Câu 3: Trong một bình kín, có 0,5 mol khí CO phản ứng với 0,3 mol khí Cl₂ tạo thành các sản phẩm gồm COCl₂ và COCl. Biết rằng tỉ lệ mol giữa các sản phẩm COCl₂ và COCl là 2:3. Hãy lập phương trình hóa...

Chào bạn, đây là lời giải chi tiết cho bài toán hóa học này. Bài toán yêu cầu chúng ta xử lý các phản ứng song song và tính toán dựa trên tỉ lệ sản phẩm.

1. Lập phương trình hóa học

Trong bình kín xảy ra hai phản ứng tạo ra hai sản phẩm khác nhau:

Phản ứng tạo thành Phosgene ($COCl_2$):

$CO + Cl_2 \rightarrow COCl_2 \quad (1)$

Phản ứng tạo thành gốc tự do ($COCl$):

$2CO + Cl_2 \rightarrow 2COCl \quad (2)$

2. Tính toán số lượng các chất tham gia phản ứng

Bước 1: Đặt ẩn số

Gọi số mol $COCl_2$ tạo thành là $2x$ (mol).

Theo đề bài, tỉ lệ mol $COCl_2 : COCl = 2 : 3$, nên số mol $COCl$ tạo thành là $3x$ (mol).

Bước 2: Tính số mol $CO$ và $Cl_2$ đã tham gia theo $x$

Từ phương trình (1):

$n_{CO (1)} = n_{Cl_2 (1)} = n_{COCl_2} = 2x$ (mol).

Từ phương trình (2):

$n_{CO (2)} = n_{COCl} = 3x$ (mol).

$n_{Cl_2 (2)} = \frac{1}{2} n_{COCl} = \frac{3}{2}x = 1,5x$ (mol).

Bước 3: Lập phương trình dựa trên lượng chất ban đầu

Trong bài toán này, chúng ta cần xác định xem chất nào đã phản ứng hết hoặc tỉ lệ phản ứng như thế nào. Tuy nhiên, đề bài hỏi "phần trăm thể tích mỗi khí đã tham gia phản ứng", điều này ngụ ý ta cần tìm lượng đã dùng.

Giả sử $Cl_2$ phản ứng hết (vì tỉ lệ mol $Cl_2$ trong các phản ứng thường ít hơn $CO$):

$n_{Cl_2 \text{ phản ứng}} = 2x + 1,5x = 0,3$

$\Rightarrow 3,5x = 0,3 \Rightarrow x = \frac{3}{35} \approx 0,00857 \text{ mol}$

Khi đó, lượng $CO$ đã tham gia phản ứng là:

$n_{CO \text{ phản ứng}} = 2x + 3x = 5x = 5 \cdot \frac{3}{35} = \frac{15}{35} \approx 0,428 \text{ mol}$

(Lượng này $< 0,5$ mol ban đầu nên giả thuyết $Cl_2$ hết là hợp lý).

3. Tính phần trăm thể tích (tương ứng với phần trăm số mol)

Vì các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất nên % thể tích = % số mol.

Phần trăm khí $Cl_2$ đã tham gia phản ứng:

Vì ta giả định $Cl_2$ phản ứng hết để tạo ra sản phẩm theo tỉ lệ đề bài:

$\%V_{Cl_2 \text{ đã dùng}} = \frac{0,3}{0,3} \cdot 100\% = 100\%$

Phần trăm khí $CO$ đã tham gia phản ứng:

$\%V_{CO \text{ đã dùng}} = \frac{n_{CO \text{ phản ứng}}}{n_{CO \text{ ban đầu}}} \cdot 100\%$

$\%V_{CO \text{ đã dùng}} = \frac{0,428}{0,5} \cdot 100\% \approx 85,6\%$

Kết quả:

Phương trình: $CO + Cl_2 \rightarrow COCl_2$ và $2CO + Cl_2 \rightarrow 2COCl$.

Phần trăm $Cl_2$ tham gia phản ứng: 100%.

Phần trăm $CO$ tham gia phản ứng: 85,6%.