Bài tập điều chế cellulose trinitrate lớp 12 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài tập điều chế cellulose trinitrate lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài tập điều chế cellulose trinitrate.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Phản ứng điều chế: [C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

- Hiệu suất phản ứng:

$H{\%}_{(chất pư)}$ = $\frac{n_{pư}}{n_{bđầu}}$.100%;$H{\%}_{(sản phẩm)}$=$\frac{n_{thực tế thu được}}{n_{lí thuyết (tính theo PT)}}$.100%

- Nếu đề bài cho H%, yêu cầu tính m, V, … $\Rightarrow$ Dùng phải nhân – trái chia (H%).

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1. Chất X là thành phần chính của bông vải. Cho chất X tác dụng với hỗn hợp HNO₃ và H₂SO₄ đặc để điều chế chất Y dùng làm vecni, phim ảnh,... Hàm lượng nitrogen trong chất Y khoảng 11,12%. Số nhóm (ONO₂) trong Y bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

 [C₆H₇O₂(OH)₃]_n + xnHNO_{3 $\stackrel{H_{2}S{O}_4}{\to }$} [C₆H₇O₂](OH)_3-x(ONO₂)_x]_n + xnH₂O

$\%m_N=\frac{14xn}{(162+17(3-x)+62x)n}$. 100 = 11,12 $\Rightarrow$x = 2

Vậy công thức của Y là: [C₆H₇O₂(OH)(ONO₂)₂]_n.

Ví dụ 2. Thể tích của dung dịch nitric acid 63% (D = 1,4 g/mL) cần vừa đủ để sản xuất được 500 kg cellulose trinitrate (hiệu suất 80%) là bao nhiêu lít? Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị.

Hướng dẫn giải

Xét 1 mắt xích cellulose:

C₆H₇O₂(OH)₃ + 3HNO₃ → C₆H₇O₂(NO₃)₃ + 3H₂O

n_{1 mắt xích cellulose trinitrate} = $\frac{500}{297}kmol\Rightarrow$ $n_{HN{O}_3}=3.\frac{500}{297}=\frac{500}{99}kmol.$

⇒ $m_{HN{O}_3}=\frac{500.63}{99.0,8}=\frac{4375}{11}kg$ $\Rightarrow V_{ddHN{O}_3}=\frac{4375}{11.63\%.1,4}=450,94L\approx 451L$

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Từ 16,20 tấn cellulose người ta sản xuất được m tấn cellulose trinitrate (biết hiệu suất phản ứng tính theo cellulose là 90%). Giá trị của m là

A. 26,73.

B. 33,00.

C. 25,46.

D. 29,70.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                                   162n                                     297n                         gam

                                   16,2                                      m                           tấn

$\Rightarrow m=\frac{16,2.297n}{162n}.\frac{90}{100}=26,73$tấn.

Câu 2: Cellulose trinitrate được điều chế từ phản ứng giữa nitric acid với cellulose (hiệu suất phản ứng 60% tính theo cellulose). Nếu dùng 2 tấn cellulose thì khối lượng cellulose trinitrate điều chế được là

A. 2,20 tấn.

B. 1,10 tấn.

C. 2,97 tấn.

D. 3,67 tấn.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                                   162n                                     297n                 gam

                                   2                                           m                           tấn

$\Rightarrow m=\frac{2.297n}{162n}.\frac{60}{100}=2,2$tấn.

Câu 3: Cellulose trinitrate được điều chế từ cellulose và nitric acid đặc có xúc tác sulfuric acid đặc, nóng. Để có 29,7 kg cellulose trinitrate, cần dùng dung dịch chứa m kg nitric acid (hiệu suất phản ứng đạt 90%). Giá trị của m là

A. 42 kg.

B. 10 kg.

C. 30 kg.

D. 21 kg.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                                                      3n.63                    297n                       gam

                                                      m                          29,7                     kg

$\Rightarrow m=\frac{3n\mathrm{.63.29},7}{297n}.\frac{100}{90}=21kg.$

Câu 4: Thể tích của dung dịch nitric acid 63% (D = 1,4 g/mL) cần vừa đủ để sản xuất được 59,4 kg cellulose trinitrate (hiệu suất 80%) là

A. 42,34 lít.

B. 42,86 lít.

C. 34,29 lít.

D. 53,57 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                            189 gam →           297 gam

$m_{HN{O}_3}=\frac{59,4.189}{297.0,8}$ $=47,25kg\stackrel{H=80\%}{\leftarrow }$ 59,4kg

$\stackrel{C\%=63\%}{\to }{m}_{ddHN{O}_3}=75kg$$\stackrel{D=1,4g/ml}{\to }{V}_{HN{O}_3}=\frac{75}{1,4}=53,57L.$

Câu 5: Thể tích dung dịch HNO₃ 67,5% (khối lượng riêng là 1,5 g/mL) cần dùng để tác dụng với cellulose tạo thành 89,1 kg cellulose trinitrate là (biết lượng HNO₃ bị hao hụt là 20 %)

A. 55 lít.

B. 81 lít.

C. 49 lít.

D. 70 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                            189n gam →         297n gam

                                x      kg                   89,1 kg

Lượng HNO₃ bị hao hụt là 20% ⇒ hiệu suất phản ứng là 80%.

Khối lượng HNO₃: $m_{HN{O}_3}=x=\frac{89,1.189n}{297n}.$$\frac{100}{80}=70,875kg.$

Khối lượng dung dịch HNO₃ 67,5%: $m_{ddHN{O}_3}=\frac{70,875.100}{67,5}=105kg.$

Thể tích dung dịch HNO₃ 67,5%: $V_{ddHN{O}_3}=\frac{105}{1,5}=70\left(L\right).$                        

Câu 6: Cellulose trinitrate được điều chế từ nitric acid và cellulose (hiệu suất phản ứng 90% tính theo nitric acid). Để có 14,85 kg cellulose trinitrate cần dung dịch chứa m kg nitric acid. Giá trị của m là

A. 10,50.

B. 21,00.

C. 11,50.

D. 30,00.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                            189n gam →         297n gam

                                  m   kg                    14,85 kg

Khối lượng HNO₃ đã dùng là:

$m=\frac{189n.14,85}{297n}.$$\frac{100}{90}=10,5kg.$

Câu 7: Khối lượng cellulose và khối lượng nitric acid cần lấy để sản xuất ra 445,5 kg cellulose trinitrate (hiệu xuất phản ứng đạt 75%) là

A. 162 kg cellulose và 378 kg HNO₃.

B. 182,25 kg cellulose và 212,625 kg HNO₃.

C. 324 kg cellulose và 126 kg HNO₃.

D. 324 kg cellulose và 378 kg HNO₃.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

162n                    189n  →                297n          gam

    x                          y                           445,5                                        kg

Khối lượng cellulose dùng là: $x=\frac{162n.445,5}{297n}.\frac{100}{75}=324kg.$

Khối lượng HNO₃ dùng là: $y=\frac{189n.445,5}{297n}.\frac{100}{75}=378kg.$           

Câu 8: Cho 5 lít dung dịch HNO₃ 68% (D =1,4 g/mL) phản ứng với cellulose dư thu được m kg thuốc súng không khói (cellulose trinitrate), biết hiệu suất phản ứng đạt 90%. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 7,5.

B. 6,5.

C. 9,5.

D. 8,5.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Khối lượng dung dịch HNO₃ 68% là: m_dd = 5.1,4 = 7kg.

Khối lượng HNO₃ có trong dung dịch là: $m_{HN{O}_3}=7.\frac{68}{100}=4,76kg.$

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                            189n  →                297n          gam

                                4,76 →                m                                               kg

Khối lượng cellulose trinitrate thu được là: $m=\frac{4,76.297n}{189n}.$$\frac{90}{100}=6,732kg$

Kết quả gần với 6,5 nhất.

Câu 9: Để điều chế 53,46 kg cellulose trinitrate (hiệu suất 60%) cần dùng ít nhất V lít nitric acid 94,5% (D = 1,5 g/mL) phản ứng với cellulose dư. Giá trị của V là

A. 60.

B. 24.

C. 36.

D. 40.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                            189n gam →         297n gam

                                x      kg                   53,46 kg

Khối lượng HNO₃: $m_{HN{O}_3}=x=\frac{53,46.189n}{297n}.$$\frac{100}{60}=56,7kg.$

Khối lượng dung dịch HNO₃ 94,5%: $m_{ddHN{O}_3}=56,7.\frac{100}{94,5}=60kg.$

Thể tích dung dịch HNO₃ 94,5%: $V_{ddHN{O}_3}=\frac{60}{1,5}=40\left(L\right).$                     

Câu 10: Cellulose trinitrate được điều chế từ nitric acid và cellulose (hiệu suất phản ứng 90% tính theo nitric acid). Để có 14,85 kg cellulose trinitrate cần V lít dung dịch nitric acid 96% (D = 1,5 g/mL). Giá trị của V là

A. 11,50.

B. 6,56.

C. 16,40.

D. 7,29.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(NO₃)₃]_n + 3nH₂O

                            189n gam →         297n gam

                                x      kg                   14,85 kg

Khối lượng HNO₃: $m_{HN{O}_3}=x=\frac{14,85.189n}{297n}.\frac{100}{90}=10,5kg.$

Khối lượng dung dịch HNO₃ 96%: $m_{ddHN{O}_3}=10,5..$$\frac{100}{96}=10,9375kg$

Thể tích dung dịch HNO₃ 96%: $V_{ddHN{O}_3}=\frac{10,9375}{1,5}=7,29\left(L\right).$

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:

• Bài tập thủy phân tinh bột/ cellulose
• Bài tập amine tác dụng với acid
• Bài tập về tính lưỡng tính của amino acid
• Bài tập tính điện di của amino acid
• Bài tập thủy phân peptide
• Bài toán tính số mắt xích polymer

---