol Ag cho mỗi mol glyoxal.

Bước 5: Tính số mol bạc (\(\text{Ag}\)) thu được

Từ phương trình phản ứng tráng bạc ở Bước 4, chúng ta xác định số mol của bạc.

• Theo tỉ lệ mol từ phương trình: 1 mol glyoxal tạo ra 4 mol Ag.
• Số mol Ag (\(n_{\text{Ag}}\)) thu được:
  \[ n_{\text{Ag}} = 4 \times n_{\text{OHC-CHO}} = 4 \times 0,066 \text{ mol} = 0,264 \text{ mol} \]

Giải thích: Dựa vào hệ số tỉ lượng trong phương trình phản ứng, chúng ta dễ dàng tính được số mol sản phẩm (Ag) từ số mol chất phản ứng (glyoxal).

Bước 6: Tính khối lượng bạc (\(\text{Ag}\)) thu được

Cuối cùng, chúng ta chuyển số mol Ag về khối lượng Ag.

• Khối lượng mol của Ag là \(108 \text{ gam/mol}\).
• Khối lượng Ag (\(m_{\text{Ag}}\)):
  Áp dụng công thức: \(m = n \times M\)
  \[ m_{\text{Ag}} = 0,264 \text{ mol} \times 108 \text{ gam/mol} = 28,512 \text{ gam} \]

Giải thích: Đây là bước cuối cùng để trả lời câu hỏi của bài toán. Sau khi có số mol Ag, việc nhân với khối lượng mol của Ag sẽ cho chúng ta khối lượng Ag cần tìm.

Bước 7: So sánh với các đáp án

Kết quả tính toán của chúng ta là \(28,512 \text{ gam}\).

So sánh với các đáp án đã cho:

A. 28,512 gam
B. 57,5 gam
C. 21,6 gam
D. 43,2 gam

Vậy, đáp án chính xác là A. 28,512 gam.

Hy vọng qua lời giải chi tiết từng bước này, các em đã hiểu rõ hơn về cách giải bài tập hóa học dạng chuỗi phản ứng, cũng như củng cố kiến thức về tính chất hóa học của ancol và anđehit. Hãy luyện tập thêm để nắm vững kiến thức này nhé!