Bài tập đồ thị hóa học

TÀI LIỆU LUYỆN THI THPT QUỐC GIA PHẦN LỚP 12 BÀI TẬP HÓA HỌC BẰNG ĐỒ THỊ Các tập sử dụng đồ thị -Bản chất: Biểu diễn biến thiên-mối liên hệ phụ thuộc lẫn đại lượng Ví dụ: + Sự biến đổi tuần hồn tính chất nguyên tố hợp chất + Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng Sự chuyển dịch cân + Khí CO2 tác dụng với dung dịch kiềm, muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm… + Dung dịch axit tác dụng với dung dịch aluminat, dung dịch cacbonat… -Cách giải: - Nắm vững lý thuyết, phương pháp giải, cơng thức giải tốn, cơng thức tính nhanh - Biết cách phân tích, đọc, hiểu đồ thị: Đồng biến, nghịch biến, không đổi … - Quan hệ đại lượng: Đồng biến, nghịch biến, không đổi … - Tỉ lệ đại lượng đồ thị: Tỉ lệ số mol kết tủa (hoặc khí) số mol chất thêm vào (OH−, H+…) Áp dụng hình học: tam giác vng cân, tam giác đồng dạng… - Hiểu thứ tự phản ứng xảy thể đồ thị 1-Qui luật biến thiên độ âm điện Ví dụ 1: Đồ thị biểu diễn biến đổi độ âm điện nguyên tố L, M R (đều thuộc nhóm A bảng tuần hồn ngun tố hóa học) theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân (Z) Trong bảng tuần hồn, ngun tố cho có đặc điểm A thuộc nhóm A B thuộc nhóm A, chu kì liên tiếp C thuộc chu kì D nguyên tố phi kim Hướng dẫn lí thuyết cần nắm Lí thuyết: Qui luật biến thiên tính chất nguyên tố nhóm A bảng tuần hồn Tính chất Theo chu kì Theo nhóm A - Số thứ tự tăng dần tăng dần - Bán kính nguyên tử giảm dần tăng dần (*) - Năng lượng ion hoá thứ (I1) tăng dần giảm dần - Độ âm điện ngun tử (nói chung) tăng dần giảm dần tính kim loại: giảm dần tính kim loại: tăng dần -Tính kim loại,tính phi kim nguyên tố tính phi kim: tăng dần tính phi kim: giảm dần - Số electron lớp ngồi tăng từ đến -Hố trị cao nguyên tố với oxi tăng từ đến -Hoá trị phi kim h.chất khí với hiđro giảm từ đến tính bazơ giảm tính bazơ tăng - Tính axit - bazơ oxit hiđroxit tính axit tăng tính axit giảm (*) Năng lượng ion hoá thứ (I1): Năng lượng tối thiểu cần thiết để tách electron trạng thái khỏi nguyên tử nguyên tố (Từ điển HHPT-tr 201) Z tăng, χ (đọc Si) độ âm điện tăng Chọn C thuộc chu kì 2-Tốc độ phản ứng Cân hóa học Ví dụ 1: Sự biến thiên tốc độ phản ứng thuận (Vt) nghịch (Vn) theo thời gian (t) phản ứng: H2 (k) + I2 (k) 2HI (k) biểu diễn theo đồ thị ? (Ban đầu có H2 I2) A B C to D Ví dụ 2: Cho phản ứng sau: CuO (r) + CO (k) →Cu (r) + CO2 (k) Đồ thị sau biểu diễn phụ thuộc tốc độ phản ứng (V) vào áp suất (P) ? A B C D Giải: Chọn C - Ảnh hưởng áp suất: Khi áp suất tăng, nồng độ chất khí tăng theo, nên tốc độ phản ứng tăng (SGK-10-tr151-153) (Chú ý không nhầm với chuyển dịch cân hóa học) Ví dụ 3: Cho cân : xA (k) + yB (k) mD (k) + nE (k) Trong A, B, D, E chất khác Sự phụ thuộc nồng độ chất D với nhiệt độ (t o) áp suất (P) biểu diễn hai đồ thị (I) (II) sau: (I) (II) Kết luận sau ? A (x + y) < (m + n) B Phản ứng thuận phản ứng thu nhiệt (∆H > 0) C Tỉ khối hỗn hợp khí bình so với H2 tăng tăng áp suất, giảm nhiệt độ D Cân chuyển dịch theo chiều thuận tăng áp suất, tăng nhiệt độ Giải: Nhận xét đồ thị - (I) nghịch biến, tăng nhiệt độ [D] giảm, phản ứng nghịch thu nhiệt (∆H > 0) - (II) đồng biến, tăng áp suất [D] tăng, phản ứng thuận giảm số phân tử khí: (x + y) > (m + n) - Khi tăng áp suất, cân chuyển dịch theo chiều thuận (giảm số phân tử khí), tăng nhiệt độ, cân chuyển dịch theo chiều nghịch (phản ứng thu nhiệt ∆H > 0) Mt dt ns = = , d > dt ⇒ nt > ns Ms ds n t s + Khi tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều thuận, giảm số mol khí + Khi giảm nhiệt độ, cân chuyển dịch theo chiều thuận, phản ứng thuận tỏa nhiệt (∆H < 0) Lí thuyết Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (SGK-10 tr151-153) - Ảnh hưởng nồng độ: Khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng - Ảnh hưởng áp suất: Khi áp suất tăng, nồng độ chất khí tăng theo, nên tốc độ phản ứng tăng - Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng - Ảnh hưởng diện tích bề mặt: Khi tăng diện tích bề mặt chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng - Ảnh hưởng chất xúc tác: Chất xúc tác chất làm tăng tốc độ phản ứng, lại sau phản ứng kết thúc Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học Ảnh hưởng nồng độ, áp suất nhiệt độ nồng độ nồng độ Khi tăng áp suất cân chuyển dịch phía làm giảm số phân tử khí nhiệt độ phản ứng thu nhiệt (∆H > 0) nồng độ nồng độ Khi giảm áp suất cân chuyển dịch phía làm tăng số phân tử khí nhiệt độ phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0) Chú ý: - Nhiệt phản ứng (∆H) Phản ứng tỏa nhiệt, chất phản ứng bớt lượng nên giá trị ∆H có dấu âm (∆H < 0) Phản ứng thu nhiệt, chất phản ứng phải lấy thêm lượng để tạo sản phẩm, nên giá trị ∆H có dấu dương (∆H > 0) - Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân - Phản ứng có số mol khí hai vế phương trình hóa học phản ứng khơng có chất khí áp suất khơng ảnh hưởng đến cân - Khi thêm bớt chất rắn (nguyên chất) cân không chuyển dịch Phản ứng khí xảy bình kín Mối liên hệ số mol khí trước sau phản ứng với tỉ khối (d) M hỗn hợp khí trước sau phản ứng (Áp dụng tập phản ứng: tổng hợp NH3, tách H2, cộng H2 phản ứng crackinh) m M= , m khối lượng, n số mol bình n d tỉ khối hỗn hợp khí so với B - Số mol khí trước phản ứng: n1 , khối lượng hỗn hợp khí: m1 , khối lượng mol trung bình: M1 - Số mol khí sau phản ứng: n2 , khối lượng hỗn hợp khí: m2 , khối lượng mol trung bình: M2 Trong bình kín trước sau phản ứng, khối lượng khí khơng thay đổi (m1 = m2) M1 d1 n = = Biểu thức tính khối lượng mol trung bình: M = ? M d n1 M1 d1 n = = Trong bình kín, ta có: M d n1 d1 > ⇒ d1 > d2 (tỉ khối hỗn hợp khí giảm) • Nếu d2 n2 > ⇒ n2 > n1, số phân tử khí sau phản ứng tăng ⇒ n1 d1 < ⇒ d1 < d2 (tỉ khối hỗn hợp khí tăng) • Nếu d2 n2 < ⇒ n2 < n1, số phân tử khí sau phản ứng giảm ⇒ n1 3- Khí CO2 tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 (hoặc Ca(OH)2) Sơ đồ phản ứng: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 , Ba(HCO3)2 Các khái niệm: (chất thêm vào) ; (chất đầu) (sản phẩm) Các phương trình phản ứng xảy Tuỳ theo tỉ lệ số mol chất, ta thu sản phẩm khác CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O (1) (đồ thị đồng biến- nửa trái) Nếu dư CO2: BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (tan) (a) (đồ thị nghịch biến- nửa phải) hoặc: 2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2 (2) Vẽ đồ thị: Số liệu chất thường tính theo đơn vị mol + Trục tung biểu diễn số mol chất sản phẩm tạo thành + Trục hoành biểu diễn số mol chất thêm vào Dựng đồ thị dựa theo trục dự đoán sản phẩm theo tỉ lệ số mol chất • Giải thích đồ thị: Dựa theo trật tự phản ứng dung dịch (phản ứng (1) (a)) • Tính lượng kết tủa cực đại theo phương trình phản ứng (1) • Dự đốn điều kiện có kết tủa, khơng có kết tủa theo phương trình phản ứng (2) Tính số mol sản phẩm: Cách 1: Tính dựa theo trật tự phản ứng dung dịch (phản ứng (1) (a)) Cách 2: Dự đoán sản phẩm dung dịch theo tỉ lệ số mol n CO2 n Ba(OH)2 Tính theo phương trình phản ứng tạo sản phẩm (phản ứng (1) (2)) Biểu thức tinh nhanh số mol BaCO3 (hoặc CaCO3) • Nửa trái đồ thị: Dư Ba(OH)2, xảy phản ứng (1), n BaCO3 = n CO2 • Nửa phải đồ thị: Dư CO2, xảy đồng thời (1) (2), n BaCO3 = 2n Ba(OH)2 - n CO2 Gọi số mol BaCO3 Ba(HCO3)2 x y Ta có: x + y = số mol Ba(OH)2 (*) Giải hệ phương trình: Nhân (*) với 2, trừ (**) x + 2y = số mol CO2 (**) ⇒ x = n BaCO3 = 2n Ba(OH)2 - n CO2 Đồ thị (BaCO3- CO2) (hai nửa đối xứng) n nmax a mol 0,5a ) 45o 45o ( a1 a a2 n 2a mol (dư Ba(OH)2) (dư CO2) (dư CO2) Sản phẩm: muối BaCO3 ; muối BaCO3 ; CO2 dư Ba(OH)2 dư ; Ba(HCO3)2 ; muối Ba(HCO3)2 Phản ứng xảy ra: (1) ; (1) (2) ; (2) n = n n = 2n Ba(OH)2 - n CO2 ; Số mol chất: Nửa trái: BaCO3 CO2 ; Nửa phải: BaCO3 Hình *: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc số mol BaCO thu vào số mol CO2 (b mol) phản ứng với dung dịch chứa a mol Ba(OH)2 • Khí CO2 tác dụng với dung dịch kiềm (OH−) - tương tự Các phương trình phản ứng xảy ra: Tuỳ theo tỉ lệ số mol chất, ta thu sản phẩm khác CO2 + 2OH− → CO32− + H2O (1) (đồ thị đồng biến- nửa trái) Nếu dư CO2: CO32− + CO2 + H2O → 2HCO3− (a) (đồ thị nghịch biến- nửa phải) − − hoặc: CO2 + OH → HCO3 (2) 2− Đồ thị (CO3 - CO2) tương tự đồ thị (BaCO3- CO2) (hai nửa đối xứng) Biểu thức tinh nhanh số mol CO32− • Nửa trái đồ thị: Dư OH−, xảy phản ứng (1), n CO32− = n CO2 • Nửa phải đồ thị: Dư CO2, xảy đồng thời (1) (2), n CO32− = n OH− - n CO2 Gọi số mol BaCO3 Ba(HCO3)2 x y Ta có: 2x + y = số mol OH− (*) x + y = số mol CO2 (**) Giải hệ phương trình: Lấy (*) trừ (**) ⇒ x = n CO2− = n OH − - n CO Ví dụ 1: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch Ba(OH)2, kết thí nghiệm thể đồ thị sau: Giá trị a x đồ thị A B 1,8 3,6 C 1,6 3,2 D 1,7 3,4 Giải: Tam giác cân, cạnh đáy bằng: 2a = x Hai tam giác vng cân hai cạnh góc vng a, góc 45o Tam giác vng cân nhỏ đồng dạng, cạnh góc vng bằng: 0,5a = x - Ta có hệ phương trình: 2a = x 0,5a = x - ⇒ a = ; x = Ví dụ 2: Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 phản ứng kết thúc Kết thí nghiệm thể đồ thị sau: Giá trị x đồ thị A 0,2 B 0,3 C 0,4 D 0,5 Giải: Kéo dài nhánh đồ thị cắt trục hoành, ta dạng ban đầu x = 1,8 - 1,5 = 0,3 Ví dụ 3: Sục từ từ khí CO2 vào 400 gam dung dịch Ba(OH)2 Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Sau phản ứng kết thúc, dung dịch thu có nồng độ phần trăm khối lượng A 42,46% B 64,51% C 50,64% D 70,28% Giải: Kéo dài nhánh phải đồ thị cắt trục hoành, ta dạng ban đầu - Số mol BaCO3 kết tủa = 0,4 mol - Tìm số mol Ba(OH)2 ban đầu Áp dụng, nửa phải đồ thị: n BaCO3 = 2n Ba(OH)2 - n CO2 Thay số: 0,4= n Ba(OH)2 - 2,0 ⇒ n Ba(OH)2 = 1,2 mol = số mol BaCO3 max = 1,2 mol ⇒ khối lượng BaCO3 kết tủa = 197.0,4 = 78,8 gam - Số mol Ba(HCO3)2 = 1,2 - 0,4 = 0,8 ⇒ khối lượng chất tan = 259.0,8 = 207,2 gam - Khối lượng dung dịch sau phản ứng = 400 + m CO2 - m BaCO3 = 400 + 88 - 78,8 = 409,2 gam 207, ×100 = 50,64% - Nồng độ phần trăm khối lượng Ba(HCO3)2 = 409, Ví dụ 4: (dạng trắc nghiệm) Dung dịch X chứa a mol Ca(OH)2 Cho dung dịch X hấp thụ 0,06 mol CO2 2b mol kết tủa, dùng 0,08 mol CO2 thu b mol kết tủa Giá trị a b A 0,08 0,04 B 0,05 0,02 C 0,08 0,05 D 0,06 0,02 Giải: So sánh: 0,06 mol CO2 -> thu 2b mol CaCO3 0,08 mol CO2 -> thu b mol CaCO3 ⇒ (0,08 - 0,06) = 0,02 mol CO2 hòa tan b mol CaCO3 theo phương trình sau: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 b = 0,02 < - 0,02 Tìm a Áp dụng, nửa phải đồ thị b = 0,02 = 2a - 0,08 ⇒ a = 0,05 mol Ví dụ 4: (Bài tập dạng đồ thị) Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch chứa Ca(OH)2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau (só liệu chất tính theo đơn vị mol) Tỉ lệ a : b A : B : C : D : Giải: Số mol Ca(OH)2 = số mol CaCO3 max = a mol Áp dụng biểu thức tính nhanh, nửa phải đồ thị: n CaCO3 = 2n Ca(OH)2 - n CO2 , thay số: Ta có: 2b = 2a - 0,06 b = 2a - 0,08 ⇒ a = 0,05 , b = 0,02 Ví dụ 5: Cho 5,6 lít hỗn hợp X gồm N2 CO2 (đktc) chậm qua dung dịch Ca(OH)2 để phản ứng xảy hồn tồn Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau (các số liệu tính mol) Tỉ khối hỗn hợp X so với hiđro lớn gần giá trị sau ? A 16 B 18 C 19 D 20 (hoặc giá trị a : b A : B : C : D : 5.) Giải: Số mol Ca(OH)2 = số mol CaCO3 max = 0,1 mol Áp dụng biểu thức tính nhanh: Nửa trái đồ thị: n CaCO3 = n CO2 Nửa phải đồ thị: n CaCO3 = 2n Ca(OH)2 - n CO2 Thay số: 0,05 = a ; 0,05 = 2.0,1 - b ⇒ b = 0,15 Trường hợp 1: CO2 0,05 mol, N2 0,20 mol ⇒ M X = 31, , d H2 = 15,6 (gần 16 ≠ 0,4 đơn vị, loại) Trường hợp 2: CO2 0,15 mol, N2 0,10 mol ⇒ M X = 37,6, d H2 = 18,8 (gần 19 ≠ 0,2 đơn vị, chọn) Khí CO2 tác dụng với hỗn hợp NaOH (hoặc KOH) Ba(OH)2 (hoặc Ca(OH)2) Các phương trình phản ứng xảy ra: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O (đoạn (I), đồ thị đồng biến- nửa trái) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O dư CO2: Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 phương trình chung: CO2 + NaOH → NaHCO3 (đoạn (II), kết tủa không đổi - đoạn nằm ngang) dư CO2: BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (tan) (đoạn (III), (đồ thị nghịch biến- nửa phải) Ví dụ 6: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch X (chứa m (gam) NaOH a mol Ca(OH)2) Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị m a là: A 48 1,2 B 36 1,2 C 48 0,8 D 36 0,8 Giải: Các phương trình phản ứng xảy (giải thích đồ thị): CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O (đoạn (I), đồ thị đồng biến- nửa trái) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O dư CO2: Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 phương trình chung: CO2 + NaOH → NaHCO3 (đoạn (II), kết tủa không đổi - đoạn nằm ngang) dư CO2: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (tan) (đoạn (III), (đồ thị nghịch biến- nửa phải) Theo đồ thị đoạn (II): Số mol CO2 = số mol NaOH = 1,2 mol ⇒ m = 40× 1,2 = 48 gam Theo đồ thị, trục hoành, số mol CO2 = a + 1,2 + a = 2,8 ⇒ a = 0,8 mol Ví dụ 7: Cho m (gam) hỗn hợp (Na Ba) vào nước dư, thu V lít khí H2 (đktc) dung dịch X Hấp thu khí CO2 từ từ đến dư vào dung dịch X Lượng kết tủa thể đồ thị sau: Giá trị m V A 32 6,72 B 16 3,36 C 22,9 6,72 D 36,6 8,96 Giải: Các phương trình phản ứng xảy (giải thích đồ thị): Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑ 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ tổng quát: (kim loại Ba, Na) + H2O → (ion kim loại Ba2+, Na+) + 2OH− + H2↑ CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O (đoạn (I)) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O dư CO2: Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 phương trình chung: CO2 + NaOH → NaHCO3 (đoạn (II) dư CO2: BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (tan) (đoạn (III)) Nếu tạo hoàn toàn muối hiđrocacbonat: OH− + CO2 + H2O → HCO3− - Số mol Ba(OH)2 = số mol BaCO3↓ (max) = số mol Ba = 0,2 mol - Số mol NaOH = 0,2 mol = số mol Na - m = 0,2(137 + 23) = 32 gam - Số mol OH− = số mol CO2 = 0,6 ⇒ số mol H2 = n OH − = 0,3 mol V = 6,72 lít Ví dụ 8: Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch hỗn hợp gồm KOH Ca(OH)2, ta có kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau (số liệu chất tính theo đơn vị mol): Giá trị x A 0,10 B 0,12 C 0,11 Giải: Đọc đồ thị ⇒ x = 0,50 - 0,40 = 0,10 mol 10 D 0,13 Dung dịch kiềm (OH−) tác dụng với dung dịch muối kẽm (Zn2+) Đồ thị (Zn(OH)2 - OH−) (hai nửa đối xứng) n Zn(OH) n Zn(OH) max a x a1 2a a2 4a n OH− (dư OH−) Zn(OH)2 ZnO22− (1) (2) (dư OH−) − ; ; OH dư ; ; ZnO22− ; ; (2) n OH − 4.n Zn 2+ - n OH− Số mol chất: Nửa trái: n Zn(OH) = ; Nửa phải: n Zn(OH) = ; ( n ZnO22− = n Zn 2+ ) 2 2 Hình *: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc số mol Zn(OH) thu vào số mol NaOH phản ứng với dung dịch chứa a mol ZnSO4 Dung dịch axit (H+) tác dụng với dung dịch muối ZnO22− (dư Zn2+) Sản phẩm: Zn(OH)2 Zn2+ dư Phản ứng xảy ra: (1) Đồ thị (Zn(OH)2 - H+) (hai nửa đối xứng- tương tự đồ thị Zn(OH)2 - OH−) n Zn(OH)2 n Zn(OH) max a x a1 (dư ZnO22−) Sản phẩm: Zn(OH)2 ZnO22− dư Phản ứng xảy ra: (1) 2a a2 4a (dư H+) Zn(OH)2 Zn2+ (1) (2) n H+ (dư H+) H+ dư ; ; ; ; Zn2+ ; ; (2) 4.n ZnO2− - n H+ n + Số mol chất: Nửa trái: n Zn(OH) = H ; Nửa phải: n Zn(OH) = ; ( n Zn 2+ = n ZnO22− ) 2 2 Hình *: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc số mol Zn(OH) thu vào số mol H+ phản ứng với dung dịch chứa a mol ZnO22− 30 D.dịch kiềm (OH−) tác dụng với muối kẽm (Zn2+) 2OH− + Zn2+ → Zn(OH)2 (1) − − 2− dư OH : Zn(OH)2 + 2OH → ZnO2 +2H2O (a) hoặc: 4OH− + Zn2+ → ZnO22− + 2H2O (2) Biểu thức tính nhanh số mol Zn(OH)2 n − - Nửa trái, p.ứng (1): n Zn(OH) = OH 2 4.n Zn 2+ - n OH − - Nửa phải, p.ứ(1) (2): n Zn(OH) = 2 Dự đoán lượng kết tủa Zn(OH)2 n − - Số mol Zn(OH)2↓ max = OH = n Zn 2+ n OH− n Zn 2+ - Điều kiện có Zn(OH)2↓: < 4; > n Zn 2+ n OH− n OH− n Zn 2+ - Đk khơng có Zn(OH)2↓: ≥ 4; ≤ n Zn 2+ n OH− D.dịch axit (H+) tác dụng với muối ZnO22− 2H+ + ZnO22− → Zn(OH)2 (1) + + 2+ dư H : Zn(OH)2 + 2H → Zn + 2H2O (a) + 2− 2+ hoặc: 4H + ZnO2 → Zn + 2H2O (2) Biểu thức tính nhanh số mol Zn(OH)2 n + - Nửa trái, p.ứng (1): n Zn(OH) = H 2 4.n ZnO2− - n H+ - Nửa phải, p.ứ (1),(2): n Zn(OH) = 2 Dự đoán lượng kết tủa Zn(OH)2 n + - Số mol Zn(OH)2↓ max = H = n ZnO22− n ZnO2− n H+ - Đ.kiện có Zn(OH)2↓: < 4; > n ZnO2− n H+ -Đk khơng có Zn(OH)2↓: n H+ n ZnO2− ≥ 4, n ZnO2− n H+ ≤ − Dung dịch kiềm (OH ) tác dụng với dung dịch muối nhôm (Al3+) Đồ thị (Al(OH)3- NaOH) (hai nửa không đối xứng) n Al(OH)3 n Al(OH) max a 0,5a a1 3a a2 4a nNaOH (dư OH−) (dư OH−) Sản phẩm: Al(OH)3; Al(OH)3 ; NaAlO2 ; OH−dư ; AlO2− AlO2− Phản ứng xảy ; (1) ; (1) (2); (2) (2) n − Số mol chất (tính nhanh): Nửa trái: n Al(OH) = OH ; Nửa phải: n Al(OH)3 = 4n Al3+ - n OH − 3 Hình *: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc số mol Al(OH) thu vào số mol OH − phản ứng với dung dịch muối chứa a mol Al3+ (dư Al3+) Al(OH)3 Al3+ dư ; (1) 31 Dung dịch axit (H+) tác dụng với dung dịch muối AlO2− Đồ thị (Al(OH)3- H+) (hai nửa không đối xứng) n Al(OH)3 n Al(OH) max a 0,5a a1 a (dư AlO2−) Sản phẩm: Al(OH)3 Al(OH)3; AlO2− dư ; Phản ứng xảy ra: (1) ;(1) ; a2 4a nH+ (dư H+) Al(OH)3 Al3+ (1) (2) (dư H+) 3+ + ; Al ; H dư ; Al3+ ; (2) (2) 4.n AlO− - n H+ Số mol chất (tính nhanh): Nửa trái: n Al(OH)3 = n HCl ; Nửa phải: n Al(OH) = 3 Hình *: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc số mol Al(OH) thu vào số mol H+ phản ứng với dung dịch muối chứa a mol AlO2− Dd kiềm (OH−) tác dụng với muối nhôm (Al3+) 3OH− + Al3+ →Al(OH)3 (1) − − − dư OH : Al(OH)3 + OH →AlO2 +2H2O (a) hoặc: 4OH− + Al3+ → AlO2− + 2H2O (2) Biểu thức tính nhanh số mol Al(OH)3 n − - Nửa trái, p.ứng (1): n Al(OH) = OH 3 - Nửa phải, p.ứ(1) (2): n Al(OH)3 = 4.n Al3+ - n OH − D.dịch axit (H+) tác dụng với muối AlO2− H+ + AlO2 −+ H2O →Al(OH)3 (1) + + 3+ dư H : Al(OH)3 + 3H →Al + 3H2O (a) hoặc: 4H+ + AlO2− → Al3+ + 2H2O (2) Biểu thức tính nhanh số mol Al(OH)3 n Al(OH) = n H+ - Nửa trái, p.ứng (1): - Nửa phải, p.ứ (1),(2): n Al(OH) = 4.n AlO− - n H+ Dự đoán lượng kết tủa Al(OH)3 - Số mol Al(OH)3↓ max = n H+ = n AlO−2 Dự đoán lượng kết tủa Al(OH)3 n − - Số mol Al(OH)3↓ max = OH = n Al3+ n OH− n Al3+ - Điều kiện có Al(OH)3↓: < 4; > n Al3+ n OH− n OH− n Al3+ - Đk khơng có Al(OH)3↓: ≥ 4; ≤ n Al3+ n OH− - Đ.kiện có Al(OH)3↓: n H+ n AlO− < 4; -Đk khơng có Al(OH)3↓: n H+ n AlO− n AlO− n H+ ≥ 4, > n AlO− 2 n H+ ≤ 2.3.4 Vận dụng đồ thị đơn giản có để giải tốn khó 2.3.4.1 Dạng toán: nhỏ từ từ dung dịch đến dư Ba(OH)2 vào dung dịch chứa Al3+, SO 42a/ Hình dạng đồ thị dạng toán 32 - Nhỏ từ từ dung dịch đến dư Ba(OH)2 vào dung dịch chứa Al2(SO4)3 tức 3n Al3+ = 2n SO2 − - Nhỏ từ từ dung dịch đến dư Ba(OH)2 vào dung dịch chứa Al3+, SO42− mà 3n Al3+ ≠ 2n SO2 − : + Nếu 3n Al3+ < 2n SO24− điểm M kết tủa Al(OH)3 đạt cực đại đoạn từ M đến H BaSO4 tiếp tục kết tủa 33 + Nếu 3n Al3+ > 2n SO24 − điểm M kết tủa BaSO4 đạt cực đại đoạn từ M đến H Al(OH)3 tiếp tục kết tủa b/ Phân tích giải tập Câu 1: Nhỏ từ từ dung dịch đến dư Ba(OH) 0,2M vào 100 ml dung dịch A chứa Al2(SO4)3 xM Mối quan hệ khối lượng kết tủa số mol OH- biểu diễn đồ thị sau: 34 Nếu cho 100ml dung dịch hỗn hợp Ba(OH) 0,2M NaOH 0,3M vào 100ml dung dịch A khối lượng kết tủa thu bao nhiêu? A 5,44 gam B 4,66 gam C 5,70 gam D 6,22 gam Giải: * HS phải hiểu nhỏ từ từ dung dịch đến dư Ba(OH) vào ml dung dịch A chứa Al2(SO4)3 ta thu đồ thị có hình dạng này? Giải quyết: - Ban đầu kết tủa tạo đồng thời: Al3+ + 3OH- Al(OH)3 Ba2+ + SO 24−  BaSO4 Do đồ thị lên Và hàm số liên tục từ điểm xuất phát đến điểm cực đại do: Ba(OH)2 Ba2+ + 2OHx  x 2x Xét lượng Ba(OH)2 Ba2+ OH- sinh tham gia đồng thời phương trình: Al3+ + 3OH- Al(OH)3 2/3x  2x Ba2+ + SO 24−  BaSO4 x x Như số mol Al3+ số mol SO 24− có mối quan hệ sau: 3n Al3+ = 2n SO24 − Mà ta lại có Al2(SO4)32Al3+ +3 SO24− mol  Hay 3n Al3+ = 2n SO24 − Vậy điểm cực đại đồ thị Al3+ SO 24− hết - Sau kết tủa Al(OH)3 tan từ từ hết nên đồ thị xuống Al(OH)3 + OH-  AlO −2 +H2O 35 - Khi kết tủa Al(OH)3 tan hết, kết tủa BaSO4 không tan nên đồ thị ngang - Khi cho từ từ Ba(OH)2 dung dịch Al2(SO4)3 ta có đồ thị sau: Tại điểm T: tổng khối lượng kết tủa BaSO4 cực đại Al(OH)3 cực đại Tại điểm I: khối lượng kết tủa BaSO cực đại tổng khối lượng BaSO Al(OH)3 tính theo số mol OH* HS giải tập: m BaSO4 cực đại m BaSO4 = 6,99g ⇒ n BaSO4 = 0,03mol ⇒ n SO2− = 0,03mol ⇒ n Al2 (SO4 )3 = 0,01mol ⇒ n Al3+ = 0,02mol Nếu cho 100ml dung dịch hỗn hợp Ba(OH) 0,2M NaOH 0,3M vào 100ml dung dịch A tức dung dịch chứa 0,01 mol Al2(SO4)3 n Al3+ = 0,02mol n OH − = 0,07mol ∈ (0,06;0,08) 0,02 y O 0,06 0,07 0,08 36 y = 0,08 - 0,07 =0,01 Do đó: mkết tủa = n BaSO4 + m Al(OH)3 = 0,02.233+ 0,01.78 =5,44g Đáp án: A Câu 2: Nhỏ từ từ dung dịch Ba(OH) đến dư vào dung dịch hỗn hợp Na 2SO4 Al2(SO4)3 ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khối lượng kết tủa theo số mol Ba(OH) sau Dựa vào đồ thị xác định giá trị x A 0,28 (mol) C 0,2 (mol) B 0,3 (mol) D 0,25 (mol) Giải: * HS phải hiểu nhỏ từ từ dung dịch Ba(OH)2 đến dư vào dung dịch hỗn hợp Na2SO4 Al2(SO4)3 ta có đồ thị có hình dạng này? Giải quyết: - Ban đầu kết tủa tạo đồng thời: Al3+ + 3OH- Al(OH)3 Ba2+ + SO 24−  BaSO4 Do đồ thị lên Nhưng hàm số liên tục từ điểm xuất phát đến điểm cực đại do: Ba(OH)2 Ba2+ + 2OHx  x 2x Al3+ + 3OH- Al(OH)3 2/3x  2x 37 Ba2+ + SO 24−  BaSO4 x x Như số mol Al3+ số mol SO 24− có mối quan hệ sau: 3n Al3+ = 2n SO24 − Mà Na2SO42Na+ + SO 24− amol  a Al2(SO4)32Al3+ +3 SO 24− bmol  2b 3b Lúc này: n Al3+ =3.2b=6b n SO24 − = 2.(a+3b)= 2a +6b Do 3n Al3+ < 2n SO24− hay n SO24 − dư Kết đồ thị lên có gãy khúc vị trí T (ứng với số mol Al 3+ hết), sau tiếp tục lên vị trí cực đại H (ứng với số mol SO 24− hết) phản ứng Ba2+ + SO 24−  BaSO4 - Sau kết tủa Al(OH)3 tan từ từ hết nên đồ thị xuống Al(OH)3 +OH-  AlO −2 +H2O - Khi kết tủa Al(OH)3 tan hết, kết tủa BaSO4 không tan nên đồ thị ngang 38 - Dạng đồ thị cho từ từ Ba(OH)2 đến dư vào dung dịch hỗn hợp Na2SO4 Al2(SO4)3 sau: (với đoạn MH: BaSO4 tiếp tục tạo ra, Al(OH)3 đạt cực đại M) Tại điểm T: tổng khối lượng kết tủa BaSO4 cực đại Al(OH)3 cực đại Tại điểm I: khối lượng kết tủa BaSO cực đại tổng khối lượng BaSO Al(OH)3 tính theo số mol Ba(OH)2 x mol * HS giải tập: Từ đồ thị cho, đối chiếu đồ thị tổng quát ta có: m BaSO4 = 69,9g ⇒ n BaSO4 = 0,3mol ⇒ n SO24− = 0,3mol Tại điểm cực đại, số mol SO 24− hết Mà SO 24− +Ba2+  BaSO4 0,3 0,3 Nên x = n Ba (OH)2 = 0,3mol Đáp án: B 0,3 (mol) 39 Câu 3: Nhỏ từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch hỗn hợp Al2(SO4)3 AlCl3 thu kết tủa có khối lượng theo số mol Ba(OH)2 đồ thị: Tổng giá trị (x + y) A 136,2 B 163,2 C 162,3 Giải: Hs tự thiết lập đồ thị Từ đồ thị cho, đối chiếu đồ thị tổng quát ta có: Tại điểm 0,6 mol Ba(OH)2: Al(OH)3 tan hết n Al3+ = 0,6.2 ⇒ n Al3+ = 0,3 40 D 132,6 Tại điểm H kết tủa Al(OH)3 đạt cực đại nên n Al(OH)3 = n Al3+ = 0,3 mol Tại điểm 0,3 mol Ba(OH)2 n SO24 − hết nên n SO24 − =0,3 mol ⇒ m BaSO4 = 69,9g ⇒ n SO24− = 0,3mol x= m BaSO4 = 69,9g y= m BaSO4 + m Al(OH)3 =69,9 +78.0,3=93,3 g x+ y = 163,2 g Đáp án: B Câu 4: Cho từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch chứa Al2(SO4)3 AlCl3 khối lượng kết tủa sinh biểu diễn đồ thị sau Giá trị x gần với giá trị sau đây? mkt (gam) 8,55 m số mol Ba(OH)2 x A 0,029 0,08 y B 0,025 C 0,019 * HS giải tập: Sử dụng đồ thị tổng quát câu Đồ thị toán: 41 D 0,015 mkt (gam) 8,55 m số mol Ba(OH)2 x 0,08 y Từ đồ thị cho, đối chiếu đồ thị tổng quát ta có: Tại điểm 0,08 mol Ba(OH)2: Al(OH)3 tan hết n Al3+ = 0,08.2 ⇒ n Al3+ = 0,04 Tại điểm H kết tủa Al(OH)3 đạt cực đại n Al(OH)3 = n Al3+ = 0,04 Tại điểm y mol Ba(OH)2: kết tủa BaSO4 lớn n BaSO4 = n so24 − = y Do 8,55 -233y =78.2y/3 y= 0,03 Tại điểm x mol Ba(OH)2 có m gam kết tủa Đó khối lượng kết tủa BaSO cực đại tổng khối lượng kết tủa BaSO4 x mol Al(OH)32x/3 mol Nên 233y = 233x+78.2x/3 x= 0,0245 Đáp án: B 2.3.4.2 Mở rộng dạng tốn khác HS tự phân tích để đọc hiểu đồ thị Câu 5: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch hỗn hợp chứa Ca(OH)2 NaAlO2 Khối lượng kết tủa thu sau phản ứng biểu diễnư đồ thị hình vẽ Giá trị m x lư m mkt (gam) 27,3 số mol CO2 0,74 x A 39 gam 1,013 mol B 66,3 gam 1,13 mol C 39 gam 1,13 mol C 66,3 gam 1,013 mol Giải: 42 CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (1) CO2 + NaAlO2 +2H2O Al(OH)3+ NaHCO3 (2) CO2 + CaCO3 + H2O  Ca(HCO3)2 (3) Từ đồ thị cho m mkt (gam) 27,3 số mol CO2 0,74 x m Al(OH)3 = 27,3 ⇒ n Al(OH)3 = 0,35 Theo phương trình (2), n CO tham gia phản ứng với NaAlO2 =0,35  Theo phương trình (1), n CO tham gia phản ứng với NaAlO2 =0,74-0,35 =0,39 Biểu diễn kết tủa CaCO3 theo số mol CO2 sau: y 0,39 x-0,35 Vậy y = 0,5 n OH − = 0,39 ⇒ m CaCO3 = 0,39.100 = 39g x- 0,35 = n OH − =0,39.2=0,78 x= 1,13 m = m CaCO3 + m Al(OH)3 = 27,3 +39 =66,3 Đáp án: B Câu 6: Nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch X chứa FeCl3 AlCl3 thu đồ thị sau Giá trị n gần với giá trị sau đây? 43 88,47 n 3,1 2,7 A 84 gam 3,2 B 81 gam C 83 gam D 82 gam Giải: 3,1- 3n/107 = 3,2 - 3n/107 ⇔ 88,47 − n 78 88,47 − n = 0,1 ⇔ n = 80,67 78 Đáp án: B Lưu ý: Khi n OH − = 2,7mol có đồng thời kết tủa Al(OH)3 Fe(OH)3, Fe(OH)3 chưa đạt cực đại n gam Dữ kiện n OH − = 2,7mol không cần đến Ở HS dễ sai nhầm Fe(OH)3 đạt cực đại 44 ... CO32− + H2O (1) (đồ thị đồng biến- nửa trái) Nếu dư CO2: CO32− + CO2 + H2O → 2HCO3− (a) (đồ thị nghịch biến- nửa phải) − − hoặc: CO2 + OH → HCO3 (2) 2− Đồ thị (CO3 - CO2) tương tự đồ thị (BaCO3- CO2)... Tìm a Áp dụng, nửa phải đồ thị b = 0,02 = 2a - 0,08 ⇒ a = 0,05 mol Ví dụ 4: (Bài tập dạng đồ thị) Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch chứa Ca(OH)2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau (só liệu chất... (II), đồ thị đồng biến- nửa trái) Nếu dư NaOH: NaOH + Al(OH)3 → NaAlO2 + 2H2O (a) (đoạn (III), đồ thị nghịch biến- nửa phải) hoặc: 4NaOH + AlCl3 → NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O (2) Nhận xét dạng đồ thị: Đồ