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

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 [C₆H₇O₂(OH)₃]_n, mỗi mắt xích có 3 nhóm -OH có khả năng phản ứng với HNO₃ tạo ra tối đa 3 nhóm – ONO₂.

c. Sai. Công thức của cellulose trinitrate là [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n. Công thức [C₆H₇O₂(ONO₂)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. NaHCO₃ loại bỏ acid trong hỗn hợp sau phản ứng:

HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂ + H₂O

b. Đúng. H₂SO₄ đặc và HNO₃ đặc có phản ứng tỏa nhiều nhiệt:

H₂SO₄ + HNO₃ → HSO₄⁻ + NO₂⁺ + H₂O

Nếu thêm nhanh hoặc đảo thứ tự (thêm HNO₃ vào H₂SO₄), 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 [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n, đây là một chất cháy nhanh, không xuất hiện khói, không để lại tàn.

a. Đúng. Sơ đồ:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n → [C₆H₇O₂(ONO₂)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:

C₆H₇O₂(OH)₃ + 3HNO₃ → C₆H₇O₂(ONO₂)₃ + 3H₂O

Từ phương trình phản ứng, số mol HNO₃ gấp 3 lần số mol mắt xích cellulose. Khối lượng HNO₃ = \frac{\text{1}\text{6}\text{,}\text{2}\times 3\times 63}{162}=18,9tấn.

d. Đúng. Sơ đồ:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n → [C₆H₇O₂(ONO₂)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}=32,4tấn.

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

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 [C₆H₇O₂(OH)_3-x(ONO₂)_x]_n. Giải phương trình\mathrm{\%}N=\frac{14nx}{\left(111+\text{1}\text{7}\left(3-x\right)+62x\right)n}\times 100\mathrm{\%}=14,14\mathrm{\%}, ta tìm được x = 3. Nghĩa là tất cả 3 nhóm -OH đều bị nitrate hóa thành [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n.

Đáp án: 3.

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + xnHNO₃ $\stackrel{H_{2}S{O}_4}{\to }$ [C₆H₇O₂](OH)_3-x(ONO₂)_x]_n + xnH₂O

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

Vậy công thức của Y là: [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n. Số nhóm -ONO₂ là 3.

Đáp án: 515.

m_{HN{O}_3}=\frac{500.189}{297.0,7}=\frac{5000}{11}kg\Rightarrow V_{ddHN{O}_3}=\frac{5000}{11.63\mathrm{\%}.1,4}=515,36L\approx 515L

Đáp án: 1,38

$\begin{array}{l}{\left[C{}_{6}H{}_{7}O{}_2{\left(OH\right)}_3\right]}_n+3nHNO{}_3\stackrel{H_{2}S{O}_4,t^o}{\to }{\left[C{}_{6}H{}_{7}O{}_2{\left(ONO{}_2\right)}_3\right]}_n+3nH{}_{2}O\\ 162297g\\ 1xt\end{array}$

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.

$\begin{array}{l}{\text{[}{\text{C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{7}}{\text{O}}_{\text{2}}{\text{(}\text{O}\text{H}\text{)}}_{\text{3}}\text{]}}_{\text{n}}\text{+}\text{3}\text{n}{\text{(}\text{C}{\text{H}}_{\text{3}}\text{C}\text{O}\text{)}}_{\text{2}}\text{O}\underset{}{\overset{}{\to }}{\text{[}{\text{C}}_{\text{6}}{\text{H}}_{\text{7}}{\text{O}}_{\text{2}}{\text{(}\text{O}\text{C}\text{O}\text{C}{\text{H}}_{\text{3}}\text{)}}_{\text{3}}\text{]}}_{\text{n}}\text{+}\text{3}\text{n}\text{C}{\text{H}}_{\text{3}}\text{C}\text{O}\text{O}\text{H}\\ \text{1}\text{6}\text{2}\text{n}\text{2}\text{8}\text{8}\text{n}\text{g}\text{a}\text{m}\\ \text{9}\text{9}\text{0}\text{k}\text{g}\end{array}$

Khối lượng tơ thu được là:

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

Đáp án: 11,9

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

     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.