Quá trình quang hợp của cây xanh diễn ra theo sơ đồ phản ứng
CO2+H20—>(C6H10O5…
CO2+H20—>(C6H10O5)+O2
viết phương trình hóa học tính khối lượng tinh bột thu được và thể tích o2 tại giải phóng nếu lượng nước là nước tiêu thụ là 5 tấn và lượng khí CO2 tham gia phản ứng dư cho hiệu suất phản ứng là 80%
Chúng ta cùng bắt đầu nhé!
Bước 1: Viết và cân bằng phương trình hóa học của quá trình quang hợp.
Đề bài cho chúng ta sơ đồ phản ứng: CO2 + H2O —> (C6H10O5) + O2.
Đây là sơ đồ của quá trình quang hợp, sản phẩm chính là tinh bột (C6H10O5) và khí oxy.
Để phương trình hóa học đúng, chúng ta cần cân bằng nó.
Cân bằng nguyên tố Cacbon (C): Bên trái có 1C, bên phải có 6C trong (C6H10O5). Vậy ta thêm hệ số 6 vào CO2.
Phương trình trở thành: 6CO2 + H2O —> (C6H10O5) + O2.
Cân bằng nguyên tố Hydro (H): Bên trái có 2H trong H2O, bên phải có 10H trong (C6H10O5). Vậy ta cần 5 phân tử H2O để có đủ 10H.
Phương trình trở thành: 6CO2 + 5H2O —> (C6H10O5) + O2.
Cân bằng nguyên tố Oxy (O):
Bên trái: 6 2 (từ 6CO2) + 5 1 (từ 5H2O) = 12 + 5 = 17 nguyên tử O.
Bên phải: 10 (từ (C6H10O5)) + 2 (từ O2) = 12 nguyên tử O.
Để cân bằng Oxy, ta cần điều chỉnh hệ số của O2. Hiện tại bên phải đang thiếu 17 – 12 = 5 nguyên tử O.
Tuy nhiên, O2 là một chất khí, ta không thể thêm hệ số lẻ vào O2 ngay được. Chúng ta cần tìm hệ số chung sao cho số nguyên tử Oxy ở hai vế bằng nhau.
Chúng ta quay lại xem xét lại công thức của tinh bột. Công thức (C6H10O5) là công thức đơn vị của xenlulozo hoặc tinh bột. Thực tế, tinh bột là một polymer của glucoso, công thức có thể viết là (C6H10O5)n. Tuy nhiên, trong chương trình Hóa học lớp 8, chúng ta thường xét theo công thức đơn vị để đơn giản hóa.
Nếu xét theo công thức đơn vị (C6H10O5), thì phương trình quang hợp được viết như sau:
6CO2 + 5H2O —> C6H10O5 + 6O2
Kiểm tra lại:
C: 6 ở 2 vế.
H: 10 ở 2 vế.
O: 6*2 + 5*1 = 17 ở vế trái. 5*1 + 6*2 = 17 ở vế phải.
Phương trình đã cân bằng.
Phương trình hóa học cân bằng: 6CO2 + 5H2O —> C6H10O5 + 6O2
Bước 2: Đổi đơn vị khối lượng nước tiêu thụ sang gam.
Đề bài cho lượng nước tiêu thụ là 5 tấn. Để tính toán theo mol, chúng ta cần đổi sang gam.
1 tấn = 1000 kg = 1.000.000 gam.
Vậy, khối lượng nước (H2O) là: 5 tấn * 1.000.000 gam/tấn = 5.000.000 gam.
Bước 3: Tính số mol nước đã tham gia phản ứng.
Để tính số mol, ta sử dụng công thức:
n = m / M
trong đó:
n là số mol (mol)
m là khối lượng (gam)
M là khối lượng mol (g/mol)
Khối lượng mol của nước (M_H2O) là: 1 * 2 (nguyên tử H) + 16 (nguyên tử O) = 18 g/mol.
Số mol nước tham gia phản ứng là:
n(H2O) = 5.000.000 gam / 18 g/mol ≈ 277.777,78 mol.
Bước 4: Tính số mol tinh bột thu được theo lý thuyết.
Từ phương trình hóa học cân bằng: 6CO2 + 5H2O —> C6H10O5 + 6O2
Tỉ lệ mol giữa nước (H2O) và tinh bột (C6H10O5) là 5:1.
Điều này có nghĩa là cứ 5 mol H2O phản ứng sẽ tạo ra 1 mol C6H10O5.
Vì lượng khí CO2 dư nên nước sẽ là chất giới hạn, quyết định lượng sản phẩm thu được.
Số mol tinh bột thu được theo lý thuyết (n_lt_C6H10O5) sẽ là:
n_lt_C6H10O5 = n(H2O) / 5
n_lt_C6H10O5 ≈ 277.777,78 mol / 5 ≈ 55.555,56 mol.
Bước 5: Tính khối lượng tinh bột thu được theo lý thuyết.
Để tính khối lượng, ta sử dụng công thức:
m = n * M
Khối lượng mol của tinh bột (M_C6H10O5) là:
6 12 (nguyên tử C) + 10 1 (nguyên tử H) + 5 * 16 (nguyên tử O) = 72 + 10 + 80 = 162 g/mol.
Khối lượng tinh bột thu được theo lý thuyết (m_lt_C6H10O5) là:
m_lt_C6H10O5 = n_lt_C6H10O5 * M_C6H10O5
m_lt_C6H10O5 ≈ 55.555,56 mol * 162 g/mol ≈ 9.000.000 gam.
Để dễ hình dung, ta đổi sang tấn:
9.000.000 gam = 9 tấn.
Bước 6: Tính khối lượng tinh bột thực tế thu được dựa trên hiệu suất phản ứng.
Hiệu suất phản ứng (H) là tỉ lệ giữa lượng sản phẩm thực tế thu được so với lượng sản phẩm thu được theo lý thuyết.
Công thức tính hiệu suất:
H = (m_tt / m_lt) * 100%
Trong đó:
H là hiệu suất (%)
m_tt là khối lượng thực tế thu được (gam hoặc tấn)
m_lt là khối lượng lý thuyết thu được (gam hoặc tấn)
Đề bài cho hiệu suất là 80%. Chúng ta cần tính khối lượng tinh bột thực tế thu được (m_tt_C6H10O5).
Ta có:
m_tt_C6H10O5 = m_lt_C6H10O5 * (H / 100%)
m_tt_C6H10O5 = 9.000.000 gam * (80% / 100%)
m_tt_C6H10O5 = 9.000.000 gam * 0,8
m_tt_C6H10O5 = 7.200.000 gam.
Đổi sang tấn:
7.200.000 gam = 7,2 tấn.
Vậy, khối lượng tinh bột thu được là 7,2 tấn.
Bước 7: Tính số mol oxy giải phóng theo lý thuyết.
Từ phương trình hóa học cân bằng: 6CO2 + 5H2O —> C6H10O5 + 6O2
Tỉ lệ mol giữa nước (H2O) và khí oxy (O2) là 5:6.
Điều này có nghĩa là cứ 5 mol H2O phản ứng sẽ tạo ra 6 mol O2.
Số mol oxy giải phóng theo lý thuyết (n_lt_O2) là:
n_lt_O2 = n(H2O) * (6/5)
n_lt_O2 ≈ 277.777,78 mol * (6/5)
n_lt_O2 ≈ 333.333,33 mol.
Bước 8: Tính thể tích oxy giải phóng theo lý thuyết (trong điều kiện tiêu chuẩn).
Trong chương trình Hóa học lớp 8, chúng ta thường xét thể tích khí trong điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC).
Điều kiện tiêu chuẩn là: nhiệt độ 0°C (273.15 K) và áp suất 1 atm.
Trong ĐKTC, 1 mol khí chiếm thể tích là 22,4 lít.
Công thức tính thể tích khí:
V = n * 22.4
Thể tích oxy giải phóng theo lý thuyết (V_lt_O2) là:
V_lt_O2 = n_lt_O2 * 22.4 lít/mol
V_lt_O2 ≈ 333.333,33 mol * 22.4 lít/mol
V_lt_O2 ≈ 7.466.666,67 lít.
Đổi sang mét khối (m3) cho dễ hình dung:
1 m3 = 1000 lít.
V_lt_O2 ≈ 7.466.666,67 lít / 1000 lít/m3 ≈ 7466,67 m3.
Bước 9: Tính thể tích oxy thực tế giải phóng dựa trên hiệu suất phản ứng.
Tương tự như khối lượng tinh bột, thể tích oxy thực tế giải phóng cũng bị ảnh hưởng bởi hiệu suất phản ứng.
Vì lượng nước là chất giới hạn, nên hiệu suất tính cho sản phẩm (tinh bột) cũng áp dụng cho sản phẩm khác (oxy) trong cùng một phản ứng.
Thể tích oxy thực tế giải phóng (V_tt_O2) là:
V_tt_O2 = V_lt_O2 * (H / 100%)
V_tt_O2 ≈ 7.466.666,67 lít * (80% / 100%)
V_tt_O2 ≈ 7.466.666,67 lít * 0,8
V_tt_O2 ≈ 5.973.333,33 lít.
Đổi sang mét khối:
V_tt_O2 ≈ 5.973.333,33 lít / 1000 lít/m3 ≈ 5973,33 m3.
Vậy, thể tích oxy được giải phóng là khoảng 5.973,33 m3 (ở điều kiện tiêu chuẩn).
Tổng kết lại, chúng ta đã hoàn thành bài tập bằng các bước chi tiết:
1. Cân bằng phương trình hóa học của quá trình quang hợp.
2. Đổi đơn vị khối lượng nước sang gam.
3. Tính số mol nước đã tham gia phản ứng.
4. Tính số mol tinh bột thu được theo lý thuyết.
5. Tính khối lượng tinh bột thu được theo lý thuyết.
6. Tính khối lượng tinh bột thực tế thu được dựa trên hiệu suất.
7. Tính số mol oxy giải phóng theo lý thuyết.
8. Tính thể tích oxy giải phóng theo lý thuyết (ở ĐKTC).
9. Tính thể tích oxy thực tế giải phóng dựa trên hiệu suất.
Hy vọng qua bài tập này, các em đã nắm vững cách vận dụng định luật bảo toàn khối lượng, công thức tính số mol, khối lượng mol, thể tích khí và đặc biệt là cách xử lý bài toán có hiệu suất. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!
Đáp án:
\(m_{(C_6H_{10}O_5)_n}=7,2\) (tấn)\(\\\)\(V_{O_2}(đktc)=5,793(m^3)\)
Giải thích các bước giải:
Phản ứng xảy ra:
\(6nCO_2 + 5nH_2O\xrightarrow[diep\:\:luc]{As} (C_6H_{10}O_5)_n + 6nO_2\)
Theo lí thuyết, cứ \(18.5n=90n\) tấn \(H_2O\) tạo ra \(162n\) tấn \((C_6H_{10}O_5)_n\) và \(6.32n=192n\) tấn \(O_2\)
Theo thực tế, cứ \(5\) tấn \(H_2O\) tạo ra \(x\) tấn \((C_6H_{10}O_5)_n\) và \(y\) tấn \(O_2\)
\(x=\dfrac{5.162.n}{90.n}=9\) (tấn)
\(y=\dfrac{5.192.n}{90.n}=\dfrac{32}{3}\) (tấn)
Vì \(H=80\% \) nên suy ra:
\(m_{(C_6H_{10}O_5)_n}=9.80\%=7,2\) (tấn)
\(V_{O_2}(đktc)=\dfrac{32}{3}.\dfrac{1}{32}.22,4.80\%=5,793(m^3)\)
6nCO2 + 5nH2O ———> (C6H10O5)n + 6nO2
(5/18) (5/18)/5 (5/18)/5*6 (kmol)
Khối lượng tinh bột sau pư= m= n.M= (5/18)/5 . 162 = 9 (tấn)
VO2 sau pư= (5/18)/5*6*24=200(m3)
H=80%
=> m tinh bột thu được= 9*80%=7.2(tấn)
VO2 thu được= 200*80%= 160(m3)