Bài tập điều chế Cellulose Trinitrate lớp 12 (có lời giải)

Đáp án đúng là: A

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

162n 297n gam

16,2 m tấn

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

Đáp án đúng là: A

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

162n 297n gam

2 m tấn

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

Đáp án đúng là: D

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

3n.63 297n gam

m 29,7 kg

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

Đáp án đúng là: D

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

189 gam → 297 gam

${m}_{HN{O}_{3}}=\frac{59{,}4.189}{297.0{,}8}=47{,}25\ kg\overset{H\ =\ 80\%}{\leftarrow }$ 59,4kg

$\overset{C\%=63\%}{\rightarrow }\ {m}_{ddHN{O}_{3}}=75\ kg\ \overset{D\ =\ 1{,}4g/ml}{\rightarrow }{V}_{HN{O}_{3}}=\frac{75}{1{,}4}=53{,}57\ L.$

Đáp án đúng là: D

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

189n gam → 297n gam

x kg 89,1 kg

Lượng HNO$_{3}$ bị hao hụt là 20% ⇒ hiệu suất phản ứng là 80%.

Khối lượng HNO$_{3}$: ${m}_{HN{O}_{3}}=x=\frac{89{,}1.189n}{297n}.\frac{100}{80}=70{,}875kg.$

Khối lượng dung dịch HNO$_{3}$ 67,5%: ${m}_{dd\ HN{O}_{3}}=\frac{70{,}875.100}{67{,}5}=105\ kg.$

Thể tích dung dịch HNO$_{3}$ 67,5%: ${V}_{ddHN{O}_{3}}=\frac{105}{1{,}5}=70(L).$

Đáp án đúng là: A

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

189n gam → 297n gam

m kg 14,85 kg

Khối lượng HNO$_{3}$ đã dùng là:

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

Đáp án đúng là: D

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

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 HNO$_{3}$ dùng là: $y=\frac{189n.445{,}5}{297n}.\frac{100}{75}=378\ kg.$

Đáp án đúng là: B

Khối lượng dung dịch HNO$_{3}$ 68% là: m$_{dd}$ = 5.1,4 = 7kg.

Khối lượng HNO$_{3}$ có trong dung dịch là: ${m}_{HN{O}_{3}}=7.\frac{68}{100}=4{,}76\ kg.$

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

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.

Đáp án đúng là: D

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

189n gam → 297n gam

x kg 53,46 kg

Khối lượng HNO$_{3}$: ${m}_{HN{O}_{3}}=x=\frac{53{,}46.189n}{297n}.\frac{100}{60}=56{,}7kg.$

Khối lượng dung dịch HNO$_{3}$ 94,5%: ${m}_{dd\ HN{O}_{3}}=56{,}7.\frac{100}{94{,}5}=60\ kg.$

Thể tích dung dịch HNO$_{3}$ 94,5%: ${V}_{ddHN{O}_{3}}=\frac{60}{1{,}5}=40(L).$

Đáp án đúng là: D

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

189n gam → 297n gam

x kg 14,85 kg

Khối lượng HNO$_{3}$: ${m}_{HN{O}_{3}}=x=\frac{14{,}85.189n}{297n}.\frac{100}{90}=10{,}5kg.$

Khối lượng dung dịch HNO$_{3}$ 96%: ${m}_{dd\ HN{O}_{3}}=10{,}5.\frac{100}{96}=10{,}9375\ kg.$

Thể tích dung dịch HNO$_{3}$ 96%: ${V}_{ddHN{O}_{3}}=\frac{10{,}9375}{1{,}5}=7{,}29(L).$

a. Sai. Phản ứng điều chế cellulose trinitrate không phải là phản ứng thủy phân.

b. Đúng.

c. Đúng. Do mỗi mắt xích cellulose có 3 nhóm – OH.

d. Sai. Cellulose trinitrate không tan trong nước.

a. Sai. Phản ứng điều chế cellulose trinitrate được thực hiện bằng cách cho cellulose tác dụng với hỗn hợp HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc, phản ứng thường được tiến hành ở nhiệt độ thấp (khoảng 0–20°C) để tránh phân hủy sản phẩm và hạn chế nguy cơ cháy nổ. Không đun nóng.

b. Sai. Công thức của cellulose có thể viết là [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$, mỗi mắt xích có 3 nhóm -OH có khả năng phản ứng với HNO$_{3}$ tạo ra tối đa 3 nhóm – ONO$_{2}$.

c. Sai. Công thức của cellulose trinitrate là [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$]$_{n}$. Công thức [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{2}$(OH)]$_{n}$là của cellulose dinitrate.

d. Đúng. Vì tính chất cháy nhanh, không khói, không tàn nên nó được ứng dụng làm thuốc súng không khói.

a. Đúng. NaHCO$_{3}$ loại bỏ acid trong hỗn hợp sau phản ứng:

HCO$_{3}$$^{−}$ + H$^{+}$ → CO$_{2}$ + H$_{2}$O

b. Đúng. H$_{2}$SO$_{4}$ đặc và HNO$_{3}$ đặc có phản ứng tỏa nhiều nhiệt:

H$_{2}$SO$_{4}$ + HNO$_{3}$ → HSO$_{4}$$^{−}$ + NO$_{2}$$^{+}$ + H$_{2}$O

Nếu thêm nhanh hoặc đảo thứ tự (thêm HNO$_{3}$ vào H$_{2}$SO$_{4}$), phản ứng có thể xảy ra quá nhanh, gây sôi, bắn, hoặc phân hủy hỗn hợp, thậm chí nguy cơ cháy nổ.

c. Đúng. Nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng sẽ tăng. Tuy nhiên, sản phẩm là một chất kém an toàn với nhiệt nên không đun trực tiếp mà chỉ ngâm trong chậu nước nóng.

d. Đúng. Phản ứng tạo thuốc súng không khói [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$]$_{n}$, đây là một chất cháy nhanh, không xuất hiện khói, không để lại tàn.

a. Đúng. Sơ đồ:

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$]$_{n}$

162 297

Với 16,2 tấn cellulose, hiệu suất 100% ta thu được: $\frac{\text{1}\text{6}\text{,}\text{2}\times 297}{162}=29{,}7$ tấn cellulose trinitrate.

b. Sai. Hao hụt 10% tức là hiệu suất đạt 90%. Khối lượng cellulose trinitrate thực tế thu được là: 29,7 × 90% = 26,73 tấn.

c. Đúng. Xét 1 mắt xích cellulose:

C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$ + 3HNO$_{3}$ → C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$ + 3H$_{2}$O

Từ phương trình phản ứng, số mol HNO$_{3}$ gấp 3 lần số mol mắt xích cellulose. Khối lượng HNO$_{3}$ = $\frac{\text{1}\text{6}\text{,}\text{2}\times 3\times 63}{162}=18{,}9$tấn.

d. Đúng. Sơ đồ:

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$]$_{n}$

162 297

Để thu 59,4 tấn sản phẩm lý thuyết cần khối lượng cellulose là: $\frac{\text{5}\text{9}\text{,}\text{4}\times 162}{297}=32{,}4$tấn.

Vì hiệu suất 90%, lượng cellulose thực tế cần dùng là: $\frac{32{,}4\ }{90}\text{.}\text{1}\text{0}\text{0}=36{,}0$tấn.

a. Đúng. Tinh bột có thể tham gia phản ứng nitrate hóa tạo thành starch nitrate.

b. Sai. Tinh bột có dạng bột vô định hình màu trắng, trong khi cellulose mới có dạng sợi. Sản phẩm nitrate hóa của tinh bột cũng là bột vô định hình, không phải dạng sợi.

c. Đúng. Starch nitrate là loại bột vô định hình, màu vàng nhạt.

d. Đúng. Đặt công thức mẫu starch nitrate là [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3-}$$_{x}$(ONO$_{2}$)$_{x}$]$_{n}$. Giải phương trình$\%N=\frac{14nx}{(111\ +\ \text{1}\text{7}(3-x)+62x)n}\times 100\%=14{,}14\%$, ta tìm được x = 3. Nghĩa là tất cả 3 nhóm -OH đều bị nitrate hóa thành [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$]$_{n}$.

Đáp án: 3.

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + xnHNO$_{3}$ $\overset{{H}_{2}S{O}_{4}}{\rightarrow }$ [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$](OH)$_{3-x}$(ONO$_{2}$)$_{x}$]$_{n}$ + xnH$_{2}$O

$\%{m}_{N}=\frac{12.6n}{(111+17(3-x)+62x)n}.100=24{,}24\Rightarrow x=3.$

Vậy công thức của Y là: [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(ONO$_{2}$)$_{3}$]$_{n}$. Số nhóm -ONO$_{2}$ là 3.

Đáp án: 515.

${m}_{HN{O}_{3}}=\frac{500.189}{297.0{,}7}=\frac{5000}{11}\ kg\ \Rightarrow \ {V}_{dd\ HN{O}_{3}}=\frac{5000}{11.63\%.1{,}4}=515{,}36\ L\ \approx 515\ L$

Đáp án: 1,38

$\begin{matrix}{[C{}_{6}H{}_{7}O{}_{2}{(OH)}_{3}]}_{n}+\ 3nHNO{}_{3}\overset{{H}_{2}S{O}_{4}\ ,\ \ {t}^{o}}{\rightarrow }{[C{}_{6}H{}_{7}O{}_{2}{(ONO{}_{2})}_{3}]}_{n}+3nH{}_{2}O \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 162\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 297\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ g \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ t\ \ \ \ \end{matrix}$

Giả sử hiệu suất của phản ứng đạt 75%. Từ 1 tấn cellulose có thể điều chế được khối lượng cellulose trinitrate là: $m=\frac{1.297}{162}.\frac{75}{100}=1{,}375$tấn. Làm tròn: 1,38 tấn.

Đáp án: 1780

1 tấn bông có 990 kg cellulose.

$\begin{matrix}{\text{[}{\text{C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{7}}{\text{O}}_{\text{2}}{\text{(}\text{O}\text{H}\text{)}}_{\text{3}}\text{]}}_{\text{n}}\ \text{+}\ \text{3}\text{n}{\text{(}\text{C}{\text{H}}_{\text{3}}\text{C}\text{O}\text{)}}_{\text{2}}\text{O}\rightarrow _{}^{}{\text{[}{\text{C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{7}}{\text{O}}_{\text{2}}{\text{(}\text{O}\text{C}\text{O}\text{C}{\text{H}}_{\text{3}}\text{)}}_{\text{3}}\text{]}}_{\text{n}}\text{+}\text{3}\text{n}\text{C}{\text{H}}_{\text{3}}\text{C}\text{O}\text{O}\text{H} \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{1}\text{6}\text{2}\text{n}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{2}\text{8}\text{8}\text{n}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{g}\text{a}\text{m} \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{9}\text{9}\text{0}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{k}\text{g}\end{matrix}$

Khối lượng tơ thu được là:

$m=\frac{990.288n.0{,}91}{162n.0{,}90}=1780$ kg.

Đáp án: 11,9

[C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(OH)$_{3}$]$_{n}$ + 3nHNO$_{3}$ → [C$_{6}$H$_{7}$O$_{2}$(NO$_{3}$)$_{3}$]$_{n}$ + 3nH$_{2}$O

162n 297n gam

8,1 m tấn

$\Rightarrow m=\frac{8{,}1.297n}{162n}.\frac{80}{100}=11{,}88$tấn. Làm tròn: 11,9 tấn.