Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học Copyright © 2005 – 2008 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP Phone: 0976053496 http://blog.360.yahoo.com/thanhlepham84 - 1/5 - CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI CHO MỘT BÀI TOÁN HÓA HỌC ðề bài (Theo câu I.2, ðề tuyển sinh vào ðHQGHN năm 1998) : ðể m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 . Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit nitric thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO (ñktc). Tính khối lượng m của A. Hướng dẫn giải : Sơ ñồ các biến ñổi xảy ra theo bài toán : Các phương trình phản ứng xảy ra trong toàn bộ bài toán : ðể m gam sắt (A) ngoài không khí thành hỗn hợp B : 2Fe + O 2 o t → 2FeO (a) 3Fe + 2O 2 o t → Fe 3 O 4 (b) 4Fe + 3O 2 o t → 2Fe 2 O 3 (c) Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO 3 , giải phóng khí NO duy nhất : Fe + 4HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + NO ↑ + 2H 2 O (d) 3FeO + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3 ) 3 + NO ↑ + 5H 2 O (e) 3Fe 3 O 4 + 28HNO 3 → 9Fe(NO 3 ) 3 + NO ↑ + 14H 2 O (f) Fe 2 O 3 + 6HNO 3 → 2Fe(NO 3 ) 3 + 3H 2 O (g) Cách 1 (Phương pháp bảo toàn electron) : Theo ñịnh luật bảo toàn electron ta có : Σe nhường = Σe nhận (*) Ta có : Σe nhường = m 56 × 3 Σ e nhận = 12 m 2 16 − × + 2,24 3 22,4 × Theo (*) ⇒ m = 10,08 (gam). Nhận xét : ðây là cách mà theo tôi là nhanh, gọn và dễ hiểu. Chắc những bạn học sinh ñã làm quen với phương pháp bảo toàn electron ñều có thể làm ñược ! Cách 2 (Ph ươ ng pháp ñạ i s ố ) : G ọ i x, y, z, t l ầ n l ượ t là s ố mol c ủ a Fe, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 trong 12 gam B. Theo các d ữ ki ệ n c ủ a bài toán ta có : Kh ố i l ượ ng c ủ a B : 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1) Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học Copyright © 2005 – 2008 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP Phone: 0976053496 http://blog.360.yahoo.com/thanhlepham84 - 2/5 - S ố mol c ủ a Fe ban ñầ u : x + y + 3z + 2t = m 56 (2) S ố mol c ủ a oxi trong B : y + 4z + 3t = 12 m 16 − (3) S ố mol c ủ a NO sinh ra : x + y 3 + z 3 = 0,1 (4) T ừ (1), (2), (3) và (4) ⇒ m = 10,08 gam. Nhận xét : ðây là cách làm phổ biến nhất, tuy nhiên rất dài (một cách không cần thiết) và quá nặng về mặt toán học, khó trong quá trình tìm giá trị của m bằng biến ñổi. Cách 3 (Ph ươ ng pháp b ả o toàn kh ố i l ượ ng) : Theo ñị nh lu ậ t b ả o toàn kh ố i l ượ ng ta có : m B + m axit = m muối + m NO + 2 H O m V ậ y : 12 + 63× ( ) 3m 3m 3m 0,1 56 62.3 0,1 30 0,1 56 56 56 + = × + + × + + × 9 ⇒ m = 10,08 gam. (Chú ý : n axit = 3n muối + n NO = m 56 × ×× × 3 + 0,1). Nhận xét : ðể làm ñược theo cách này thì khó khăn lớn nhất chính là việc học sinh phải tìm ra ñược số mol của axit và số mol của nước. Thường thì học sinh sẽ không biết tính số mol hai chất này như thế nào (?), ñặc biệt là số mol của nước ! Cách 4 (Ph ươ ng pháp b ả o toàn nguyên t ố ): Áp d ụ ng ñị nh lu ậ t b ả o toàn nguyên t ố ñố i v ớ i oxi ta có : m + m = m + m O(trong B) O(trong HNO t¹o NO) O(NO) O(H O) 3 2 ⇒ (12 − m) + 0,1 × 16 × 3 = 0,1 × 16 + 16 × 3m 0,1 56 + × 1 2 ⇒ m = 10,08 gam. Nhận xét : Tương tự như phương pháp bảo toàn khối lượng, ñiểm khó nhất trong phương pháp này là phải xác ñịnh ñược ñúng số mol các chất HNO 3 và H 2 O. Cách 5 (Ph ươ ng pháp tách công th ứ c) : Do Fe 3 O 4 = FeO.Fe 2 O 3 nên ta có th ể thay Fe 3 O 4 b ằ ng FeO và Fe 2 O 3 Khi ñ ó h ỗ n h ợ p B g ồ m có : Fe, FeO và Fe 2 O 3 Có s ố mol t ươ ng ứ ng : x y z Các ph ươ ng trình : +) Kh ố i l ượ ng c ủ a B : 56x + 72y + 160z = 12 (5) +) S ố mol c ủ a Fe ban ñầ u : x + y + 2z = m 56 (6) +) S ố mol c ủ a oxi trong B : x + y 3 = 0,1 (7) +) S ố mol c ủ a NO sinh ra : y + 3z = 12 m 16 − (8) Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học Copyright © 2005 – 2008 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP Phone: 0976053496 http://blog.360.yahoo.com/thanhlepham84 - 3/5 - Gi ả i t ươ ng t ự ph ươ ng pháp ñạ i s ố v ớ i (5), (6), (7) và (8) ta c ũ ng ñượ c m = 10,08 gam. Về bản chất thì ñây vẫn là phương pháp ñại số, tuy nhiên bước tách trên giúp làm giảm số ẩn ⇒ có thể giải dễ dàng hơn ! Cách 6 (Ph ươ ng pháp ghép công th ứ c) : Cách 6.1. Ta có th ể coi h ỗ n h ợ p B thu ñượ c ch ỉ có Fe và Fe 2 O 3 . Do ñ ó h ỗ n h ợ p B g ồ m có : Fe Fe 2 O 3 Có s ố mol t ươ ng ứ ng : x y V ậ y ta có các ph ươ ng trình : +) Kh ố i l ượ ng c ủ a B : 56x + 160y = 12 (9) +) S ố mol c ủ a NO sinh ra : x = 0,1 (10) Gi ả i ra ta ñượ c y = 0,04 ⇒ n Fe ∑ = 0,18 mol ⇒ m = 10,08 gam. Cách 6.2. C ũ ng có th ể coi h ỗ n h ợ p B thu ñượ c g ồ m có FeO và Fe 2 O 3 x y +) Kh ố i l ượ ng c ủ a B : 72x + 160y = 12 (11) +) S ố mol c ủ a NO sinh ra : x + 2y = m 56 (12) +) x = 0,3 (13) Gi ả i (9), (10) và (11) c ũ ng thu ñượ c : m = 10,08 gam. Cách 6.3. C ũ ng có th ể coi h ỗ n h ợ p B thu ñượ c g ồ m có Fe 3 O 4 và Fe 2 O 3 x y Suy ra: 232x + 160y = 12 (12) 3x + 2y = m 56 (13) x = 0,3 (14) Gi ả i (12), (13) và (14) ta c ũ ng thu ñượ c : m = 10,08 gam. Tương tự như thế ta cũng có thể coi hỗn hợp B gồm có (Fe và FeO) hoặc (Fe và Fe 3 O 4 ) hoặc (FeO và Fe 3 O 4 ). Giải ra ta cũng thu ñược kết quả m = 10,08 gam. Có thể thấy là những cách làm trên ñã giúp cho bài toán trở nên ñơn giản hơn nhiều, và việc giải bằng phương pháp này cũng rất dễ hiểu, các học sinh Trung học cơ sở cũng hoàn toàn có thể giải ñược. Chú ý, “do việc quy ñổi nên số mol một chất có thể có giá trị âm ñể kéo số mol chất kia xuống như ñáp số cần có” (PGS. TS. Nguyễn Xuân Trường), ñó là trường hợp hỗn hợp (FeO và Fe 2 O 3 ). Cách 6.7. Do h ỗ n h ợ p B ch ỉ có hai nguyên t ố là Fe và O nên ta có th ể quy v ề m ộ t ch ấ t duy nh ấ t là oxit d ạ ng Fe x O y . Khi ñ ó ph ươ ng trình ph ả n ứ ng tr ở thành : 3Fe x O y + (12x – 2y)HNO 3 → 3xFe(NO 3 ) 3 + (3x – 2y)NO ↑ + (6x – y)H 2 O (h) Ta có t ỉ s ố : 56x m 16y 12 m = − (**) Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học Copyright © 2005 – 2008 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP Phone: 0976053496 http://blog.360.yahoo.com/thanhlepham84 - 4/5 - Mà : 12 0,1 3 56x 16y 3x 2y × = + − ⇒ x = 3 ; y = 2 V ậ y công th ứ c quy ñổ i c ủ a hóa h ọ c B là : Fe 3 O 2 (!) Thay vào (**) ta ñượ c : m = 10,08 gam. V ớ i cách 6.7 ta có th ể làm ng ắ n g ọ n h ơ n b ằ ng cách vi ế t ph ươ ng trình d ướ i d ạ ng ion : Cách 6.7’ (Cách này mình ñề nghị, không biết ñã có ai làm chưa ?). Ph ươ ng trình : Fe x O y + (4 + 2y)H + + NO 3 − → xFe 3+ + NO↑ + (2 + y)H 2 O (h’) +) Ta tính ngay ñượ c s ố mol c ủ a Fe x O y : 12 n = n = 0,1 mol 0,1 56x 16y = 120 Fe O NO 56x 16y x y ⇒ = ⇒ + + (14) +) Theo b ả o toàn ñ i ệ n tích : 4 + 2y – 1 = 3x ⇔ 3x – 2y = 3 (15) T ừ (14) và (15) ⇒ x = 1,8 ; y = 1,2 L ạ i có t ổ ng s ố mol Fe : m 0,1x m = 56.0,1.1,8 = 10,08 gam. 56 = ⇒ Cách làm này giúp cho lời giải trở nên gọn hơn so với cách 6.7, tuy nhiên vẫn còn hạn chế là phải cân bằng phương trình (h’), ñòi hỏi học sinh phải có kĩ năng cân bằng tốt. Bên cạnh ñó phải chú ý ñến ñịnh luật bảo toàn ñiện tích ñể rút ra phương trình (15). Cách 7 (ðây là cách do bạn Vũ Khắc Ngọc ñề nghị). Ta có th ể coi các ph ả n ứ ng hóa h ọ c di ễ n ra trong bài toán là 2 quá trình oxi hóa hoàn toàn Fe thành Fe 3+ n ố i ti ế p nhau b ở i 2 tác nhân oxi hóa là O 2 và HNO 3 . Có th ể quy ñổ i 2 tác nhân ñ ó v ề m ộ t trong 2 tác nhân ñể ñơ n gi ả n hóa bài toán, ở ñ ây, ta thay th ế quá trình oxi hóa c ủ a HNO 3 b ằ ng O 2 . Khi ñ ó h ỗ n h ợ p B s ẽ ch ỉ có Fe 2 O 3 v ớ i kh ố i l ượ ng là : 0,3 14,4 m = 12 + 16 14,4 gam n = 0,09 mol Fe O Fe O 2 160 2 3 2 3 × = ⇒ = ⇒ m = 0,09.2.56 = 10,08 gam. Với cách suy luận như trên thì bài toán có thể giải ra rất nhanh (nhanh nhất ?) ⇒ có thể dùng ñể làm bài thi trắc nghiệm. Như vậy, với mỗi một bài toán (Hóa) chúng ta có thể giải bằng nhiều cách khác nhau, trên ñây chỉ là một ví dụ ñiển hình nhất. Tùy theo khả năng của mỗi người có thể giải theo cách này hay cách khác. Tuy nhiên khi học Hóa, các em học sinh nên có sự tìm tòi, khám phá ra những cách giải khác, nhanh hơn, gọn hơn, hay hơn, qua ñó rèn luyện kĩ năng làm bài tập cũng như tạo ra hứng thú học tập. ðó là một cách học rất hiệu quả. Chúc các em học tốt ! M ộ t s ố bài t ậ p t ươ ng t ự (các b ạ n h ọ c sinh áp d ụ ng gi ả i nh ư trên ñể rèn luy ệ n thêm nhé !) Bài 1. ðể 10,08 gam phoi bào s ắ t (A) ngoài không khí, sau m ộ t th ờ i gian bi ế n thành h ỗ n h ợ p (B) kh ố i l ượ ng m gam g ồ m s ắ t và các oxit FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 (ho ặ c bi ế n thành h ỗ n h ợ p B g ồ m 4 ch ấ t r ắ n). Cho B tác d ụ ng hoàn toàn v ớ i dung d ị ch axit nitric th ấ y gi ả i phóng ra 2,24 lít khí duy nh ấ t NO ( ñ ktc). Tính kh ố i l ượ ng m c ủ a B. ð/s: m = 12 gam. Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học Copyright © 2005 – 2008 Lê Phạm Thành Cử nhân chất lượng cao Hóa Học – ðHSP Phone: 0976053496 http://blog.360.yahoo.com/thanhlepham84 - 5/5 - Bài 2. ðể m gam phoi bào s ắ t (A) ngoài không khí, sau m ộ t th ờ i gian bi ế n thành h ỗ n h ợ p r ắ n (B) có kh ố i l ượ ng 13,6 gam. Cho B tác d ụ ng hoàn toàn v ớ i dung d ị ch axit sunphuric ñặ c nóng th ấ y gi ả i phóng ra 3,36 lít khí duy nh ấ t SO 2 ( ñ ktc). Tính kh ố i l ượ ng m c ủ a A. ð/s: m = 11,2 gam. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Dùng phương pháp quy ñổi ñể tìm nhanh ñáp số của bài toán hóa học , Nguy ễ n Xuân Tr ườ ng, T ạ p chí Hóa H ọ c và Ứ ng d ụ ng, s ố 4 (52) / 2006, trang 2 – 3. [2]. Bài vi ế t “ Các phương pháp giải cho một bài toán hóa học ”, trên blog c ủ a Lê Ph ạ m Thành, http://blog.360.yahoo.com/blog-sp77Hxolc6eQEp1D586fpAXcPwfP?p=232 [3]. Bài vi ế t “ Bài toán kinh ñiển của Hóa học: bài toán 9 cách giải ”, trên blog c ủ a V ũ Kh ắ c Ng ọ c, http://blog.360.yahoo.com/blog-xqI6JlYncKj8AtNZLm9wyH3bJA ?cq=1&p=92 . Với cách suy luận như trên thì bài toán có thể giải ra rất nhanh (nhanh nhất ?) ⇒ có thể dùng ñể làm bài thi trắc nghiệm. Như vậy, với mỗi một bài toán (Hóa) chúng ta có thể giải bằng. 12 gam B. Theo các d ữ ki ệ n c ủ a bài toán ta có : Kh ố i l ượ ng c ủ a B : 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1) Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài. thể giải bằng nhiều cách khác nhau, trên ñây chỉ là một ví dụ ñiển hình nhất. Tùy theo khả năng của mỗi người có thể giải theo cách này hay cách khác. Tuy nhiên khi học Hóa, các em học sinh nên