phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh hóa học

tài liệu tham khảo phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh hóa học

Sao bng lnh giá – V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Phân tích h s phn ng và ng dng trong gii nhanh bài toán Hóa hc V Khc Ngc Phòng Công ngh Hóa sinh Protein – Vin Công ngh Sinh hc Vin Khoa hc và Công ngh Vit Nam Các bn và các em thân mn, trong quá trình dy và hc Hóa, lâu nay chúng ta dng nh ít dành s quan tâm đn các h s cân bng trong phn ng hóa hc, có chng ch là các em hc sinh lp 8 và lp 10 làm quen vi các phng pháp cân bng phn ng (đi s, electron, ion – electron). Tuy nhiên, thc t là trong quá trình gii các bài tp Hóa hc, h s cân bng ca phn ng còn có th gi ý cho ta nhng phng pháp nhanh và mnh đ gii quyt bài toán. Bài vit di đây s tng kt mt s kt qu quan trng thu đc t vic “phân tích h s cân bng ca các phn ng và ng dng ca nó trong vic gii nhanh bài toán Hóa hc” 1. H s phn ng – phn ánh kh nng phn ng ca các cht Ví d 1: T khi ca hn hp gm H 2 , CH 4 , CO so vi Hidro bng 7,8.  đt cháy hoàn toàn mt th tích hn hp này cn 1,4 th tích oxi. Xác đnh thành phn phn trm v th tích ca hn hp. A. 20%, 50%, 30% B. 33,33%, 50%, 16,67% C. 20%, 60%, 20% D. 10%, 80%, 10% Hng dn gii: Cách 1: Phng pháp đa thêm s liu. Cách 2: Phân tích h s kt hp đng chéo Phân tích h s cân bng ca phn ng, ta thy: 22 2 42 1 2 1 2 2 HO CO O CH O +→ +→ +→ Do đó, áp dng phng pháp đng chéo, ta có: 2 1,4 2 0,9 0,6 2 3 (CO, H 2 ) (CH 4 ) 1 Suy ra, 4 3 % 100% 60% 23 CH V =× = + (đi vi bài thi trc nghim, có th suy ra ngay đáp án đúng là đáp án có 4 % 60% CH V = ) Gii tip ta có 2 % % 20% HCO VV== (dùng phng pháp đa thêm s liu và 1 đng chéo hoc dùng 2 đng chéo) Ví d 2: Thêm 250 ml dung dch NaOH 2M vào 200 ml dung dch H 3 PO 4 1,5M. Mui to thành và khi lng tng ng là: A. 14,2 gam Na 2 HPO 4 ; 32,8 gam Na 3 PO 4 B. 28,4 gam Na 2 HPO 4 ; 16,4 gam Na 3 PO 4 C. 12,0 gam NaH 2 PO 4 ; 28,4 gam Na 2 HPO 4 D. 24,0 gam NaH 2 PO 4 ; 14,2 gam Na 2 HPO 4 Hng dn gii: Cách 1: t n và gii h phng trình Cách 2: Phân tích h s kt hp đng chéo Có: 2 3 5 0,2.1,5 0,25.2 n n 1 43 POH NaOH <==< ⇒ To ra hn hp 2 mui: NaH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 S đ đng chéo: Na 2 HPO 4 (n 1 = 2) |1 - 5/3| n NaH 2 PO 4 (n 2 = 1) |2 - 5/3| 5 3 = 2 3 1 3 = = ⇒ 1 2 n n 42 42 PONaH HPONa = ⇒ 4242 PONaHHPONa 2nn = http://my.opera.com/saobanglanhgia 1 Sao bng lnh giá – V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Mà (mol) 3,0nnn 434242 POHPONaHHPONa ==+ ⇒ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = (mol) 0,1n (mol) 0,2n 42 42 PONaH HPONa ⇒ ⇒ áp án C. ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ == == (g) 12,00,1.120m (g) 28,40,2.142m 42 42 PONaH HPONa Ví d 3: Dn 2,24l ( đktc) mt hn hp gm etilen, propen, các buten và axetilen qua dung dch đng Brom d thì thy lng Brom trong bình gim 19,2 gam. Tính lng CaC 2 cn dùng đ điu ch đc lng Axetilen có trong hn hp trên. A. 6,4 gam B. 1,28 gam C. 2,56 gam D. Không xác đnh đc vì thiu d kin Hng dn gii: 2 19,2 0,12 160 nBr mol== 2, 24 0,1 22,4 hh n== http://my.opera.com/saobanglanhgia 2 mol Phân tích h s cân bng ca phn ng, ta có: 2 22 2 1 2 Anken Br CH Br +→ +→ Do đó, áp dng phng pháp đng chéo, ta có: 1,2 2 0,2 0,8 4 1 (Anken) (C 2 H 2 ) 1 Suy ra, 222 1 0,1 0,02 14 CaC C H nn m==×= + ol 3 Và . áp án B. 2 64 0,02 1,28 CaC mg=× = Qua các ví d trên cho thy, phân tích h s cân bng phn ng có th dn đn vic sp xp mt hn hp các cht đã cho vào 2 nhóm có kh nng phn ng khác nhau và do đó có th s dng đc phng pháp đng chéo đ gii rt nhanh, thay vì dùng các phng pháp khác nh đa thêm s liu, đt n – gii h hay ghép n s. ng thi, nó cng gi ý cho ta vic gii các bài toán hn hp nhiu hn 2 cht bng phng pháp đng chéo. Dng bài này có th áp dng cho các bài toán hn hp  nhiu phn ng khác nhau: kim loi + axit, mui + axit, các đn cht + oxi, baz + axit, kim loi + phi kim, 2. H s phn ng – phn ánh s tng gim th tích khí trong phn ng Ví d 1: a mt hn hp khí N 2 và H 2 có t l 1:3 vào tháp tng hp, sau phn ng thy th tích khí đi ra gim 1/10 so vi ban đu. Tính thành phn phn trm v th tích ca hn hp khí sau phn ng. A. 20%, 60%, 20% B. 22,22%, 66,67%, 11,11% C. 30%, 60%, 10% D. 33,33%, 50%, 16,67% Hng dn gii: 22 32NH NH + ฀ Cách 1: Phng pháp đa thêm s liu Cách 2: Phân tích h s phn ng  gii nhanh bài toán này, ta da vào 2 kt qu quan trng: - Trong phn ng có hiu sut nh hn 100%, nu t l các cht tham gia phn ng bng đúng h s cân bng trong phng trình phn ng, thì sau phn ng, phn cht d cng có t l đúng vi h s cân bng trong phn ng. C th trng hp này là 1:3. Do đó A và B có kh nng là đáp án đúng. - Trong phn ng tng hp amoniac, th tích khí gim sau phn ng đúng bng th tích khí NH 3 sinh ra. Trong trng hp này, 3 %1/NH 10 = hn hp đu hay là 1/ hn hp sau. Do đó B là đáp án đúng 9 11,11%= Ví d 2: Cracking 560 lít C 4 H 10 thu đc 1010 lít hn hp khí X khác nhau. Bit các th tích khí đu đo  đktc. Th tích (lít) C 4 H 10 cha b cracking là: A. 60 C. 100 B. 110 D. 450 Hng dn gii: Sao bng lnh giá – V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com ' Ankan Ankan Anken→+ Da vào h s cân bng ca phn ng cracking, ta thy: Th tích (hay s mol) khí tng sau phn ng đúng bng th tích (hay s mol) ankan đã tham gia Cracking. http://my.opera.com/saobanglanhgia 3  đây là: 1010 560 450Vl=−= Do đó, phn C 4 H 10 cha b cracking là 110 lít ng vi đáp án B. Ví d 3: Crackinh C 4 H 10 thu đc hn hp ch gm 5 hidrocacbon có t khi hi so vi H 2 là 16,325. Tính hiu sut ca phn ng cracking. Hng dn gii: Cách 1: Phng pháp ghép n s Cách 2: Phng pháp đa thêm s liu Cách 3: Phng pháp đng chéo Cách 4: Phân tích h s phn ng Khi lng hn hp truc và sau phn ng đc bo toàn: ts mm= Do đó, ta có t s: 2 2 58 58 16,325 2 32,65 t t H tts s s st H s m d Mnn m dn M n ==== = × Vì s mol hn hp sau nhiu hn s mol ban đu chính bng s mol ankan đã cracking nên: 58 % 1 100% 77,64% 32,65 H ⎛⎞ =−×= ⎜⎟ ⎝⎠ Dng bài này có th áp dng m rng cho các bài tp: craking ankan, tng hp amoniac, ozone hóa O 2 , oxi hóa SO 2 thành SO 3 , . 3. H s phn ng – phn ánh đnh lut bo toàn nguyên t Ví d 1: t cháy hoàn toàn 100 ml hi cht A, cn đúng 250 ml oxi, ch to ra 200ml CO 2 và 200 ml hi nc (các th tích khí đo  cùng điu kin). Xác đnh công thc phân t ca A. Hng dn gii: Có th gii rt nhanh bài toán đã cho nh sau: 22 12,522 xyz CHO O CO HO 2 + →+ Áp dng đnh lut bo toàn nguyên t, d dàng có A là C 2 H 4 O. Ví d 2: Hòa tan hoàn toàn a gam mt oxit st bng dung dch H SO đm đc va đ, có cha 0,075 mol H SO , thu đc b gam mt mui và có 168 ml khí SO (đktc) duy nht thoát ra. Tìm a,b và công thc ca oxit đã cho. 2 4 2 4 2 Hng dn gii: Gi công thc ca oxit đã cho là Fe x O y . 2 0,168 0,0075 22,4 SO nm== ol Vit li phn ng: 24 2 43 2 2 0,075 ( ) 0,0075 xy Fe O H SO Fe SO SO H O + →+ + Áp dng đnh lut bo toàn nguyên t S, ta có: 243 () 0,075 0,0075 0,0225 0,045 3 Fe SO Fe nnmol − ==→= Tng t, bo toàn nguyên t H và O, ta có: 0,06 O nm= ol g (hoc dùng phng pháp bo toàn electron) Do đó, d dàng suy ra oxit đã cho là Fe 3 O 4 . Và 3, 48 , 9agb = = Cách làm này hay hn hn so vi cách làm thông thng là vit phng trình phn ng ra ri cân bng vi h s ch, rt mt thi gian và d nhm ln. Dng bài này có th áp dng đc cho nhiu bài tp xác đnh công thc phân t trong c Hóa hu c và vô c, đng thi còn có th dùng đ tính toán nhiu đi lng quan trng khác. 4. H s phn ng trong các phn ng đt cháy cht hu c Ta đã bit mt cht hu c bt k cha 3 nguyên t C, H, O có CTPT là vi k là đ bt bão hòa (bng tng s vòng và s liên kt  trong CTCT). 222nn k CH O +− x Xét phn ng cháy ca hp cht này, ta có: Sao bng lnh giá – V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com 222 2 2 (1) nn kx CH O nCO n kHO +− →++− Phân tích h s phn ng này, ta có mt kt qu rt quan trng là: 22 1 HO CO X nn n k − = − Vi n X là s mol cht hu c b đt cháy. 2 trng hp riêng hay gp trong các bài tp ph thông là (hp cht no, mch h C 0k = n H 2n+2 O x ) có 22 (ankan, ru no mch h, ete no mch h, .) và XHOCO nn n=− 2k = có (ankin, ankadien, acid không no 1 ni đôi, andehit, xeton không no 1 ni đôi, .) 22 XCOH nn n=− http://my.opera.com/saobanglanhgia 4 O Ví d 1: Hn hp X gm ru metylic, ru etylic, ru propylic và nc. Cho a gam G tác dng vi Natri d đc 0,7 mol H 2 . t cháy hoàn toàn a gam X thu đc b mol CO 2 và 2,6 mol H 2 O. Tính a và b. Hng dn gii: Cách 1: Phng pháp ghép n s Cách 2: Phân tích h s phn ng Các phn ng vi Na có th vit chung là: 2 1 2 ROH Na RONa H+→ + Do đó, 2 21,4 XH nn m==ol l Các cht trong hn hp X có dng C n H 2n+2 O nên: 22 1, 2 XHOCO nn n b mo=−→= Áp dng đnh lut bo toàn nguyên t O, ta có: 2 2,6 1,2 2 1,4 1, 8 2 O n +×− ==mol = 23 0,085 CO CaCO nn mol== 2 Áp dng đnh lut bo toàn khi lng, ta có: 22 2 42 CO H O O am m m g=+−= Ví d 2: Mt hn hp gm anđehit acrylic và mt anđehit đn chc X. t cháy hoàn toàn 1,72 gam hn hp trên cn va ht 2,296 lít khí oxi (đktc). Cho toàn b sn phm cháy hp th ht vào dung dch Ca(OH) d, thu đc 8,5 gam kt ta. Công thc cu to ca X là: 2 A. HCHO C. C H CHO 2 5 B. CH CHO D. C H CHO 3 3 5 Hng dn gii: 2 0,1025 O nmol Áp dng đnh lut bo toàn khi lng, ta có: 22 Andehit O CO H O mmmm+ =+ 22 1, 26 0, 07 HO HO mgn→= →=mol ol Áp dng đnh lut bo toàn nguyên t O, ta có: 2 0,085 0,07 2 0,1025 0,035 Andehit nm = ×+−× = Do đó, KLPT trung bình ca 2 anđêhit là: 1, 72 49,14 0,035 M == Anđêhit acrylic có anđêhit còn li có 56M = → 49,14M < , tc là đáp án A hoc B. Anđêhit acrylic (C 3 H 4 O) là anđêhit không no 1 ni đôi, anđêhit còn li là no đn chc nên: 34 2 2 0,015 CHO CO HO nnn mol = −= Và anđêhit còn li có s mol là 0,02 mol. Gi M là KLPT ca Anđêhit còn li thì: 56 0,015 0,02 1,72 Andehit mMg = ×+×= 44M→= , ng vi đáp án B. Dng bài này có th áp dng m rng cho các bài tp đt cháy các hp cht hu c khác, k c hp cht hu c có cha Nit. 5. Tng kt v phng pháp Các phng pháp gii toán trong Hóa hc đu có mt đc đim chung là không h cng nhc  nhng dng bài c đnh mà ch có nhng nguyên tc t duy là không đi, còn vic vn dng phng pháp là ht sc linh hot. Phng pháp phân tích h s đã nêu trong bài vit này cng vy. Ngoài mt s dng bài tp ph bin đã nêu  trên, ta hoàn toàn có th phát trin phng pháp này cho nhiu bài tp khác, thm chí theo hng “phân tích h s nguyên t trong công thc phân t” Ví d 1: Nhit phân hoàn toàn 20 gam hn hp gm NaNO 3 và Cu(NO 3 ) 2 , sn phm khí sinh ra đc hp th vào trong H 2 O d thì thy Sao bng lnh giá – V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com có 2,24 lít khí thoát ra sau cùng. Xác đnh thành phn phn trm v khi lng ca hn hp đu. Hng dn gii: Các phn ng xy ra: 322 32 2 2 222 3 1 2 1 () 2 2 1 2 2 2 NaNO NaNO O Cu NO CuO NO O NO O H O HNO →+ →+ + ++→ http://my.opera.com/saobanglanhgia 5 Cn c vào h s phn ng có th thy lng NO 2 và O 2 sinh ra t phn ng nhit phân Cu(NO 3 ) 2 đc hp th va đ trong H 2 O. Do đó, lng khí thoát ra đúng bng O 2 sinh ra t phn ng nhit phân NaNO 3 . 3 2,24 85 2 22,4 % 100% 85% 20 NaNO m ×× →= ×= () 2 3 %1 Cu NO m→=5% Ví d 2:  xác đnh thành phn qung st gm Fe 3 O 4 và Fe 2 O 3 , ngi ta hòa tan hoàn toàn qung trong dung dch HCl d, kt thúc phn ng thu đc dung dch A. Dung dch A tác dng vi 200ml dung dch KI 0,3M va đ thì thu đc dung dch B và mt cht rn không tan. Lc b cht rn, cho dung dch B tác dng vi khí Cl 2 d thì thu đc dung C. Li cho dung dch C tác dng vi dung dch NaOH d, ly kt ta thu đc nung đn khi lng không đi thì thy cht rn cui cùng có khi lng thay đi so vi qung ban đu là 0,16 gam. Xác đnh thành phn phn trm theo khi lng ca qung st. Hng dn gii: Cách 1: t n và gii h phng trình Cách 2: Phân tích h s nguyên t trong CTPT S đ chuyn hóa qung thành cht rn: 34 23 23 , FeO FeO FeO→ Phân tích h s nguyên t trong CTPT, ta thy: 34 23 23Fe O Fe O→ tng thêm 1 nguyên t O nên khi lng cht rn tng 16g. Mà theo đ bài, khi lng cht rn tng là 0,16g → qung ban đu cha 0,02 mol Fe 3 O 4 (sau đó chuyn thành 0,03 mol Fe 2 O 3 trong cht rn) 23 34 2 8 2 4 FeO H Fe Fe H O +++ +→+ + 32 2 2 2 2 FeI Fe +− + I+ →+ S mol Fe 2 O 3 trong hn hp đu là: 34 23 2 0,01 2 Fe O I Fe O nn nm − ol − == T đó, d dàng có: và 34 %74,3 Fe O m = 6% 4% 23 %25,6 Fe O m = Dng bài tp này thng áp dng cho các bài toán vi oxit ca Fe, trong đó h s ca các oxit thng đc quy đi cho nhau. Tuy nhiên, cng có th m rng bài toán cho hp cht ca nhiu nguyên t khác. 6. Mt s bài tp áp dng: BT 1. Hn hp X gm Fe, Mg và Zn. Bit X tác dng vi HCl thì thu đc 12,32 lít khí, còn khi cho X tác dng vi dung dch HNO đc, nóng thì thu đc 29,12 lít khí NO . Bit các th tích khí đu đo  đktc. Xác đnh khi lng ca Fe trong hn hp. 3 2 A. 11,2 gam C. 5,6 gam B. 8,4 gam D. 14 gam BT 2. Hn hp X gm 0,6 mol kim loi cha Fe, Mg và Al. Bit X tác dng vi HCl thu đc 17,92 lít khí. Hi nu cho X tác dng vi dung dch NaOH thì th tích khí thu đc là bao nhiêu. Bit các th tích khí đu đo  đktc. A. 13,44 lít C. 4,48 lít B. 6,72 lít D. 17,92 lít BT 3. Cracking mt ankan thu đc hn hp khí có t khi hi so vi H 2 bng 19,565. Bit hiu sut ca phn ng Cracking là 84%. Xác đnh ankan đã cho. A. Butan C. Pentan Sao bng lnh giá – V Khc Ngc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia 6 B. Isobutan D. A và B BT 4. Sau khi ozon hóa, th tích ca O 2 gim đi 5ml. Hi có bao nhiêu ml O 3 đc to thành. A. 7,5 ml C. 5ml B. 10 ml D. 15ml BT 5. Mt hn hp X gm H và N . Tin hành phn ng tng hp NH t hn hp X thì thu đc hn hp Y. Bit khi lng trung bình ca X và Y ln lt là 7,2 và 7,826. Tính hiu sut tng hp NH . 2 2 3 3 A. 60,6% C. 8,69 % B. 17,39% D. 20% BT 6. Trn 400ml hi ca mt hp cht hu c A (cha C, H, O) vi 2 lít O 2 ri đt cháy. Hn hp khí sinh ra nu dn qua CaCl 2 khan thì th tích gim 1,6 lít. Nu dn tip qua KOH d thì th tích gim thêm 1,2 lít na và thoát ra sau cùng là 400ml O 2 còn d. Xác đnh công thc phân t ca A (các th tích khí đo  cùng điu kin). A. C 3 H 8 O 2 C. C 3 H 8 O 3 B. C 3 H 8 O D. C 4 H 6 O 2 BT 7. Hn hp X gm 2 cht hu c k tip nhau trong cùng dãy đng đng, phân t ca chúng ch có mt nhóm chc. Chia X làm 2 phn bng nhau: - Phn 1: đem đt cháy hoàn toàn ri cho toàn b sn phm cháy (ch có CO 2 và H 2 O) ln lt qua bình (1) đng dung dch H 2 SO 4 đc, bình (2) đng dung dch Ca(OH) 2 d, thy khi lng bình (1) tng 2,16 gam và bình (2) có 7 gam kt ta. - Phn 2: cho tác dng ht vi Na d thì th tích khí H 2 (đktc) thu đc là bao nhiêu. A. 0,224 lít C. 2,24 lít B. 0,56 lít D. 1,12 lít Các bài ging ca Sao bng lnh giá – V Khc Ngc có th đc s dng, sao chép, in n, phc v cho mc đích hc tp và ging dy, nhng cn phi đc chú thích rõ ràng v tác gi. Tôn trng s sáng to ca ngi khác cng là mt cách đ phát trin, nâng cao kh nng sáng to ca bn thân mình ^^ Liên h tác gi: V Khc Ngc – Phòng Hóa sinh Protein – Vin Công ngh Sinh hc Vin Khoa hc và Công ngh Vit Nam in thoi: 098.50.52.510 a ch lp hc: p107, K4, Tp th Bách Khoa, Hà Ni (ph trách lp hc: 0942.792.710 – ch Hnh) . 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Phân tích h s phn ng và ng dng trong gii nhanh bài toán Hóa hc V Khc Ngc Phòng Công ngh Hóa sinh Protein – Vin Công. t n và gii h phng trình Cách 2: Phân tích h s nguyên t trong CTPT S đ chuyn hóa qung thành cht rn: 34 23 23 , FeO FeO FeO→ Phân tích h