giải bài tập hóa học bằng đồ thị

giải bài tập hóa học bằng đồ thị tham khảo

CHUYÊN ĐỀ 2: PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ TRONG GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC I Nội dung phương pháp Cơ sở phương pháp đồ thị sử dụng đồ thị để giải số hệ phương trình Nhưng vận dụng phương pháp để giải số dạng tập hóa học mà thí nghiệm có hai trình xảy ra: lượng kết tủa tăng dần, sau giảm dần đến hết lượng chất phản ứng có dư II Phạm vi áp dụng phương pháp Trong giải tốn hóa học, vận dụng phương pháp trường hợp sau:  Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch chứa hiđroxit kim loại kiềm thổ, Ca(OH) 2, Ba(OH)2,…  Cho từ từ dung dịch kiềm đến dư vào dung dịch muối Al 3+ muối Zn2+  Rót từ từ dung dịch axit mạnh, HCl, H 2SO4, HNO3 đến dư vào dung dịch muối aluminat AlO 2- muối zincat ZnO22- III Phương pháp Phương pháp nảy thường dùng để  Tính lượng chất phản ứng biết kết tủa thu  Tìm điều kiện để thu kết tủa lớn nhất, nhỏ Dạng 1: Dẫn từ từ khí CO đến dư vào dung dịch chứa a mol Ca(OH) Ba(OH)2 thu b mol kết tủa CaCO3 BaCO3 Các phản ứng xảy theo thứ tự sau: → CaCO3↓ + H2O (1) CO2 + Ca(OH)2  → Ca(HCO3)2 (2) CO2 dư + H2O + CaCO3  Dựa vào phương trình trên, ta vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi số mol kết tủa CaCO theo số mol CO2 sau: Từ đồ thị, ta dễ dàng nhận thấy: nCO2 phản ứng A = x = b = n↓ nCO2 phản ứng B = y = 2a – b = nOH- – n↓ Ví dụ 1: Dẫn V lit khí CO (đktc) vào 300ml dung dịch Ca(OH) 0,5M, thu 10g kết tủa Giá trị V là: A 2,24 B 3,36 C 2,24 3,36 D 2,24 4,48 Hướng dẫn giải Cách 1: giải theo cách thông thường Page nCa(OH)2 = 0,15; nCaCO3↓ = 0,1 Do nCaCO3 ≠ nCa(OH)2 ⇒ Có trường hợp xảy Trường hợp 1: tạo muối CaCO3 → CaCO3↓ + H2O CO2 + Ca(OH)2  ⇒ nCO2 = nCaCO3 = 0,1 ⇒ V = 2,24 lit Trường hợp 2: tạo muối → CaCO3↓ + H2O CO2 + Ca(OH)2  0,1 ← 0,1 ← 0,1 → Ca(HCO3)2 2CO2 + Ca(OH)2  0,1 ← (0,15 – 0,1) ⇒ nCO2 = 0,2 ⇒ V = 4,48 lit Vậy chọn D Cách 2: sử dụng phương pháp đồ thị Từ đồ thị ⇒ nCO2 A = 0,1; nCO2 B = 0,2 ⇒ VCO2 A= 2,24 lit; VCO2 B = 4,48 lit ⇒ Chọn D Ví dụ 2: Trong bình kín chứa lit dung dịch Ba(OH) 0,075M Sục vào bình lượng CO2 với số mol dao động đoạn [0,02; 0,12] Vậy khối lượng kết tủa biến thiên giới hạn nào? A đến 29,55g B 3,94g đến 23,64g C 3,94g đến 29,55g D 23,64g đến 29,55g Hướng dẫn giải nBa(OH)2 = 0,15 Page Từ đồ thị ⇒ nBaCO3 A = 0,02; nBaCO3 B = 0,12 ⇒ mBaCO3 A = 0,02.197 = 3,94g; mBaCO3 B = 0,12.197 = 23,64g ⇒ Chọn B Dạng 2: Cho từ từ dung dịch kiềm đến dư vào dung dịch chứa a mol muối Al 3+ muối Zn2+ Dạng 2.1: Đối với muối Al3+ Các phản ứng xảy theo thứ tự sau: → Al(OH)3↓ (1) Al3+ + 3OH-  → AlO2- + 2H2O (2) Al(OH)3 + OH- dư  Dựa vào phương trình trên, ta vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi số mol kết tủa Al(OH) theo số mol OH- sau: Từ đồ thị, ta dễ dàng nhận thấy: nOH- phản ứng A = x = 3b = 3nAl(OH)3↓ nOH- phản ứng B = y = 4a – b = 4nAl3+ – nAl(OH)3↓ Ví dụ 3: Hịa tan 26,64g Al2(SO4)3.18H2O vào nước dung dịch A Cho từ từ 250ml dung dịch KOH xM vào dung dịch A thu 2,34g kết tủa keo trắng Giá trị x là: A 0,36 B 0,45 C 0,36 1,16 D 0,3 1,6 Hướng dẫn giải nAl2(SO4)3.18H2O = 26,64/666 = 0,04 ⇒ nAl3+ = 0,08 nAl(OH)3 = 2,34/78 = 0,03 Các phản ứng xảy ra: → Al(OH)3↓ (1) Al3+ + 3OH-  → AlO2- + 2H2O (2) Al(OH)3 + OH- dư  Page Dựa vào phương trình số liệu đề cho, ta vẽ đồ thị sau: ⇒ nKOH A = 0,09; nKOH B = 0,29 Vậy x A = 0,09/0,25 = 0,36; x B= 0,29/0,25 = 1,16 ⇒ Chọn C Ví dụ 4: Cho 200ml dung dịch NaOH 2M vào V ml dung dịch AlCl 1,2M Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Khối lượng kết tủa thu sau phản ứng là: A 4,68g B 6,24g C 7,8g Hướng dẫn giải Các phản ứng xảy ra: D 9,36g → Al(OH)3↓ (1) Al3+ + 3OH-  → AlO2- + 2H2O (2) Al(OH)3 + OH- dư  Dựa vào đồ thị, ta thấy nAl(OH)3max = 0,36/3 = 0,12 ⇒ nAl3+ = 0,12 Mà nOH- = 4nAl3+ – nAl(OH)3 ⇒ 0,4 = 4.0,12 – nAl(OH)3 ⇒ nAl(OH)3 = 0,08 ⇒ mAl(OH)3 thu = 0,08.78 = 6,24g ⇒ Chọn B Ví dụ 5: Cho V1 lit dung dịch NaOH 0,5M vào V2 lit dung dịch AlCl3 1,5M Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Page Giá trị lớn V1 là: A 1,2 B 1,8 C D 2,4 Hướng dẫn giải Các phản ứng xảy ra: → Al(OH)3↓ (1) Al3+ + 3OH-  → AlO2- + 2H2O (2) Al(OH)3 + OH- dư  Dựa vào đồ thị ⇒ nAl3+ = 0,3 Giá trị lớn V đạt vị trí B Mà nOH- max = 4nAl3+ – n↓ = 4.0,3 – 0,2 = ⇒ V1 max = 1/0,5 = ⇒ Chọn C Ví dụ 6: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch hỗn hợp gồm a mol HCl b mol AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Tỉ lệ a : b là: A : B : C : D : (Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2014) Hướng dẫn giải Từ đồ thị ⇒ a = 0,8 nOH- phản ứng với Al3+ tạo kết tủa = 4nAl3+ – n↓ Page ⇒ 2,8 – 0,8 = 4b – 0,4 ⇒ b = 0,6 Vậy a: b = 0,8 : 0,6 = : ⇒ Chọn A Ví dụ 7: Cho mol KOH vào dung dịch chứa a mol HNO b mol Al(NO3)3 để thu c mol kết tủa Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị lớn a thỏa mãn là: A 0,3 B 0,5 C 0,7 D 0,75 Hướng dẫn giải Giá trị lớn a xảy kết tủa đạt điểm A đồ thị: Lưu ý: Tại điểm A kết tủa tạo chưa đạt đến giá trị cực đại nên xét phản ứng: → KNO3 + H2O (1) HNO3 + KOH  → Al(OH)3↓ + 3KNO3 (2) Al(NO3)3 + 3KOH  0,3 ← 0,1 ⇒ nHNO3 = nKOH (1) = – 0,3 = 0,7 ⇒ Chọn C Ví dụ 8: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị x là: A 0,412 B 0,456 C 0,415 Page D 0,546 Hướng dẫn giải Giá trị x điểm B, tức kết tủa đat cực đại tan bớt phần 3+ Dễ dàng nhận thấy a = nAl(OH)3max = nAl = 0,12 Ta có nOH- B = 4nAl3+ – n↓ ⇒ x = 4.0,12 – 0,2a = 4.0,12 – 0,2.0,12 = 0,456 ⇒ Chọn B Ví dụ 9: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị x là: A 0,405 B 0,412 C 0,415 D 0,426 Hướng dẫn giải Dựa vào đồ thị ⇒ a = nAl(OH)3max = nAl3+ nOH- B = 4nAl3+ – n↓ ⇒ 0,48 = 4.a – 0,06 ⇒ a = 0,135 ⇒ x = 3nAl(OH)3max = 3.0,135 = 0,405 ⇒ Chọn A Page Ví dụ 10: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị x là: A 0,14 B 0,15 C 0,17 D 0,18 Hướng dẫn giải Tại điểm A, nAl(OH)3 = nOH-/3 = 0,24/3 = 0,08 Tại điểm B, nOH- = 4nAl3+ – n↓ ⇒ 0,64 = 4.x – 0,08 ⇒ x = 0,18 ⇒ Chọn D Ví dụ 11: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị x là: A 0,80 B 0,82 C 0,84 D 0,86 Hướng dẫn giải Page Tại điểm A, nAl(OH)3 = nOH-/3 = 0,42/3 = 0,14 Tại điểm B, nOH- = 4nAl3+ – n↓ ⇒ x = 4.0,24 – 0,14 = 0,82 ⇒ Chọn B Ví dụ 12: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Tỉ lệ x : y là: A : B : Từ đồ thị ⇒ x = 3a y = 4a – 0,5a = 3,5a ⇒ x : y = 3a : 3,5a = : ⇒ Chọn B C : D : Hướng dẫn giải Dạng 2.2: Đối với muối Zn2+ Các phản ứng xảy theo thứ tự sau: → Zn(OH)2↓ (1) Zn2+ + 2OH-  → ZnO22- + 2H2O (2) Zn(OH)2 + 2OH- cịn dư  Dựa vào phương trình trên, ta vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi số mol kết tủa Zn(OH) theo số mol OH- sau: Page Từ đồ thị, ta dễ dàng nhận thấy: nOH- phản ứng A = x = 2b = 2nZn(OH)2↓ nOH- phản ứng B = y = 4a – 2b = 4nZn2+ – 2nZn(OH)2↓ Ví dụ 13: Hòa tan hết m gam ZnSO vào nước dung dịch X Cho 110 ml dung dịch KOH 2M vào X, thu a gam kết tủa Mặt khác, cho 140 ml dung dịch KOH 2M vào X thu a gam kết tủa Giá trị m là: A 20,125 B 22,540 C 17,710 D.12,375 (Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2009) Hướng dẫn giải Cách 1: phương pháp thông thường Cho 110 ml hay 140 ml dung dịch KOH thu lượng kết tủa ⇒ Khi cho 110 ml dung dịch KOH ZnSO4 dư Khi cho 140 ml dung dịch KOH kết tủa đạt cực đại tan phần TH1: Cho 0,22 mol KOH → Zn(OH)2 + K2SO4 ZnSO4 + 2KOH  0,11 ← 0,22 → 0,11 TH2: Cho 0,28 mol KOH vào x mol ZnSO4 → Zn(OH)2 + K2SO4 ZnSO4 + 2KOH  x → 2x →x → K2ZnO2 + 2H2O Zn(OH)2 + 2KOH  (x – 0,11) → (2x – 0,22) ⇒ ∑nKOH TH2 = 2x + 2x – 0,22 = 0,28 ⇒ x = 0,125 ⇒ m = 161.0,125 = 20,125g ⇒ Chọn A Cách 2: sử dụng phương pháp đồ thị Gọi x = nZn2+ Page 10 Dựa vào đồ thị, ta thấy 2x – 0,22 = 0,28 – 2x ⇒ x = 0,125 ⇒ m = mZnSO4 = 0,125.161 = 20,125 ⇒ Chọn A Ví dụ 14: Dung dịch hỗn hợp X gồm NaOH 1M Ca(OH) 0,75M Cho từ từ dung dịch X vào 100ml dung dịch ZnCl2 1M, thấy cần V lit dung dịch X khơng kết tủa Giá trị V là: A 0,12 B 0,14 C 0,16 D 0,18 Hướng dẫn giải nOH = nNaOH + 2nCa(OH)2 = 2,5V nZn2+ = 0,1 Cách 1: phương pháp thông thường → Zn(OH)2↓ (1) Zn2+ + 2OH-  → ZnO22- + 2H2O (2) Zn(OH)2 + 2OH-  Từ phương trình ⇒ nOH- = 4nZn2+ ⇒ 2,5V = 4.0,1 ⇒ V = 0,16 ⇒ Chọn C Cách 2: sử dụng phương pháp đồ thị Dựa vào đồ thị ⇒ nOH- = 0,4 ⇒ V = 0,4/2,5 = 0,16 ⇒ Chọn C Dạng 3: Rót từ từ dung dịch axit mạnh (HCl, H2SO4, HNO3…) đến dư vào dung dịch chứa a mol muối aluminat AlO2- muối zincat ZnO22-, thu b mol kết tủa Dạng 3.1: Đối với muối AlO2Thứ tự phản ứng xảy sau: → Al(OH)3↓ (1) H+ + H2O + AlO2-  → Al3+ + 3H2O (2) H+ dư + Al(OH)3  Page 11 Dựa vào phương trình trên, ta vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi số mol kết tủa Al(OH) theo số mol H+ sau: Dựa vào đồ thị, nhận thấy: nH+ phản ứng A = x = b = n↓ nH+ phản ứng B = y = 4a – 3b = 4nAlO2- – 3n↓ Dạng 3.2: Đối với muối ZnO22Thứ tự phản ứng xảy sau: → Zn(OH)2↓ (1) 2H+ + ZnO22-  → Zn2 + 2H2O (2) 2H+ dư + Zn(OH)2  Dựa vào phương trình trên, ta vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi số mol kết tủa Zn(OH) theo số mol H+ sau: Dựa vào độ thị, nhận thấy: nH+ phản ứng A = x = 2b = 2n↓ nH+ phản ứng B = y = 4a – 2b = 4nZnO22- – 2n↓ Ví dụ 15: Rót từ từ dung dịch HCl 0,1M vào 200ml dung dịch NaAlO2 0,2M Sau phản ứng kết thúc, thu 1,56g kết tủa keo trắng Thể tích dung dịch HCl dùng A 0,2 lit 0,8 lit B 0,2 lit lit C 0,4 lit lit D 0,4 lit 1,2 lit Hướng dẫn giải nNaAlO2 = 0,04; nAl(OH)2 = 0,02 Page 12 Tại điểm A, nH+ = n↓ = 0,02 ⇒ VHCl = 0,02/0,1 = 0,2 lit Tại điểm B, nH+ = 4nAlO2- – 3n↓ = 4.0,04 – 3.0,02 = 0,1 ⇒ VHCl = 0,1/0,1 = lit Vậy chọn B Ví dụ 16: Thêm dung dịch HNO3 vào dung dịch chứa 100ml dung dịch hỗn hợp gồm KOH 1M KAlO 1M Khi thu 0,08 mol kết tủa số mol HNO3 phản ứng là: A 0,18 mol B 0,3 mol C 0,18 0,3 D 0,18 0,26 Hướng dẫn giải nKOH = nKAlO2 = 0,1 Các phản ứng xảy ra: → KNO3 + H2O (1) KOH + HNO3  → Al(OH)3↓ + KNO3 (2) KAlO2 + H2O + HNO3  → Al(NO3)3 + 3H2O (3) Al(OH)3 + 3HNO3  Lưu ý: đồ thị vẽ cho phản ứng (2) (3) + Tại điểm A, nH = nKOH + n↓ = 0,1 + 0,08 = 0,18 Tại điểm B, nH+ = nKOH + 4nAlO2- – 3n↓ = 0,1 + 4.0,1 – 3.0,08 = 0,26 Hay nH+ = 0,1 + 0,16 = 0,26 ⇒ Chọn D Page 13 ... b mol AlCl 3, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Tỉ lệ a : b là: A : B : C : D : (Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2014) Hướng dẫn giải Từ đồ thị ⇒ a = 0,8 nOH- phản ứng với Al3+ tạo... biểu diễn đồ thị sau: Page Giá trị lớn V1 là: A 1,2 B 1,8 C D 2,4 Hướng dẫn giải Các phản ứng xảy ra: → Al(OH)3↓ (1) Al3+ + 3OH-  → AlO2- + 2H2O (2) Al(OH)3 + OH- dư  Dựa vào đồ thị ⇒ nAl3+... mol kết tủa Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị lớn a thỏa mãn là: A 0,3 B 0,5 C 0,7 D 0,75 Hướng dẫn giải Giá trị lớn a xảy kết tủa đạt điểm A đồ thị: Lưu ý: Tại điểm A kết tủa tạo chưa