Bài tập về Oxi (O2), Ozon (O3) cơ bản, nâng cao có đáp án và lời giải - hoá lớp 10

Vì vậy, nhằm hệ thống lại một số dạng bài tập về Oxi O₂ , Ozon O₃ cùng phương pháp giải nhanh gọn, chính xác, cụ thể và chi tiết qua các ví dụ dưới đây hy vọng sẽ giúp các bạn cảm thấy 'dễ thở' hơn khi gặp các dạng toán này.

I. Một số nội dung lý thuyết vận dụng để giải bài tập

1. Định luật bảo toàn khối lượng

• m_chất = ∑m_{các thành phần} = ∑m_{các nguyên tố}

- Ví dụ: m_H2SO4 = m_H + m_O + m_S

• ∑m_{trước phản ứng} = ∑m_{sau phản ứng}

- Ví dụ: Al + O₂ → Al₂O₃

⇒ m_Al + m_O2 = m_Al2O3

2. Định luật bảo toàn Electron

• Tổng số electron cho = Tổng số electron nhận: ∑e _cho = ∑e _nhận

• Tổng số mol e cho = Tổng số mol e nhận:  ∑e _cho = ∑e _nhận

⇒ (số e cho).(số mol chất cho) = (số e nhận).(số mol chất nhận)

- Ví dụ: Al + O₂ → Al₂O₃

⇒ Bảo toàn e: 3.n_Al = 4.n_O2

3. Định luật bảo toàn Nguyên tố

• Trong phản ứng hoá học, các nguyên tố luôn được bảo toàn (không đổi).

⇒ Khối lượng nguyên tố không đổi

⇒ Số mol nguyên tố không đổi

⇒ ∑[(số nguyên tử).(số mol)]_trước = ∑[(số nguyên tử).(số mol)]_sau

- Ví dụ: FeO + O₂ → Fe₃O₄

⇒ Bảo toàn O: 1.m_Fe + 2.n_O2 = 4n_Fe3O4

- Lưu ý: Các bài tập có nhiều phản ứng oxi hoá khử, chúng ta không nên giải theo phương pháp truyền thống mà nên ưu tiên áp dụng các định luật bảo toàn trên để giải các dạng bài tập này.

- Nếu chưa nắm vững tính chất hoá học của Oxi, Ozon hay Lưu huỳnh S các em có thể tham khảo lại nội dung này ở các bài viết:

  • xem thêm: Tính chất hoá học của Oxi và Ozon

II. Một số dạng bài tập về Oxi, Ozon và Lưu huỳnh

Bài tập 1: Oxi hoá hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Cu và Al có tỉ lệ mol 1:1 thu được 13,1 gam hỗn hợp Y gồm các oxit. Tính giá trị của m?

* Lời giải:

• Cách 1: Giải bài toán dựa theo PTPƯ

- Gọi a là số mol của kim loại Cu và Al trong hỗn hợp X

- Phương trình hoá học của phản ứng:

 2Cu + O₂ → 2CuO

 a mol         a mol

  4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

  a mol           a/2 mol

- Ta có: m_{Y (oxit)} = m_CuO + m_Al2O3 = 80.a +102.(a/2) = 13,1 ⇒ a = 0,1(mol).

⇒ m_X = 64.0,1 + 27.0,1 = 9,1(g).

• Cách 2: Giải bài toán dựa vào các định luật bảo toàn

- Gọi a là số mol của mỗi kim loại Cu, Al trong hỗn hợp X

- Theo định luật bảo toàn nguyên tố Cu, Al ta có:

- Theo định luật bảo toàn khối lượng thì:

m_Y = m_CuO + m_Al2O3 = 80.a +51.a = 13,1 ⇒ a = 0,1(mol).

⇒ m_X = 64.0,1 + 27.0,1 = 9,1(g).

Bài tập 2: Nung một hỗn hợp gồm 4,8 gam bột Magie và 3,2 gam bột lưu huỳnh trong một ống nghiệm đậy kín. Tính khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng?

* Lời giải:

• Cách 1: Giải bài toán dựa theo PTPƯ

- Theo bài ra, ta có: n_Mg = 4,8/24 = 0,2(mol). n_S = 3,2/32 = 0,1(mol).

- PTPƯ:      Mg   +   S  →  MgS

Ban đầu:   0,1     0,1 mol

Phản ứng: 0,1      0,1

Sau PƯ:    0,1                 0,1 mol

- Ta thấy:  nên Mg dư

⇒ Hỗn hợp chất rắn gồm: MgS và Mg dư

⇒ m_rắn = 56.0,1 + 24.0,1 = 8(g).

• Cách 2: Giải bài toán theo các định luật bảo toàn

- Nếu Mg dư, S dư hay cả hai cùng dư thì tất cả các chất sau phản ứng đều là chất rắn. Về nguyên tắc của định luật bảo toàn khối lượng thì tổng khối lượng của nó sẽ bằng tổng khối lượng các chất trước phản ứng, mặc dù ta không cần biết sau phản ứng chứa những chất nào và với lượng là bao nhiêu.

- ĐLBTKL: m_rắn = m_Mg + m_S = 4,8 + 3,2 = 8(g).

Bài tập 3: Đốt cháy hoàn toàn 13 gam một kim loại hóa trị II trong oxi dư đến khối lượng không đổi thu được 16,2 gam chất rắn X. Kim loại đó là gì?

* Lời giải:

• Cách 1: Giải bài toán dựa theo PTPƯ

- Gọi kim loại cần tìm là M.

- Phương trình phản ứng: 2M + O₂  2MO

- Theo PTPƯ, ta có: n_M = n_MO  

• Cách 2: Giải bài toán theo các định luật bảo toàn

- Chúng ta không cần viết phương trình phản ứng, mà chỉ áp dụng các định luật bảo toàn.

- Bảo toàn khối lượng ⇒ m_O2 = m_{rắn X} - m_M

⇒ 

- Theo ĐLBT e: 2n_M = 4n_O2 ⇒ n_M = 2n_O2 = 2.0,1 = 0,2(mol).

⇒ 

Bài tập 4: Cho 7,2 gam kim loại M , có hoá trị không đổi trong hợp chất, phản ứng hoàn toàn với hỗn hợp khí X gồm Cl₂ và O₂. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn Y và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (ở đktc). Xác định kim loại M?

* Lời giải:

- Sơ đồ bài toán: 7,2 gam M + 5,6 lít khí X (Cl₂, O₂)  23 gam chất rắn Y (MCl_x, M₂O_x)

• Cách 1: Giải bài toán dựa theo PTPƯ

- Gọi x là hóa trị của kim loại M; a, b lần lượt là số mol Cl₂ và O₂ trong hỗn hợp X

  2M   +   xCl₂    →  2MCl_x

  2a/x ←  a mol  →  2a/x

  4M   +   xO₂    →  2M₂O_x

  4b/x ←  b mol  →  2b/x

- Theo bài ra, và từ PTPƯ ta có:

- Giải hệ được: M = 12.x ⇒ chọn x = 2 ⇒ M = 24 ≡ Mg

• Cách 2: Giải bài toán theo các định luật bảo toàn

- Ta có: n_X = n_Cl2 + n_O2 = 5,6/22,4 = 0,25(mol).

- Theo ĐLBTKL ta có: m_X = m_Y - m_M = 23 - 7,2 = 71.n_Cl2 + 32.n_O2

⇒ n_Cl2 = 0,2(mol) và n_O2 = 0,05(mol).

= Gọi a là hóa trị của kim loại ta, theo định luật bảo toàn e, ta có: a.n_M = 2.n_Cl2 + 4.n_O2

* Nhận xét về 2 cách giải trên:

- Cách 1: Khi giải phương pháp truyền thống dựa vào phương trình phản ứng sau đó lập hệ phương trình sẽ khó khăn khi phải biện luận.

- Cách 2: Chỉ áp dụng các định luật bảo toàn không cần viết phương trình phản ứng, tuy lúc đầu 1 số bạn chưa quen nhưng khi đã hiểu và vận dụng các bạn sẽ thấy đây là phương pháp rất hiệu quả và nên dùng phương pháp này đặc biệt là bây giờ các em chuyển qua thi trắc nghiệm hoá.

Bài tập 5: Hỗn hợp khí X gồm ozon và oxi có tỉ khối đối với hiđro bằng 18. Phần trăm theo thể tích mỗi khí trong hỗn hợp X lần lượt là bao nhiêu?

* Lời giải:

- Sơ đồ bài toán: V_O3 lít O₃ (M=48) và V_O2 lít O₂ (M=32) →  → Khối lượng tăng giảm là (36-32) và (48-36)

- Tỉ khối của hỗn hợp X so với H₂ là 18 nên ta có:

⇒  

- Vậy phần trăm thể tích của O₂ là 25% O₃ là 75%.

Bài tập 6: Hỗn hợp X gồm SO₂ và O₂ có tỉ khối hơi đối với H₂ bằng 24. Cần thêm V lít O₂ vào 20 lít hỗn hợp X để thu được hỗn hợp Y có tỉ khối hơi so với H₂ bằng 22,4. Biết thể tích các khí đo trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất tìm V?

* Lời giải:

- Tỉ khối của X so với H₂ là 24, nên ta có khối lượng trung bình của hỗn hợp X là: 

- Sơ đồ bài toán: V_O2 lít O₂ (M=32) và 20 lít X () →  → Khối lượng tăng giảm là (48-44,8) và (44,8-32)

⇒  

Bài tập 7: Cho V lít hỗn hợp khí X gồm O₂ và O₃. Thực hiện phản ứng ozon phân hoàn toàn, sau một thời gian thu được khí Y và thể tích khí tăng lên 30% so với thể tích ban đầu , biết thể tích các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Tính phần trăm thể tích của O₂ trong hỗn hợp đầu.

* Lời giải:

- Sơ đồ bài toán: V lít hỗn hợp X (O₂ và O₃) → Y (O₂) có ΔV=30%

- Phương trình phản ứng: 

  2O₃ ^{- ozon phân→} 3O₂

  a lít                   1,5a lít

- Ta chọn hỗn hơn X ban đầu có thể tích V_X = 100 lít (không làm mất tính tổng quát bài toán). ⇒ V_Y = 130(lít).

⇒ V_Y = 1,5a + (100-a) = 130 ⇒ a = 60 ⇒ V_O2 = 100 - 60 = 40(lít) ⇔ %V_O2 = 40%

Bài tập 8: Phóng điện qua O₂ được hỗn hợp khí có khối lượng mol trung bình là 33 g/mol. Tính hiệu suất của phản ứng ozon hóa?

* Lời giải:

- Sơ đồ bài toán: V lít (O₂₎ ^{- tia lửa điện→} V lít hỗn hợp có  gồm (O₃ và O₂ dư)

- Phương trình phản ứng

  3O₂ ^{-tia lửa điện→} 2O₃

- Sơ đồ bài toán: V_O3 lít O₃ (M=48) và V_O2 lít O_{2 dư} (M=32) →    → Khối lượng tăng giảm là (33-32) và (48-33)

⇒   % 

Bài tập 9: Hỗn hợp X gồm O₂ và O₃ có tỉ khối so với H₂ bằng 20. Để đốt cháy hoàn toàn 4,48 lít khí CH₄ cần V lít hỗn hợp khí X. Các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Tính giá trị của V?

* Lời giải:

- Sơ đồ bài toán: X gồm (O₂ và O₃) + 0,2 mol metan CH₄ → CO₂ + H₂O

- Sơ đồ đường chéo: 

* Cách 1: giải theo cách thông thường truyền thống

- Ta có phương trình phản ứng:

 CH₄   +   2O₂  →  CO₂↑   +  2H₂O

 a/2         a(mol)

 CH₄   +   ⁴/₃O₃  →  CO₂↑ +  2H₂O

 (3/4)a     a(mol)

- Theo PTPƯ, ta có: