CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÚP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HOÁ HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÚP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HOÁ HỌC §1 PHƯƠNG PHÁP SƠ ĐỒ ĐƯỜNG CHÉO Bài toán trộn lẫn các chất với nhau là một dạng bài hay gặp trong chươ[.]
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÚP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HOÁ HỌC §1 PHƯƠNG PHÁP SƠ ĐỒ ĐƯỜNG CHÉO Bài toán trộn lẫn chất với dạng hay gặp chương trình hóa học phổ thơng Ta giải tập dạng theo nhiều cách khác nhau, song cách giải nhanh “phương pháp sơ đồ đường chéo” Nguyên tắc: Trộn lẫn dung dịch: Dung dịch 1: có khối lượng m1, thể tích V1, nồng độ C1 (C% CM), khối lượng riêng d1 Dung dịch 2: có khối lượng m2, thể tích V2, nồng độ C2 (C2 > C1), khối lượng riêng d2 Dung dịch thu có m = m1 + m2, V = V1 + V2, nồng độ C (C1 < C < C2), khối lượng riêng d Sơ đồ đường chéo công thức tương ứng với trường hợp là: a) Đối với nồng độ % khối lượng: m1 C |C2 - C| C m2 C2 |C1 - C| (1) b) Đối với nồng độ mol/lít: V1 C1 |C2 - C| C V2 Trang: 1/12 C2 |C1 - C| (2) c) Đối với khối lượng riêng: V1 d1 |d2-d| d (3) V2 d2 |d1-d| Khi sư dơng sơ đồ đờng chéo ta cần ý: *) Chất rắn coi nh dung dịch có C = 100% *) Dung môi coi nh dung dịch có C = 0% *) Khối lợng riêng ca H2) d = g/ml Sau số ví dụ sử dụng phơng pháp đờng chéo tính toán pha chế dung dịch Dạng 1: Tính toán pha chế dung dịch: Ví dụ 1: Để thu đợc dung dịch HCl 25% cần lÊy m1 gam dung dÞch HCl 45% pha víi m2 gam dung dÞch HCl 15% T Ýnh tØ lƯ m1/m2 ? Hớng dẫn giải: áp dụng công thức (1): m1 45 |15-25| 25 m2 15 |45-15| Vậy Dạng 2: Bài toán hỗn hợp đồng vị: Đây dạng tập phần cấu tạo nguyên tử: Trang: 2/12 Ví dụ 2: Nguyên tử khối trung bình ca brom 79,319 Brom có hai đồng vị bền 3579Br 8135Br Thành phần % số nguyên tử ca 8135Br lµ: A 48,05 B 81,02 C 18,98 D 15,95 Híng dẫn giải Ta có s đồ đờng chộo: 81 35 Br (M=81) 79 81 => %35 Br 79 %35Br A=79,319 35 Br (M=79) 79,319 - 79 =0,319 81 - 79,319 =1,681 81 81 0,319 % => 35 Br = 0,319 = 100% =>%35 Br =15,95% =>Đ áp án D 1,681 1,681+0,319 Dạng 3: Tính tỉ lệ thể tích hỗn hợp khí: Ví dụ 3: Một hỗn hợp gồm O2, O3 điều kiện tiêu chuẩn có tỉ khối hiđro 18 Tính thnh phần % thể tích ca khí hỗn hợp? Hng dn gii: áp dụng sơ đồ đờng chộo: VO3 M1= 48 |32 - 36| = 18.2 =36 VO2 M2= 32 |48 - 36| %Vo2 =100% - 25% = 75% Dạng 4: Tính thành phần hỗn hợp phản ứng đơn bazơ đa axit Trang: 3/12 Ví dụ Thêm 250 ml dung dich NaOH 2M vào 200 ml dung dịch H3PO4 1,5M Xác định muối tạo thành khối lượng chúng nNaOH=0,25.2=0,5 (mol) n =0,2 1,5=0,3 (mol) Hướng dẫn giải: Ta có: Tạo hỗn hợp muối: NaH2PO4 Na2HPO4 Sơ đồ đường chéo: Na2HPO4(n1=2) NaH2PO4(n2=1) Mà Dạng 5: Bài tốn hỗn hợp hai chất vơ hai kim loại có tình chất hố học Ví dụ Hoà tan 3,164 gam hỗn hợp muối CaCO3 BaCO3 dung dịch HCl dư, thu 448 ml khí CO2 (đktc) T ính thành phần % số mol muối hỗn hợp Hướng dẫn giải: Ta có: Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có: BaCO3(M1= 197) CaCO3(M2 = 100) Trang: 4/12 |100 - 158,2| = 58,2 |197 - 158,2| = 38,8 Dạng 6: Bài toán trộn quặng kim loại Để áp dụng sơ đồ đường chéo, ta coi quặng “dung dịch” mà “chất tan” kim loại xét, “nồng độ” “chất tan” hàm lượng % khối lượng kim loại quặng Ví dụ A quặng hematit chứa 60% Fe2O3 B quặng manhetit chứa 69,6% Fe3O4 Trộn m quặng A với m2 quặng B thu quặng C, mà từ quặng C điều chế 0,5 gang chứa 4% cacbon T ính tỉ lệ m1/m2 Hướng dẫn giải: Số kg Fe có quặng là: +) Quặng A chứa: +) Quặng B chứa: +) Quặng C chứa: Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có: mA 420 |504 - 480| = 24 480 mB 504 |420 - 480| = 60 Vậy tỉ lệ §2, PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (ĐLBTKL): “Tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng sản phẩm” “Khi cạn dung dịch khối lượng hỗn hợp muối thu tổng khối lượng cation kim loại anion gốc axit.” giúp ta giải tốn hóa học cách đơn giản, nhanh chóng Trang: 5/12 Ví dụ 7: Hỗn hợp A gồm 0,1 mol etylen glicol 0,2 mol chất X Để đốt cháy hồn tồn hỗn hợp A cần 21,28 lít O2 (đktc) thu 35,2 gam CO2 19,8 gam H2O Tính khối lượng phân tử X (biết X chứa C, H, O) Hướng dẫn giải: Ta có phương trình phản ứng cháy: 2C2H6O2 + 5O2 4CO2 + 6H2O X + O2 CO2 + H2O Áp dụng ĐLBTKL: mX + m + mO = mCO2 + mH2O -( m + mO ) (g) Khối lượng phân tử X: MX= (gam/mol) §3- PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM KHỐI LƯỢNG Nguyên tắc phương pháp: Dựa vào tăng giảm khối lượng (TGKL) chuyển từ mol chất A thành nhiều mol chất B (có thể qua giai đoạn trung gian) ta dễ dàng tính số mol chất ngược lại Chẳng hạn: a) Xét phản ứng: MCO3 + 2HCl MCl2 + CO2 + H2O Theo phản ứng chuyển từ mol MCO31 mol MCl2, khối lượng hỗn hợp tăng thêm 71 – 60 = 11 gam có mol CO2 giải phóng Như vậy, biết lượng muối tăng ta tính số mol CO2 sinh ngược lại b) Xét phản ứng: RCOOR’ + NaOH RCOONa + R’OH Cứ mol este RCOOR’ chuyển thành mol muối RCOONa, khối lượng tăng (hoặc giảm) |23 – R’| gam tiêu tốn hết mol NaOH, sinh mol R’OH Như vậy, biết khối lượng este phản ứng khối lượng muối tạo thành, ta dễ dàng tính số mol NaOH R’OH ngược lại Có thể nói hai phương pháp “bảo tồn khối lượng” “tăng giảm khối lượng” “anh em sinh đôi”, tốn giải phương pháp giải phương pháp Tuy nhiên, tùy tập mà phương pháp hay phương pháp ưu việt Trang: 6/12 Ví dụ Giải lại ví dụ 11 phương pháp tăng giảm khối lượng Hịa tan hồn tồn 3,34 gam hỗn hợp hai muối cacbonat kim loại hóa trị II hóa trị III dung dịch HCl dư ta thu dung dịch A 0,896 lít khí bay (đktc) Tính khối lượng muối có dung dịch A Hướng dẫn giải: Các phương trình phản ứng xảy ra: XCO3 + 2HCl XCl2 + H2O + CO2 (1) Y2(CO3)3 + 6HCl 2YCl3 + 3H2O + 3CO2 (2) Số mol khí CO2 bay ra: n CO2 0,896 0,04 (mol) 22,4 Theo (1), (2): chuyển từ muối cacbonat → muối clorua, mol CO2 sinh ra, khối lượng hỗn hợp muối tăng thêm 71 – 60 = 11 gam Vậy 0,04 mol CO2 sinh khối lượng hỗn hợp muối tăng lên là: ∆m = 0,04.11 = 0,44 g Khối lượng muối dung dịch: m muèi 3,34 + 0,44 = 3,78 (gam) §4 PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN NGUN TỐ Ngun tắc chung phương pháp dựa vào định luật bảo tồn ngun tố (BTNT): “Trong phản ứng hóa học thơng thường, ngun tố ln bảo tồn” Điều có nghĩa là: Tổng số mol nguyên tử nguyên tố X trước sau phản ứng ln Ví dụ Hỗn hợp chất rắn A gồm 0,1 mol Fe2O3 0,1 mol Fe3O4 Hịa tan hồn tồn A dung dịch HCl dư, thu dung dịch B Cho NaOH dư vào B, thu kết tủa C Lọc lấy kết tủa, rửa đem nung khơng khí đến khối lượng không đổi thu m gam chất rắn D Tính m Hướng dẫn giải: Các phản ứng hóa học xảy ra: Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Fe3O4 + 8HCl FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O NaOH + HCl NaCl + H2O 2NaOH + FeCl2 2NaCl + Fe(OH)2 Trang: 7/12 3NaOH + FeCl3 3NaCl + Fe(OH)3 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O Theo phương trình phản ứng ta có sơ đồ: Fe O : 0,1 mol Fe O (rắn D) Fe3O4: 0,1 mol Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: n Fe (trongD) 0,1.2 0,1.3 0,5 (mol) n D= (mol) m D 0,25.160 40 (gam) §5 PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON Nguyên tắc phương pháp: “Khi có nhiều chất oxi hóa chất khử hỗn hợp phản ứng(nhiều phản ứng phản ứng qua nhiều giai đoạn) tổng số mol electron mà phân tử chất khử cho phải tổng số mol electron mà chất oxi hóa nhận” Đây nội dung định luật bảo toàn electron phản ứng oxi hóa – khử Điều quan trọng áp dụng phương pháp việc phải nhận định trạng thái đầu trạng thái cuối chất oxi hóa chất khử, nhiều khơng cần quan tâm đến việc cân phản ứng hóa học xảy Phương pháp đặc biệt lí thú toán phải biện luận nhiều trường hợp xảy Ví dụ 10 Hồ tan hồn tồn 19,2 gam kim loại M dung dịch HNO3 dư thu 8,96 lít (đktc)hỗn hợp khí gồm NO2 NO có tỉ lệ thể tích 3:1 Xác định kim loại M Hướng dẫn giải: Số mol hỗn hợp khí: n khi= 0,4 (mol) Vì VNO: VNO :1 n NO2: n NO :1 Trang: 8/12 n NO2= (mol); n NO= = 0,1 (mol) Gọi n hóa trị M Q trình nhường electron: Số mol electron nhường là: n e nh−êng= + ne(1) (mol) (*) Quá trình nhận electron: 6e (2) Tổng số mol electron nhận là: n e nhận 0,1 0,6 (mol) (**) Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: n e nh−êng n e nhËn =0,6 M 32n n = 2; M = 64 Vậy kim loại M đồng (MCu = 64) §6 PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN ĐIỆN TÍCH Ngun tắc phương pháp: “Trong dung dịch tồn đồng thời ion dương âm theo định luật bảo tồn điện tích: tổng số điện tích dương tổng số điện tích âm giá trị tuyệt đối” Đây sở để thiết lập phương trình biểu diễn mối liên hệ ion dung dịch Ví dụ 11 Kết xác định nồng độ mol/lít ion dung dịch sau: Ion: Na + Cl ¯ NO3¯ Ca 2+ HCO 3¯ Số mol: 0,05 0,01 0,01 Hỏi kết hay sai? Tại sao? 0,04 0,025 Hướng dẫn giải: Tổng số điện tích dương: 0,05 + 2.0,01 = 0,07 (mol) Tổng số điện tích âm: 0,01 + 0,04 + 0,025 = 0,075 (mol) Ta thấy tổng số điện tích dương ≠ tổng số điện tích âm kết xác định sai! §7 PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG MOL TRUNG BÌNH Khối lượng mol trung bình (KLMTB) hỗn hợp khối lượng Trang: 9/12 mol hỗn hợp đó: Trong đó: +) mhh tổng số gam hỗn hợp +) nhh tổng số mol hỗn hợp +) Mi khối lượng mol chất thứ i hỗn hợp +) ni số mol chất thứ i hỗn hợp Chú ý: +) M M max +) Nếu hỗn hợp gồm chất có số mol hai chất khối lượng mol trung bình hỗn hợp trung bình cộng khối lượng phân tử chất ngược lại Phương pháp áp dụng việc giải nhiều tốn khác vơ hữu cơ, đặc biệt việc chuyển toán hỗn hợp thành toán chất đơn giản ta giải cách dễ dàng Sau xét số ví dụ Ví dụ 12 Hòa tan 2,97 gam hỗn hợp muối CaCO3 BaCO3 dung dịch HCl dư, thu 448ml khí CO2 (đktc) Tính thành phần % số mol muối hỗn hợp Hướng dẫn giải: Các phản ứng xảy ra: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 (1) BaCO3 + 2HCl BaCl2 + H2O + CO2 (2) Từ (1), (2) n hh n CO2 (mol) Gọi x thành phần % số mol CaCO3 hỗn hợp (1 – x) thành phần % số mol BaCO3 Ta có: M 2muèi100x 197.(1 x) x 0,5 %n BaCO3 %n CaCO3 50% §8 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG SƠ ĐỒ V Điều kiện: - Khi cho hay nhiều kim loại có hố trị khác vào dung dịch H 2SO4 , HCl, HNO3 Kim loại đứng trước H dãy điện hoá Ta có sơ đồ (V): Trang: 10/12 - HCl : a H2 2a Cl – cR - H 2SO4 : a H2 a SO42cR - HNO3: b NxOy (5x – 2y)b NO-3 c= (5x – 2y)R Riêng trường hợp: HNO3 NH4NO3 b NH+4 8b NO 8R ( với a, c hệ số , b hoá trị chung cho kim loại ) Bài tập áp dụng : Vd 13 : Hoà tan hết 11 gam hỗn hợp kim loại gồm Al , Fe, Zn dung dịch H2SO4 loãng thu 0,4 mol H2 x gam hỗn hợp muối khan Tính x ? Bài làm Gọi : R chung cho kim loại : Al , Fe , Zn Hoá trị chung b Sơ đồ (V) : b H2 b SO42(banđầu: H SO42- ) 2R Trang: 11/12 = = 0,4 mol = 96 0,4 = 38,4 g R m muối = 38,4 + 11 = 49,4 g Đ PHƯƠNG PHáP TRUNG BìNH Phng phỏp trung bình áp dụng cho tốn hỗn hợp chất, chất phải PU hoàn toàn hay có hiệu suất Từ giá trị trung bình ta biện luận tìm : nguyên tử khối, phân tử khối , số nguyên tử phân tử Ví dụ 14 Hòa tan 4,68 gam hỗn hợp muối cacbonat hai kim loại A,B nhóm II A vào dung dịch HCl dư thu 1,12 l CO (đktc) Xác định A,B Đặt M nguyên tử khối trung bình A,B: MCO3 + 2HCl -> MCl2 + CO2 + H2O -> nMCO3 = nCO2 = 1,12/22,4 = 0,05 mol ->MCO3 = 4,68/0,05 = 93,6 > M = 33,6 Biện luận A < M = 33,6 < B > A = 24, B = 40 : Mg,Ca Trang: 12/12 Giải: