Kết hợp phương pháp quy đổi trung bình đường chéo
Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia Dịch vụ ơn thi chất lượng cao – GSA Education: http://giasuams.com/ Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI – TRUNG BÌNH – ĐƯỜNG CHÉO ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TỐN HĨA HỌC (Trích từ cuốn “Các phương pháp giải bài tốn Hóa học – NXB GD 2010) Vũ Khắc Ngọc Phòng Cơng nghệ Hóa sinh Protein – Viện Cơng nghệ Sinh học Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam Giải nhanh bài tốn Hóa học là một mục tiêu quan trọng của mỗi thí sinh trong các kỳ thi Đại học – Cao đẳng, đặc biệt là khi hình thức thi đã thay đổi từ tự luận sang trắc nghiệm. Sự thay đổi này cũng tạo ra một động lực quan trọng đòi hỏi phải có sự thay đổi tương ứng về nhận thức và phương pháp trong cả việc dạy và học của giáo viên và học sinh. Trong số các phương pháp giải tốn Hóa học thì Trung bình, Đường chéo và Quy đổi là những phương pháp nhanh, hiệu quả và có nhiều phát triển thú vị trong thời gian gần đây, mỗi phương pháp lại có những thế mạnh và ứng dụng riêng: - Các giá trị Trung bình vừa được dùng để biện luận, xác định CTPT của các chất trong hỗn hợp, vừa được dùng để tính nhanh các giá trị chung cho cả hỗn hợp. - Phương pháp Đường chéo thường được kết hợp với phương pháp Trung bình để tính nhanh tỷ lệ các thành phần trong một hỗn hợp 2 thành phần, thay cho việc giải hệ phương trình. - Phương pháp Quy đổi tập hợp các phương pháp tư duy sáng tạo, dựa vào những giả định Hóa học và Tốn học phi thực tế giúp tính nhanh các giá trị lượng chất của một hỗn hợp phức tạp. Sự kết hợp khéo léo 3 phương pháp này cho phép khai thác tối đa thế mạnh của từng phương pháp và mang lại những hiệu quả đặc biệt trong giải tốn. Bài viết dưới đây giới thiệu một số ví dụ điển hình cho hướng kết hợp này: Ví dụ 1: Hòa tan hồn tồn 22,4g một kim loại M chưa biết vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được dung dịch A và một khí B có khả năng làm phai màu cánh hoa hồng. Hấp thụ hồn tồn B vào 800 ml dung dịch NaOH 1M, chờ cho các phản ứng xảy ra hồn tồn rồi cơ cạn dung dịch, thu được 48,1 g chất rắn. Kim loại M đã cho ban đầu là: A. Fe B. Ca C. Mg D. Cu Hướng dẫn giải: Ta có: NaOHn = 0,8 mol. Điểm mấu chốt nhất của bài tốn là phải biện luận để tìm ra được thành phần của 48,1g chất rắn, từ đó xác định được số mol SO2. NaOH có thể phản ứng với SO2 theo 2 phản ứng: Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: http://giasuams.com/ Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) →→232232NaOH + SO NaHSO2NaOH + SO Na SO + H O Khi cho SO2 tác dụng với NaOH thì sản phẩm thu được có thể bao gồm 1 hoặc 2 trong 3 chất: NaOH dư (M = 40), NaHSO3 (M = 104) và Na2SO3 (M=126). Để khai thác dữ kiện NaOHn = 0,8 mol ta tiến hành quy đổi: Coi 1 mol muối Na2SO3 là 2 mol NaX với NaX126M = = 63g/mol2 Khi đó 48,1g chất rắn sẽ tương ứng với 0,8 mol, với hhhhm48,1M = = = 60,125g/moln0,8 → trong hỗn hợp phải có ít nhất 1 chất có M < 60,125 → phải có NaOH dư. Áp dụng phương pháp đường chéo cho hỗn hợp này, ta có: (NaOH) 402,87520,12571(NaX) 6360,1250,7 mol0,1 mol0,35 mol Na2SO3 →→×223SO Na SO e nhËn n = n = 0,35 mol n = 0,35 2 = 0,7 mol Giả sử kim loại có hóa trị n, ta dễ dàng có: →m 22,4M = = = 32n M lµ Cu0,7nn Đáp án đúng là D. Cu. Ví dụ 2: Crackinh C4H10 thu được hỗn hợp chỉ gồm 5 hiđrocacbon có tỷ khối hơi so với H2 là 16,325. Hiệu suất của phản ứng crackinh là: A. 77,64% B. 38,82% C. 17,76% D. 16,325% Hướng dẫn giải: Phản ứng: CrackingAnkan Ankan' + Anken⎯⎯⎯⎯→ tạo ra Anken và Ankan mới có số mol bằng nhau. Do đó, KLPT trung bình của hỗn hợp các Anken và Ankan mới này bằng 12 KLPT của ankan ban đầu. → Quy đổi: Coi hỗn hợp khí sản phẩm của phản ứng cracking C4H10 là một khí duy nhất có KLPT 58M = = 292 → Hỗn hợp sau phản ứng trở thành hỗn hợp gồm 2 thành phần là: (hỗn hợp các ankan và anken mới sinh ra) và C4H10 dư. Do đó, ta có thể sử dụng phương pháp đường chéo như sau: Sao bng lnh giỏ V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia Dch v ụn thi cht lng cao GSA Education: http://giasuams.com/ Liờn h: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) M = 32,65Hỗn hợp (M = 29) C4H10 (M = 58)25,35 3,65 Gi s hn hp sau cha 29 mol khớ (3,65 mol C4H10 d v 25,35 mol hn hp cỏc ankan v anken mi sinh ra) thỡ s mol C4H10 ban u l: đ25,35n = 3,65 + = 16,325 mol2 Do ú, hiu sut ca phn ng l: 16,325 - 3,65H% = 100% = 77,64%16,325ì ỏp ỏn ỳng l A. 77,64% Vớ d 3: Cho 37,6g hn hp gm 3 cht rn Fe3O4, FeO v Cu2O tỏc dng vi dung dch HNO3 loóng d thu c 2,24 lớt khớ NO ktc. Khi lng ca Fe3O4 trong hn hp l: A. 34,8g B. 23,2g C. 11,6g D. 17,4g Hng dn gii: S cỏc quỏ trỡnh oxh kh trong bi: 2+ 3++2++5 +2Fe - e FeCu - e CuN + 3e N Cn c vo cỏc s trờn v ly 1 mol electron cho lm mc, ta cú: - C 1 mol Fe3O4 (232g) cho 1 mol electron - C 1 mol FeO (72g) cho 1 mol electron - C 0,5 mol Cu2O (72g) cho 1 mol electron - C 37,6 376 = g0,1 3 3ì hn hp cho 1 mol electron Quy i: Coi FeO v Cu2O l mt cht trung bỡnh X m c 72g cht ny li cho 1 mol electron. Hn hp ban u tr thnh hn hp gm 2 thnh phn l: Fe3O4 v X. Do ú, ta cú th s dng phng phỏp ng chộo nh sau: M = X (M = 72) Fe3O4 (M = 232)376332031603210,2 mol0,1 mol Do ú, 34Fe Om = 23,2g Sao bng lnh giỏ V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia Dch v ụn thi cht lng cao GSA Education: http://giasuams.com/ Liờn h: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) ỏp ỏn ỳng l B. 23,2g. Vớ d 4: Cho 8,96 lớt hn hp CO2 v NO2 (ktc) hp th vo mt lng dung dch NaOH va to thnh cỏc mui trung hũa, sau ú em cụ cn dung dch thu c 36,6 gam mui khan. Thnh phn % th tớch mi khớ trong hn hp ban u l: A. 25% CO2 v 75% NO2 B. 50% CO2 v 50% NO2 C. 75% CO2 v 25% NO2 D. 30% CO2 v 70% NO2 Hng dn gii: S cỏc phn ng húa hc: 2322232NaOH + 2NO NaNO + NaNO2NaOH + CO Na CO T phn ng, ta thy: - C 1 mol NO2 to ra 1 mol hn hp 2 mui NaNO3 v NaNO2 cú t l 1:1 v s mol, cú th quy i hn hp 2 mui ny thnh 1 mui duy nht cú 69 + 85M = = 772 - C 1 mol CO2 to ra 1 mol mui Na2CO3 cú M = 106. - hỗn hợp36,6M = = 91,50,4 p dng phng phỏp ng chộo, ta cú: Mhỗn hợp = 91,5Na2CO3 (M = 106) M = 7714,5 14,550%50% Vy ỏp ỏn ỳng l B. 50% CO2 v 50% NO2 Vớ d 5: Hũa tan hon ton 14,52 gam hn hp X gm NaHCO3, KHCO3 v MgCO3 trong dung dch HCl d, thu c 3,36 lớt khớ CO2 (ktc). Khi lng mui KCl to thnh trong dung dch sau phn ng l: A. 8,94 gam B. 16,17 gam C. 7,92 gam D. 12,0 gam Hng dn gii: S chung ca cỏc phn ng húa hc: + HCl32CO CO Núi cỏch khỏc, t l phn ng: 22muối CO muối CO3,36n : n đều bằng 1: 1 n = n = = 0,15 mol22,4 Vỡ 33NaHCO MgCOM = M = 84 v c 2 u gii phúng CO2 theo t l 1:1 v s mol. Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: http://giasuams.com/ Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) → Quy đổi: Coi hỗn hợp NaHCO3 và MgCO3 là một muối duy nhất có CTPT 3MCO có KLPT M = 84. → Hỗn hợp X trở thành hỗn hợp gồm 2 thành phần là 3MCO và K2CO3. Do đó, ta có thể sử dụng phương pháp đường chéo như sau: M = = 96,8MCO3 (M = 84) KHCO3 (M = 100)3,2 12,814,520,15140,03 mol0,12 mol KCl m = 74,5 0,12 = 8,94g→× Vậy đáp án đúng là A. 8,94 gam Ví dụ 6: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X gồm CH4, C2H4 và C2H6, sản phẩm thu được dẫn qua bình I đựng dung dịch H2SO4 đặc và bình II đựng dung dịch Ca(OH)2 dư. Sau thí nghiệm, thấy trong bình II có 15 gam kết tủa và khối lượng bình II tăng nhiều hơn bình I là 2,55 gam. Thành phần % về thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp đầu là: A. 50%, 30%, 20% B. 30%, 40%, 30% C. 50%, 25%, 25% D. 50%, 15%, 35% Hướng dẫn giải: Từ giả thiết, ta có: 22CO H O15 0,15 44 - 2,55n = = 0,15 mol vµ n = = 0,225 mol100 18× Gọi xyCH là CTPT trung bình của hỗn hợp ban đầu, ta có: 22xyyCH xCO + HO2→ Bảo toàn nguyên tố 2 vế, ta dễ dàng có: x = 1,5 vµ y = 4,5 Quy đổi: Coi hỗn hợp C2H4 và C2H6 là một hiđrocacbon duy nhất có 2C Áp dụng phương pháp đường chéo, ta có: C = 1,5CH4 (C = 1)(C = 2)0,5 0,550%50% Quy đổi: Coi hỗn hợp CH4 và C2H4 là một hiđrocacbon duy nhất có 4H Áp dụng phương pháp đường chéo, ta có: Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: http://giasuams.com/ Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) H = 4,5C2H6 (H = 6)(H = 4)0,5 1,575%25% Vậy đáp án đúng là C. 50%, 25%, 25% . - 0989768553 (Linh) KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI – TRUNG BÌNH – ĐƯỜNG CHÉO ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TỐN HĨA HỌC (Trích từ cuốn “Các phương pháp giải bài tốn Hóa. chung cho cả hỗn hợp. - Phương pháp Đường chéo thường được kết hợp với phương pháp Trung bình để tính nhanh tỷ lệ các thành phần trong một hỗn hợp 2 thành