CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ KHÍ THAN ƯỚT
A. LÝ THUYẾT.
1. Khi cho hơi nước (H2O) đi qua than nung đỏ, xảy ra đồng thời các phản ứng (pư) sau:
C + H2O CO + H2 (1)
a a a a
C + 2H2O CO2 + 2H2 (2)
b 2b b 2b
 Hỗn hợp khí B thu được sau phản ứng gồm: CO, CO2, H2.
- Gọi số mol của carbon ở pư (1), (2) là a, b ta có:
- nCO + nH2 = a + 3b
- nC = a + b
- nB = 2a + 3b
2. Nếu cho hỗn hợp X gồm CO2, H2O đi qua than nung đỏ:
C + H2O CO + H2 (3)
x x x x
C + 2H2O CO2 + 2H2 (4)
y 2y y 2y
C + CO2 2CO (5)
z z 2z
- Gọi số mol carbon ở pư (3), (4), (5) là x, y, z.
- Để thuận lợi tính toán ở pư (5) ta coi như chỉ có CO2 trong X phản ứng.
- Hỗn hợp khí Y sau phản ứng gồm CO, CO2, H2.
- nY = 2x + 3y + 2z
- nC = x + y + z
- nX = x + 2y + z
 nC = nY – nX
- nCO + nH2 = 2(x + y + z) = 2nC
 nCO2 = 2nX – nY
3. Sản phẩm khí thu được có CO, H2, CO2 có thể dùng để điều chế các chất cần thiết trong công nghiệp như methanol, acetic acid, amoniac, ...
4. Dẫn hỗn hợp khí CO, CO2, H2 qua oxide kim loại sau Al nung nóng thì oxide bị khử về kim loại và bản chất của phản ứng là:
CO + O CO2
H2 + O H2O
 nO trong oxide pư = nCO + nH2
 mchất rắn giảm = mO trong oxide pư
B. BÀI TẬP ĐƯỢC PHÂN DẠNG.
 Dạng 1: Thuần tính toán theo phương trình hóa học.
- Phương pháp:
1) Viết PTHH.
2) Đặt ẩn số mol và tìm phương trình toán liên hệ.
3) Chú ý đề bài có dữ kiện về phản ứng của hỗn hợp khí sau phản ứng của than nóng đỏ và hơi nước không.
- Ví dụ minh họa:
Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ sau khi loại bỏ hết hơi nước thu được 0,8 mol hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2. Cho X đi qua bình 1 đựng dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 35,46 gam kết tủa. Tính số mol mỗi khí trong X.
 Hướng dẫn giải:
C + H2O CO + H2 (1)
C + 2H2O CO2 + 2H2 (2)
- Gọi số mol của Carbon pư ở mỗi pư (1), (2) lần lượt là x, y.
- Hỗn hợp khí X sẽ gồm: CO (x mol), CO2 (y mol), H2 (x+2y mol)
→ x + y + x + 2y = 2x + 3y = 0,8
- Dẫn X qua bình 1 chứa Ba(OH)2 dư:
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O
- Kết tủa là BaCO3 → nBaCO3 = nCO2 = y = 0,18 mol → x = 0,13 mol
- Hỗn hợp X gồm: CO (0,13 mol), CO2 (0,18 mol), H2 (0,49 mol).
Câu 1: Cho m gam hơi nước qua than nóng đỏ thu được 3,72 gam hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2. Mặt khác 0,6 mol X tác dụng vừa đủ 40 gam CuO ở nhiệt độ cao. Tính m.
C + H2O CO + H2 (1)
a a a a
C + 2H2O CO2 + 2H2 (2)
b 2b b 2b
- Xét TN1 với 3,72 g hỗn hợp X có: a mol CO, b mol CO2, (a + 2b) mol H2
 3,72 = 28a + 44b + 2(a+2b)
- Xét TN2: 0,6 mol X tác dụng đủ với 40 gam CuO.
nCuO = 0,5 mol = nCO + nH2

 a = 0,06; b = 0,04
 nH2O = a + 2b = 0,14 mol
 m = 0,14 . 18 = 2,52 g
Câu 2: Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ thu được V lít (đkc) hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2 có tỉ khối so với khí Helium là 3,875. Dẫn toàn bộ X qua bột CuO dư nung nóng, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy chất rắn giảm đi 8 gam. Tính V.
C + H2O CO + H2 (1)
a a a a
C + 2H2O CO2 + 2H2 (2)
b 2b b 2b
 Hỗn hợp X có: a mol CO, b mol CO2, (a + 2b) mol H2
 mX = nX . MX = (2a + 3b) . 3,875 . 4 = 28a + 44b + 2(a + 2b)
CO + O CO2
H2 + O H2O
- mchất rắn giảm = mO trong oxide pư = 8g
 nO trong oxide pư = nCO + nH2 = 2a + 2b = 8/16 = 0,5
 a = 0,15; b = 0,1 → V = 24,79.(2a + 3b) = 14,874 L
Câu 3: Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ, sau khi làm khô hết hơi nước thu được hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2. Tỉ khối của X so với khí hydrogen là 7,875. Cần bao nhiêu kg than có chứa 4% tạp chất trơ để thu được 48000 mol hỗn hợp X, biết rằng có 96% carbon bị đốt cháy.
C + H2O CO + H2 (1)
a a a a
C + 2H2O CO2 + 2H2 (2)
b 2b b 2b
 Hỗn hợp X có: a mol CO, b mol CO2, (a + 2b) mol H2
 48000 = 2a + 3b
 mX = 48000 . 7,875 . 2 = 28a + 44b + 2(a + 2b)
 a = 6000; b = 12000
 mC đã đốt = 12.(a + b)/0,96 = 225000g
 mthan = 225000/0,96 = 234375g
Câu 4: Cho 0,5 mol hơi nước qua carbon nung nóng đỏ thu được 0,9 mol hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2. Cho X hấp thụ vào 100 mL dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch Z. Cho từ từ dung dịch Z vào 120 mL dung dịch HCl 1M thu được V lít khí CO2 (đkc). Tính V.
C + H2O CO + H2 (1)
a a a a
C + 2H2O CO2 + 2H2 (2)
b 2b b 2b
- nH2O = a + 2b = 0,5
- nX = 2a + 3b = 0,9
 a = 0,3; b = 0,1
 X có 0,1 mol CO2
- nNaOH = 0,15 mol. Giả sử Z có x mol Na2CO3 và y mol NaHCO3.
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
x 2x x
CO2 + NaOH → NaHCO3
y y y
 2x + y = 0,15 và x + y = 0,1
 x = 0,05; y = 0,05
 nNa2CO3 pư HCl = nNaHCO3 pư HCl = t mol
- nHCl = 0,12 mol = 2t + t
 t = 0,08 mol
 V = 0,08 . 24,79 = 1,9832 L
Câu 5: Dẫn 0,275 mol hỗn hợp X gồm hơi nước và khí CO2 qua carbon nóng đỏ thu được 0,475 mol hỗn hợp Y gồm CO, CO2, H2. Cho Y hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu được m gam kết tủa. Tính m.
C + H2O CO + H2
x x x x
C + 2H2O CO2 + 2H2
y 2y y 2y
C + CO2 2CO
z z 2z
- nX = x + 2y + z = 0,275 mol
- nY = 2x + 3y + 2z = 0,475 mol
- nCO2 = y = 2nX – nY = 0,075 mol
- Vì Ba(OH)2 dư nên chỉ có phản ứng tạo BaCO3:
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O
 nBaCO3 = nCO2 = 0,075 mol
 m = 0,075 . 197 = 14,775g
Câu 6: Dẫn 0,5 mol hỗn hợp gồm hơi nước và khí CO2 qua carbon nóng đỏ thu được 0,95 mol hỗn hợp Y gồm CO, CO2, H2. Cho Y hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch chứa 0,2 mol Ba(OH)2. Sau khi phản ứng diễn ra hoàn toàn thu được m gam kết tủa. Tính m.
C + H2O CO + H2
x x x x
C + 2H2O CO2 + 2H2
y 2y y 2y
C + CO2 2CO
z z 2z
- nX = x + 2y + z = 0,5 mol
- nY = 2x + 3y + 2z = 0,95 mol
- nCO2 = y = 2nX – nY = 0,05 mol
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O
0,05 0,2
 Ba(OH)2 dư nên nBaCO3 = 0,05 mol
 m = 9,85g
Câu 7: Dẫn 0,04 mol hỗn hợp gồm hơi nước và khí CO2 qua than nung đỏ thu được 0,075 mol hỗn hợp Y gồm CO, CO2, H2. Dẫn Y đi qua bình đựng 20 gam hỗn hợp Fe2O3 và CuO (dư, nung nóng). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn. Tính m.
C + H2O CO + H2
x x x x
C + 2H2O CO2 + 2H2
y 2y y 2y
C + CO2 2CO
z z 2z
- nX = x + 2y + z = 0,04 mol
- nY = 2x + 3y + 2z = 0,075 mol
- nC = x + y + z = nY – nX = 0,035 mol
- nCO + nH2 = 2x + 2y + 2z = 2nC = 0,07 mol
 nO trong oxide pư = nCO + nH2 = 0,07 mol
 m = 20 – 0,07.16 = 18,88g
Câu 8: Dẫn a mol hỗn hợp X gồm hơi nước và khí carbonic qua carbon nung đỏ thu được 1,75a mol hỗn hợp Y gồm CO, CO2, H2. Cho Y hấp thụ vào dung dịch Ca(OH)2 dư, sau khi phản ứng diễn ra hoàn toàn thu được 0,75 gam kết tủa. Tính a.
- nCO2 = 2nX – nY = 0,25a mol
- nCaCO3 = 0,0075 mol
 a = 0,03
Câu 9: Hỗn hợp X chứa tổng 1 mol các chất O2, N2, H2O. Dẫn X qua than nóng đỏ thu được hỗn hợp khí Y gồm N2, CO, CO2, H2. Dẫn Y qua dung dịch nước vôi trong dư thu được 10 gam kết tủa và hỗn hợp khí Z. Cho Z qua hỗn hợp chất rắn gồm CuO và Fe2O3 (dư, nung nóng) đến khi phản ứng hoàn toàn thấy khối lượng chất rắn giảm 9,6 gam. Tính phần trăm thể tích N2 trong X.
- nCaCO3 = nCO2 = 0,1 mol
- nCO + nH2 = nO trong oxide pư = 9,6/16 = 0,6 mol
- nCO = 0,6 – nH2 = 0,6 – nH2O (X) (Bảo toàn H)
- Bảo toàn O: 2.nO2 (X) + nH2O (X) = nCO + 2.nCO2
 2.nO2 (X) + nH2O (X) = 0,6 – nH2O (X) + 0,2
 nO2 (X) + nH2O (X) = 0,4 mol
 nN2 = 1 – 0,4 = 0,6 mol
 %VN2 = 60%
Câu 10: Cho 0,6 mol hỗn hợp gồm CO2 và hơi nước đi qua than nung đỏ thu được 0,9 mol hỗn hợp X gồm CO, CO2, H2. Cho X hấp thụ vào 200 mL dung dịch NaOH 2M thu được dung dịch Z. Cho từ từ dung dịch Z vào 150 mL dung dịch HCl 1M thu được V lít (đkc) khí CO2. Tính V.
C + H2O CO + H2
x x x x
C + 2H2O CO2 + 2H2
y 2y y 2y
C + CO2 2CO
z z 2z
- nCO2 = y = 2.0,6 – 0,9 = 0,3 mol
- Dung dịch Z chứa a mol Na2CO3 và b mol NaHCO3.
 2a + b = 2.0,2 và a + b = 0,3
 a = 0,1 và b = 0,2

 nNa2CO3 pư HCl = t và nNaHCO3 pư HCl = 2t
- nHCl = 2.nNa2CO3 pư + nNaHCO3 pư = 0,15
 t = 0,05 mol
 VCO2 = 24,79.(t + 2t) = 3,7185 L
 Dạng 2: Các liên hệ thực tế từ sản phẩm thu được của phản ứng khí than ướt.
- Phương pháp: Sản phẩm thu được có CO, H2, CO2 có các ứng dụng thực tế như:
1. Tổng hợp methanol dưới xúc tác thích hợp:
CO + 2H2 → CH3OH
2. Tổng hợp acetic acid dưới xúc tác thích hợp:
CH3OH + CO → CH3COOH
3. Tổng hợp amoniac ở điều kiện thích hợp:
N2 + 3H2 → 2NH3
- Ví dụ minh hoạ:
Syngas là hỗn hợp thu được sau phản ứng giữa carbon và hơi nước. Trong syngas có khí hydrogen và khí carbon monoxide (một khí khá độc) nên các nhà hóa học có mong muốn sử dụng nó như 1 nguồn nguyên liệu tổng hợp hóa học. Với xúc tác Cu/Zn/Al, nhiệt độ 230 – 270oC, áp suất 50 – 150 bar, khí carbon monoxide có thể phản ứng với khí hydrogen tạo methanol.
a) Viết phương trình hóa học.
b) Liều lượng an toàn của methanol khi pha chế trong dược liệu là 0,05 g/L. Tính số gam than (có 3% tạp chất trơ) để thu được 1 L methanol an toàn. Giả sử hiệu ứng các quá trình là 100% và sau phản ứng tạo methanol, syngas không còn CO và H2.
C + H2O CO + H2
C + 2H2O CO2 + 2H2
CO + 2H2 CH3OH
- nmethanol = = 0,0015625 mol = nCO
- nhydrogen = 2.0,0015625 = 0,003125 mol
→ nC = = 0,002344 mol 200
→ mthan = = 0,02992 gam.
Câu 1: Phản ứng giữa hơi nước và than nung đỏ tạo ra một hỗn hợp khí tên syngas gồm CO, CO2, H2. Từ hỗn hợp syngas này, người ta có thể tổng hợp nên xăng theo quy trình Fisher – Tropsch (sản phẩm là C12H26 và nước) nếu có thể điều chỉnh tỉ lệ số mol H2:CO trong khoảng 2:1 tới 3:1. Giả sử có 1000 mol CO và H2, hiệu suất phản ứng tổng hợp xăng là 50%. Viết các phản ứng xảy ra và tính toán số kg xăng thu được với tỉ lệ 2:1 và 3:1.
C + H2O CO + H2
C + 2H2O CO2 + 2H2
12CO + 25H2 C12H26 + 12H2O
 Với tỉ lệ số mol H2/CO là 2/1:
 nH2 = mol và nCO = mol
- Phản ứng tạo xăng tính theo CO.
- Hiệu suất 50% nên thực tế: nCO tạo xăng = mol
 nC12H26 = mol
 Số xăng thu được =
 Với tỉ lệ số mol H2/CO là 3/1:
 nH2 = 750 mol và nCO = 250 mol
- Phản ứng tạo xăng tính theo CO.
- Hiệu suất 50% nên thực tế: nCO tạo xăng = 125 mol
 nC12H26 = mol
 Số xăng thu được =
Câu 2: Khí amoniac được tổng hợp từ hydrogen và nitrogen theo quy trình Haber – Bosh với hiệu suất 30%. Giả sử 1000 m3 hỗn hợp syngas chỉ gồm CO và H2 theo tỉ lệ mol là 1:3, hãy tính lượng amoniac thu được từ quá trình và cần bao nhiêu kg carbon để thu được lượng H2 trên (3,8.105 mol).
Cho rằng sản phẩm chỉ có CO và H2 tức chỉ có phản ứng sau: C + H2O CO + H2
C + H2O CO + H2
N2 + 3H2 2NH3
- Hiệu suất là 30% nên nNH3 = mol
 mNH3 = g
 mC =
Câu 3: Dẫn hơi nước đi qua than nóng đỏ sẽ thu được hỗn hợp khí gồm CO, CO2, H2. Để loại bỏ lượng CO trong hỗn hợp ta có thể sử dụng phản ứng reforming giữa CO và hơi nước để tạo ra CO2 và H2. Lượng hydrogen thu được cuối cùng có thể dùng để sản xuất kim loại.
1) Nếu muốn thu được 56 kg sắt từ Fe2O3 thì cần bao nhiêu kg carbon để điều chế lượng hydrogen cần thiết (cho rằng hiệu suất các phản ứng là 100%).
2) Đề xuất lí do cho việc không dùng carbon khử thẳng oxide sắt.
C + H2O CO + H2
x x x
C + 2H2O CO2 + 2H2
y y 2y
CO + H2O CO2 + H2
x x
Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
1500 1000
- nFe = 1000 mol → nH2 = 1500 mol = 2x + 2y = 2.nC
 nC = 750 mol
- Không dùng Carbon khử thẳng oxide vì sản phẩm sẽ sinh ra CO là một khí độc
Câu 4: Carbon monoxide là một khí độc nhưng lại có tác dụng trong việc bảo quản cá và thịt đỏ nếu được điều chỉnh đúng liều lượng. Hỗn hợp khí điều chỉnh bảo vệ cá gồm 61,2% khí carbonic, 38,4% khí nitrogen và 0,4% khí carbon monoxide (về thể tích).
Khi dẫn hơi nước qua than nung đỏ dư, thu được khí carbon monoxide. Người ta muốn tận dụng sản phẩm này để pha với lượng carbonic và nitrogen đã có sẵn nhằm bảo quản cá thì cần bao nhiêu gam hơi nước để tạo ra lượng carbon monoxide đạt tiêu chuẩn, biết hiệu suất phản ứng khí than ướt là 65% (giả sử có 100 L khí điều chỉnh và khối lượng riêng của carbon monoxide là 1,25 g/L).
Để thuận lợi tính toán, cho rằng khi than dư chỉ có phản ứng: C + H2O CO + H2
- 100 L khí điều chỉnh có: 0,4 L khí CO
- mCO = 0,4 . 1,25 = 0,5g
 nCO = 0,0179 mol
 nH2O = 0,0275 mol (hiệu suất 65%)
 mH2O = 0,495g
Câu 5: Acetic acid nồng độ 3% - 5% được ứng dụng trong việc chuẩn đoán tổn thương cổ tử cung. Để điều chế acetic acid, ngày nay thường sử dụng phản ứng giữa carbon monoxide và methanol. Một bác sĩ muốn có 100 gam dung dịch acetic acid 3% nên đã đặt hàng với nhà máy. Nhà máy này đã quyết định sử dụng phản ứng khí than ướt. Họ đã điều chỉnh phản ứng sao cho hỗn hợp sản phẩm syngas chỉ gồm CO, H2 và dùng lượng sản phẩm này để điều chế.
- Giai đoạn 1: Cho toàn bộ lượng H2 trong syngas phản ứng với một lượng CO cần thiết trong syngas để tạo methanol
- Giai đoạn 2: Lấy methanol vừa thu được cho phản ứng với lượng CO còn lại trong syngas để tạo ra lượng acetic acid như yêu cầu.
Giả sử các phản ứng có hiệu suất 100%, hãy cho biết nhà máy cần bao nhiêu than (có 2,8% tạp chất trơ) để cho ra sản phẩm yêu cầu ? (cho rằng kết thúc 2 giai đoạn thì H2 và CO đều không còn).
Cho rằng sản phẩm chỉ có CO và H2 tức chỉ có phản ứng sau: C + H2O CO + H2
C + H2O CO + H2
x x x
CO + 2H2 CH3OH
0,05 0,1 0,05
CH3OH + CO CH3COOH
0,05 0,05 0,05
- nCH3COOH = 0,05 mol
- Sau giai đoạn 1 thì H2 hết nên x = 0,1 mol
 mthan = 12.0,1/0,972 = 1,235g
Câu 6: Phản ứng khí than ướt tạo ra hỗn hợp syngas có ứng dụng rất tốt trong việc tạo năng lượng làm qua turbine khí. Trong sử dụng turbine khí, người ta nén syngas tới áp suất 2000 kPa và nhiệt độ 1200oC. Cho biết nếu có 1000 m3 syngas (tương ứng 1,63.105 mol) thì cần bao nhiêu carbon với hiệu suất tạo syngas là 60%? (coi trong syngas chỉ gồm CO và H2, các chất khác có tỉ lệ không đáng kể).
Cho rằng sản phẩm chỉ có CO và H2 tức chỉ có phản ứng sau: C + H2O CO + H2
- Từ pư thấy nCO = nH2 mà tổng có 1,63.105 mol syngas
 nCO = nH2 = 8,15.104 mol
- Hiệu suất là 60% nên nC = 1,358.105 mol
 mC = 16,296.105 g
Câu 7: Xe Toyota Mirai là một trong những loại xe sử dụng pin nhiên liệu hydrogen ngày nay. Để có hydrogen cung cấp cho việc làm pin, các nhà sản xuất sử dụng theo phản ứng khí than ướt có phương trình như sau:
C + H2O CO + H2
Để thử công suất của pin, các nhà thiết kế tạo ra một môi trường lý tưởng (hiệu suất chuyển đổi năng lượng cho xe là 100%) thì từ 1 kg hydrogen sẽ cho năng lượng là 33,33 kWh và cứ 100 km xe đi sẽ tốn 0,76 kg hydrogen. Giả sử có 12 kg carbon, hiệu suất phản ứng khí than ướt là 60% thì xe đi được bao nhiêu km và xe nhận được nguồn năng lượng là bao nhiêu ?
- nC = 1000 mol
- Hiệu suất 60% nên nH2 = 600 mol
 mH2 = 1200g = 1,2 kg
 Xe đi được 157,89 km và năng lượng là 39,996 kWh
Câu 8: Reppe Carbonylation là một phương pháp tổng hợp acrylic acid từ acetylene và CO với xúc tác Ni(CO)4, nhiệt độ 50 - 100oC, áp suất 10 - 20 atm.
HC≡CH + CO + H2​O CH2​=CH-COOH
Trong các quá trình công nghiệp, khí CO sẽ thu từ phản ứng khí than ướt C + H2O CO + H2
Giả sử có 150g than (chứa 96% carbon), hiệu suất của phản ứng khí than ướt là 60% và lượng acetylene thu được là từ 260g đất đèn với 85% calcium carbide.
Hãy cho biết lượng acrylic acid có thể thu được nếu hiệu suất tổng hợp của phản ứng là 75%
C + H2O CO + H2
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + HC≡CH
HC≡CH + CO + H2​O CH2​=CH-COOH
- mC = 144g
 nC = 12 mol
- Hiệu suất 60% nên nCO = 7,2 mol
- mCaC2 = 221g
 nCaC2 = nC2H2 = 3,45 mol
 Phản ứng tạo acrylic acid tính theo C2H2
- Hiệu suất 75% nên nacrylic acid = 2,59 mol
 macrylic acid = 186,48g
Câu 9: Hỗn hợp hydrogen lỏng và oxygen lỏng được sử dụng để làm nhiên liệu tên lửa. Tên lửa để phóng tàu con thoi Columbia đã dùng 1457 m3 hydrogen lỏng và 541 m3 oxygen lỏng. Khối lượng riêng của hydrogen lỏng khoảng 70,85 kg/m3. Lượng hydrogen này được thu từ phản ứng khí than ướt. Nếu than có 80% carbon, hiệu suất phản ứng khí than ướt là 60% thì cần bao nhiêu than để thu được lượng hydrogen cần thiết để phóng tàu con thoi ?
C + H2O CO + H2
- mH2 = 103228,45 kg
 nH2 = 51614225 mol
- Hiệu suất 60% nên nC = 86023708,33 mol
 mthan = 1290,36 tấn
Câu 10: Trong một nhà máy đang thực hiện phản ứng khí than ướt, người công nhân không cẩn thận đã dẫn luồng hơi nước có lẫn cả không khí (chứa 20% oxygen và 80% nitrogen) và lò chứa than nóng đỏ (không có oxygen). Dưới nhiệt độ cao, giả sử các phản ứng xảy ra theo thứ tự sau:
(1) C + H2O CO + H2
(2) N2 + O2 2NO
(3) 2CO + 2NO 2CO2 + N2
Biết lúc dẫn nhầm cả không khí lượng than chỉ đủ phản ứng với hơi nước và sau khi phản ứng kết thúc công nhân thu được hỗn hợp khí X không còn khí CO và NO. Hãy tính tỉ lệ phần trăm về thể tích mỗi khí trong hỗn hợp X.
- Kết thúc phản ứng 3 không còn khí CO và NO tức nCO = nNO
- Không khí chứa 4a mol N2 và a mol O2 nên ở phản ứng 2 thì O2 sẽ hết
C + H2O CO + H2
2a 2a
N2 + O2 2NO
a a 2a
2CO + 2NO 2CO2 + N2
2a 2a 2a a
- Hỗn hợp X sẽ có N2 4a mol , CO2 2a mol , H2 2a mol
C. BÀI TẬP SƯU TẦM
Bài 1: Trong công nghiệp, khí hydrogen được điều chế theo phương pháp đi từ khí than ướt:
Cho hơi nước qua than cốc đốt nóng hơn 1000oC thu được hỗn hợp khí gồm CO và H2 được gọi là khí than ướt: C + H2O CO + H2
Trộn khí than ướt với hơi nước rất dư (thường gấp khoảng 4 hay 5 lần) so với khí CO rồi cho hỗn hợp đi qua Fe2O3 được hoạt hóa bằng Cr2O3 hay NiO ở nhiệt độ 450oC để thu được hỗn hợp X gồm H2 và CO2: CO + H2O CO2 + H2
1) Khí than ướt được sử dụng làm nhiên liệu cháy. Hãy viết phương trình phản ứng xảy ra khi khí than ướt cháy và nêu ưu điểm của nhiên liệu khí này.
2) Trình bày phương pháp thu khí hydrogen tinh khiết từ X.
3) Hãy cho biết ý nghĩa, mục đích sử dụng của các điều kiện phản ứng (1000oC, hơi nước rất dư, Fe2O3).
 Khí than ướt gồm CO, H2 có thể cháy:
2CO + O2 2CO2
2H2 + O2 2H2O
 Ưu điểm của phương pháp:
- Hiệu suất cháy cao: Do khí than ướt chứa H₂, một loại khí dễ cháy và cung cấp năng lượng cao.
- Sản phẩm cháy ít gây ô nhiễm: Khí H₂ cháy tạo ra nước (H₂O), một sản phẩm không gây ô nhiễm môi trường và giảm lượng CO thải ra môi trường
- Dễ kiểm soát quá trình cháy: Khí than ướt cháy có thể dễ dàng điều chỉnh lượng nhiên liệu và khí oxi, giúp kiểm soát quá trình cháy hiệu quả.
 Phương pháp thu hydrogen tinh khiết:
 Hỗn hợp X sau phản ứng gồm H₂ và CO₂ nên có thể hấp thụ hết khí carbonic bằng dung dịch kiềm dư: CO2 ​+ 2NaOH → Na2​CO3 ​+ H2​O
 Ý nghĩa các điều kiện:
1. Nhiệt độ 1000°C:
 Đảm bảo phản ứng giữa than cốc (C) và hơi nước (H₂O) diễn ra hoàn toàn, sản sinh ra khí than ướt (CO và H₂).
 Giúp than cốc đạt đến nhiệt độ cần thiết để phản ứng với hơi nước hiệu quả.
2. Hơi nước rất dư:
 Đảm bảo phản ứng chuyển hóa CO thành CO₂ và H₂ diễn ra hoàn toàn.
 Giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ và đảm bảo sản lượng H₂ cao nhất.
3. Fe₂O₃ là chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng.
Bài 2: Acetic acid được sử dụng rộng rãi để điều chế polimer, tổng hợp hương liệu. Acetic acid được tổng hợp từ nguồn khí than (giá thành rẻ) theo các phản ứng hóa học sau:
(1) C + H2O CO + H2
(2) CO + H2 CH3OH
(3) CH3OH + CO CH3COOH
Giả thiết hiệu suất phản ứng (1), (2) và (3) đều đạt 70%. Để sản xuất được 2000 lít acetic acid nguyên chất (D = 1,05 g/ml) thì cần dùng bao nhiêu tấn than (chứa 92% carbon).
(1) C + H2O CO + H2

(2) CO + H2 CH3OH
50
(4) CH3OH + CO CH3COOH
50 50 35
- nCH3COOH = = 35 mol
 mthan = = 2262,6 kg = 2,2626 tấn
Bài 3: Cho một luồng không khí khô đi qua ống đựng than, được đốt nóng đỏ thu được một hỗn hợp khí. Xác định thành phần % về thể tích của hỗn hợp khí đó. Cho biết sau khi đi qua một lượng dư dung dịch potassium hydroxide, thể tích của hỗn hợp khí giảm 5% và sau đó đi qua dung dịch potassium pyrogallate (hấp thụ khí oxygen), thể tích của hỗn hợp khí không biến đổi.
- Hỗn hợp khí không có oxygen nên sẽ chỉ chứa CO, CO2
- Qua bình 1 CO2 bị hấp thụ nên CO2 chiếm 5% và CO chiếm 95%
Bài 4: 0,8 mol khí than ướt (CO và H2), khi đi qua 60,8g hỗn hợp Cu2O và Fe2O3 được đốt cháy tạo nên 7,2g H2O. Hòa tan sản phẩm rắn của phản ứng vào lượng dung dịch HCl đặc.
1) Xác định lượng khí CO và H2 trong khí than ướt.
2) Xác định lượng Cu2O và Fe2O3 trong hỗn hợp ban đầu.
3) Xác định thể tích (đkc) của khí thoát ra khi hòa tan sản phẩm rắn của phản ứng vào dung dịch acid.
Cu2O + H2 2Cu + H2O
Cu2O + CO 2Cu + CO2
Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
1) nH2O = 0,4 mol =nH2 → nCO = 0,4 mol
2) Gọi số mol Cu2O, Fe2O3 lần lượt là x, y
 x + 3y = 0,8 và 144x + 160y = 60,8
 x = 0,2 và y = 0,2
3) nH2 = 0,4 mol nên V = 9,916 L
Bài 5: Trong công nghiệp, khi sử dụng phản ứng khí than ướt C + H2O CO + H2 cần chú ý hàm lượng CO sinh ra phải ở mức an toàn với cơ thể. Để kiểm tra nồng độ khí CO, người ta có thể dẫn khí CO qua một trong các cách sau:
1) Dẫn khí qua dung dịch Cu2Cl2 và NH3 để tạo ra phức phất Cu2Cl2.2CO.
2) Dẫn khí qua dung dịch [Ag(NH3)2]OH để tạo những hạt bạc màu đen rất nhỏ, khí NH3 và dung dịch (NH4)2CO3 không màu.
3) Dẫn khí qua dung dịch PdCl2 để tạo những hạt Pd màu đen rất nhỏ, khí CO2 và dung dịch hydrochloric acid.
4) Cho khí CO khử I2O5 ở nhiệt độ 140oC tạo iodine và khí carbonic.
Hãy viết các phương trình hóa học cho các phản ứng phân tích khí CO.
CO + Cu2Cl2 + NH3 → Cu2Cl2.2CO
2[Ag(NH3)2]OH + CO → 2Ag + (NH4)2CO3 + 2NH3
PdCl2 + CO + H2O → Pd + CO2 + 2HCl
5CO + I2O5 I2 + 5CO2
Bài 6: Khi cho không khí đi qua lớp than cốc đốt nóng trong lò, người ta thu được hỗn hợp khí carbonic, carbon monoxide, nitrogen và oxygen.
Để phân tích thành phần của khí lò than, người ta lấy 1000mL khí ở 17oC, áp suất 740 mmHg, cho đi qua một hệ thống bình hấp thụ khí. Ở bình thứ nhất chứa huyền phù phosphorous trắng trong nước, thể tích khí giảm bớt 15mL. Ở bình thứ hai chứa dung dịch Cu2Cl2 trong amoniac, thể tích khí giảm 170mL. Ở bình thứ ba chứa dung dịch KOH đậm đặc, thể tích khí giảm 35mL.
1) Viết các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình.
2) Xác định thành phần % về thể tích của khí lò than.
 PTHH:
4P + 5O2 → 2P2O5
Cu2Cl2 + 2CO → Cu2Cl2.2CO
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O
 VCO2 = 35mL → 3,5% CO2
 VO2 = 15mL → 1,5% O2
 VCO = 170mL → 17% CO
 78% N2
Bài 7: Một nhà máy có 10kg than để thực hiện phản ứng khí than ướt (coi như chỉ tạo ra CO và H2), trong than có 90% carbon còn lại là các tạp chất trơ và hiệu suất phản ứng là 70%. Hàm lượng khí CO an toàn là ≤ 9 ppm và được tính ở đơn vị ppm theo công thức .
Hãy cho biết với lượng than trên thì lượng CO sinh ra có an toàn không biết không gian nhà máy là 1000 m3 với mật độ không khí là 1,225 kg/m3.
- Khối lượng không khí = 1225 kg
- nC = = 0,75 kmol
- nCO = 0,75 . 0,7 = 0,525 kmol
- mCO = 14,7 kg
- Hàm lượng CO theo ppm = 12000
Bài 8: Để tổng hợp acrylic acid người ta xuất phát theo 2 phản ứng sau:
(1) C + H2O CO + H2
(2) HC≡CH + CO + H2​O CH2​=CH-COOH
Khách hàng muốn đặt một tấm nhựa (100% là acrylic acid) có chiều dài (L) 1m, chiều rộng (W) 1m và độ dày T (0,005m). Mật độ tấm nhựa là 1190 kg/m3. Cho biết muốn thiết kế tấm nhựa như vậy thì cần lượng bao nhiêu than? Biết than chứa 92% carbon, hiệu suất mỗi phản ứng đều là 65%.
- Vtấm nhựa = 1.1.0,005 = 0,005 m3
- mtấm nhựa = 0,005 . 1190 = 5,95 kg = macrylic acid
- nacrylic acid = 0,083 kmol
- nCO = 0,083/0,65 = 0,128 kmol
- nC = 0,128/0,65 = 0,197 kmol
- mthan = 0,197.12/0,92 = 2,570 kg
Bài 9: Phenolphtalein là chỉ thị để chuẩn độ các dung dịch có tính base. Chất chỉ thị này chuyển sang màu hồng khi nồng độ ion OH- trong dung dịch ≥ 10-4,4 M.
Với những dung dịch có nồng độ đủ lớn ta có thể bỏ qua sự phân ly của nước nên nồng độ ion OH- có thể tính gần đúng theo công thức sau: [OH-] = với C là nồng độ ban đầu của dung dịch base và K là hằng số phân ly của dung dịch đó.
Để thu được dung dịch 100 mL dung dịch NH3 có nồng độ C (M), hằng số K = 10-4,74 để làm phenolphtalein chuyển màu hồng người ta sẽ tổng hợp NH3 theo phương án sau:
(1) C + H2O CO + H2
(2) N2 + 3H2 2NH3
Lấy [OH-] trong 100 mL dung dịch NH3 C (M) là 10-4,4 (M) hãy tính lượng than (chứa 88% carbon) cần thiết để tổng hợp biết hiệu suất phản ứng 1 là 70%, phản ứng 2 là 40%.
- [OH-] = → 10-4,4 (M) = → C = 10-4,06
- nNH3 = 8,71.10-6 mol
- nH2 = = 3,27.10-5 mol
- nC = = 4,67.10-5 mol
- mthan = 6,37.10-4 g
Bài 10: Theo ước tính thực tế, 1kg sodium formate (HCOONa) có thể làm tan 10kg băng. Từ phản ứng khí than ướt, người ta thu khí CO rồi ở nhiệt độ 100 – 130oC, áp suất 5 atm cho khí CO tác dụng dung dịch sodium hydroxide nóng chảy để thu được muối sodium formate (hiệu suất 100%).
Nếu muốn làm tan 0,1kg băng thì cần lượng CO và lượng than là bao nhiên ? Biết than chứa 85% carbon và hiệu suất phản ứng khí than ướt là 70%.
C + H2O CO + H2
CO + NaOH → HCOONa
- Làm tan 0,1kg băng sẽ cần 0,01kg HCOONa.
- nHCOONa = 0,147 mol = nCO
- mCO = 4,116g
- nC = 0,21 mol
- mthan = 2,965g
Bài 11: Dung dịch thuốc Betadine được tạo thành bởi nước cất, iodine và povidine. Betadine 10% có tác dụng sát trùng. Ở xí nghiệp sản xuất hydrogen theo phương pháp khí than ướt, họ chuẩn độ lượng CO sinh ra bằng cách cho phản ứng với I2O5 nên đã sinh ra I2. Họ đã mang lượng I2 này cho các công ty dược liệu để điều chế thuốc Betadine.
Nếu muốn điều chế 100g dung dịch Betadine 10% cần bao nhiêu than (85% carbon) thì xí nghiệp này mới giao đủ lượng iodine cho công ty dược liệu ? Biết tỉ lệ về khối lượng iodine : povidine là 1 : 9 và hiệu suất phản ứng khí than ướt là 60%.
- 100g dung dịch Betadine có 90g nước cất, 1g iondine, 9g povidine.
C + H2O CO + H2
5CO + I2O5 I2 + 5CO2
- niodine = 7,874.10-3 mol
- nCO = 0,03937 mol
- nC = 0,06562 mol
- mthan = 0,9264g
Bài 12: Phosgene ngày nay được ứng dụng nhiều trong công nghiệp nhưng lại là một chất rất nguy hiểm. Bằng cách cho khí CO tác dụng khí chlorine sẽ thu được phosgene COCl2. Ở thế chiến II, quân đội Đức đã dùng phosgene làm vũ khí. Nếu đi từ phản ứng khí than ướt, quân Đức nếu có 200kg than (72% carbon) thì có thể tạo ra bao nhiêu khối lượng vũ khí này ? Biết hiệu suất phản ứng khí than ướt là 60%, phản ứng tạo phosgene là 62%.
C + H2O CO + H2
CO + Cl2 → COCl2
- nC = 12 kmol
- nCO = 7,2 kmol
- nphosgene = 4,464 kmol
- mphosgene = 441,936 kg
Bài 13: Urea (NH2)2C=O là chất hữu cơ nhân tạo đầu tiên của nhân loại. Để tổng hợp urea có thể đi theo con đường sau:
- Giai đoạn 1: Thực hiện phản ứng khí than ướt (hiệu suất 70%) nhằm thu CO và H2 với 15g than (80% carbon).
- Giai đoạn 2: Mang CO đi phản ứng với oxygen dư để thu CO2 (hiệu suất 100%).
- Giai đoạn 3: Mang H2 đi phản ứng N2 dư để thu NH3 (hiệu suất 40%).
- Giai đoạn 4: Cho CO2 và NH3 vừa thu được ở trên phản ứng với nhau để có urea (hiệu suất 70%).
Hãy viết phản ứng hóa học xảy ra và tính xem lượng urea thu được là bao nhiêu?
C + H2O CO + H2
N2 + 3H2 2NH3
2CO + O2 2CO2
CO2 + 2NH3 (NH2)2C=O + H2O
- nC = 1 mol
- nCO = nH2 = 0,7 mol
- nCO2 = 0,7 mol
- nNH3 = 0,187 mol
- nurea = 0,06545 mol
- murea = 3,927g

onthicaptoc.com Chuyen de 18 Cac dang bai tap Khi Than Uot