Khi làm lạnh dung dịch bão hòa CuSO4 thu được chất rắn kết tinh X. Nhóm học sinh đưa ra giả thuyết công thức của X là CuSO4.5H2O. Để chứng minh giả thuyết nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm sau:
• Bước 1: Cân chén nung và ghi lại khối lượng và kết quả là m1 gam.
• Bước 2: Thêm một lượng chất X (khô, có màu xanh) cho vào chén nung. Cân và ghi lại khối lượng mới của chén nung có chứa chất X là m2 gam.
• Bước 3: Đặt chén nung chứa chất X lên lưới amiăng và đun nóng đến nhiệt độ 250°C trong khoảng 2 phút.
• Bước 4: Để nguội, cân lại chén nung cùng chất rắn còn lại bên trong, ghi khối lượng và kết quả là m3 gam.
Tiếp tục nung và cân chén giống như bước 3 và bước 4 cho đến khi thấy khối lượng không thay đổi và kết quả thí nghiệm của nhóm học sinh được ghi vào bảng sau.
Giá trị………….Khối lượng (gam)
m1…………………….30,00
m2…………………….55,00
m3 lần 1……………..51,4
m3 lần 2……………..47,8
m3 lần 3……………..46,0
m3 lần 4……………..46,0
Biết rằng, ở 250°C CuSO4.nH2O có thể bị mất nước hoàn toàn thành CuSO4 khan và ở 650°C thì CuSO4 mới bắt đầu phân hủy.
a. Từ kết quả thực nghiệm khẳng định giả thuyết của học sinh đưa ra là đúng.
b. Lần nung thứ 4 không thay đổi khối lượng vì vậy về mặt thực nghiệm ta không cần thực hiện lần nung thứ 4.
c. Nếu tăng thời gian mỗi lần nung lên 5 phút thì số lần nung và cân lặp lại như bước 3 và bước 4 sẽ giảm xuống.
d. Trong quá trình nung lần 1, lần 2 và lần 3 có sự bay hơi của nước, ở lần 4 không còn nước bay hơi.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng:
mCuSO4.xH2O = 55 – 30 = 25 gam
mH2O = 55 – 46 = 9 gam —> nH2O = 0,5 mol
—> nCuSO4 = (25 – 9)/160 = 0,1 mol
—> x = 0,5/0,1 = 5
—> X là CuSO4.5H2O
(b) Sai, phải nung lần 4 xong ta có kết quả từ đó mới biết khối lượng đã không thay đổi.
(c) Sai.
Khi muối còn ẩm, nhiệt cung cấp chủ yếu để phá vỡ các liên kết giữa H2O và CuSO4 trong tinh thể và chuyển H2O thành hơi bay ra ngoài. Vì vậy khi H2O chưa thoát hết, nhiệt độ dễ dàng được khống chế và tăng lên rất chậm.
Khi H2O đã thoát ra hết, nhiệt này sẽ làm nhiệt độ CuSO4 khan tăng lên nhanh chóng, dễ mất kiểm soát và chạm ngưỡng phân hủy —> Thời gian nung muối khan càng ngắn càng tốt, sai số càng nhỏ.
Nếu chu kỳ giãn cách là 2 phút như trên thì CuSO4 khan đã bị nung trong ít nhất là 2 cho đến gần 4 phút, nhiệt độ đã tăng lên rất cao nhưng chưa chạm mức phân hủy nên khối lượng giữ nguyên (46,0 gam).
Nếu chu kỳ giãn cách là 5 phút thì CuSO4 khan đã bị nung ngay từ đầu chu kỳ thứ 2, nhiệt độ tăng cao khiến CuSO4 bắt đầu phân hủy, khối lượng giảm không còn là khối lượng H2O thoát ra nữa mà do SO2, O2 từ sản phẩm phân hủy thoát ra.
Do khối lượng vẫn còn giảm (bị hiểu nhầm là chưa hết H2O) nên ta tiếp tục nung, CuSO4 bị phân hủy rất chậm nên số lần nung – cân – nung – cân… tăng lên nhiều… và đích đến là CuO chứ không phải CuSO4 khan nữa.
Vì vậy cách phân tích nhiệt không thể nung 1 lèo cho xong, cũng không thể giãn cách thật dài (1, 2 phút lên 5, 10 phút) để giảm số lần cân – nung.
(d) Đúng, lần 1, 2, 3 khối lượng giảm do H2O bay hơi, lần 4 khối lượng không giảm nữa do đã hết nước.
