M2 Hóa học định lượng: Đề ôn tập nguyên bản 70 điểm

Đề luyện tập nguyên bản này của tutorgum bao quát các nội dung ôn tập tổng hợp thuộc học phần Chemistry 2017 M2 cũ: Nhập môn Hóa học định lượng. Đề kiểm tra khả năng giải quyết vấn đề định lượng, hiểu các mối quan hệ hóa học, nắm vững kỹ thuật thực nghiệm và lập luận cần thiết để giải thích kết quả. Đây là bài đánh giá tập trung vào một chủ đề, không phải bài thi HSC Hóa học toàn khóa, cũng không phải đề thi NESA chính thức, được xác nhận, đã sử dụng trong các kỳ thi trước đây hoặc được dự đoán cho kỳ thi sắp tới.

01Hướng dẫn làm bài

Tổng số điểm: 70

Thời gian làm bài đề xuất: 105 phút

Thời gian đọc đề đề xuất: 5 phút

Dụng cụ được phép sử dụng: Máy tính khoa học, bút mực và bút chì. Không cần tài liệu ghi chú.

Phạm vi kiến thức được đánh giá

Đề này đánh giá các nội dung Hóa học định lượng được cung cấp trong chương trình Chemistry 2017 cũ, bao gồm:

• Cân bằng phương trình hóa học, tỉ lệ mol và định luật bảo toàn khối lượng.
• Mol, hằng số Avogadro, khối lượng mol và công thức thực nghiệm.
• Các phép tính theo phương trình hóa học, chất phản ứng giới hạn và chất phản ứng dư.
• Các định luật chất khí, phép tính khí lý tưởng và thể tích khí trong phản ứng.
• Nồng độ lượng chất, nồng độ khối lượng, nồng độ phần trăm và pha loãng.
• Pha chế dung dịch chuẩn và đánh giá kỹ thuật sử dụng dụng cụ đo thể tích.
• Sự thay đổi khối lượng trong thí nghiệm và tỉ lệ mol theo số nguyên.

Đề không bao gồm các phiên bản chương trình học khác hoặc những chủ đề nằm ngoài học phần được xác định này. Không nên sử dụng đề làm bài đánh giá HSC Hóa học toàn khóa.

Dữ liệu và giả định

Khi cần thiết, hãy sử dụng các khối lượng nguyên tử tương đối \(A_r\) sau đây.

Dữ liệu bổ sung:

• Hằng số Avogadro: \(N_A = 6.02 \times 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}\).
• Hằng số khí lý tưởng: \(R = 8.31\ \mathrm{kPa\,L\,mol^{-1}\,K^{-1}}\).
• \(1\ \mathrm{L} = 1000\ \mathrm{mL}\).
• \(n\) biểu thị lượng chất tính bằng mol, \(m\) biểu thị khối lượng, \(M\) biểu thị khối lượng mol, \(c\) biểu thị nồng độ lượng chất, \(V\) biểu thị thể tích, \(P\) biểu thị áp suất và \(T\) biểu thị nhiệt độ tuyệt đối.
• Sử dụng đơn vị kelvin khi tính toán theo các định luật chất khí và sử dụng lít khi tính thể tích khí bằng phương trình khí lý tưởng.
• Khi cần thiết, giả sử chất khí tuân theo mô hình khí lý tưởng. Tỉ lệ thể tích khí trong các phản ứng chỉ áp dụng khi tất cả thể tích khí được đo ở cùng nhiệt độ và áp suất.
• Đối với nồng độ phần trăm khối lượng/thể tích, \(x\%\ \mathrm{m/v}\) có nghĩa là có \(x\) gam chất tan trong mỗi 100 mL dung dịch cuối cùng.
• Trừ khi có quy định khác, hãy làm tròn các giá trị tính được đến ba chữ số có nghĩa và ghi đơn vị thích hợp.

Hãy trình bày các bước tính đối với những câu hỏi yêu cầu tính toán. Một đáp án số đúng nhưng không có lời giải có thể không được nhận toàn bộ số điểm.

02Câu hỏi

Câu 1 (6 điểm)

(a) Cân bằng phương trình hóa học sau bằng các hệ số nguyên dương nhỏ nhất có thể. (2 điểm)

\[ \ce{Fe + O2 -> Fe2O3} \]

(b) Sử dụng phương trình đã cân bằng ở phần (a), hãy nêu tỉ lệ mol giữa sắt, khí oxi và oxit sắt(III). (1 điểm)

(c) Tổng khối lượng các chất phản ứng trong một bình kín là 12.00 g trước phản ứng. Sau phản ứng, tổng khối lượng các sản phẩm được đo là 12.00 g.

Hãy nêu định luật liên quan và giải thích tại sao khối lượng đo được không thay đổi. (1 điểm)

(d) Một mẩu magie có khối lượng 0.48 g trước khi đốt. Sau khi đốt, khối lượng sản phẩm rắn là 0.80 g. Giả sử toàn bộ magie oxit vẫn nằm trong bình chứa và không có chất rắn nào khác được thêm vào.

Hãy tính khối lượng oxi đã kết hợp với magie và giải thích tại sao khối lượng chất rắn tăng lên. (2 điểm)

Câu 2 (7 điểm)

Canxi hiđroxit có công thức \(\ce{Ca(OH)2}\). Sử dụng các khối lượng nguyên tử tương đối được cung cấp trong bảng dữ liệu.

(a) Tính khối lượng mol của canxi hiđroxit. (2 điểm)

(b) Tính lượng chất, tính bằng mol, có trong mẫu canxi hiđroxit khối lượng 5.55 g. (2 điểm)

(c) Tính số đơn vị công thức có trong mẫu này. (1 điểm)

(d) Tính phần trăm khối lượng của oxi trong canxi hiđroxit. (2 điểm)

Câu 3 (6 điểm)

Một hợp chất tinh khiết chứa 40.0% cacbon, 6.7% hiđro và 53.3% oxi theo khối lượng.

Sử dụng \(A_r(\ce{C}) = 12.0\), \(A_r(\ce{H}) = 1.0\) và \(A_r(\ce{O}) = 16.0\).

(a) Giả sử bạn có một mẫu 100 g. Hãy tính lượng chất, tính bằng mol, của mỗi nguyên tố trong mẫu. (3 điểm)

(b) Xác định tỉ lệ mol đơn giản nhất theo số nguyên của các nguyên tố, từ đó suy ra công thức thực nghiệm của hợp chất. (2 điểm)

(c) Một phép phân tích riêng biệt cho thấy một mẫu chứa 0.120 mol nguyên tử cacbon và 0.240 mol nguyên tử oxi. Hãy nêu tỉ lệ mol đơn giản nhất theo số nguyên giữa cacbon và oxi. (1 điểm)

Câu 4 (10 điểm)

(a) Một lượng khí xác định chiếm thể tích 2.40 L ở áp suất 100 kPa và nhiệt độ 300 K. Khí được chuyển sang điều kiện áp suất 150 kPa và nhiệt độ 360 K. Hãy tính thể tích cuối cùng của khí. (2 điểm)

(b) Ở áp suất không đổi, nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí xác định tăng gấp đôi. Hãy nêu sự thay đổi về thể tích của khí. (1 điểm)

(c) Một lượng khí xác định chiếm một bình cứng. Áp suất của khí là 95.0 kPa ở 290 K. Hãy tính áp suất khi nhiệt độ tăng lên 320 K. (2 điểm)

(d) Một mẫu chứa 0.250 mol khí lý tưởng ở 298 K và 100 kPa. Hãy tính thể tích khí bằng phương trình khí lý tưởng. (2 điểm)

(e) Khí nitơ phản ứng với khí hiđro theo phương trình đã cân bằng:

\[ \ce{N2(g) + 3H2(g) -> 2NH3(g)} \]

Một thể tích 12.0 L khí hiđro phản ứng hoàn toàn với lượng nitơ dư. Tất cả thể tích khí được đo ở cùng nhiệt độ và áp suất.

Hãy tính:

(i) thể tích khí nitơ đã phản ứng (1 điểm)

(ii) thể tích khí amoniac được tạo thành (1 điểm)

(iii) Giải thích tại sao có thể sử dụng phương trình đã cân bằng để xác định mối quan hệ giữa các thể tích khí này. (1 điểm)

Câu 5 (10 điểm)

Nhôm phản ứng với khí clo tạo thành nhôm clorua.

\[ \ce{2Al + 3Cl2 -> 2AlCl3} \]

Một hỗn hợp phản ứng chứa 5.40 g nhôm và 14.2 g khí clo. Giả sử phản ứng diễn ra hoàn toàn và không có sản phẩm nào bị thất thoát.

Sử dụng các khối lượng nguyên tử tương đối đã cho.

(a) Tính lượng chất ban đầu, tính bằng mol, của mỗi chất phản ứng. (2 điểm)

(b) Xác định chất phản ứng giới hạn. Giải thích câu trả lời bằng cách sử dụng tỉ lệ hợp thức trong phương trình đã cân bằng. (3 điểm)

(c) Tính khối lượng nhôm clorua lý thuyết có thể được tạo thành. (3 điểm)

(d) Tính khối lượng nhôm còn lại sau khi phản ứng hoàn tất. (2 điểm)

Câu 6 (8 điểm)

(a) Một dung dịch natri clorua chứa 0.150 mol \(\ce{NaCl}\) hòa tan trong thể tích dung dịch cuối cùng là 500.0 mL.

Hãy tính nồng độ lượng chất của dung dịch theo đơn vị \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\). (2 điểm)

(b) Hãy tính thể tích dung dịch \(0.250\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) chứa 0.0300 mol chất tan. Trình bày đáp án bằng mililít. (2 điểm)

(c) Một dung dịch được pha chế bằng cách hòa tan 8.00 g glucozơ để thu được 200.0 mL dung dịch cuối cùng.

Hãy tính nồng độ khối lượng của dung dịch theo đơn vị \(\mathrm{g\,L^{-1}}\). (1 điểm)

(d) Một dung dịch natri clorua có nồng độ lượng chất là \(0.100\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\). Khối lượng mol của \(\ce{NaCl}\) là \(58.5\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\).

Hãy tính nồng độ khối lượng của dung dịch và xác định xem giá trị đó có tương đương với thông tin trên nhãn ghi \(5.85\ \mathrm{g\,L^{-1}}\) hay không. (2 điểm)

(e) Một dung dịch có nồng độ 2.0% m/v. Hãy tính khối lượng chất tan có trong 250 mL dung dịch này. (1 điểm)

Câu 7 (6 điểm)

(a) Một học sinh chuyển 25.0 mL dung dịch gốc \(1.20\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) vào bình định mức rồi pha loãng đến thể tích cuối cùng 250.0 mL.

Hãy tính nồng độ lượng chất cuối cùng. (2 điểm)

(b) Cần lấy bao nhiêu thể tích dung dịch gốc \(2.00\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) để pha chế 100.0 mL dung dịch \(0.150\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\)? (2 điểm)

(c) Giải thích tại sao lượng chất tan vẫn không thay đổi trong quá trình pha loãng lý tưởng và nêu phương trình biểu thị mối quan hệ giữa nồng độ và thể tích ban đầu với nồng độ và thể tích cuối cùng. (2 điểm)

Câu 8 (8 điểm)

Một học sinh cần pha chế 250.0 mL dung dịch chuẩn kali nitrat, \(\ce{KNO3}\), có nồng độ \(0.200\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) từ kali nitrat rắn.

Sử dụng các khối lượng nguyên tử tương đối đã cho.

(a) Tính khối lượng kali nitrat cần dùng. (3 điểm)

(b) Trình bày quy trình pha chế dung dịch chuẩn từ chất rắn. Quy trình phải bao gồm việc hòa tan chất tan, chuyển định lượng và điều chỉnh đến thể tích cuối cùng. (2 điểm)

(c) Học sinh cũng cần pha loãng một dung dịch gốc bằng cách chuyển 25.00 mL dung dịch vào bình định mức 250.0 mL.

Hãy mô tả cách thực hiện phép pha loãng này một cách chính xác, bao gồm cách sử dụng pipet đúng cách, điều chỉnh đến thể tích cuối cùng và trộn dung dịch. Một học sinh đã tráng pipet bằng nước khử ion nhưng chưa tráng pipet bằng dung dịch gốc trước khi sử dụng.

Hãy giải thích ảnh hưởng có khả năng xảy ra của sai sót này đối với nồng độ cuối cùng. (3 điểm)

Câu 9 (9 điểm)

Canxi cacbonat phản ứng với axit clohiđric dư theo phương trình đã cân bằng:

\[ \ce{CaCO3(s) + 2HCl(aq) -> CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)} \]

Một học sinh cho 5.00 g canxi cacbonat phản ứng trong một bình hở. Tổng khối lượng các chất trong bình trước phản ứng là 105.00 g. Sau khi phản ứng hoàn tất, tổng khối lượng các chất trong bình là 102.80 g.

Giả sử toàn bộ khối lượng mất đi từ các chất trong bình là do khí cacbon đioxit thoát ra và không có chất lỏng nào bị bắn ra ngoài.

Sử dụng \(M(\ce{CO2}) = 44.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\). Tính các khối lượng mol cần thiết khác từ những khối lượng nguyên tử tương đối đã cho.

(a) Tính lượng chất ban đầu, tính bằng mol, của canxi cacbonat. (2 điểm)

(b) Tính lượng chất và khối lượng cacbon đioxit được tạo thành theo lý thuyết. (2 điểm)

(c) Tính độ giảm khối lượng đo được và so sánh với khối lượng cacbon đioxit theo lý thuyết. (2 điểm)

(d) Giải thích tại sao khối lượng các chất trong bình giảm mặc dù định luật bảo toàn khối lượng vẫn được áp dụng. (2 điểm)

(e) Trong một lần thí nghiệm riêng biệt sử dụng cùng khối lượng canxi cacbonat ban đầu, chỉ thu được 0.0400 mol cacbon đioxit. Hãy đề xuất một nguyên nhân thực nghiệm hợp lý cho kết quả này. (1 điểm)

03Lời giải chi tiết và hướng dẫn chấm điểm

Cho điểm dựa trên các bước thực hiện và ý tưởng được liệt kê dưới đây. Chấp nhận các phương pháp tương đương về mặt toán học. Có thể cho điểm tiếp nối nếu học sinh áp dụng đúng phương pháp cho một kết quả số trước đó không chính xác.

Lời giải 1

(a) Phương trình đã cân bằng

\[ \ce{4Fe + 3O2 -> 2Fe2O3} \]

Có bốn nguyên tử sắt và sáu nguyên tử oxi ở mỗi vế.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc cân bằng số nguyên tử sắt.
• 1 điểm cho việc cân bằng số nguyên tử oxi.

(b) Tỉ lệ mol

\[ \ce{Fe}:\ce{O2}:\ce{Fe2O3}=4:3:2 \]

Các hệ số trong phương trình đã cân bằng biểu thị tỉ lệ mol giữa các chất phản ứng và các chất được tạo thành.

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho tỉ lệ chính xác.

(c) Bảo toàn khối lượng

Định luật bảo toàn khối lượng phát biểu rằng khối lượng được bảo toàn trong một phản ứng hóa học. Các nguyên tử được sắp xếp lại chứ không được tạo ra hoặc bị phá hủy. Vì bình được đậy kín nên vật chất không thể đi vào hoặc thoát ra, do đó tổng khối lượng vẫn là 12.00 g.

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho việc giải thích sự bảo toàn khối lượng trong hệ kín.

(d) Khối lượng oxi

Phần khối lượng chất rắn tăng lên chính là khối lượng oxi được kết hợp vào sản phẩm.

\[ \begin{aligned} m(\text{oxi}) &= 0.80-0.48\\ &=0.32\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Chất rắn tăng khối lượng vì oxi từ không khí kết hợp với magie để tạo thành magie oxit.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho hiệu khối lượng 0.32 g.
• 1 điểm cho việc giải thích rằng oxi từ không khí trở thành một phần của chất rắn.

Lời giải 2

(a) Khối lượng mol của canxi hiđroxit

Một đơn vị công thức chứa một nguyên tử canxi, hai nguyên tử oxi và hai nguyên tử hiđro.

\[ \begin{aligned} M(\ce{Ca(OH)2})&=40.1+2(16.0+1.0)\\ &=74.1\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho tổng các khối lượng nguyên tử chính xác.
• 1 điểm cho kết quả \(74.1\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\).

(b) Lượng chất tính bằng mol

Mối quan hệ giữa khối lượng, lượng chất và khối lượng mol là \(n=m/M\).

\[ \begin{aligned} n&=\frac{m}{M}\\ &=\frac{5.55}{74.1}\\ &=0.0749\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc sử dụng \(n=m/M\).
• 1 điểm cho đáp án chính xác kèm đơn vị.

(c) Số đơn vị công thức

Nhân lượng chất tính bằng mol với hằng số Avogadro.

\[ \begin{aligned} N&=nN_A\\ &=0.0749\times6.02\times10^{23}\\ &=4.51\times10^{22} \end{aligned} \]

Mẫu chứa \(4.51\times10^{22}\) đơn vị công thức.

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho số đơn vị công thức chính xác.

(d) Phần trăm khối lượng của oxi

Tổng khối lượng oxi trong một mol canxi hiđroxit là:

\[ m(\text{oxi trong mỗi mol})=2(16.0)=32.0\ \mathrm{g} \]

Phần trăm khối lượng được tính như sau:

\[ \begin{aligned} \%\text{ oxi}&=\frac{32.0}{74.1}\times100\\ &=43.2\% \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc xác định khối lượng oxi trong mỗi mol.
• 1 điểm cho phần trăm chính xác.

Lời giải 3

(a) Lượng chất của mỗi nguyên tố

Giả sử mẫu có khối lượng 100 g. Khi đó, mỗi giá trị phần trăm tương ứng với khối lượng của nguyên tố đó tính bằng gam trong mẫu.

Đối với cacbon:

\[ n(\ce{C})=\frac{40.0}{12.0}=3.33\ \mathrm{mol} \]

Đối với hiđro:

\[ n(\ce{H})=\frac{6.7}{1.0}=6.7\ \mathrm{mol} \]

Đối với oxi:

\[ n(\ce{O})=\frac{53.3}{16.0}=3.33\ \mathrm{mol} \]

Hướng dẫn chấm (3 điểm):

• 1 điểm cho mỗi lượng chất tính đúng.

(b) Công thức thực nghiệm

Chia lượng chất của mỗi nguyên tố cho lượng chất nhỏ nhất, xấp xỉ 3.33 mol.

\[ \begin{aligned} \ce{C}:&\quad 3.33/3.33\approx1\\ \ce{H}:&\quad 6.7/3.33\approx2\\ \ce{O}:&\quad 3.33/3.33\approx1 \end{aligned} \]

Tỉ lệ đơn giản nhất xấp xỉ \(1:2:1\).

Do đó, công thức thực nghiệm là \(\ce{CH2O}\).

Sai lệch nhỏ so với tỉ lệ chính xác \(1:2:1\) là do việc làm tròn các phần trăm đã cho.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho tỉ lệ đơn giản nhất theo số nguyên chính xác.
• 1 điểm cho công thức \(\ce{CH2O}\).

(c) Tỉ lệ cacbon so với oxi

Chia cả hai lượng chất cho 0.120 mol:

\[ 0.120:0.240=1:2 \]

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho tỉ lệ \(1:2\).

Lời giải 4

(a) Phép tính theo định luật khí kết hợp

Lượng khí không đổi. Đối với khí lý tưởng có sự thay đổi về áp suất, thể tích và nhiệt độ:

\[ \frac{P_1V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2} \]

Biến đổi phương trình để tìm thể tích cuối cùng.

\[ \begin{aligned} V_2&=\frac{P_1V_1T_2}{P_2T_1}\\ &=\frac{100(2.40)(360)}{150(300)}\\ &=1.92\ \mathrm{L} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho mối quan hệ và phép thay số chính xác.
• 1 điểm cho kết quả \(1.92\ \mathrm{L}\).

(b) Thể tích và nhiệt độ tuyệt đối

Ở áp suất không đổi, thể tích của một lượng khí xác định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

Nếu nhiệt độ tính bằng kelvin tăng gấp đôi thì thể tích cũng tăng gấp đôi.

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho việc nêu rằng thể tích tăng gấp đôi.

(c) Áp suất và nhiệt độ ở thể tích không đổi

Ở thể tích không đổi, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.

\[ \begin{aligned} \frac{P_1}{T_1}&=\frac{P_2}{T_2}\\ P_2&=\frac{95.0\times320}{290}\\ &=105\ \mathrm{kPa} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho mối quan hệ chính xác giữa áp suất và nhiệt độ.
• 1 điểm cho áp suất cuối cùng chính xác kèm đơn vị.

(d) Phương trình khí lý tưởng

Phương trình khí lý tưởng là \(PV=nRT\).

Biến đổi phương trình để biểu diễn thể tích theo các đại lượng còn lại:

\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{P}\\ &=\frac{0.250(8.31)(298)}{100}\\ &=6.19\ \mathrm{L} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc biến đổi và thay số chính xác.
• 1 điểm cho kết quả \(6.19\ \mathrm{L}\).

(e) Thể tích khí trong phản ứng hóa học

Phương trình đã cân bằng là:

\[ \ce{N2 + 3H2 -> 2NH3} \]

Ở cùng nhiệt độ và áp suất, thể tích khí tỉ lệ thuận với lượng khí tính bằng mol.

Ba thể tích hiđro phản ứng với một thể tích nitơ để tạo ra hai thể tích amoniac.

Đối với nitơ:

\[ V(\ce{N2})=\frac{12.0}{3}=4.00\ \mathrm{L} \]

Đối với amoniac:

\[ V(\ce{NH3})=\frac{2}{3}\times12.0=8.00\ \mathrm{L} \]

Tỉ lệ thể tích tuân theo tỉ lệ hệ số vì các thể tích bằng nhau của những khí lý tưởng ở cùng nhiệt độ và áp suất chứa lượng khí bằng nhau. Đây là hệ quả của định luật Avogadro.

Hướng dẫn chấm (3 điểm):

• 1 điểm cho \(4.00\ \mathrm{L}\) khí nitơ.
• 1 điểm cho \(8.00\ \mathrm{L}\) khí amoniac.
• 1 điểm cho việc giải thích mối quan hệ giữa thể tích khí và tỉ lệ mol.

Lời giải 5

(a) Lượng chất ban đầu của các chất phản ứng

Đối với nhôm:

\[ \begin{aligned} n(\ce{Al})&=\frac{5.40}{27.0}\\ &=0.200\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Đối với khí clo, cần nhớ rằng mỗi phân tử chứa hai nguyên tử clo.

\[ M(\ce{Cl2})=2(35.5)=71.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \]

\[ \begin{aligned} n(\ce{Cl2})&=\frac{14.2}{71.0}\\ &=0.200\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho lượng chất của nhôm.
• 1 điểm cho lượng chất của khí clo.

(b) Chất phản ứng giới hạn

Phương trình đã cân bằng yêu cầu hai mol nhôm cho mỗi ba mol khí clo.

Đối với 0.200 mol nhôm, lượng khí clo cần thiết là:

\[ n(\ce{Cl2})=0.200\times\frac{3}{2}=0.300\ \mathrm{mol} \]

Chỉ có 0.200 mol khí clo sẵn có. Lượng clo không đủ để phản ứng với toàn bộ nhôm.

Do đó, khí clo là chất phản ứng giới hạn.

Hướng dẫn chấm (3 điểm):

• 1 điểm cho việc tính được lượng khí clo cần thiết là 0.300 mol.
• 1 điểm cho việc so sánh lượng cần thiết với lượng sẵn có là 0.200 mol.
• 1 điểm cho việc xác định khí clo là chất phản ứng giới hạn.

(c) Khối lượng nhôm clorua theo lý thuyết

Phương trình đã cân bằng cho thấy ba mol khí clo tạo ra hai mol nhôm clorua.

\[ \begin{aligned} n(\ce{AlCl3})&=0.200\times\frac{2}{3}\\ &=0.133\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Tính khối lượng mol của nhôm clorua:

\[ \begin{aligned} M(\ce{AlCl3})&=27.0+3(35.5)\\ &=133.5\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Khối lượng sản phẩm theo lý thuyết là:

\[ \begin{aligned} m&=nM\\ &=0.133333\ldots\times133.5\\ &=17.8\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (3 điểm):

• 1 điểm cho lượng nhôm clorua chính xác.
• 1 điểm cho khối lượng mol của nhôm clorua.
• 1 điểm cho khối lượng lý thuyết là 17.8 g.

(d) Lượng nhôm dư còn lại

Cứ ba mol khí clo phản ứng thì tiêu thụ hai mol nhôm.

\[ \begin{aligned} n(\ce{Al}\ \text{đã phản ứng})&=0.200\times\frac{2}{3}\\ &=0.133333\ldots\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Lấy lượng chất ban đầu trừ đi lượng đã phản ứng:

\[ \begin{aligned} n(\ce{Al}\ \text{còn lại})&=0.200-0.133333\ldots\\ &=0.0667\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Chuyển lượng chất còn lại thành khối lượng:

\[ \begin{aligned} m&=0.066666\ldots\times27.0\\ &=1.80\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho lượng nhôm còn lại.
• 1 điểm cho khối lượng nhôm còn lại là 1.80 g.

Lời giải 6

(a) Nồng độ lượng chất

Chuyển thể tích dung dịch sang lít:

\[ 500.0\ \mathrm{mL}=0.5000\ \mathrm{L} \]

Nồng độ lượng chất được tính bằng công thức \(c=n/V\).

\[ \begin{aligned} c&=\frac{0.150}{0.5000}\\ &=0.300\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc chuyển thể tích sang lít.
• 1 điểm cho nồng độ chính xác.

(b) Thể tích dung dịch

Biến đổi \(c=n/V\) để tìm thể tích:

\[ \begin{aligned} V&=\frac{n}{c}\\ &=\frac{0.0300}{0.250}\\ &=0.120\ \mathrm{L}\\ &=120\ \mathrm{mL} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho phép biến đổi chính xác.
• 1 điểm cho thể tích chính xác kèm đơn vị.

(c) Nồng độ khối lượng

Nồng độ khối lượng bằng khối lượng chất tan đã hòa tan chia cho thể tích dung dịch cuối cùng.

\[ \begin{aligned} c_m&=\frac{8.00}{0.2000}\\ &=40.0\ \mathrm{g\,L^{-1}} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho kết quả \(40.0\ \mathrm{g\,L^{-1}}\).

(d) So sánh các cách biểu thị nồng độ

Chuyển nồng độ lượng chất thành nồng độ khối lượng bằng cách nhân với khối lượng mol.

\[ \begin{aligned} c_m&=cM\\ &=0.100\times58.5\\ &=5.85\ \mathrm{g\,L^{-1}} \end{aligned} \]

Giá trị tính được khớp với thông tin trên nhãn. Hai cách biểu thị này tương đương nhau: một cách cho biết lượng chất tan trong mỗi lít, còn cách kia cho biết khối lượng chất tan trong mỗi lít.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho phép chuyển đổi chính xác thành \(5.85\ \mathrm{g\,L^{-1}}\).
• 1 điểm cho việc so sánh chính xác với thông tin trên nhãn.

(e) Nồng độ phần trăm khối lượng/thể tích

Nồng độ 2.0% m/v có nghĩa là có 2.0 g chất tan trong mỗi 100 mL dung dịch cuối cùng.

\[ \begin{aligned} m&=\frac{2.0}{100}\times250\\ &=5.0\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho kết quả 5.0 g.

Lời giải 7

(a) Nồng độ sau khi pha loãng

Trong quá trình pha loãng, lượng chất tan không thay đổi, do đó:

\[ c_1V_1=c_2V_2 \]

Biến đổi phương trình để tìm nồng độ cuối cùng:

\[ \begin{aligned} c_2&=\frac{c_1V_1}{V_2}\\ &=\frac{1.20\times25.0}{250.0}\\ &=0.120\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]

Có thể sử dụng hai thể tích tính bằng mililít vì đơn vị của chúng sẽ triệt tiêu khi chia.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho mối quan hệ pha loãng chính xác.
• 1 điểm cho kết quả \(0.120\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\).

(b) Thể tích dung dịch gốc

Sử dụng cùng mối quan hệ pha loãng và biến đổi để tìm thể tích ban đầu.

\[ \begin{aligned} V_1&=\frac{c_2V_2}{c_1}\\ &=\frac{0.150\times100.0}{2.00}\\ &=7.50\ \mathrm{mL} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho phép biến đổi và thay số chính xác.
• 1 điểm cho kết quả 7.50 mL.

(c) Tại sao pha loãng vẫn bảo toàn lượng chất tan

Việc thêm dung môi làm tăng tổng thể tích dung dịch nhưng không làm thay đổi lượng chất tan, với điều kiện không có chất tan nào bị mất đi hoặc được thêm vào.

Vì \(n=cV\), lượng chất ban đầu và cuối cùng bằng nhau:

\[ n_1=n_2 \]

Do đó:

\[ c_1V_1=c_2V_2 \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc giải thích rằng lượng chất tan không đổi.
• 1 điểm cho phương trình chính xác.

Lời giải 8

(a) Khối lượng kali nitrat

Trước tiên, tính lượng chất tan cần thiết. Chuyển thể tích cuối cùng sang lít.

\[ \begin{aligned} n&=cV\\ &=0.200\times0.2500\\ &=0.0500\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Tính khối lượng mol của kali nitrat:

\[ \begin{aligned} M(\ce{KNO3})&=39.1+14.0+3(16.0)\\ &=101.1\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Tiếp theo, tính khối lượng cần dùng.

\[ \begin{aligned} m&=nM\\ &=0.0500\times101.1\\ &=5.055\ \mathrm{g}\\ &\approx5.06\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (3 điểm):

• 1 điểm cho lượng chất tan.
• 1 điểm cho khối lượng mol chính xác.
• 1 điểm cho khối lượng cần dùng là 5.06 g.

(b) Pha chế dung dịch chuẩn

Một quy trình phù hợp là:

1. Cân chính xác 5.06 g kali nitrat. Hòa tan chất này trong một lượng nhỏ nước khử ion trong cốc thủy tinh.
2. Chuyển định lượng dung dịch vào bình định mức 250.0 mL. Tráng cốc và phễu bằng nước khử ion, sau đó cho phần nước tráng vào bình.
3. Thêm nước khử ion cho đến khi đáy mặt khum trùng với vạch định mức ở ngang tầm mắt. Đậy nút bình và lật ngược bình nhiều lần để trộn đều.

Thể tích cuối cùng phải là 250.0 mL. Thêm 250.0 mL nước vào chất rắn sẽ không tạo ra dung dịch có thể tích cuối cùng theo yêu cầu.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc hòa tan chất rắn và chuyển toàn bộ chất tan, bao gồm cả phần nước tráng.
• 1 điểm cho việc điều chỉnh dung dịch đến vạch định mức và trộn đều.

(c) Pha loãng chính xác và sai sót khi sử dụng pipet

Để thực hiện phép pha loãng chính xác:

1. Sau khi tráng pipet bằng nước, hãy tráng pipet định mức bằng một lượng nhỏ dung dịch gốc để điều hòa pipet trước khi sử dụng. Dùng dụng cụ hút pipet để đo và chuyển chính xác 25.00 mL dung dịch vào bình định mức.
2. Thêm nước khử ion đến gần vạch định mức, sau đó nhỏ từng giọt cho đến khi đáy mặt khum trùng với vạch ở ngang tầm mắt. Đậy nút bình và lật ngược bình nhiều lần để trộn đều.

Nếu trong pipet còn nước khử ion, lượng nước đó sẽ pha loãng dung dịch gốc bên trong pipet. Khi đó, phần dung dịch được lấy ra sẽ chứa lượng chất tan ít hơn dự kiến, khiến dung dịch đã pha loãng cuối cùng có nồng độ thấp hơn giá trị mục tiêu.

Hướng dẫn chấm (3 điểm):

• 1 điểm cho việc điều hòa và sử dụng pipet định mức đúng cách.
• 1 điểm cho việc điều chỉnh chính xác đến thể tích cuối cùng và trộn đều.
• 1 điểm cho việc xác định rằng nước còn sót lại làm nồng độ thấp hơn mức dự kiến.

Lời giải 9

(a) Lượng chất ban đầu của canxi cacbonat

Tính khối lượng mol của chất:

\[ \begin{aligned} M(\ce{CaCO3})&=40.1+12.0+3(16.0)\\ &=100.1\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Tính lượng chất theo mol:

\[ \begin{aligned} n(\ce{CaCO3})&=\frac{5.00}{100.1}\\ &=0.04995\ \mathrm{mol}\\ &\approx0.0500\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho khối lượng mol chính xác.
• 1 điểm cho lượng chất của canxi cacbonat.

(b) Lượng chất và khối lượng cacbon đioxit theo lý thuyết

Phương trình đã cân bằng cho thấy tỉ lệ mol giữa canxi cacbonat và cacbon đioxit là 1:1.

Do đó:

\[ n(\ce{CO2})=n(\ce{CaCO3})=0.04995\ \mathrm{mol} \]

Tính khối lượng cacbon đioxit theo lý thuyết:

\[ \begin{aligned} m(\ce{CO2})&=nM\\ &=0.04995\times44.0\\ &=2.20\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho tỉ lệ mol và lượng cacbon đioxit chính xác.
• 1 điểm cho khối lượng theo lý thuyết là 2.20 g.

(c) Độ giảm khối lượng đo được

Độ giảm khối lượng đo được là:

\[ \begin{aligned} \Delta m&=105.00-102.80\\ &=2.20\ \mathrm{g} \end{aligned} \]

Giá trị này khớp với khối lượng cacbon đioxit theo lý thuyết ở độ chính xác được nêu. Các phép đo phù hợp với giả định rằng khối lượng mất đi là do cacbon đioxit.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho độ giảm khối lượng đo được là 2.20 g.
• 1 điểm cho việc so sánh chính xác với giá trị lý thuyết.

(d) Bảo toàn khối lượng trong hệ hở

Khối lượng các chất trong bình được đo giảm xuống vì khí cacbon đioxit thoát ra môi trường xung quanh. Cân không còn đo lượng khí đã thoát ra đó như một phần của các chất trong bình.

Định luật bảo toàn khối lượng vẫn áp dụng cho toàn bộ hệ. Nếu tất cả chất phản ứng và sản phẩm, bao gồm cả khí cacbon đioxit đã thoát ra, đều được tính trong một hệ kín thì tổng khối lượng sẽ không đổi.

Hướng dẫn chấm (2 điểm):

• 1 điểm cho việc giải thích rằng cacbon đioxit rời khỏi phần vật chất được đo trong bình.
• 1 điểm cho việc giải thích rằng tổng khối lượng được bảo toàn khi tính toàn bộ vật chất.

(e) Lượng cacbon đioxit thu được thấp hơn

Một lời giải thích hợp lý là một phần cacbon đioxit đã thoát qua chỗ rò rỉ trước khi được thu lại. Phản ứng chưa hoàn toàn hoặc cacbon đioxit hòa tan trong chất lỏng cũng có thể làm giảm lượng khí thu được.

Hướng dẫn chấm (1 điểm):

• 1 điểm cho một nguyên nhân thực nghiệm hợp lý.