Kinh nghiệm dạy chuyên đề áp suất trong bồi dưỡng học sinh giỏi THPT

MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Xuất phát từ công việc bồi dưỡng HSG hàng năm Để đáp ứng kỳ thi HSG cấp THPT, kiến thức sách giáo khoa, học sinh cần khai thác thêm số chuyên đề nâng cao Do trình bồi dưỡng HSG bổ sung thêm số chuyên đề, thấy vấn đề áp suất áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực lí thuyết lẫn tập nhiều mức độ khác Kiến thức phần sách giáo khoa đề cập đến ít, đề cập cách chung chung, khái quát Tuy nhiên áp suất đề thi lại đề cập đến nhiều phần kiến thức mà học sinh khó có khả suy luận trực tiếp từ học sách giáo khoa Vậy yêu cầu học sinh phải biết tự tham khảo thêm sách tham khảo Công việc học sinh làm được.Theo giảng dạy phần giáo viên cần có kế hoạch bổ sung cho học sinh lượng kiến thức cần thiết, đồng thời phân chia dạng tập áp suất, dạng có phương pháp giải tập kèm theo Tôi làm việc năm bồi dưỡng HSG thấy có kết tốt Vì chọn viết đề tài để lưu lại kinh nghiệm thân giảng dạy Đề tài: “Kinh nghiệm dạy chuyên đề áp suất bồi dưỡng học sinh giỏi THPT” II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài nhằm mục đích: Hướng dẫn học sinh hình thành tư khái quát hoá dạng tập áp suất, giúp học sinh hiểu hiểu rõ chất vấn đề áp suất, từ kích thích óc sáng tạo tìm tòi gây hứng thú cho học sinh học tập Sau học xong lí thuyết đề tài rèn luyện kĩ vận dụng, nhanh nhạy trình vận dụng kiến thức giải tập đáp ứng yêu cầu kì thi TNKQ Thông qua việc phân chia tập thành dạng đặc trưng, có phương pháp giải kèm theo để giúp học sinh tối ưu hoá việc vận dụng lí thuyết học III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Lí thuyết tập chuyên đề áp suất áp dụng cho học sinh THPT chọn vào lớp để bồi dưỡng học sinh giỏi khối 10, 11 12 môn Hóa học IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu lý luận Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Phương pháp điều tra Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Phương pháp thực nghiệm sư phạm; Phương pháp tổng kết kinh nghiệm PHẦN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ BÀI TẬP ÁP SUẤT Trong sách giáo khoa tài liệu tham khảo phổ thông nay, thuật ngữ “ tập” chủ yếu sử dụng theo quan niệm: Bài tập bao gồm câu hỏi toán, mà hoàn thành chúng học sinh vừa nắm vừa hoàn thiện tri thức hay kỹ đó, cách trả lời miệng, trả lời viết kèm theo thực nghiệm Về mặt lý luận dạy học, để phát huy tối đa tác dụng tập hóa học trình dạy học, người giáo viên phải sử dụng hiểu theo quan điểm hệ thống lý thuyết hoạt động Bài tập thực “bài tập” trở thành đối tượng hoạt động chủ thể, có người chọn làm đối tượng, mong muốn giải nó, tức có “người giải” Vì vậy, tập người học có mối liên hệ mật thiết tạo thành hệ thống toàn vẹn, thống liên hệ chặt chẽ với Sơ đồ cấu trúc hệ tập: BÀI TẬP NGƯỜI GIẢI Những điều kiện Phương pháp giải Những yêu cầu Phương tiện giải Bài tập không cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức mà giúp cho học sinh thấy niềm vui khám phá kết trình nghiên cứu tìm tòi tìm kết tập Trong trình dạy học môn Hóa học trường phổ thông, BTHH giữ vai trò quan trọng việc thực tốt hoàn thành mục tiêu đào tạo, vừa mục đích, vừa nội dung, vừa phương phương pháp dạy học có hiệu BTHH có ý nghĩa, tác dụng to lớn nhiều mặt thể qua số vai trò sau,trong tập áp suất không ý nghĩa đó: * Ý nghĩa trí dục - Làm xác hoá khái niệm hoá học, củng cố, đào sâu mở rộng kiến thức cách sinh động, phong phú, hấp dẫn - Ôn tập, hệ thống hoá kiến thức cách tích cực - Rèn luyện khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, lao động sản xuất bảo vệ môi trường - Giáo dục đạo đức, tác phong: rèn luyện tính kiên nhẫn, sáng tạo, xác phong cách làm việc khoa học Giáo dục lòng yêu thích môn * Ý nghĩa phát triển Phát triển HS lực tư logic, biện chứng, khái quát, độc lập, sáng tạo * Ý nghĩa giáo dục Rèn luyện đức tính kiên nhẫn, trung thực lòng say mê khoa học Bài tập thực nghiệm có tác dụng rèn luyện văn hoá lao động (lao động có tổ chức, có kế hoạch, gọn gàng, ngăn nắp, ) II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - Một thực tế cho thấy đa số học sinh nhạy bén với tập áp suất Về loại tập không khai thác đề thi HSG mà kể kỳ thi THPT Quốc gia có, học sinh làm em làm đa số lúng túng Vì không kết mà lại tốn thời gian ảnh hưởng lớn đến thi tâm lý thi - Hơn trước dạng tập học sinh chưa biết lựa chọn phương pháp phù hợp để giải toán ngắn gọn nhất, nhanh xác nhất, vấn đề không dễ học sinh Đa số học sinh lối tư tốt đủ độ nhạy, thiếu phương pháp kinh nghiệm giải loại nhiều thời gian Trong số trường hợp thực gặp vướng mắc định dẫn tới toán trở nên rườm rà, phức tạp Là giáo viên trực tiếp giảng dạy môn hóa giao nhiệm vụ giảng dạy, bồi dưỡng HSG thấy ko khai thác thêm vấn đề áp suất kể HSG khó đáp ứng dạng Trước thực trạng giảng dạy chủ động đưa số biện pháp cải tiến để khắc phục tồn giúp đa số đối tượng học sinh giỏi tự tin giải tập nhanh, xác, hiệu gặp dạng tập III CÁC GIẢI PHÁP VỀ LÍ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ĐÃ ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ÁP SUẤT III.1 LÍ THUYẾT Trước hết cần hiểu khái niệm thể tích áp suất chất khí: Các phân tử chất khí ( khí nguyên tử ) cách xa nhau, luôn trạng thái chuyển động hỗn loạn, lực tương tác chúng nhỏ, nên chiếm hết khoảng trống bình thể tích khí thể tích bình Dung tích phần rỗng bên bình, thể tích kể vỏ bình Vậy đề cho dung tích bình ta hiểu thể tích khí chiếm Khác với chất rắn chất lỏng, thể tích phân tử khí nhỏ so với thể tích khí (khoảng từ 1/500 đến 1/1000 thể tích khí) nghĩa khoảng trống phân tử khí lớn ta nén khí lại gần Sự va chạm thường xuyên phân tử khí vào thành bình gây áp suất Vậy áp suất lực tác dụng vuông góc lên đơn vị diện tích thành bình Thể tích mol phân tử chất khí điều kiện tiêu chuẩn ( 273K xác 273,15K 0oC 1atm 760mmHg 101325Pa ) mol khí chiếm thể tích 22,4lit ( xác 22,414lit ) Đây tính chất đặc trưng riêng chất khí Còn chất rắn, chất lỏng không thế, chất có thể tích riêng Gọi n số mol khí, V0 thể tích khí đo điều kiện tiêu chuẩn Ta có biểu thức V0 V0 = 22,4 n (lit) n= (1) 22,4 Biểu thức áp dụng cho hỗn hợp khí Định luật Avogađrô "ở nhiệt độ, áp suất, thể tích khí chứa số phân tử khí" Định luật cho chất khí , không cho chất lỏng, chất rắn mật độ phân tử chất khí nhỏ, khoảng cách xa nên thực tế thể tích riêng phân tử khí không ảnh hưởng tới thể tích chung khí Từ đó: Giáo viên dẫn đến nhiệt độ áp suất thể tích chứa số mol khí hay nói cách khác nhiệt độ áp suất thể tích tỉ lệ với số mol khí Định luật Boyle( Bôi) - Quan hệ áp suất thể tích "ở nhiệt độ không đổi, số mol khí nhau, áp suất lớn thể tích nhỏ, nói cách khác tích số P.V số" P1 V = P2 V = P3 V = … (2) Định luật Charle( Saclơ) "Ở áp suất không đổi, số mol khí thể tich khí tỉ lệ với nhiệt độ Kenvin" V1 V2 V3 = = =… (3) T3 T1 T2 Định luật tổ hợp chất khí Quan hệ nhiệt độ, áp suất thể tích - Phương trình trạng thái P0 V0 P.V = (4) T0 T Trong P0 áp suất đktc lấy atm (760mmHg) T0 nhiệt độ đktc 273 K V0 thể tích đo đktc ( V0 = 22,4 n) P,V,T, đại lượng đo đk thường T = T0 + t0c Nếu khí đựng bình kín V dung tích bình Công thức (4) viết dạng: P0 V0 P0 n.22,4 PV = T= T T0 T0 PV = nRT Trong R gọi số khí có trị số : P0 22,4 R= = 0,082 atm l mol-1.K-1 T0 Phương trình trạng thái hoàn toàn với khí lí tưởng, nghĩa không tính đến tương tác phân tử khí, điều với khí thực áp suất không lớn nhiệt độ cao Phương trình trạng thái thường dùng vào mục đích: a) Đổi thể tích khí đk không tiêu chuẩn thành số mol b) Dùng để tính áp suất P *Trong số trường hợp cần vận dụng điểm sau để giải toán áp suất 1) nhiệt độ thể tích (dung tích bình) tỉ lệ áp suất tỉ lệ số mol khí: P1 : P2 = n1: n2 2) thể tích (dung tích bình) số mol khí áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ: P1 : P2 = T1 : T2 Điều khí tất chất thể khí 3) Phải ý đến H2O: + Nếu t0c > 1000c ( áp suất không lớn) nước trạng thái xem chất khí + Nếu t0c ≤ 00c ( áp suất không bé) nước trở thành trạng thái rắn coi không gây áp suất + Nếu 00c < t0c < 1000c, thường 20 đến 250c phải lưu ý tới nước bão hoà nhiệt độ đó, thường áp suất nước đề cho sẵn 4) Khái niệm áp suất riêng phần, tức áp suất gây khí, áp suất tỉ lệ với số mol khí: P A : P B = n A : nB Làm rõ cho học sinh hiểu áp suất nước bão hoà, áp suất riêng phần Những phân tử bề mặt chất lỏng có động lớn lực hút phân tử phía bên nên thoát khỏi bề mặt chất lỏng nghĩa chuyển thành trạng thái khí bay Nhiệt độ tăng số phân tử bay nhiều Nếu để chất lỏng tiếp xúc với không khí hở chất lỏng bay hết ( dĩ nhiên tốc độ bay chất lỏng phụ thuộc vào chất chất lỏng) Nhưng bịt kín lọ đựng chất lỏng (nước lỏng) nhiệt độ định, bay chất lỏng có hạn, tới mức bão hoà Đó áp suất nước bão hoà Như bình kín có chứa nước lỏng úp ngược ống nghiệm chậu đứng nước tương đương tạo mặt giới hạn, tạo tượng nước bão hoà Hơi nước bão hoà tương đương khí gây áp suất Vấn đề áp suất nước bão hoà thường phổ biến toán bình úp ngược, toán bình kín có chứa nước trạng thái lỏng Còn áp suất riêng phần tạo khí chuyển động thân khí tự va đập vào thành bình tự gây phần áp suất cho riêng III.2 BÀI TẬP Để cho việc vận dụng kiến thức học đạt hiệu cao tiến hành phân tập thành hai dạng dạng ý đưa phương pháp đặc trưng riêng, hướng dẫn để học sinh biết cách vận dụng lí thuyết nêu buổi học DẠNG 1: BÀI TẬP TÍNH ÁP SUẤT P Phương pháp giải Để giải toán trước tiên giáo viên hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh yêu cầu xác định xem áp suất tính thời điểm ? tức trước hay sau phản ứng ? Câu hỏi thời điểm bình có khí ? tìm cách tính số mol khí để suy tổng số mol khí bình lúc Cuối dùng phương trình trạng thái thay đại lượng tính đại lượng đề cho vào để tính P nRT P= V Chú ý: đại lượng n, R, T, V phải vận dụng thời điểm phương trình trạng thái có ý nghĩa Như tất câu hỏi mà giáo viên đặt để hướng dẫn học sinh câu hỏi mà học sinh phải tự trả lời tính P Tuy nhiên toán vận dụng cứng nhắc cách làm trên, mà tuỳ vận dụng linh hoạt ý phần lí thuyết hướng dẫn.Sau tập thực nghiệm minh hoạ cho dạng I Bài tập thực nghiệm Ví dụ 1: Trong bình kín dung tích 16 lít chứa hỗn hợp ba rượu đơn chức A, B, C 13,44 gam O 2, nhiệt độ áp suất bình 109,2 0C 0,89atm Bật tia lửa điện đốt cháy hết rượu, sau đưa nhiệt độ bình 136,50C, áp suất bình lúc P Cho tất khí bình sau đốt cháy qua bình đựng H 2SO4đặc, bình đựng KOH đặc Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình tăng thêm 3,78 gam, bình tăng 6,16 gam Tính áp suất P Xác định công thức rượu A, B, C Biết B, C có số nguyên tử bon số mol rượu A 5/3 tổng số mol rượu B, C Phân tích để áp dụng phương pháp: áp suất mà đề bắt tính áp suất bình sau phản ứng, ta phải suy nghĩ xem : sau phản ứng bình có khí gì? ( CO2, H2O, O2 dư) Tính số mol CO2 theo khối lượng bình KOH tăng, số mol H2O theo khối lượng bình đựng H2SO4 tăng Vấn đề tính lượng O2 dư oxi dư = oxi đầu - oxi phản ứng Vì rượu có O2 nên oxi phản ứng = oxi CO2 + oxi H2O - oxi rượu Vì phải tính số mol rượu (đơn chức) Cách giải cụ thể Tổng số mol khí ban đầu (gồm rượu O2) trước phản ứng cháy: 0,98.16 n= = 0,5 mol 0,082(109,2 + 273) 13,44 = 0,42 mol nr = 0,5 - 0,42 = 0,08 mol 32 3,78 6,16 nCO = = 0,14 mol ; nH O = 18 = 0,21 mol 44 nO = Oxi dư nO = 0,42 - 0,14 - (0,21 : 2) + (0,21 : 2) = 0,215 mol Vậy tổng số bình sau đốt cháy: = 0,215 + 0,14 + 0,21 = 0,565 mol áp suất P bằng: P = 0,565.0,082.(273 + 136,5) = 1,1865 atm 16 Tính khối lượng ba rượu: mR = mc + mH + mO = 0,14.12 + 0,21.2 +0,08.16 = 3,38 g Vậy M = 3,38 = 42,2 0,08 Phải có rượu có M < 42,2 ứng với rượu CH3OH(M = 32) Và rượu A B, C có số nguyên tử bon Như A chiếm 0,08 = 0,05mol Còn B,C chiếm 3+5 0,08 - 0,05 = 0,03 mol Để tìm công thức phân tử B, C ta lại dùng KLPTTB M B,C = 3,38 − 32.0,05 = 59,3 0,03 Vì B,C khác số nguyên tử H nên gọi công thức trung bình B, C C xH y OH ta có: 12x + y = 42,3 y < 2x + nên có cặp nghiệm : x = y = 6,3 phù hợp Như phải có rượu với số nguyên tử H lớn 6,3 rượu khác có số nguyên tử H 6,3 có cặp rượu B, C là: C3H7OH C3H5OH; C3H7OH C3H3OH Ví dụ Trong bình kín dung tích 2,24 lít chứa bột Ni xúc tác hỗn hợp khí H 2, C2H4, C3H6 (ở đktc) Tỉ lệ số mol , C2H4và C3H6 1:1 Đốt nóng bình thời gian sau làm lạnh bình tới 0C, áp suất bình lúc P Tỉ khối so với hiđro hỗn hợp khí bình trước sau phản ứng 7,6 8,445 Giải thích tỉ khối tăng tính phần trăm thể tích khí bình trước phản ứng Tính áp suất P Tính hiệu suất phản ứng olêin, biết cho khí bình sau phản ứng từ từ qua bình nước Brom thấy nước Brôm bị nhạt màu khối lượng bình nước Brom tăng 1,05 gam Áp dụng giải tập Khi đốt nóng bình xảy phản ứng: Ni ,t C2H4 + H2  → C2H6 Ni ,t C3H6 + H2  → C3H8 dtrước = M trước : dsau = M sau : Mà M trước = a nt M sau = a ns a khối lượng hỗn hợp khí trước sau phản ứng không đổi (theo định luật bảo toàn khối lượng) Theo phản ứng (1) (2) số mol khí giảm M sau > M trước nên tỉ khối tăng Gọi x % thể tích olêfin trước phản ứng ⇒ % V H2 = - 2x ta có: M = 7,6 = 15,2 = 42x + 28x + 2(1 - 2x) ⇒ x = 0,2 tức %VC H = %VC H = 20% %VH = 60% ta nhận thấy vấn đề áp suất rơi vào ý V, t không đổi nên ta vận dụng ý để tính áp suất P PT nT = ta tính tỉ lệ PS nS dT Ta thực phép chia = dS nT Tỉ lệ tính tương đối dễ từ câu nS nS nS MT = mà PS = PT nT nT MS d 7,6 ⇒ P = T = = 0,9 atm dS 8,445 Do P tỉ lệ với số mol trước sau phản ứng nên áp suất giảm 1/10 (0,1atm) số mol giảm 1/10 so với trước phản ứng nT = 2,24 = 0,1 mol ⇒ ngiảm = 0,01 mol 22,4 Theo phản ứng (1) (2) ngiảm nH phản ứng Từ câu ⇒ số mol olêfin ban đầu hỗn hợp 0,02 mol số mol H ban đầu 0,06 mol Vậy olêfin chất thiếu , nên hiệu suất tính theo olêfin Gọi số mol olêfin phản ứng a b ⇒ số mol H2 phản ứng ( a + b ) ⇒ a + b = 0,01 (*) Khối lượng bình nước Br2 tăng khối lượng C2H4 C3H6 lại chưa phản ứng (1) (2): ⇒ ( 0,02 - a ).28 + ( 0,02 - b ).42 = 1,05 (**) Giải hệ phương trình (*) (**) ta có a = b = 0,005 mol Vậy hiệu suất phản ứng olêfin nhau: H% = 0,005 100% = 25% 0,02 Ví dụ 3: Hai bình kín A, B đêù có dung tích không đổi 9,96 lit chứa không khí ( 21% oxi 79% nitơ thể tích) 27,3oc 752,4 mmHg Cho vào hai bình lượng hỗn hợp ZnS FeS Trong bình B có thêm bột S (không dư) Sau nung bình để đốt cháy hết hỗn hợp sunfua lưu huỳnh, đưa nhiệt độ bình 136,5 oC, lúc bình A áp suất P A oxi chiếm 3,68% thể tích, bình B áp suất PB nitơ chiếm 83,16% thể tích Tính % thể tích khí bình A Nếu lượng lưu huỳnh bình B thay đổi % thể tích khí bình B thay đổi Tính áp suất PA, PB Tính khối lượng hỗn hợp ZnS FeS2 cho vào bình Phân tích để áp dụng phương pháp: Muốn tính %V bình A trước hết phải xem bình có khí , ta viết phương trình phản ứng 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 (1) 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 (2) Trong bình B thêm phản ứng: S + O2 = SO2 (3) Phản ứng (3) bình B xảy không làm thay đổi số mol khí Do tổng số mol khí hai bình sau xảy phản ứng Mà số mol khí N hai bình lại nhau, nên phần trăm N2 hai bình phải nhau.Vậy phần trăm khí A là: %N2 = 83,16% ; %O2 = 3,68% ; %SO2 = 100 - 83,16 - 3,68 = 13,16% Do lượng S không dư nên thay đổi tức khoảng từ đến vừa đủ tác dụng hết lượng O2 B thành SO2 Ta thấy %N2 không đổi 83,16% + Khi lượng S 0: thành phần % khí giống A + Khi lượng S vừa đủ tác dụng hết oxi B: Khi %O2 = 0% %SO2 = 100 - 83,16 = 16,84% Vậy: ≤ %O2 ≤ 3,68%; 13,16% ≤ SO2 ≤ 16,84% Như câu cho thấy V, T, n hai bình ⇒ PA = PB số mol khí N2 hai bình không đổi, chiếm %V không đổi nên từ ta tính tổng số mol hỗn hợp khí sau phản ứng dựa vào mol khí N2 752,4.9,96 79 =0,4 mol ⇒ nN = 0,4 = 0,316mol 760.0,082.(273 + 27,3) 100 100 Vậy nA = nB = 0,316 = 0,38 mol 83,16 0,38.0,082.(273 + 136,5) PA = PB = = 1,282 atm 9,96 nKK = Gọi số mol ZnS FeS2 a b Lập phương trình theo số mol SO2 O2 p.ư 13,16 3,68 0,38 = 0,05 mol nO dư = 100 100 0,38 = 0,014 mol nO ban đầu = 0,4 - 0,316 = 0,084 mol ⇒ nO p.ư = 0,084 - 0,014 nSO = = 0,07 mol a + 2b = 0,05 Theo phương trình (1) (2) ta có: 11 a + b = 0,07 Giải hệ phương trình ta có: a = 0,01 mol b = 0,02 mol Khối lượng hỗn hợp = 97 0,01 + 120 0,02 = 3,37 gam Ví dụ 4: Cho a gam CaC2 chứa b% tạp chất trơ, tác dụng với H2O, thu V lít khí C2H2 (đo đktc) Lập biểu thức tính b theo a, V Nếu cho V lít khí vào bình kín có than hoạt tính nung nóng làm xúc tác, nhiệt độ bình toC, áp suất p1 Sau phản ứng thu hỗn hợp khí, sản phẩm phản ứng chiếm 60% thể tích, nhiệt độ không đổi (toC), áp suất p2 Tính hiệu suất h phản ứng Giả sử dung tích bình không thay đổi, thể tích chất rắn không đáng kể, hãy: a Lập biểu thức tính áp suất p2 theo p1 h hiệu suất phản ứng b Tính khoảng giá trị p2 theo p1 Phân tích để áp dụng phương pháp: Cho CaC2 phản ứng với H2O: CaC2 + H2O → Ca(OH)2 + C2H2 (1) Mol: mCaC V 22,4 64V = 22,4 gam ⇒ b% = a− V 22,4 ⇒ Khối lượng tạp chất = ( a - 64V 22,4 ) gam 64V 7a − 20V 100% 22,4 100 = 7a a Khi cho C2H2 qua bột than nung nóng ,t o 3C2H2 C → C6H6 Thể tích p.ư: x Sau p.ư có: (V -x) x/3 Tổng thể tích khí sau p.ư = (V - x) + x/3 (2) x/3 60 11x = → V = (V − x) + x / 100 x/3 x/3 100 = Vậy h = = 81,81% V /3 11x.3 / Đặt V1 thể tích C2H2 phản ứng → Sau p.ư C2H2 = V - V1 Theo đề ta có: C6H6 = V1/3 Dung tích bình nhiệt độ không đổi nên tỉ lệ thể tích tỉ lệ áp suất khí bình: mà hiệu suất p.ư Thay vào ta được: P1 V = P2 (V − V1 ) + V1 / V1 100V1 Vh hayV1 = h = 100 → h = V V 100 P2 = 300 − 2h P1 300 b h có giá trị từ đến (từ 0% đến 100%) nên P1 ≤ P2 ≤ P1 Ví dụ 5: Cho 15,8 gam KMnO4 vào bình chứa HCl dư Dần toàn khí Clo thu vào bình kín thép dung tích 6,72 lít chứa sẵn hiđrô dư Bật tia lửa điện bình phản ứng xảy Sau phản ứng xong bình chứa hỗn hợp hai khí 0oC 2atm Cho hỗn hợp khí sục vào 97,7 gam H2O, khí HCl tan hết tạo thành 100ml dung dịch HCl (d = 1,05 g/ml ) Tính nồng độ mol dung dịch HCl Tính hiệu suất phản ứng điều chế khí Clo Tính áp suất bình thép trước dẫn khí Clo vào Phân tích để áp dụng phương pháp: Cho KMnO4 vào bình: 2KMnO4 + 16 HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O (1) nKMnO = 15,8 ⇒ Theo p.ư (1) nCl = 0,1.5/2 = 0,25 mol 158 = 0,1 mol Gọi số mol thực tế khí Clo tạo a mol Khi cho vào bình thép có hiđro: Cl2 + H2 = 2HCl (2) Sau p.ư: nHCl = 2a mol Và có H2 dư n H + nHCl 6,72.2 = 0,082.273 = 0,6 mol Cho khí vào H2O HCl tan H2O tạo dung dịch HCl có khối lượng = 100.1,05 = 105 gam ⇒ mHCl = 105 - 97,7 = 7,3 gam ⇒ nHCl = Vậy 2a = 0,2 ⇒ a = 0,1 mol Nồng độ HCl: CM = Hiệu suất p.ư điều chế khí Clo: 7,3 = 0,2 mol 36,5 0,2 = 2M 0,1 0,1 h = 100 = 40% 0,25 Tính P: Trước cho Clo vào bình bình có khí hiđro n H ban đầu = n H p.ư + n H dư = 0,1 + ( 0,6 - 0,2 ) = 0,5 mol Vậy P = 0,5.0,082.273 = 1,67 atm 6,72 Ví dụ 6: Trong bình kín dung tích không đổi 5,6 lít chứa hỗn hợp hai khí hiđro Clo Đưa bình ánh sáng hỗn hợp X có tỉ khối hiđrô 14,8 với áp suất p 0oC Tính thành phần phần trăm thể tích hỗn hợp ban đầu Bơm 1,7 lít dung dịch KMnO4 vào bình để tác dụng hết với HCl X Sau phản ứng áp suất 0oC p1 với p1 = 1,12p2 Tìm hiệu suất phản ứng tạo HCl Nếu không bơm dung dịch KMnO4 mà bơm khí NH3 dư vào bình để phản ứng hoàn toàn Sau phản ứng áp suất 0oC giảm 20% Tính phần trăm thể tích khí bình sau phản ứng Cho biết áp suất nước thể tích chất rắn không đáng kể Phân tích để áp dụng phương pháp: Đưa bình ánh sáng: H2 + Cl2 = 2HCl (1) Số mol ban đầu: x y nT = x + y p.ư: a a sau p.ư: (x - a) ( y - a ) 2a nS = x + y Theo định luật bảo toàn khối lượng: mT = mS = 2x + 71y x + 71y = 14,8 = 29,6 ⇒ x = 1,5y x+ y 1,5 y 100 = 60%; %H2 = %Cl2 = 40% 1,5 y + y 2KMnO4 + 16 HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O (2) ⇒ Số mol: 2a 0,625a Sau p.ư (2) bình có: nH = x - a; nCl = y - a + 0,625a = y - 0,375a nS = x - a + y - 0,375a = x + y - 1,375a = 2,5y - 1,375a VS = 5,6 - 1,7 = 3,9 lit nT = PT VT ; R.T nS = PS VS R.T ( nhiệt độ ) nT PT VT = nS PS VS ⇒ x+ y 2,5 y P.5,6 = = ⇒ a = 0,4y 2,5 y − 1,375a 2,5 y − 1,375a 1,12 P.3,9 mà x = 2,5y nên Clo chất thiếu Hiệu suất tính theo Clo h = 0,4 y 100% = 40% y Nếu không cho KMnO4 mà cho NH3 vào bình để p.ư hoàn toàn 2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl HCl + NH3 = NH4Cl Sau p.ứ H2 ; N2 nH = x - a = 1,5y - 0,4y = 1,1y nN = 1/3( y - a ) = 0,2y nT PT = ⇒ nS = 80%.nT = 80% 2,5y = 2y nS PS 0,2 y 1,1 y 100 = 10% .100 = 55% %N2 = %H2 = 2y 2y ⇒ %NH3 = 55% Ta thấy V, T không đổi nên: Ví dụ 7: Hai bình kín A B có dung tích 5,6 lít nối với ống có khoá K dung tích ống không đáng kể Lúc đầu khoá K đóng Bình A chứa H2; CO; HCl (khô), bình B chứa H2, CO, NH3 Số mol H2 A số mol CO B; số mol H2 B số mol CO A Khối lượng khí B lớn A 1,125 gam Nhiệt độ hai bình 27,3 oC , áp suất khí A 1,32 atm, B 2,2atm Mở khoá K cho khí hai bình khuyếch tán lẫn vào Sau thời gian, thành phần khí hai bình Đưa nhiệt độ hai bình đến 54,6oC ; áp suất khí hai bình 1,68atm Tính phần trăm thể tích khí A, B thời điểm ban đầu Tính thành phần % khối lượng khí bình thời điểm cuối, biết nhiệt độ cho chất rắn tạo thành không bị phân huỷ chiếm thể tích không đáng kể Phân tích để áp dụng phương pháp: Trước mở khoá: Phải hiểu hai bình hoàn toàn độc lập với Tổng số mol khí A: nA = 1,32.5,6 = 0,3mol 0,082.(273 + 27,3) Tổng số mol khí B: nB = 2,2.5,6 = 0,5mol 0,082.(273 + 27,3) Gọi số mol khí A : có x mol H2, y mol CO, z mol HCl B : có x mol CO, y mol H2, t mol NH3  x + y + z = 0,3 ⇒{  x + y + t = 0,5 Ta có hệ phương trình:  t - z = 0,2 (1) Theo hiệu khối lượng khí: ( 28x + 2y + 17t ) - (2x + 28y + 36,5z) = 1,125 (2) Sau mở khoá: Phải hiểu hai bình lúc thông khí khuyếch tán vào lúc xảy phản ứng: NH3 + HCl = NH4Cl (rắn) Thành phần khí áp suất hai bình tổng số mol khí hai bình nhau: n S = 1,68.5,6 = 0,35 mol 0,082.(273 + 54,6) 10 x+ y mol t − z 0,2 NH3 dư = = = 0,1mol 2  z = 0,05 x+ y Ta có phương trình: + 0,1 = 0,35 ⇒ x +y = 0,25 ⇒  t = 0,25 Sau p.ư bình có : H2 = CO = Kết hợp với (2) rút x = 0,1 mol a % V ban đầu: y = 0,15 mol 0,1.100 = 33,3% 0,3 0,15.100 % CO = = 50% 0,3 Trong A; % H2 = % HCl = 100 - 33,3 - 50 = 16,7% 0,15.100 = 30% 0,5 0,1.100 % CO = = 20% 0,5 Trong B: % H2 = % NH3 = 100 - 30 - 20 = 50% b % khối lượng khí bình sau p.ư: số mol H2 = số mol CO = (x + y ) = 0,25 mol số mol NH3 dư = 0,2 mol Khối lượng: H2 = 0,5 gam chiếm 4,59% CO = 28 0,25 = gam chiếm 64,22% ⇒ NH3 chiếm 31,19% Ví dụ Nung m gam hỗn hợp A gồm FeS FeS bình kín chứa không khí ( gồm 20% thể tích O2 80% thể tích N2) đến phản ứng xảy hoàn toàn, thu chất rắn B hỗn hợp khí C có thành phần thể tích : N2 = 84,77% ; SO2 = 10,6% lại O2 Hoà tan chất rắn B dung dịch H2SO4 vừa đủ, dung dịch thu cho tác dụng với Ba(OH)2 dư Lọc lấy kết tủa làm khô, nung nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi, thu 12,885 gam chất rắn Tính phần trăm khối lượng chất A Tính m Giả sử dung tích bình 1,232 lít nhiệt độ áp suất ban đầu 27,3 oC atm, sau nung chất A nhiệt độ cao, đưa bình nhiệt độ ban đầu , áp suất bình p Tính áp suất gây khí hỗn hợp C Phân tích để áp dụng phương pháp: Phương trình phản ứng: 2FeS + 3,5O2 = Fe2O3 + 2SO2 mol: x 1,75x 0,5x x 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 mol: y 2,75y 0,5y 2y Gọi số mol khí trước nung: N2 = 0,8a ( mol ) O2 = 0,2a ( mol ) Số mol khí sau nung: N2 = 0,8a ( mol ) SO2 = ( x + 2y ) mol O2 dư = 0,2a - 1,75x - 2,75y 11 Tổng số mol khí sau nung: = a - 0,75( x + y ) 0,8a 84,77 = ⇒ a = 13,33( x+ y ) Theo đề ta có: (1) a − 0,75( x + y ) 100 x + 2y 10,6 = ⇒ a = 10,184x + 19,618y (2) a − 0,75( x + y ) 100 Từ (1) (2): 13,33( x +y ) = 10,184x + 19,618y ⇒ x : y = : (3) Tỉ lệ khối lượng: %FeS = 2.88 100 = 59,46% 2.88 + 1.120 %FeS2 = 100 - 59,46 = 40,54% Chất rắn B Fe2O3 = 0,5( x + y) mol Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O 0,5(x + y) 0,5(x + y) Fe2(SO4)3 + 3Ba(OH)2 = 2Fe(OH)3 + 3BaSO4 0,5(x + y) (x + y) 1,5(x + y) Khi nung kết tủa: t oC 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (x + y) 0,5 (x + y) t C BaSO4 → không thay đổi 233 1,5( x + y ) + 160 0,5( x + y ) = 12,885 ⇒ x + y = 0,03 x = 0,02 ; y = 0,01 o Ta có: Từ (3) (4) Tính m: (4) m = 88.0,02 + 120.0,01 = 2,96 gam Số mol khí trước phản ứng a mol: a = 1.1,232 = 0,05 mol 0,082.(273 + 27,3) Khi số mol hỗn hợp C là: 0,05 - 0,75(x + y) = 0,0275 mol Do trước sau p.ư V, t không đổi nên áp suất tỉ lệ với số mol P = 0,0275.1 = 0,55 atm 0,05 áp suất khí áp suất riêng phần tỉ lệ với số mol : PN = 84,77% 0,55 = 0,466 atm PSO = 10,6% 0,55 = 0,058 atm PO = = 0,025 atm 4,63%.0,55 Ví dụ 9: Trong bình kín dung tích không đổi chứa hỗn hợp khí CO O có tỉ khối so với H2 15 Từ điều kiện tiêu chuẩn ban đầu, ta nung hỗn hợp khí để xảy phản ứng: 2CO + O2 = 2CO2 sau đưa nhiệt độ 0oC a) Tính thành phần % theo thể tích hỗn hợp khí bình ứng với áp suất khí oC 0,875 atm b) Chứng minh áp suất khí bình sau phản ứng oC biến thiên khoảng 0,75 ≤ p ≤ atm Phân tích để áp dụng phương pháp: Gọi a số mol CO , b số mol O2 hỗn hợp ban đầu Ta có phương trình: 28a + 32b = (a + b ).15.2 ⇒ a = b 12 Phản ứng: 2CO + O2 = CO2 Gọi số mol CO p.ư x mol ⇒ số mol O2 p.ư x/2 mol Sau p.ư số mol: CO dư = (a - x) mol CO2 = x mol O2 dư = (a - x/2) mol n S = (2a - x/2) mol Trước sau phản ứng V, t không đổi : PT nT 2a = ⇒ ⇒ 2a - x/2 = 2a 0,875 ⇒ x = 0,5a = PS nS P 2a − x / a − 0,5a % CO = % CO2 = 100 = 28,57% 2a − 0,5a / % O2 = 100 - 28,57 = 42.86% 2) PS = 2a − x / 2a mà ≤ x ≤ a Thay vào ta có khoảng xác định P: 0,75 ≤ p ≤ atm Ví dụ 10: Một bình kín có dung tích 10 lít có chứa 30,4 gam oxi hai hiđrôcácbon thuộc dãy đồng đẳng áp suất đầu P1 (0oC) Bật tia lửa điện phản ứng cháy xảy hoàn toàn Cho sản phẩm cháy qua bình đựng H2SO4 đặc, bình hai dung dịch NaOH dư thấy khối lượng bình tăng 12,6 gam bình hai tăng 22 gam Hãy xác định dãy đồng dẳng A, B Tính áp suất P1 (0oC) P2 sau p.ư ( 136,5oC ) Xác định công thức phân tử A, B ( thể khí điều kiện tiêu chuẩn) Phân tích để áp dụng phương pháp: 12,6 = 0,7 mol 18 22 số mol CO2 = =0,5 mol 44 nCO 0,5 = Ta thấy tỉ lệ: < ⇒ A, B thuộc dãy đồng đẳng ankan nH O 0,7 Theo đề : số mol H2O = 2 P1 áp suất trước phản ứng, bình có O2 A, B nA,B = nH O - nCO = 0,7 - 0,5 = 0,2 mol nO = 30,4 32 = 0,95 mol ⇒ nT = 0,2 + 0,95 = 1,15 mol ⇒ P1 = 1,15.0,082.273 = 2,576 at 10 p.ư: Vậy ta tính số mol khí sau p.ư gồm có CO2, H2O, O2dư: O) = 0,5 + 1/2.0,7 = 0,85mol P áp suất sau nO p.ư = nO2(CO ) + nO (H ⇒ nO dư = 0,95 - 0,85 = 0,1 mol ⇒ nS = 0,5 + 0,7 + 0,1 = 0,13 mol 0,13.0,082.(273 + 136,5) ⇒ P2 = = 4,368atm 10 Gọi công thức trung bình A,B C n H2 n +2 13 nCO nH O = 0,5 n = 1;2 0,5 n ⇔ ⇒ n = 2,5 ⇒  = 0,7 0,7 1+ n n2 = 3;4 Ta có cặp nghiệm: CH CH   C3 H C H 10 C H C H   C3 H C H 10 Trên số ví dụ minh hoạ cho dạng - dạng tính áp suất Do khuôn khổ sáng kiến kinh nghiệm có hạn nên không tiếp tục đưa ví dụ mà đưa thêm số tập bổ sung MỘT SỐ BÀI TẬP BỔ SUNG Bài 1: Hỗn hợp khí gồm N2và O2 trộn theo tỉ lệ thể tích V N : VO = : tích 224cm3 nhiệt độ 91OC, áp suất atm Dùng tia lửa điện để gây phản ứng N2 + 2O2 = 2NO2 a) Tính khối lượng chất hỗn hợp sau phản ứng b) Giả sử thể tích bình chứa không đổi Tính áp suất hỗn hợp khí bình sau phản ứng nhiệt độ 91oC, biết phản ứng xảy hoàn toàn Khối lượng: NO2 = 0,276 gam.; O2 dư = 0,192 gam PS = 1,6 atm Bài 2: Khí nhiên kế tích không đổi 11,2 lit chứa không khí điều kiện tiêu chuẩn bật tia lửa điện để tổng hợp NO theo phản ứng: N2 + O2 = 2NO a) Tính hiệu suất phản ứng biết sau phản ứng ta thu 2,25 gam NO b) Nếu sau phản ứng ta đưa khí nhiên kế oC Hỏi áp suất hỗn hợp khí khí nhiên kế có thay đổi không ? c) Muốn cho áp suất khí sau phản ứng 1,5 atm phải đưa nhiệt độ khí nhiên kế lên độ C Cho biết tỉ lệ VO VN không khí 1:4 a h% = 37,5% b áp suất P hỗn hợp không thay đổi (vì V, T, n không đổi) c T2 = 409,5oK hay 136,5oC o Bài 3: Một bình kín lít 27,3 C chứa 0,03 mol C2H2; 0,015 mol C2H4 0,04 mol H2 có áp suất P1 Tính P1 Nếu bình có bột Ni làm xúc tác (thể tích không đáng kể), Nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy hoàn toàn, sau đưa nhiệt độ ban đầu hỗn hợp khí A có áp suất P2 Tính P2 Cho hỗn hợp A tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 thu 3,6 gam kết tủa Tính số mol chất A P1 = 1,0465 atm.; P2 = 0,554 atm Trong A có: C2H2 dư = 0,015 mol.; C2H4 = 0,005 mol.; C2H6 = 0,025 mol Bài 4: Trộn 0,02 mol C 2H2 0,03 mol H2 với 1,68 lít O2 (đktc ) nạp vào khí nhiên kế có dung tích lít đốt cháy áp suất hỗn hợp sau phản ứng nhiệt độ 109,2oC Tổng số mol khí sau phản ứng = 0,1 mol ⇒ PS = 0,784 atm Bài 5: Trong bình kín thể tích 5,6 lít chứa 3,36 lít H 2,24 lít C2H4 (ở đktc ) bột Ni Đốt nóng bình thời gian , sau làm lạnh 0oC, áp suất bình lúc P a) Nếu cho hỗn hợp kkhí bình sau phản ứng lội qua nước Br thấy có 0,8 gam Brôm tham gia phản ứng Tính % H2 tham gia phản ứng b) Tính áp suất P sau phản ứng , thể tích bột Ni không đáng kể a % H2 tham gia p.ư = 63,3 ; b P = 0,62 atm o Bài 6: Trong bình kín dung tích V lít ( t C áp suất P ) chứa bột Ni xúc tác hỗn hợp khí A gồm hai olêfin CnH2n , Cn + 1H2n + H2 với thể tích tương ứng a, b, 2b lít biết b = 0,25V 14 Nung nóng bình thời gian sau đưa nhiệt độ ban đầu ta hỗn hợp B , áp suất bình lúc P1 Biết tỉ khối B so với A m Hỏi m có giá trị khoảng nào? Tính khoảng giá trị P1 theo P Nếu P1 = 0,75P thành phần % thể tích khí B bao nhiêu? Biết hiệu suất phản ứng olêfin với hiđrô 1 ≤ m ≤ 2.; 0,5p ≤ p1 ≤ p.; % H2 = 33,3 % % ankan = 16,7 % % olêfin dư = 16,7% Bài 7: Nạp C2H6 vào bình có V = 5,6 lít đạt áp suất P = 1,2 atm, sau thêm hỗn hợp hai hiđrôcácbon A, B thuộc dãy đồng dẳng đến áp suất P = 2,4 atm, sau nạp O2 đến P3 = 12,4 atm ( P1, P2, P3 đo 0oC ) Bật tia lửa điện, hiđrocácbon cháy hết cho 57,2 gam CO2 28,8 gam H2O a Chứng minh A, B anken b Xác định công thức phân tử A, B biết A, B thể khí đktc c Tính áp suất P4 ( 0oC ) sau phản ứng đốt cháy sau thêm KOH rắn (thể tích KOH không đáng kể ) vào bình a nC H = 0,3 mol, nA,B = 0,3 mol, nO bđ = 2,5 mol nCO (A,B) = nH O(A,B) = 0,7 mol → A,B anken b n = 2,33 → n1 = ( C2H4 ); n2 = ( C3H6 C4H8 ) c P4 = 1,6 atm Bài 8: Trong bình kín dung tích 20 lít chứa 9,6 gam oxi m gam hỗn hợp hiđrôcácbon A, B, C Nhiệt độ áp suất bình lúc đầu oC 0,448 atm Bật tia lửa điện để đốt cháy hết hiđrôcácbon giữ nhiệt độ bình 136,5oC, áp suất bình lúc P Cho hỗn hợp khí bình sau p.ư qua bình đựng H 2SO4 đặc bình đựng KOH thấy khối lượng bình tăng 4,05 gam bình hai tăng 6,16 gam Tính P, giả thiết dung tích bình không đổi Xác định công thức phân tử hiđrôcácbon, biết B, C có số nguyên tử bon, số mol A gấp lần tổng số mol B C Sau p.ư bình có : CO2 , H2O , O2 dư ( 0,225 + 0,14 + 0,0475 = 0,4125 mol) ⇒ P = 0,693 atm A CH4 ; B C3H8 ; C C3H6 C3H4 Bài 9: Hỗn hợp khí A gồm cácbon oxit không khí (4/5 thể tích N 1/5 thể tích O2) Biết 3,2 lít hỗn hợp A 47o C 2,5 atm cân nặng 8,678 gam Tính phần trăm thể tích khí hỗn hợp A 2.Trong bình kín dung tích 20 lít chứa mol hỗn hợp A bột CuO Đốt nóng bình thời gian để phản ứng xảy hoàn toàn, sau đưa nhiệt độ bình 27,3 oC áp suất bình lúc P Nếu cho khí bình sau phản ứng lội từ từ qua nước vôi dư thu 30g kết tủa a, Tính áp suất P, biết dung tích bình không đổi, thể tích chất rắn không đáng kể b, Hoà tan chất rắn lại bình sau phản ứng axít nitric dư thu hỗn hợp khí NO NO có tỉ khối so với H2 21 Tính thể tích hỗn hợp khí đktc %O2 = 12% %N2 = 48% %CO = 40% 2.a Sau p.ư bình có: N2 = 0,48 mol CO2 = 0,3mol CO = 0,1mol ⇒ nS = 0,88 mol ⇒ P = 1,084 atm b số mol (NO + NO2) = 0,06 mol ⇒ V(NO + NO ) = 1,792 lit DẠNG 2: BÀI TOÁN CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ÁP SUẤT HƠI NƯỚC BÃO HOÀ Phương pháp giải dạng thường gặp bình kín có tạo nước lỏng toán bình úp ngược chậu đứng nước * Khi bình kín có tạo nước lỏng hình vẽ: 15 Khí Hơi nước bão hoà H2O (l) Tôi hướng dẫn học sinh xác định thành phần gây áp suất đáy bình bao gồm có cột nước lỏng có độ cao h(mm) , phần khí có bình , phần nước bão hoà Do áp suất nén xuống đáy bình bằng: Pcột nước + PKhí + PHơi nước bão hoà cần hướng dẫn học sinh cách đổi áp suất cột nước sang áp suất cột thuỷ ngân Ta biết dH O = 1g/ml, dHg = 13,6g/ml.Vậy Hg nặng gấp H 2O 13,6 lần, nên muốn gây áp suất cột nước có độ cao h(mm) cần cột thuỷ ngân có độ cao h mmHg Còn 13,6 áp suất nước bão hoà thường đề cho áp suất cột khí tính hướng dẫn dạng Hiểu áp suất thành phần gây bình tính P bình kín *Áp suất nước bão hoà phổ biến toán bình úp ngược chậu đứng nước Những toán thường không yêu cầu tính áp suất P, mà áp suất công cụ trung gian để giải toán khác thường gặp trường hợp - Mực nước ống ngang mực nước chậu - Mực nước ống cao mực nước chậu - Mực nước ống thấp mực nước chậu Khi giảng dạy loại đưa hình vẽ minh hoạ h.1, h.2, h.3 Tôi nêu phương pháp chung để học sinh áp dụng cho trường hợp, hướng dẫn cho học sinh hiểu cân áp suất ống cách tiến hành chọn hai điểm A B mặt thoáng lấy mực nước thấp làm chuẩn A nằm ống B nằm ống (như hình vẽ minh hoạ) Do P A = PB Tiếp tục hướng dẫn học sinh xác định thành phần gây áp suất hai điểm A B Theo nguyên tắc phía hai điểm A B có thành phần thành phần gây áp suất A B Tại A: chịu áp suất khí (h.1 h.2) (h.3) áp suất khí có áp suất cột nước gây Tại B: Chịu áp suất hỗn hợp khí, phần nước bão hoà cột nước (h.1) Vậy ta có biểu thức cân áp suất trường hợp : T.H 1: khí nước bão hòa  PA = PKhiquyen   PB = Pcot nuoc + PKhi + PhoinuocB H Ta có : PKhí = Pcột nước + PKhí + Phơi nước bão hoà (h.1) TH2 Khí nước bão hòa  PA = PKhiquyen   PB = PKhi + PHoinuocB H Ta có: (h.2) PKhí = PKhí + Phơi nước bão hoà TH3: 16 Khí nước bão hòa  PA = PKhiquyen + Pcot nuoc   PB = PKhi + PHoinuocB H Ta có: PKhí + Pcột nước = PKhí + Phơi nước bão hoà (h.3) Từ biểu thức cân áp suất trường hợp ta tính áp suất cột khí ống, thể tích phần ống chứa khí đề cho, nhiệt độ ống biết ta tính số mol khí ống Từ vận dụng điều kiện toán để trả lời yêu cầu khác đề Như học sinh gặp toán bình úp ngược cách hướng dẫn bước thực giúp học sinh định hướng đưòng chung để giải toán Sau tập thực nghiệm minh hoạ vận dụng lí thuyết phương pháp giải Bài tập thực nghiệm Ví dụ 1: Khử 1,6 gam hỗn hợp hai anđehit no hiddro ta thu hỗn hợp hai rượu Đun nóng hỗn hợp hai rượu với H2SO4 đặc thu hỗn hợp hai olefin đồng đẳng liên tiếp Cho hỗn hợp hai olêfin với 3,36 lít oxi dư (đktc) vào ống úp ngược chậu nước (xem hình vẽ) Sau bật tia lửa điện để đốt cháy, đưa nhiệt độ ống 25OC, ta nhận thấy: - Mực nước ống cao mực nước chậu 68 mm - Thể tích phần ống chứa khí 2,8 lit 2,8lit Tìm công thức phân tử anđêhit Biết rằng: 758,7mmHg 68mm - áp suất khí 758,7 mmHg - áp suất gây nước ống 25OC 23,7 mmHg - Khối lượng riêng Hg 13,6 g/cm3 Giả thiết phản ứng xảy hoàn toàn, khí CO2 không tan nước Tính khối lượng anđêhit Phân tích để áp dụng phương pháp :Để giải câu cần hiểu cân áp suất khí áp suất ống A, B hai điểm nằm mặt thoáng nên áp suất phải Tại A có áp suất khí Còn B có áp suất khí ống gây + áp suất cột nước gây + áp suất nước bão hoà ống Do ta có phương trình cân áp suất : Pkhí = PCO + O + Phơi nước + Pcột nước → PCO + O = 758,7 - 23,7 - 68 = 730 mmHg 13,6 Từ tính tổng số mol O2 dư CO2 n = 730.2,8 = 0,11 mol 760.0,082.298 Xin trở lại toán từ đầu: Vì olêfin đồng đẳng liên tiếp nên rượu hai anđehit phải đồng đẳng liên tiếp phương pháp hay ngắn gọn phương pháp trung bình Gọi công thức trung bình hai anđehit là: C n H n O.ta có sơ đồ phản ứng: C n H n O → C n H n+ O → C n H n C n H n + 1,5 n O2 → n CO2 + n H2O Lượng O2 ban đầu nO 3,36 = 22,4 = 0,15 mol 17 Tổng số mol hai anđehit ban đầu = 1,6 16 + 14n Số mol khí ống sau phản ứng = 1,6 1,6 n + 0,15 - 1,5 n = 0,11 ⇒ n = 2,667 16 + 14n 16 + 14n Vậy công thức anđehit CH3CHO C2H5CHO Đặt số mol anđêhit x y mol ta có hệ phương trình: x + y = 1,6 = 0,03 53,3 44x + 58y = 1,6 Giải có : x = 0,01 y = 0,02 Khối lượng CH3CHO là: 0,01 44 = 0,44 gam C2H5CHO là: 0,02 58 = 1,16 gam Ví dụ 2: Cho 4,6 gam chất A oxit nitow qua CuO nóng đỏ, N giải phóng thu vào ống nghiệm úp mặt nước Khi mực nước ống cao mực nước chậu 5mm Thể tích khí thu 15OC 1230 ml, áp suất nước bão hoà 15OC 12,7 mmHg áp suất khí 750 mmHg khối lượng riêng Hg 13,6g/ml Tính phần trăm nguyên tố A dA/KK = 1,58 xác định công thức A Hoà tan 9,2 gam A vào 90,8 g dung dịch NaOH 15% tính nồng độ phần trăm chất dung dịch Phân tích để áp dụng phương pháp: Áp dụng phương pháp chung nêu ta tính số mol khí ống (là khí N2) Hình vẽ tương tự PA = PB ⇔ PKhí = Pcột nước + PKhí + Phơi nước bão hoà PN = 750 - 12,7 - 13,6 = 736,92 mmHg hay 0,97 atm ⇒ nN = 0,97.1,23 = 0,05 mol ⇒ mN = 0,05.28 = 1,4 gam 0,082.288 ⇒ mO = 4,6 - 1,4 = 3,2 gam 1,4 100 = 30,43% % N2 = 4,6 Theo đề tính M A = 28,8.1,58 = 46 ⇒ khối lượng N mol A 30,43%.46 = 14 gam.Tức A chứa mol N Vậy công thức A viết NOx ⇒ x = CTPT A : NO2 p.ư: 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O 9,2 ⇒ 0,1 = 0,2 0,1 46 90,8.15 nNaOH = = 0,34 mol > 0,2 (mol NaOH bị p.w0 ⇒ NaOH dư 100.40 Số mol: Khối lượng NaNO3 = 0,1.85 = 8,5 gam NaNO2 = 0,1.69 = 6,9 gam NaOH dư = (0,43 - 0,2).40 = 5,6 gam Khối lượng dung dịch thu sau p.ư = 90,8 + 9,2 = 100 gam C% NaNO3 = 8,5% C% NaNO2 = 6,9% C% NaOH dư = 5,6% Ví dụ 3: Cho m gam chất hữu A tác dụng hoàn toàn với dung dịch KOH Tạo 0,339 gam muối Mặt khác đốt cháy m gam chất A cần 1,764 lit không khí (ở OC, atm) Sản phẩm cháy gồm CO 2, N2, H2O cho qua bình đựng P2O5, khối lượng bình tăng thêm 0,243 gam, khí lại dẫn vào 18 ống úp chậu đứng nước 25oC Khi mực nước ống ngang mực nước chậu thể tích phần ống chứa khí 1930,7 ml Trong ống áp suất gây nước 25 OC 23,7 mmHg, áp suất N2 5,375 lần áp suất CO2 Tính m Tìm công thức phân tử công thức cấu tạo A, biết phân tử A có chứa hai nguyên tử oxi (cho biết áp suất khí 760 mmHg, không khí gồm 20% thể tích oxi, 80% thể tích nitơ, độ tan CO2 N2 nước không đáng kể) Phân tích để áp dụng phương pháp : Bài vấn đề áp suất rơi vào trường hợp 2, khí ống sau cháy có CO2 N2 Số mol KK = 1,764 = 0,0785 Trong đó: 22,4 O2 có 0,0785 20 % = 0,01575 mol N2 có 0,0785 80 % = 0,063 mol Khi mực nước ống mực nước chậu P(CO , + N ) + PHơi H O = PKhí Khí P(CO + N ) = 760 - 23,7 =736,3 mmHg Nên tổng số mol (n) N2 CO2 là: 760.n 22,4 = 1,9307.736,3 273 273 + 25 n = 0,0765 Vì áp suất gây khí tỉ lệ với số mol (số phân tử) nên ta có: nN = 5,375 nCO Tức ống có: 0,0765.1 = 0,012 mol CO2 0,0765 - 0,012 = 0,0645 mol N2.Lượng N2 + 5,375 lớn lượng mol N2 không khí Do số mol N2 đốt A bằng: 0,0645 - 0,063 = 0,0015 Tính mA : mA + mO = mH O + mCO + mN ⇒ mA = 0,243 + 0,012 44 + 0,0015 28 - 0,01575 32 = 0,309 gam Tìm công thức A: Trong 0,309 gam A có: 12.0,528 = 0,14 g 44 2.0,243 = 0,27 g mH = 18 28.0,0336 = 0,042 g mN = 22,4 mC = = 0, 0213 gam môxi = 0,309 - 0,213 = 0,096 gam Đặt công thức A CxHyOzNt ta có: x:y:z:t= 0,14 0,027 0,096 0,42 : : : 16 12 14 x:y:z:t=4:9:2:1 Công thức đơn giản A C4H9O2N a) Vì phân tử gam A có nguyên tử ôxy nên công thức phân tử A C4H9O2N (MA = 103đvC) b) Vì A phản ứng với KOH nên A axit este Đặt công thức A RCOOR' ; RCOOR' + KOH RCOOOK + R'OH (1) từ (1): 103 (g) M' (g) 0,309 0,339 Vậy: M'(muối) = 113 đvC 19 Ta có: R + 44 + R' = 103 R = 30 R+ 44 + 39 = 113 R' = 29 Nguyên tử N không chứa gốc R' vì: Nếu R' có N không viết công thức O Vậy công thức cấu tạo A là: CH2 - C NH2 O - C2H5 Trên tập minh hoạ cho dạng 2, ta thấy chúng vận dụng phương pháp chung nêu để giải quyết, sau xin đưa thêm số tập bổ sung để học sinh tiếp tục tự luyện tập BÀI TẬP BỔ SUNG Bài 1: Cho 4,96 gam hỗn hợp CaC2 , Ca tác dụng hết với nước thu 2,464 lit khí X 27,3 oC atm Tính phần trăm khối lượng CaC2 hỗn hợp đầu Cho hỗn hợp X vào bình kín có xúc tác thích hợp nung nóng thời gian thu hỗn hợp khí Y Chia Y làm hai phần nhau: - Phần 1: Cho lội từ từ qua dung dịch Brôm dư, thấy có 0,448 lít khí thoát (đktc) khối lượng dung dịch Brôm tăng 0,4 gam Tính phần trăm thể tích khí Y - Phần 2: Trộn với 1,68 lit oxi (đktc) cho vào bình kín dung tích lít Sau bật tia lưa điện để đốt cháy đưa nhiệt độ bình 25oC Tính áp suất P nhiệt độ Biết áp suất nước bão hoà 25oC = 23,7 mmHg Thể tích chất lỏng bỏ qua % CaC2 = 51,6 % % H2 = 42,85% % C2H6 = 14,28% % C2H4 = 14,28% % C2H2 = 28,57 % PCO + O = 232,3 mmHg ⇒ P bình = 232,3 + 23,7 = 256 mmHg Bài 2: Trong bình kín dung tích không đổi 0,42 lít chứa mêtan nước Nung nóng bình thời gian để chuyển hoá mêtan nhằm điều chế khí nước ( hỗn hợp CO + H 2) Sau làm lạnh bình tới 25oC thấy áp suất bình 776,7 mmHg Biết thể tích chất lỏng không đáng kể áp suất nước 25oC 23,7 mmHg Lấy tất khí bình (sau p.ư chuyển hoá) đem đốt cháy thấy toả 1,138 kcal nhiệt Biết nhiệt đốt cháy CO, H 2, CH4 tương ứng 26,4; 63,8; 212,8 kcal/mol Tính phần trăm metan bị chuyển hoá Tổng áp suất khí CO, H2, CH4 776,7 - 23,7 = 753 mmHg ⇒ tổng số mol chúng 0,017 mol Gọi x số mol CH4 chuyển hoá ⇒ số mol: CO = x; H2 = 3x CH4 = 0,017 - 4x Ta có phương trình : 24,4x + 68,3.3x + 212,8(0,017 - 4x) = 1,138 Rút x = 0,004 mol Vậy h% = 0,004.100 = 80% 0,017 − 3.0,004 IV HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Kinh nghiệm giảng dạy phần toán áp suất mà trình bày sáng kiến kinh nghiệm thực tế áp dụng vào giảng dạy trường trung học phổ thông nhiều năm qua.Qua thực tế chắt lọc đúc rút vấn đề cần thiết (phần nội dung) để cung cấp cho học sinh buổi học bồi dưỡng, nhằm giúp cho học sinh có lượng kiến thức , bên cạnh có phần kiến thức nâng cao tảng kiến thức Nội dung kiến thức hướng dẫn có hệ thống từ đơn giản đến phức tạp, giúp học sinh tiếp thu dễ dàng chủ động Tạo tâm lí tự tin, hứng thú học phần áp suất Đặc biệt sau trang bị cho học sinh phần lí thuyết Tôi nghiên cứu phân chia tập thành dạng dạng tìm đặc trưng riêng để xây dựng phương pháp vận dụng lí thuyết vào giải tập cách phù hợp 20 Bản sáng kiến kinh nghiệm ứng dụng để giảng dạy trường học THPT cho học sinh Qua thời gian ứng dụng thấy hiệu cao là: - Đa số học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, áp suất - Nâng cao kiến thức áp suất cho học sinh, tạo điều kiện cho học sinh phát huy tính tích cực học tập, óc sáng tạo say mê tìm tòi kiến thức - Từ hành trang kiến thức học sinh giải tập áp suất thành thạo góp phần nâng cao chất lượng giải tập hoá học đề thi HSG đáp ứng cầu đề thi KẾT LUẬN Trong phạm vi sáng kiến kinh nghiệm cá nhân qua công việc thực tế làm thời gian qua xin mạnh dạn đưa số đánh giá sau đây: Toán áp suất phần toán khó, phức tạp muôn hình muôn vẻ Trong giảng dạy kế hoạch bổ sung lí thuyết phương pháp giải tập học sinh khó giải tốt loại toán Sau học phần áp suất theo nội dung trên, hầu hết học sinh tự lập giải lí thuyết tập áp suất Như cho thấy việc dạy bổ trợ kiến thức áp suất nói riêng số phần khác nói chung cần thiết đắn Dư luận chung học sinh hoan nghênh đánh giá tốt học phần áp suất theo phương pháp Vì mạnh dạn nêu lên cố gắng suy nghĩ việc làm thời gian qua Tuy nhiên suy nghĩ riêng cá nhân tôi, viết trình bày sáng kiến thời gian eo hẹp không tránh khỏi sai xót hạn chế mà thân chưa nhìn Tôi mong đồng nghiệp em học sinh góp ý xây dựng cho sáng kiến kinh nghiệm Để sáng kiến kinh nghiệm có hiệu giá trị ứng dụng thực tế cao hơn, thiết thực góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn hoá nhà trường THPT XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 09 tháng năm 2017 Tôi xin cam đoan sáng kiến kinh nghiệm viết, không chép nội dung người khác Người viết Lê Thị Lan Hương 21 ... phương pháp :Để giải câu cần hiểu cân áp suất khí áp suất ống A, B hai điểm nằm mặt thoáng nên áp suất phải Tại A có áp suất khí Còn B có áp suất khí ống gây + áp suất cột nước gây + áp suất nước... dẫn học sinh xác định thành phần gây áp suất hai điểm A B Theo nguyên tắc phía hai điểm A B có thành phần thành phần gây áp suất A B Tại A: chịu áp suất khí (h.1 h.2) (h.3) áp suất khí có áp suất. .. 3.0,004 IV HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Kinh nghiệm giảng dạy phần toán áp suất mà trình bày sáng kiến kinh nghiệm thực tế áp dụng vào giảng dạy trường trung học phổ thông nhiều năm qua.Qua