Câu hỏi:

Phản ứng giữa HNO3 và CaCO3 tạo ra Ca(NO3)2, CO2 và H2O, đây là một phương pháp phổ biến và kinh tế để sản xuất Ca(NO3)2.
$CaCO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + CO_2 + H_2O$

Cấu hình electron của sulfur là $1s^22s^22p^63s^23p^4$.

- Số hiệu nguyên tử là $Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16$, do đó sulfur nằm ở ô số 16.

- Có 3 lớp electron nên sulfur nằm ở chu kì 3.

- Lớp ngoài cùng có 6 electron nên sulfur thuộc nhóm VIA.

Vậy sulfur nằm ở ô số 16, chu kì 3, nhóm VIA.

Sulfur dioxide ($SO_2$) có cấu trúc cộng hưởng. Lưu huỳnh ở trung tâm liên kết với hai nguyên tử oxy. Một liên kết là liên kết đôi và liên kết còn lại là liên kết đơn. Do đó, công thức cấu tạo đúng là O=S=O (có cộng hưởng với O-S=O và O=S-O, nhưng O=S=O là cấu trúc Lewis tốt nhất).

Vôi sống (CaO) và vôi tôi (Ca(OH)₂) là các base. Sulfur dioxide (SO₂) phản ứng với các base này để tạo thành muối, do đó SO₂ thể hiện tính chất của oxide acid. Phản ứng tổng quát là: $SO_2 + CaO \rightarrow CaSO_3$ hoặc $SO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_3 + H_2O$.

Gọi số mol của $SO_2$ là a, của $O_2$ là b.

Ta có $\overline{M_X} = 24 \times 2 = 48$.

$\Rightarrow \frac{64a + 32b}{a+b} = 48 \Rightarrow 64a + 32b = 48a + 48b \Rightarrow 16a = 16b \Rightarrow a = b$.

Vậy trong X, số mol $SO_2$ bằng số mol $O_2$.

Giả sử có 1 mol $SO_2$ và 1 mol $O_2$ trong X.

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

Ban đầu: 1 1 0

Phản ứng: 2x x 2x

Sau phản ứng: 1-2x 1-x 2x

Tổng số mol khí Y: $n_Y = 1-2x + 1-x + 2x = 2-x$.

Ta có $\overline{M_Y} = 30 \times 2 = 60$.

$\Rightarrow \frac{64(1-2x) + 32(1-x) + 80(2x)}{2-x} = 60$.

$\Rightarrow 64 - 128x + 32 - 32x + 160x = 120 - 60x$.

$\Rightarrow 96 - 160x + 160x = 120 - 60x$.

$\Rightarrow 96 +60x = 120 - 60x \Rightarrow 60x = 24 \Rightarrow x = 0.4$.

Hiệu suất phản ứng: $H = \frac{2x}{1} \times 100\% = \frac{2 \times 0.4}{1} \times 100\% = 80\%$. Sai rồi, xem lại nhé!

Mà $n_X = 2$, $n_Y = 2-x$

$\frac{n_X}{n_Y} = \frac{M_Y}{M_X} = \frac{60}{48} = \frac{5}{4}$

$\Rightarrow \frac{2}{2-x} = \frac{5}{4} \Rightarrow 8 = 10 - 5x \Rightarrow 5x = 2 \Rightarrow x = 0.4$

$H = \frac{0.4}{1} \times 2 \times 100 = 80 \%$ (Tính theo $SO_2$)

$H = \frac{0.4}{1} \times 100 = 40 \%$ (Tính theo $O_2$ vì $O_2$ dư)

Vậy H tính theo $SO_2$ là $2x = 0.8$, $x=0.4$, $H=80\%$ (Vì $SO_2$ hết trước).

Thử lại, 1 mol $SO_2$ và 1 mol $O_2$, phản ứng 0.8 mol $SO_2$ và 0.4 mol $O_2$.

Khí Y gồm 0.2 mol $SO_2$, 0.6 mol $O_2$ và 0.8 mol $SO_3$.

$M_Y = \frac{0.2 \times 64 + 0.6 \times 32 + 0.8 \times 80}{0.2 + 0.6 + 0.8} = \frac{12.8 + 19.2 + 64}{1.6} = \frac{96}{1.6} = 60$. Vậy tỉ khối so với $H_2$ là 30, đúng!