SKKN xây dựng phương pháp giải và hệ thống bài toán hiệu suất trong chương trình hóa học phổ thông tại trường THPT cẩm thủy 1

Mục lục I – PHẦN MỞ ĐẦU 1/ Lí chọn đề tài ………………………………………… 2/ Mục đích nghiên cứu đề tài……………………………… 3/ Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài ……………… 4/ Phương pháp nghiên cứu …………………………………… II – PHẦN NỘI DUNG CỦA SKKN 1/ Cơ sở lí luận đề tài ……………………………………… 2/ Thực trạng đề tài trước áp dụng …………………… 3/ Giải vấn đề 3.1 Cơ sở lý thuyết đề tài……………………………… 3.2 hệ thống toán hiệu suất lớp 10………………… 3.3 Hệ thống toán hiệu suất lớp 11………… ……… 3.3.1 Bài toán độ điện ly α…….……… ………… 3.3 Bài toán hiệu suất phản ứng tổng hợp amoniac ……………………………………………………… 3.3 Bài toán hiệu suất phản ứng hiđrocacbon 3.3 Bài toán hiệu suất liên quan đến ancol, phenol anđehit ……………………………………………………… 3.4 Hệ thống toán hiệu suất lớp 12 3.4.1 Bài toán hiệu suất phản ứng este hóa 3.4.2 Bài tốn hiệu suất thuộc chương cacbohiđrat 3.4.3 Bài toán hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm 3.5 Bài tập tự luyện 4/ Hiệu đề tài III- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……………………………… Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang Trang 11 Trang 13 Trang 13 Trang 14 Trang 17 Trang 19 Trang 20 Trang 21 PHẦN I - MỞ ĐẦU 1/ Lí chọn đề tài Hóa học mơn khoa học thực nghiệm, bên cạnh việc cung cấp cho học sinh kiến thức mơn học, người dạy cịn phải định hướng rèn luyện kĩ cho học sinh kĩ tư duy, kĩ tính tốn, kĩ quan sát tượng… đồng thời dạy học cần gắn liền với thực tế sản xuất kinh doanh địa phương để học sinh dễ ghi nhớ kiến thức, có cách nhìn trực quan kiến thức môn học Trong đề thi đại học, thi THPT quốc gia năm qua ln có câu hỏi gắn với thực tế sản xuất, toán liên quan đến hiệu suất như: toán hiệu suất lên men rượu, toán hiệu suất phản ứng nhiệt nhơm, tốn hiệu suất phản ứng este, toán hiệu suất tổng hợp amoniac (NH3) …các toán hiệu suất học sinh bắt đầu làm quen từ lớp suốt trinh học THPT, nhiên thực tế cho thấy tốn hiệu suất khơng phải tập khó, ln gây rắc rối, nói đến toán hiệu suất học sinh lúng túng việc giải tập, nhiều học sinh thấy tốn hiệu suất sợ bỏ qua khơng quan tâm đến loại toán này, đặc biết trường thuộc khu vực miền núi, chất lượng giáo dục cịn thấp việc giáo viên định hướng cho học sinh giải tốn hiệu suất cịn gặp nhiều khó khăn Trong q trình cơng tác giảng dạy ôn tập cho học sinh Tôi nhận thấy cần thiết phải xây dựng chuyên đề loại toán hiệu suất phù hợp với học sinh để giúp em hiểu rõ chất hiệu suất, có cách nhìn tốn hiệu suất đơn giản hơn, đạt hiệu cao trình dạy học Từ thực tiễn dạy học mạnh dạn xây dựng kế hoạch, nghiên cứu viết nội dung sáng kiến kinh nghiệm với tên đề tài: Xây dựng phương pháp giải hệ thống toán hiệu suất chương trình hố học phổ thơng, trường THPT Cẩm Thủy Qua đề tài Tôi xây dựng cách tính hiệu suất đơn giản hơn, nhanh hơn, hiệu quả, đặc biệt giúp học sinh khơng cịn sợ khơng nhẫm lẫn làm tốn hiệu suất, đồng thời xây dựng hệ thống tập hiệu suất từ chương trình lớp 10 đến lớp 12 2/ Mục đích nghiên cứu đề tài - Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp giải toán hiệu suất xây dựng hệ thống toán hiệu suất từ lớp 10 đến lớp 12 chương trình mơn hóa học THPT giúp học sinh hiểu rõ hơn, sâu hiệu suất phản ứng để nâng cao chất lượng dạy học 3/ Đối tượng phạm vi đề tài - Đối tượng nghiên cứu: học sinh khối 10, 11 12, cụ thể học sinh theo học chương trình nâng cao định hướng ôn thi đại học thi học sinh giỏi trường THPT Cẩm Thủy 1 - Phạm vi đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp giải toán hiệu suất xây dựng hệ thống tập hiệu suất chương trình hóa học THPT phù hợp với đối tượng học sinh trường THPT Cẩm Thủy 4/ Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp quan sát: Quan sát thực tiễn dạy học trường THPT Cẩm Thủy năm học vừa qua, chất lượng ôn thi đại học, thi THPT quốc gia bồi dưỡng học sinh giỏi - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu sách báo, giáo trình có liên qua đến ơn thi THPT quốc gia bồi dưỡng học sinh giỏi - Tổng hợp kiến thức, xây dựng phương pháp giải xây dựng hệ thống toán hiệu suất - Phương pháp tổng kết thực tiễn, xử lí số liệu PHẦN II – NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Cơ sở lí luận đề tài - Hiệu suất tốn phổ biến mơn hóa học, gắn liền với trình sản xuất, dạng tốn có mặt từ chương trình hóa học 10 đến lớp 12 - Hiệu suất tỉ lệ lượng chất lý thuyết lượng chất thực tế, hay hiểu cách đơn giản phần trăm chất phản ứng so với chất ban đầu - Biểu thức tính hiệu suất: H = x 100% x Trong x lượng chất phản ứng (có thể số mol, thể tích hay khối lượng…) xo lượng chất ban đầu (có thể số mol, thể tích hay khối lượng…) - Cơ sở để giải loại toán là: Học sinh cần hiểu hiệu suất, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch, biết xác định hiệu suất cần tính theo chất (trong phản ứng có nhiều chất), tốn có nhiều hiệu suất… - Yêu cầu học sinh cần nắm vững kiến thức dơn vị kiến thức Thực trạng đề tài trước áp dụng - Bài tập hiệu suất thường có đề thi đại học, thi THPT quốc gia - Các đề tài toán hiệu suất thường lồng ghép vào đơn vị kiến thức, chưa tách riêng thành hệ thống tập, học sinh khó tiếp cận - Học sinh cịn lúng túng, chưa định hình phương pháp giải cho hiệu suất, nhầm lẫn khái niệm lượng chất lý thuyết với lượng chất thực tế, nhầm lẫn toán hiệu suất thuận với hiệu suất nghịch tính tốn, hay hiệu suất tính tốn theo lượng chất cho phản ứng có nhiều chất tham gia, tốn có nhiều hiệu suất - Chất lượng giáo dục môn trường THPT Cẩm Thủy chưa cao - Do để giúp học sinh hiểu rõ định hình phương pháp giải hiệu suất trình học mơn hóa học trường THPT Cẩm Thủy đạt hiệu cao hơn, đáp ứng yêu cầu đổi phương pháp dạy học, xây dụng đề tài để khác phục số thực trạng Giải vấn đề 3.1 Cơ sở lý thuyết đề tài 3.1.1 Khái niệm biểu thức hiệu suất - Hiệu suất tỉ lệ phần trăm giũa lượng chất thực tế lượng chất lý thuyết hay hiệu suất phần trăm lượng chất tham gia phản ứng (x) so với lượng chất ban đầu (xo) - Biểu thức tính hiệu suất: H = x 100% x0 3.1.2 Hiệu suất phản ứng 3.1.2.1 Phản ứng có chất tham gia phản ứng aA > bB + cC Ban đầu: x1 Phản ứng: x x H = 100% x1 - Dựa vào kiện tốn để tính giá trị x 3.1.2.2 Phản ứng có nhiều chất tham gia phản ứng aA + bB > cB + dC Ban đầu: x1 x2 Phản ứng: x y - Cần so sánh tỉ lệ mol A B để xác định xem hiệu suất tính theo A B (hoặc biết hiệu suất trước việc so sánh để xác định hiệu suất phần trăm A B phản ứng) + Nếu x1 < x2 => H = %A phản ứng = x 100% a b + Nếu x1 > x2 b a => H = %B phản ứng x1 y 100% = x2 - Dựa vào kiện toán để tính giá trị x, y 3.1.3 Hiệu suất thuận hiệu suất nghịch 3.1.3.1 Bài toán hiệu suất thuận Bài tổng quát: Cho m gam chất A phản ứng tạo chất B với hiệu suất H% Tính lượng chất B Định hướng giải: Sơ đồ phản ứng: Theo pt: aA > bB a.MA b.MB Bài cho: mA gam mB H% => mB = m A b.M B H a.M A 100 Lưu ý: Đây toán thuận tức cho lượng chất ban đầu yêu cầu tính H lượng chất sau phản ứng nên nhân phần hiệu suất phải nhân với 100 3.1.3.2 Bài toán hiệu suất nghịch Bài tổng quát: Cho chất A phản ứng tạo m gam chất B với hiệu suất H% Tính lượng chất A ĐỊnh hướng giải: Sơ đồ phản ứng: Theo pt: aA > bB a.MA b.MB Bài cho: mA gam mB H% mB a.M A 100 => mA = b.M B H Lưu ý: Đây toán nghịch tức cho lượng chất sau phản ứng yêu cầu 100 tính lượng chất ban đầu nên nhân phần hiệu suất phải nhân với H 3.1.4 Bài tốn có nhiều hiệu suất Bài tổng quát: Cho trình sản suất từ m gam A đến X theo sơ đồ phản ứng sau: A H% B H% C H% X Tính khối lượng X tạo thành theo hiệu suất H1, H2, H3 Định hướng giải: aABC H1 % theo PT: Bài cho: H2 % aMA bX b.MX mX H3 % > m gam H1 %,H2 %,H3 % => mX = m.b.M X H H2 H3 a.M A 100 100 100 3.2 Hệ thống toán hiệu suất lớp 10 Câu 1: Nung hỗn hợp X gồm Fe S điều kiện khơng có khơng khí, sau phản ứng thu chất rắn A Hịa tan A vào dung dịch H2SO4 loãng, dư, thu 6,72 lít hỗn hợp khí Y (có khối lượng 3,8 gam) chất rắn khơng tan B Đốt cháy hồn toàn B cho sản phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu 30 gam kết tủa Hiệu suất phản ứng Fe S A 40% B 33,33% Giải: Phản ứng: Fe + S  FeS Rắn Y gồm FeS, Fe dư, S dư FeS + 2HCl  FeCl2 + H2S Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 n n Y gồm H2S H2 n H2 H 0, 34 n3,8 H2S H S n n H2 C 66,67% D 60% 0, 2mol 0,1mol H S Chất rắn B S: S + O2  SO2 SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O => nS dư = nCaSO3 = 0,25 mol => ban đầu nS = 0,25 + 0,1 = 0,35 mol nFe = 0,3 mol Vậy hiệu suất phản ứng tính the Fe 0,1 100 33, 33% nFe pư = nH2S = 0,1 mol => H = 0,3 Câu 2: (ĐH khối B – 2014) Nung nóng hỗn hợp bột X gồm a mol Fe b mol S khí trơ, hiệu suất phản ứng 50%, thu hỗn hợp rắn Y Cho Y vào dung dịch HCl dư, sau phản ứng xảy hoàn tồn, thu hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H2 Tỉ lệ a : b A.2:1 B.1:1 C.3:1 D.3:2 Giải: Theo khí H2S H2 (MZ = 10) n 1mol H2S 34 => nH S => H S 10 n nH 3mol H2 H2 24 Phản ứng: Fe + S  FeS Rắn Y gồm FeS, Fe dư, S dư FeS + 2HCl  FeCl2 + H2S Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 nFe dư = nH2 = mol 2 nFe pư = nS pư = nFeS = nH2S = mol => nFe ban đầu = a mol = + = mol => hiệu suất (H = 50%) tính theo S => nS ban đầu = b = mol => a : b = : = : Câu 3: Nung 43,85 gam KMnO4 KClO3 thu 37,45 gam hỗn hợp chất rắn Y gồm KCl, K2MnO4, KMnO4, MnO2 Hỗn hợp chất rắn Y tác dụng vừa đủ với 1,4 mol HCl đặc, đun nóng % Khối lượng KMnO4 tham gia phản ứng nhiệt phân A 50% Giải: Sơ đồ phản ứng KMnO4 : xmol KClO3 : ymol B 25% t C 35% D 40% o Y O2 Y + HCl  KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O => 158x + 122,5y = 43,85 (1) BTKL: ta có: nO2 = 43,85 37, 45 = 0,2 mol 32 BT H: ta có nH2O = ½ nHCl = 0,7 mol BT oxi: ta có 4x + 3y = 0,2.2 + 0,7 (2) Từ 1,2 => x = 0,2 mol, y = 0,1 mol Theo KClO3 nhiệt phân hoàn toàn 2KClO3 to 2KCl + 3O2 0,1 mol -> 0,15 mol 2KMnO K2MnO + MnO + O2 t Phản ứng: a mol o -> 0,5a mol => 0,5a + 0,15 = 0,2 => a = 0,1 mol 0,1 100 50% Vậy %KMnO4 nhiệt phân = 0,2 Câu 4: Trong bình kín chứa 0,3 mol SO2 0,2 mol O2 bột xúc tác V2O5 Nung nóng bình thời gian thu hỗn hợp khí A Dẫn tồn khí A sục vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu 68,3 gam kết tủa Tính hiệu suất phản ứng SO2 O2 Giải: Ban đầu 2SO2 + O22SO3 0,3 mol 0,2 mol Vậy hiệu suất tính theo SO2 Phản ứng x mol x mol Sau phản ứng khí A gồm SO2 (0,3 – x mol) , SO3 x mol, O2 SO2 + Ba(OH)2  BaSO3 + H2O SO3 + Ba(OH)2  BaSO4 + H2O Kết tủa: 217(0,3-x) + 233x = 68,3  x = 0,2 mol 0, 100 H = %SO2 pư = 0,3 = 66,67% 3.3 Hệ thống toán hiệu suất lớp 11 3.3.1 Bài toán độ điện ly Câu 1: Ở 25OC độ điện li dung dịch CH 3COOH 0,043M 2,0% Tính PH dung dịch Giải: CH3COOH CH3 COO- + H+ độ điện li =2,0% => CH3COOH phân li = 0,043.0,02 = 8,6.104M => [H+] = 8,6.10-4M => PH = 3,065 Câu 2: (ĐH khối A – 2007) Dung dịch HCl dung dịch CH3 COOH có nồng độ mol/l, pH hai dung dịch tương ứng x y Quan hệ x y (giả thiết, 100 phân tử CH3COOH có phân tử điện li) A y = x + B y = x - C y = 2x D y = 100x Giải: Giả sử : CM HCl = CM CH3COOH = aM HCl  H+ + Cl[H+] = a M => x = PH = - loga CH3COOH CH3COO- + H+ 100 phân tử CH 3COOH có phân tử điện li => độ điện li = 0,01 hay 1% => [H+] = 0,01a M => y= PH = - log (0,01a) => y = -2 – loga Vậy y = - + x hay y = x - Câu (Đề thi HSG casio Thanh Hóa năm 2012) Ở nhiệt độ xác định áp suất hệ 1,0 atm độ phân li N2O4 thành NO2 11% a Tính số cân Kp phản ứng (theo atm theo Pa) b Độ phân li thay đổi áp suất chung hệ giảm từ 1,0 atm xuống 0,8 atm? Từ cho biết ảnh hưởng áp suất tới cân hệ? Giải a Xét cân bằng: N2O4 (k) 2NO2 (k) ; Kp Ban đầu mol mol Phản ứng α mol 2α mol Cân (1- α) mol 2α mol Tổng số mol hệ lúc cân bằng= 1-α + 2α = + α (mol) n Ta có: PN2O4 = n hecanbang P = P O N 2 NO P ; PNO2 Hằng số cân Kp = n NO PNO2 = n hecanbang P P (P áp suất hệ) P (1) Thay số: α = 11% = 0,11 P = 1,0 atm vào (1) Kp ≈ 0,049 atm Theo Pa: Kp= 0,049 1,013.105 = 4963,7 Pa b Từ (1) có: (1-α2) Kp = 4α2.P rút độ phân li α= Kp Kp 4P 0,049 0,049 4.0,8 = ≈ 0,123 hay 12,3% Vậy giảm áp suất độ phân li tăng tức tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều nghịch (tạo N2O4) giảm áp suất cân chuyển dịch theo chiều thuận (tạo NO2) 3.3.2 Bài toán hiệu suất phản ứng tổng hợp amoniac có tỉ Câu 1: (ĐH khối A – 2010) Hỗn hợp khí X gồm N2 H2 khối so với He 1,8 Đun nóng X thời gian bình kín (có bột Fe làm xúc tác), thu hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He Hiệu suất phản ứng tổng hợp NH A 50% B 40% C 25% D 36% Giải: Ta có MX=1,8.4=7,2,MY=2.4=8 Phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 n N2 28 5,2 N 7,2 H2 => 20,8 n hiệu suất tính theo N2 H2 Ta coi nN2 = 1mol, nH2 = mol => nX = mol BTKL: => mX = mY => 7,2 = nY => nY = 4,5 mol nNH3 = nX – nY = – 4,5 = 0,5 mol => nN2 = ½ nNH3 = 0,25 mol 0, 25 Vậy H = 100% 25% Câu 2: Hỗn hợp khí chứa 20 lít hỗn hợp N H2 (tỉ lệ thể tích : 4) Nung hỗn hợp với xúc tác thích hợp thu 16 lít hỗn hợp Y Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 A 40% B 50% C 60% D 70% Giải: Phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 Hiệu suất tính theo N2 Bài cho: VN2 : VH2 = : => VN2 = lít, VH2 = 16 lít Ta có VNH3 = 20 – 16 = lít => VN2 pư = ½ V NH3 = 2lit => H = 50% Câu 3: Hỗn hợp khí gồm mol N 14 mol H2 Nung hỗn hợp bình kín dung tích khơng đổi sau phản ứng giữ cho nhiệt độ bình khơng đổi ban đầu Khi phản ứng đạt trạng thái cân áp suất bình 10/11 áp suất lúc ban đầu Hiệu suất phản ứng Giải: A 40% B 32,43% C 21,42% D 25,3% Giải: Phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 Ta có: nN2 : nH2 = : 14 = : => hiệu suất tính theo H2 250.44,8 100 100 => mkhí thiên nhiên = 62,5 50 80 = 448 m3 Câu 6: Poli(vinyl clorua) (PVC) tổng hợp từ khí thiên nhiên (metan chiếm 97% khí thiên nhiên) theo sơ đồ chuyển hóa hiệu suất giai đoạn sau: Metan Axetilen vinyl cloruaPVC 15% 85% 80% Muốn tổng hợp 1,0 PVC cần m3 khí thiên nhiên (đktc)? A 7245 m3 B 7,245 m3 C 3622 m3 D 6816 m3 Giải: CH4 > C2H2 > C2H3Cl > PVC Theo sơ đồ: 44,8m3 62,5 Kg Bài cho: Vm 1000 Kg H1 15%,H285%,H3 80%,H4 97% 1000.44,8 100 100 100 100 62,5 15 85 80 97 = 7245 m3 => mkhí thiên nhiên = 3.3.4 Bài toán hiệu suất liên quan đến ancol, phenol anđehit Câu 1: (ĐH khối B – 2008) Oxi hoá 1,2 gam CH3OH CuO nung nóng, sau thời gian thu hỗn hợp sản phẩm X (gồm HCHO, H2 O CH3OH dư) Cho toàn X tác dụng với lượng dư AgNO3 dung dịch NH3, 12,96 gam Ag Hiệu suất phản ứng oxi hoá CH3OH D 76,6% A 80,0% B 65,5% C 70,4% Giải: nCH3OH = 0,0375 mol 2CH3OH + O2  2HCHO + 2H2O HCHO4Ag AgNO3 / NH3 nAg = 0,12 mol => nCH3OH pư = nAg = 0,03 mol 0, 03 =>H= 100 = 80% 0, 0375 Câu 2: (Đề thi thử Chuyên Lam Sơn, Thanh Hóa – 2018) Oxi hố 12,8 gam CH3OH (có xúc tác) thu hỗn hợp sản phẩm X Chia X thành phần Phần cho tác dụng với dung dịch AgNO 3/NH3 dư thu 64,8 gam Ag Phần phản ứng vừa đủ với 30 ml dung dịch KOH 2M Hiệu suất q trình oxi hố CH3OH : C 30% A 60% B 45% Giải: nCH3OH = 0,4 mol 2CH3OH + O2  2HCHO + 2H2O CH3OH + O2  HCOOH + 2H2O Phần 2: HCOOH + KOH  HCOOK + H2O AgNO / NH 4Ag 3 AgNO / NH 3 => nHCOOH = nKOH = 0,06 mol Phần 1: HCHO HCOOH 2Ag nAg = nHCHO + 2nHCOOH => nHCHO = 0,12 mol D 90% => nCH3OH pư = nHCHO + nHCOOH = 0,12 + 0,06 = 0,18 mol 11 => % CH3OH oxi hóa = 0,18 0,2 100 90% Câu 3: (ĐH khối B – 2012) Oxi hóa 0,08 mol ancol đơn chức, thu hỗn hợp X gồm axit cacboxylic, anđehit, ancol dư nước Ngưng tụ toàn X chia làm hai phần Phần cho tác dụng hết với Na dư, thu 0,504 lít khí H2 (đktc) Phần hai cho phản ứng tráng bạc hoàn toàn thu 9,72 gam Ag Phần trăm khối lượng ancol bị oxi hoá A 50,00% B 62,50% C 31,25% Giải: Phản ứng: 2RCH2OH + O2  2RCHO + 2H2O (1) x mol x mol x mol RCH2OH + O2  RCOOH + H2O (2) y mol y mol y mol Ancol dư z mol Phần 1: H2O + Na  NaOH + 1/2H2 (3) RCOOH + Na  NaOH + 1/2H2 (4) RCH2OH + Na  RCH2ONa + 1/2H2 (5) => ta có x + y + z = 0,08 mol (I) Mặt khác : RCHO D 40,00% 2Ag (nAg = 0,09 = 0,18 mol) AgNO3 / NH3 => 2x = 0,18 mol => Vô lý Vậy Ancol phải CH3OH HCHO AgNO / NH 4Ag HCOOH AgNO / NH 2Ag nAg = 4x + 2y => 4x + 2y = 0,18 (II) nH2 = 0,045 mol => x + 2y + z = 0,09 (III) Từ (I), (II), (III) => x = 0,04 mol, y = 0,01 mol, z = 0,03 mol 0,05 => %CH3OH pư = 62,5% 0,08 100 Câu 4: (ĐH khối B – 2011) Chia hỗn hợp gồm hai ancol đơn chức X Y (trong MX ancol no, mạch hở => nAncol = nH2O – nCO2 = 0,1 mol Số C trung bình = 2,5 => ancol C2H5OH C3H7OH 3 C H OH : xmol x y C3 H OH : ymol x 3y Pư ete: 2ROH 0,1 x 0,35 O H SO4 ,140 C 0,05mol y 0,05mol ROR + H2O 12 nete = nH2O = nN2 = 0,015 mol BTKl: mAncol pư = 1,25 + 0,015 18 = 1,52 gam nAncol pư = nete = 0,03 mol gọi mol anol tạo ete C H OH : amol a b 0, 03 a 0, 02mol b 0, 01mol C3 H OH : bmol 46 x 60 y 1,52 Hiệu suất tạo ete: %C2H5OH = 40%, % C3H7OH = 20% 3.4 Hệ thống toán hiệu suất lớp 12 3.4.1 Bài toán hiệu suất phản ứng este hóa Câu 1: (CĐ khối B – 2007) Đun 12 gam axit axetic với 13,8 gam etanol (có H2SO4 đặc làm xúc tác) đến phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, thu 11 gam este Hiệu suất phản ứng este hoá A 75% B 62,5% C 55% D 50% Giải: nCH3COOH = 0,2 mol, n C2H5OH = 0,3 mol n Este = 0,125 mol hiệu suất tính theo axit axetic Pư: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O nCH3COOH pư = n CH3COOC2H5 = 0,125 mol 0,125 => H = 0,2 100 = 62,5% Câu 2: (ĐH khối A – 2008) Đun nóng 6,0 gam CH3COOH với 6,0 gam C2H5OH (có H2SO4 làm xúc tác, hiệu suất phản ứng este hoá 50%) Khối lượng este tạo thành A 6,0 gam B 4,4 gam C 8,8 gam D 5,2 gam Giải: nCH3COOH = 0,1 mol, n C2H5OH = 0,13 mol hiệu suất tính theo axit axetic H = 50% => nCH3COOH pư = 0,05 mol Pư: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O => n CH3COOC2H5 = nCH3COOH pư = 0,05 mol => m CH3COOC2H5 = 88 0,05 = 4,4 gam Đáp án B Câu 3: (ĐH khối A – 2007) Hỗn hợp X gồm axit HCOOH axit CH3COOH (tỉ lệ mol 1:1) Lấy 5,3 gam hỗn hợp X tác dụng với 5,75 gam C2H5OH (có xúc tác H 2SO4 đặc) thu m gam hỗn hợp este (hiệu suất phản ứng este hoá 80%) Giá trị m A 8,10 B 10,12 C 16,20 D 6,48 Giải: Theo nHCOOH : nCH3COOH = 1:1 1.1 1.15 Gọi công thức chung axit là: RCOOH => R = => nRCOOH = 0,1 mol nC2H5OH = 0,125 mol hiệu suất tính theo hỗn hợp axit => neste = n RCOOH Pư = 0,1 0,8 = = 0,08 mol 13 m RCOOC2H5 = 81 0,08 = 6,48 gam Câu 4: (ĐH khối A – 2007) Khi thực phản ứng este hoá mol CH3OOH mol C2H5OH, lượng este lớn thu 2/3 mol Để đạt hiệu suất cực đại 90% (tính theo axit) tiến hành este hoá mol CH3COOH cần số mol C2H5OH (biết phản ứng este hoá thực nhiệt độ) A 0,456 B 2,412 C 2,925 D 0,342 Giải: Pư: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O KC Ban đầu: mol mol Phản ứng: 2/3 mol  2/3 mol  2/3 mol  2/3 mol [] 1/3 mol 1/3 mol 2/3 mol 2/3 mol [CH3COOC2H5 ].[H2O] =>KC= [CH COOH ].[C H OH ] = Để hiệu suất đạt 90% => nCH3COOH phản ứng = 0,9 mol Pư: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O KC Ban đầu: mol x mol Phản ứng: 0,9 mol  0,9 mol  0,9 mol  0,9 mol [] 0,1 mol (x - 0,9) mol 0,9 mol  0,9 mol => 0,9 = => x = 2,925 0,1( x 0,9) Câu 5: (ĐH khối A – 2010) Hỗn hợp M gồm ancol no, đơn chức X axit cacboxylic đơn chức Y, mạch hở có số nguyên tử C, tổng số mol hai chất 0,5 mol (số mol Y lớn số mol X) Nếu đốt cháy hoàn tồn M thu 33,6 lít khí CO (đktc) 25,2 gam H 2O Mặt khác, đun nóng M với H 2SO4 đặc để thực phản ứng este hố (hiệu suất 80%) số gam este thu Giải:A 18,24 B 34,20 C 22,80 D 27,36 nCO2 = 1,5 mol, nH2O = 1,4 mol => Số C = 3=> ancol C3H7OH Số H = 5,6 => axit Y có số H + Nếu Y C3H4O2 (CH2=CH-COOH axit acrylic) C H OH : xmol x y 0,5 x 0, (Thỏa mãn nY>nX) Ta có C H 3COOH : ymol x y 2,8 y 0,3 + Nếu Y C3H2O2 (CH C-COOH) Ta có Vậy : C H OH : xmol C HCOOH : ymol x y 0, x 0,3 x y 2,8 y 0, CH2=CH-COOH + C3H7OHCH2=CH- (nYloại) H2SO4 COOC3H7 + H2O Ban đầu: 0,2 mol H = 80%=> pư: 0,16 mol  0,3 mol 0,16 mol  0,16 mol 14 m este = 0,16 114 = 18,24 gam 3.4.2 Bài toán hiệu suất thuộc chương cacbohiđrat Câu 1: (CĐ– 2009) Lên men hoàn tồn m gam glucozơ thành ancol etylic Tồn khí CO2 sinh trình hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)2 (dư) tạo 40 gam kết tủa Nếu hiệu suất trình lên men 75% giá trị m A 58 Giải: B 60 -> 2CO2 C 6H12O6 C 30 D 48 2CaCO3 Ca ( OH )2 Theo sơ đồ: 180 gam ……………………….> 100 gam Theo cho: m gam 40 gam H 80% 180 100 200 75 = 48 gam Câu 2: Lên men 150 kg tinh bột thành ancol etylic với hiệu suất 80% Tồn khí CO2 cho hấp thụ hồn tồn vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu m gam kết tủa Giá => m = 40 trị m A 285,23 B 302,5 C 291,85 Giải: C6H10O5 -> C6H12O6 -> 2CO2 D 275,0 2BaCO3 Ba ( OH )2 Theo sơ đồ: Theo cho: 162 kg …………………… …….> 197 150kg m kg H 80% => m = 150.2.197 80 = 291,85 kg 100 162 Câu 3: (ĐH khối A – 2007) Cho m gam tinh bột lên men thành ancol (rượu) etylic với hiệu suất 81% Toàn lượng CO sinh hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH) 2, thu 550 gam kết tủa dung dịch X Đun kỹ dung dịch X thu thêm 100 gam kết tủa Giá trị m A 750 B 650 Giải: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (1) 2CO2 + Ca(OH)2  Ca(HCO3)2 Dung dịch X Ca(HCO3)2 Ca(HCO 3)2 C 810 D 550 (2) CaCO3 + CO2 + H2O (3) t o Theo pư: nCO2 = n(1) + 2n(2) = 5,5 + 1.2 = 7,5 mol Theo sơ đồ: C6H10O5 -> C6H12O6 -> 2CO2 162 gam … ……… > mol Theo cho: m gam 7,5 mol H 81% => m = 7,5.162 100 = 750 gam 81 Câu 4: (ĐH khối A – 2009) Lên men m gam glucozơ với hiệu suất 90%, lượng khí CO2 sinh hấp thụ hết vào dung dịch nước vôi trong, thu 10 gam kết tủa Khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm 3,4 gam so với 15 khối lượng dung dịch nước vôi ban đầu Giá trị m A 20,0 B 30,0 C 13,5 Giải: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (1) 2CO2 + Ca(OH)2  Ca(HCO3)2 (2) m dd giảm = mCaCO3 – m CO2 => mCO2 = 10 – 3,4 = 6,6 gam C H O -Sơ đồ pư: > 2CO2 Theo sơ đồ: 180 gam … ……… > 2.44 D 15,0 12 Theo cho: m gam 6,6 gam H 90% => m = 6,6.180 100 = 15 gam 88 90 Câu 5: (ĐH khối B – 2008) Khối lượng tinh bột cần dùng trình lên men để tạo thành lít rượu (ancol) etylic 46º (biết hiệu suất trình 72% khối lượng riêng rượu etylic nguyên chất 0,8 g/ml) A 5,0 kg B 5,4 kg C 6,0 kg D 4,5 kg 46 Giải: Thể tích ancol etylic: V = = 2,3 lít 100 => m C2H5OH = 2,3 0,8 = 1,84 kg Sơ đồ pư: C6H10O5 > C6H12O6 -> 2C2H5OH Theo sơ đồ: 162 kg … ……… > 2.46 kg Theo cho: m kg 1,84 kg H 72% => m = 1,84.162 100 = 4,5 kg 92 72 Câu (Đề minh họa THPTQG – 2018) Lên mem m gam tinh bột thành ancol etylic với hiệu suất 81% hấp thụ tồn khí CO2 sinh vào dung dịch chứa 0,05 mol Ba(OH)2 thu kết tủa dung dịch X Cho từ từ dung dịch NaOH vào X, đến kết tủa lớn cần 10 ml dung dịch NaOH 1M Giá trị m A B 5,5 Giải: CO2 + Ba(OH)2  BaCO3 + H2O (1) x x (mol) 2CO2 + Ba(OH)2 Ba(HCO3)2 2y y (mol) Dung dịch X Ba(HCO3)2 Ba(HCO 3)2 + C 6,5 D (2) (3) NaOHBaCO + NaHCO + H2O o t 0,01 mol < -0,01 mol Theo pư: => y = 0,01 mol, x = 0,04 mol => nCO2 = x + 2y = 0,06 mol Theo sơ đồ: C6H10O5 -> C6H12O6 -> 2CO2 162 gam … ……… > mol Theo cho: m gam 0,06 mol H 81% 16 => m = 0, 06.162 100 81 = gam Câu 7: (ĐH khối A – 2008) Từ 16,20 xenlulozơ người ta sản xuất m xenlulozơ trinitrat (biết hiệu suất phản ứng tính theo xenlulozơ 90%) Giá trị m A 26,73 B 33,00 Giải: [C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 C 25,46 D 29,70 [C6H7O2(ONO2)3]n H SO4 dac Theo PT: Theo cho: 162 … ……… > 16,2 297 m H 90% => m = 1,62.297 90 = 26,73 162 100 Câu 8: (ĐH khối B – 2008) Thể tích dung dịch HNO3 67,5% (khối lượng riêng 1,5 g/ml) cần dùng để tác dụng với xenlulozơ tạo thành 89,1 kg xenlulozơ trinitrat (biết lượng HNO3 bị hao hụt 20 %) A 70 lít B 49 lít C 81 lít D 55 lít Giải: Hao hụt 20% => hiệu suất phản ứng 80% [C6H7O2(ONO2)3]n [C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 H SO4 dac Theo PT: 63 kg > Theo cho: m kg 297 89,1 kg H 80% => mHNO3 = 89,1.3.63 100 = 70,875 kg => mdd HNO3 297 80 = 70 100 = 105 kg => V dd HNO3 = 70 lít 67,5 Câu 9: (ĐH khối B – 2012) Thủy phân hỗn hợp gồm 0,01 mol saccarozơ 0,02 mol mantozơ môi trường axit, với hiệu suất 60% theo chất, thu dung dịch X Trung hòa dung dịch X, thu dung dịch Y, sau cho tồn Y tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO NH3, thu m gam Ag Giá trị m A 6,480 B 9,504 C 8,208 D 7,776 Vì hiệu suất 60% => phản ứng saccarozơ = 0,01 0,6 = 0,006 mol Phản ứng: => phản ứng Mantozơ = 0,02 0,6 = 0,012 mol saccarozơ + H2O2C 6H12O6 4Ag H 0,006 mol AgNO3 / NH3 > Mantozơ + H 2O2C 6H12O6 0,024 mol 4Ag H 0,012 mol > => nAg = 0,024 + 0,048 = 0,072 mol => mAg = 7,776 gam 3.4.3 Bài toán hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm * Phương pháp giải chung Phản ứng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe - Hiệu suất phản ứng H = %Alphản ứng = % Fe2O3 phản ứng AgNO3 / NH3 0,048 mol t0 17 hỗn hợp X sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe2O3 thường cho vào + Tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 lỗng) tạo khí H2 Fe + 2H+  Fe2+ + H2 (1) + 3+ 2Al + 6H  2Al + 3H2 (2) => nH2 = nFe + 3/2nAldư + Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 ta áp dụng bảo tồn electron + Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH Al Al2O3 bị phản ứng 2Al dư + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H2 Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4] Câu 1: (ĐH-B- 2010) Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe 3O4 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm điều kiện khơng có khơng khí Hịa tan hỗn hợp rắn sau phản ứng dung dịch H 2SO4 loãng dư thu 10,752 lít H 2(đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm? (giả sử Fe3O4 bị khử thành Fe) A 80% B 90% C 70% D 60% Hướng dẫn giải: Theo ta có nAl = 0,4 mol, n Fe3O4 = 0,15 mol => hiệu suất H = %Fe3O4 phản ứng Phản ứng: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe - t0 Ban đầu (mol) Phản ứng Sau phản ứng 0,4 0,15 8x 3x (0,4-8x) 0,15 – 3x Theo PT 1,2 ta có nH2 = nFe + nAldư  0,48 = 9x + (0,4 – 8x) => x = 0,04 mol Vậy hiệu suất H = % Fe3O4 = 0, 0,15 04.3 100 80% 9x 9x 80% 0, 0,15 04.3 100 Câu 2: Thực phản ứng nhiệt nhôm 6,48 gam Al với 17,6 gam Fe 2O3 Chỉ có phản ứng nhơm khử oxit kim loại tạo kim loại Đem hòa tan chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm dung dịch xút dư kết thúc phản ứng, thu 1,344 lít H2 (đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là: A 100% B 90,9% C 83,3% Hướng dẫn giải: Theo nAl = 0,24 mol, nFe2O3 = 0,11 mol => hiệu suất phản ứng tính theo tính theo Fe2O3 Phản ứng: 2Al + Fe2O3    Al2O3 + 2Fe D 70% (1) t0 2Al dư + 2NaOH + 6H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H2 (2) nAl pư = 0,24 – 0,04 = 0,2 mol Theo PT ta có nFe2O3 pư = 1/2 nAl = 0,1 mol 0,1.100% 90, 9% Hiệu suất phản ứng H = 0,11 18 Câu 3: (CĐ– 2009) Để điều chế 78 gam Cr từ Cr2O3 (dư) phương pháp nhiệt nhôm với hiệu suất phản ứng 90% khối lượng bột nhôm cần dùng tối thiểu A 81,0 gam B 40,5 gam Giải: 2Al + Cr2O3 Al2O3 + 2Cr C 45,0 gam D 54 gam phản ứng: t Theo PT : Bài cho: 54 gam o 104 gam m gam 78 gam o H 90% => mAl = 78.54 100 = 45 gam 104 90 3.5 Bài tập tự luyện Câu 1: Nung hỗn hợp X gồm Fe S điều kiện khơng có khơng khí, sau phản ứng thu 32 gam chất rắn A Hòa tan A vào dung dịch HCl dư thu 8,96 lít hỗn hợp khí có tỉ khối so với H lại phần chất rắn không tan B Hiệu suất phản ứng Fe S A 70% B 66,67% C 82,33% D 90% Câu 2: (ĐH khối A – 2008) Trộn 5,6 gam bột sắt với 2,4 gam bột lưu huỳnh nung nóng (trong điều kiện khơng có khơng khí), thu hỗn hợp rắn M Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phóng hỗn hợp khí X cịn lại phần khơng tan G Để đốt cháy hoàn toàn X G cần vừa đủ V lít khí O2 (ở đktc) Giá trị V C 3,08 D 4,48 A 2,80 B 3,36 Câu 3: (Đề thi thử chuyên Lam Sơn, Thanh Hóa – 2018) Một hỗn hợp X gồm H2 N2 Tiến hành phản ứng tổng hợp NH3 từ hỗn hợp X điều kiện thích hợp thu hỗn hợp Y Biết phân tử khối trung bình X Y 7,2 7,826 Tính hiệu suất tổng hợp NH3 ? D 20% A 60,6% B 17,39% C 15% Câu 4: (ĐH khối A – 2012) Hỗn hợp khí X gồm C2H4 H2 có tỉ khối so với H2 7,5 Dẫn X qua Ni nung nóng thu hỗn hợp khí Y, tỉ khối Y so với H2 12,5 Hiệu suất phản ứng hiđro hóa D 50% A 70% B 80% C 60% Câu 5: (Đề THPTQG – 2015) Đun 3,0 gam CH3COOH với C2H5OH dư (xúc tác H2SO4 đặc), thu 2,2 gam CH3COOC2H5 Hiệu suất phản ứng este hố tính theo axit A 20,75% B 36,67% C 25,00% D 50,00% Câu 6: (ĐH khối A – 2012) Hiđrat hóa 5,2 gam axetilen với xúc tác HgSO4 mơi trường axit, đun nóng Cho tồn chất hữu sau phản ứng vào lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 thu 44,16 gam kết tủa Hiệu suất phản ứng hiđrat hóa axetilen A 60% B 80% C 92% D 70% Câu 7: (ĐH khối A – 2010) Từ 180 gam glucozơ, phương pháp lên men rượu, thu a gam ancol etylic (hiệu suất 80%) Oxi hoá 0,1a gam ancol etylic phương pháp lên men 19 giấm, thu hỗn hợp X Để trung hoà hỗn hợp X cần 720 ml dung dịch NaOH 0,2M Hiệu suất trình lên men giấm A 20% B 10% C 80% D 90% Câu 8: (ĐH khối A – 2011) Xenlulozơ trinitrat điều chế từ phản ứng axit nitric với xenlulozơ (hiệu suất phản ứng 60% tính theo xenlulozơ) Nếu dùng xenlulozơ khối lượng xenlulozơ trinitrat điều chế A 3,67 B 2,97 C 1,10 D 2,20 Câu 9: (ĐH khối A – 2011) Ancol etylic điều chế từ tinh bột phương pháp lên men với hiệu suất toàn q trình 90% Hấp thụ tồn lượng CO2 sinh lên men m gam tinh bột vào nước vôi trong, thu 330 gam kết tủa dung dịch X Biết khối lượng X giảm so với khối lượng nước vôi ban đầu 132 gam Giá trị m A 324 B 297 C 405 D 486 Câu 10: Hỗn hợp X gồm Al Cr2O3 Nung 21,14 gam X điều kiện khơng có khơng khí thu hỗn hợp Y Cho Y vào dung dịch NaOH lỗng, dư thấy có 11,024 gam chất rắn khơng tan thu 1,5456 lít khí (đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhơm A 83% B 87% C 79,1% D 90% Câu 11: Hỗn hợp X gồm Al Fe2O3 có khối lượng mol trung bình cuả hỗn hợp M1 Thực phản ứng nhiệt nhôm với hiệu suất H%, sau phản ứng thu hỗn hợp Y có khối lượng mol trung bình M2 Quan hệ M1 M2 là: A M1 > M2 B M1 = M2 C M2=H.M1 D M1