Bài tập hóa học liên quan đến đồ thị
Bài tập hóa học chứa đồ thị GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC DỰA VÀO ĐỒ THỊ A KIẾN THỨC, KĨ NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Kiến thức, kĩ ● Kiến thức Từ năm 2014 đến nay, đề thi Đại học, Cao đẳng đề thi THPT Quốc Gia thường có dạng tập liên mơn Hóa - Toán: Sự biến thiên lượng chất tạo thành theo lượng chất tham gia phản ứng biểu diễn đồ thị Phương pháp “Giải tập hóa học đồ thị” giúp em làm quen, hiểu vận dụng thành thạo kiến thức liên mơn Hóa – Tốn để tìm phương pháp giải tối ưu Dưới số dạng đồ thị tính chất chúng: a Sục khí CO2 vào dung dịch Ba(OH)2 Ca(OH)2 Bản chất phản ứng: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓ + H2O (1) mol : mol : a ¬ a → a BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (2) a → a Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng cần a mol CO Sau lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng cần a mol CO Vậy biến thiên lượng kết tủa BaCO3 CaCO3 theo lượng CO2 biểu diễn đồ thị sau: ● Nhận xét: Dựa vào dạng hình học đồ thị, ta thấy đường biến thiên lượng kết tủa hợp với trục hoành tạo thành tam giác vuông cân Suy ra: Nếu phản ứng tạo lượng kết tủa x mol (như đồ thị đây) ta dễ dàng tính số mol CO tham gia phản ứng x mol y = (2a − x) mol b Sục khí CO2 vào dung dịch chứa hỗn hợp bazơ NaOH (hoặc KOH) Ba(OH) (hoặc Ca(OH)2) Bản chất phản ứng: Bài tập hóa học chứa đồ thị mol : mol : mol : Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 ↓ + H2O (1) a → a → a 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (2) b → 0,5b → 0,5b Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 (3) 0,5b → 0,5b CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (4) a → a mol : Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng cần a mol CO Lượng kết tủa không thay đổi thời gian ứng với phản ứng (2) (3), phản ứng cần b mol CO Sau lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (4), lượng CO2 cần dùng phản ứng a mol Vậy biến thiên lượng kết tủa BaCO3 CaCO3 theo lượng CO2 biểu diễn đồ thị sau: ● Nhận xét: Dựa vào dạng hình học đồ thị, ta thấy đường biến thiên lượng kết tủa hợp với trục hồnh tạo thành hình thang cân Suy ra: Nếu phản ứng tạo lượng kết tủa x mol (nhỏ lượng kết tủa cực đại) ta dễ dàng tính số mol CO2 tham gia phản ứng x mol y = (2a + b − x) mol c Phản ứng dung dịch bazơ (chứa ion OH− ) với dung dịch chứa muối Al3+ Bản chất phản ứng: 3OH− + Al 3+ → Al(OH)3 ↓ mol : 3a ¬ a − → a OH + Al(OH)3 → AlO2− + 2H2O mol : a ¬ (1) (2) a Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng cần 3a mol OH− Sau lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng cần a mol OH− Vậy biến thiên lượng kết tủa Al(OH)3 theo lượng OH− biểu diễn đồ thị sau: Bài tập hóa học chứa đồ thị ● Nhận xét: Dựa vào dạng hình học đồ thị, suy ra: Nếu phản ứng tạo x mol kết tủa (x < a) dễ dàng tính lượng OH− tham phản ứng 3x mol y = (4a − x) mol d Phản ứng dung dịch bazơ (chứa ion OH− ) với dung dịch chứa ion H+ Al3+ Bản chất phản ứng: OH− + H+ → H2O (1) mol : b ¬ b 3OH− + Al3+ → Al(OH)3 ↓ mol : 3a ¬ a − → a OH + Al(OH)3 → AlO2− + 2H2O mol : a ¬ (2) (3) a Suy ra: Ở phản ứng (1), OH− dùng để trung hòa H+ nên lúc đầu chưa xuất kết tủa Sau thời gian, kết tủa bắt đầu xuất tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (2), phản ứng cần 3a mol OH− Cuối kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (3), phản ứng cần a mol OH− Vậy biến thiên lượng kết tủa Al(OH)3 theo lượng OH− biểu diễn đồ thị sau: e Phản ứng dung dịch axit (chứa ion H+) với dung dịch chứa ion AlO2− hay [Al(OH)4 ]− Bản chất phản ứng: Bài tập hóa học chứa đồ thị H+ + AlO2− + H2O → Al(OH)3 ↓ mol : a ¬ → a + 3H + Al(OH)3 → Al mol : 3a ¬ (1) a 3+ + 3H2O (2) a Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng cần a mol H + Sau kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng cần 3a mol H+ Vậy biến thiên lượng kết tủa theo lượng H+ biểu diễn đồ thị sau: g Phản ứng dung dịch axit (chứa ion H+) với dung dịch chứa ion OH− AlO2− ( [Al(OH)4 ]− ) Phương trình phản ứng: H+ + OH− → H2O (1) mol : b ¬ b H+ + AlO2− + H2O → Al(OH)3 ↓ mol : a ¬ → a + 3H + Al(OH)3 → Al mol : 3a ¬ (2) a 3+ + 3H2O (3) a Suy ra: Ở (1), H+ dùng để phản ứng với OH− nên lúc đầu chưa xuất kết tủa Sau thời gian, kết tủa bắt đầu xuất tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (2), phản ứng cần a mol H + Cuối kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (3), phản ứng cần a mol 3a mol H + Vậy biến thiên lượng kết tủa Al(OH)3 theo lượng H+ biểu diễn đồ thị sau: ● Kĩ năng: Vẽ thành thạo dạng đồ thị nắm vững tính chất hình học chúng Phương pháp giải + Bước 1: Nhận biết nhanh dạng đồ thị, kẻ thêm đường bổ sung số điểm quan trọng đồ thị thấy cần thiết cho việc tính tốn + Bước 2: Vận dụng tính chất hình học đồ thị để thiết lập biểu thức liên quan đến lượng chất tham gia phản ứng lượng chất tạo thành Từ tính tốn để tìm kết Bài tập hóa học chứa đồ thị B PHÂN DẠNG BÀI TẬP, VÍ DỤ MINH HỌA VÀ BÀI TẬP ÁP DỤNG CO2 tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 Ca(OH)2 Ví dụ minh họa * Mức độ vận dụng Ví dụ 1: Cho từ từ chất X vào dung dịch Y, biến thiên lượng kết tủa Z tạo thành thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Thí nghiệm sau ứng với thí nghiệm trên? A Cho từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl3 B Cho từ từ đến dư khí CO2 vào dung dịch Ba(OH)2 C Cho từ từ đến dư khí CO2 vào dung dịch hỗn hợp gồm Ba(OH)2 NaOH D Cho từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch Zn(NO3)2 Phân tích hướng dẫn giải Dựa vào đồ thị, ta thấy: Khi cho từ từ X vào dung dịch Y, lượng kết tủa Z tạo thành tăng dần đến mức cực đại a mol, phản ứng cần a mol chất X Sau kết tủa Z bị hòa tan từ từ đến hết, phản ứng cần a mol chất X Suy ra: Đây thí nghiệm cho từ từ đến dư khí CO2 vào dung dịch Ba(OH)2 Phương trình phản ứng: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓ + H2O (1) mol : mol : a ¬ a → a BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3 )2 (2) a → a Ví dụ 2: Hịa tan hồn tồn 11,2 gam CaO H 2O, thu dung dịch X Sục khí CO2 vào dung dịch X, qua trình khảo sát người ta lập đồ thị phản ứng sau: Giá trị x A 0,025 B 0,020 + nCO = nCaCO = nCa(OH) = nCaO C 0,050 D 0,040 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Long Phu – Vĩnh Long, năm 2016) Phân tích hướng dẫn giải = 0,2 mol + Ta cóđồthị: Bài tập hóa học chứa đồ thị ⇒ 0,2 − x = 15x − 0,2 ⇒ x = 0,025 Ví dụ 3: Hấp thụ hết 1,6V lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch chứa 0,42 mol Ca(OH)2 Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị V A 7,84 B 5,60 C 6,72 D 8,40 Phân tích hướng dẫn giải Ta có đồ thị : Từ đồ thị, suy : 0,36 + 1,6V = 2.0,42 ⇒ V = 6,72 lít 22,4 Ví dụ 4: Thổi khí CO2 vào dung dịch chứa 0,02 mol Ba(OH) 2, thu m gam kết tủa Biết số 0,005 ≤ nCO ≤ 0,024 Giá trị m A < m ≤ 3,94 C 0,985 ≤ m ≤ 3,94 B < m ≤ 0,985 D 0,985 ≤ m ≤ 3,152 Phân tích hướng dẫn giải Ta có đồ thị sau: Bài tập hóa học chứa đồ thị Ta thấy: Khi 0,005 ≤ nCO2 ≤ 0,024 0,005 ≤ nBaCO3 ≤ 0,02 (biểu diễn nét đậm) Suy 0,985 ≤ nBaCO3 ≤ 3,94 Bài tập vận dụng Câu 1: Sục từ từ CO2 vào dung dịch Ba(OH)2 0,1M, biến thiên khối lượng kết tủa theo thể tích CO2 biểu diễn đồ thị sau: Để tạo thành 15,76 gam kết tủa theo đồ thị trên, cần sục vào dung dịch Ba(OH) 0,1M thể tích CO2 (ở đktc) là: A 1,792 lít 2,688lít B 1,792 lít C 2,688 lít D 1,792 lít 3,136 lít (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Thuận Thành – Bắc Ninh, năm 2016) Câu 2: Sục từ từ CO2 vào V lít dung dịch Ca(OH)2 0,5M Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị V A 0,10 B 0,05 C 0,20 D 0,80 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Hịa Đà – Bình Thuận, năm 2017) Câu 3: Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch chứa Ca(OH)2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Bài tập hóa học chứa đồ thị Tỉ lệ a : b A : C : B : D : (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Nguyễn Văn Linh – Bình Thuận, năm 2017) Câu 4: Sục CO2 vào 200 gam dung dịch Ca(OH)2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Nồng độ phần trăm chất tan dung dịch sau phản ứng A 34,05% B 30,45% C 35,40% D 45,30% Câu 5: Cho m gam hỗn hợp X gồm Ba, BaO, Ba(OH)2 có số mol vào nước, thu 500 ml dung dịch Y a mol H2 Hấp thụ 3,6a mol CO2 vào 500 ml dung dịch Y, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị m A 41,49 B 36,88 C 32,27 D 46,10 Câu 6: Khi cho 0,02 0,04 mol CO hấp thụ hết vào dung dịch Ba(OH) lượng kết tủa thu Số mol Ba(OH)2 có dung dịch A 0,01 mol B 0,02 mol C 0,03 mol D 0,04 mol Hấp thụ hết V lít khí CO vào dung dịch chứa 0,42 mol Ca(OH)2, thu a gam kết tủa Tách lấy kết Câu 7: tủa, sau thêm tiếp 0,6V lít khí CO2 nữa, thu thêm 0,2a gam kết tủa Thể tích khí đo đktc Giá trị V A 7,84 lít B 5,60 lít C 6,72 lít D 8,40 lít CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp bazơ NaOH (hoặc KOH) Ba(OH) (hoặc Ca(OH)2) Ví dụ minh họa * Mức độ vận dụng Ví dụ 1: Cho từ từ chất X vào dung dịch Y, biến thiên lượng kết tủa Z tạo thành thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Bài tập hóa học chứa đồ thị Phát biểu sau A X dung dịch NaOH; Y dung dịch gồm HCl AlCl3; Z Al(OH)3 B X dung dịch NaOH; Y dung dịch AlCl3; Z Al(OH)3 C X khí CO2; Y dung dịch Ca(OH)2; Z CaCO3 D X khí CO2; Y dung dịch gồm NaOH Ca(OH)2; Z CaCO3 Phân tích hướng dẫn giải Dựa vào đồ thị, ta thấy: Khi cho từ từ X vào dung dịch Y, lượng kết tủa Z tăng dần lên cực đại a mol, phản ứng cần a mol chất X Sau lượng kết tủa không đổi thời gian, phản ứng cần b mol chất X Cuối kết tủa bị hòa tan từ từ đến hết, phản ứng cần a mol chất X Suy ra: Đây phản ứng cho từ từ khí CO vào dung dịch chứa đồng thời NaOH Ca(OH) X CO2, dung dịch Y NaOH Ca(OH)2 kết tủa Z CaCO3 Phương trình phản ứng xảy theo thứ tự sau: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 ↓ + H2O (1) mol : mol : mol : mol : a → a → a 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (2) b → 0,5b → 0,5b Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 (3) 0,5b → 0,5b CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (4) a → a Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng cần a mol CO Lượng kết tủa không thay đổi thời gian ứng với phản ứng (2) (3), phản ứng cần b mol CO Lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (4), lượng CO2 cần dùng phản ứng a mol Ví dụ 2: Cho m gam hỗn hợp Na Ca vào lượng nước dư thu dung dịch X V lít khí (đktc) Sục từ từ đến dư khí CO2 vào dung dịch X, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Giá trị m A 8,6 B 6,3 C 10,3 D 10,9 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Bỉm Sơn – Thanh Hóa, năm 2017) Phân tích hướng dẫn giải Bài tập hóa học chứa đồ thị • Cá ch1: Sửdụng cô ng thứ c nCO 2− = nOH− − nCO nCa(OH) = nCaCO max = 0,1 nCO = 0,1thì nCaCO max = 0,1 + ⇒ n 2− = nNaOH + 2nCa(OH) − nCO CO 4 4 32 { nCO2 max = 0,35 nCaCO3 = 0,05 { 0,35 n − 0,05 OH nNa = nNaOH = 0,2 nCa = nCa(OH) = 0,1 ⇒ ⇒ m = 0,2.23+ 0,1.40 = 8,6 gam 12 nNaOH + 2nCa(OH)2 = 0,4 mNa mCa • Cá ch 2: Sửdụng bả o n nguyê n tốC nCO max = nCaCO + 2nCa(HCO ) + nNaHCO nCO = 0,1thì nCaCO max = 0,1 14 433 2 433 14 22 43 { 3 0,05 + ⇒ 0,35 0,1− 0,05 ? nCO2 max = 0,35 nCaCO3 = 0,05 n = nNaHCO NaOH ⇒ nNaOH = nNaHCO = 0,2 ⇒ m = 0,2.23 + 0,1.40 = 8,6 gam mNa mCa • Cá ch 3: Sửdụng tính chấ t củ a đồthị + Gọi x = nNaOH + nCa(OH) , ta cóđồthịsau: + Dựa o bả n chấ t phả n ứ ng vàtính chấ t củ a đồthị, suy ra: x = 0,3; nNaOH = 0,3− 0,1= 0,2 nCa(OH)2 = nCaCO3 max = 0,1 ⇒ m = 0,2.23+ 0,1.40 = 8,6 gam 12 123 0,1− 0,05 = 0,35− x mNa mCa Ví dụ 3: Khi sục từ từ đến dư CO2 vào dung dịch hỗn hợp gồm a mol NaOH b mol Ca(OH) 2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Tỉ lệ a : b A : B : C : D : (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT Lý Thường Kiệt – Bình Thuận, năm 2017) Phân tích hướng dẫn giải + Dựa vào giả thiết chất phản ứng ta có đồ thị: 10 Bài tập hóa học chứa đồ thị Giá trị x A 1,6 B C D 2,4 Phân tích hướng dẫn giải Nhìn vào đồ thị ta thấy nOH− = 0,4 mol Dựa vào chất phản ứng đồ thị, ta có: a = 0,8 a − 0,4 = 0,4 ⇒ x − a = 3(a− 0,4) x = Câu 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Al 2O3 Na vào nước, thu dung dịch Y x lít khí H (đktc) Cho từ từ dung dịch HCl 1M vào Y, lượng kết tủa Al(OH) (m gam) phụ thuộc vào thể tích dung dịch HCl (V ml) biểu diễn đồ thị đây: Giá trị x A 10,08 B 3,36 C 1,68 D 5,04 (Đề thi THPT Quốc Gia năm 2017) Phân tích hướng dẫn giải + Dựa vào đồ thị biểu diễn trình phản ứng HCl với dung dịch Y, ta thấy Y chứa NaOH NaAlO + Gọi x thể tích HCl để trung hịa NaOH làm kết tủa hết NaAlO Y, ta có đồ thị: 24 Bài tập hóa học chứa đồ thị + Dựa o đồthịvàbả n chấ t phả n ứ ng ta có : 3(x − 350) = 750 − x ⇒ x = 450 + BTNT Na, Cl : nNa = nNaCl = nHCl = 0,45 nNa = 0,225 ⇒ VH = 5,04 lít 2 Bài tập vận dụng Câu 1: Cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch chứa a mol Ba(AlO 2)2 b mol Ba(OH)2 Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: + BTE : nNa = 2nH ⇒ nH = 2 Tỉ lệ a : b ? Câu 2: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch HCl vào dung dịch hỗn hợp gồm a mol Ba(OH) b mol Ba(AlO2)2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau: Vậy tỉ lệ a : b ? (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên Hà Giang, năm 2016) Câu 3: Hịa tan hồn tồn a gam hỗn hợp X gồm Al 2O3 Na2O vào nước, thu dung dịch Y Cho từ từ dung dịch HCl 1M vào Y, lượng kết tủa Al(OH)3 (m gam) phụ thuộc vào thể tích dung dịch HCl (V ml) biểu diễn đồ thị đây: Giá trị a ? (Đề thi THPT Quốc Gia năm 2017) Một số dạng khác Ví dụ minh họa * Mức độ vận dụng Ví dụ 1: Nhỏ từ từ dung dịch Ba(OH) 0,2M vào ống nghiệm chứa dung dịch Al 2(SO4)3 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc khối lượng kết tủa theo thể tích dung dịch Ba(OH)2 sau: 25 Bài tập hóa học chứa đồ thị Giá trị V gần với giá trị sau đây? A 1,7 B 2,1 C 2,4 D 2,5 (Đề thi thử THPT Quốc Gia lần – THPT chuyên Lương Thế Vinh – Đồng Nai, năm 2017) Phân tích hướng dẫn giải 69,9 + Từđồthịta thấ y : nBaSO = = 0,3 mol 233 + Phương trình phả n ứ ng: 3Ba(OH)2 + Al (SO4 )3 → 3BaSO4 ↓ +2Al(OH)3 ↓ mol : ¬ 0,3 0,3 → 0,2 Ba(OH)2 + 2Al(OH)3 → Ba(AlO2 )2 + 4H2O mol : 0,1 ⇒ Vdd Ba(OH) 0,2M ¬ 0,2 0,4 = = 2M gầ n nhấ t vớ i 2,1M 0,2 Ví dụ 2: Nhỏ từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch X chứa 41,575 gam gồm chất HCl, MgCl 2, AlCl3 Tiến trình phản ứng biểu diễn đồ thị sau: Giá trị a A 0,15 B 0,2 C 0,3 D 0,35 Phân tích hướng dẫn giải + Gọi số mol MgCl2 AlCl3 x y Ta có đồ thị sau: + Từ đồ thị suy nHCl = 0,2 Ta có: 26 Bài tập hóa học chứa đồ thị m = 95x + 133,5y + 0,2.36,5 = 41,575 x = 0,5 X ⇒ y = 0,5 nOH− tạo a mol kếttủa = 2x + 3(a − x) + 0,2 = 0,65 nOH− max tạo a mol kếttủa = 2x + 3y + (x + y − a) + 0,2 = 1,05 a = 0,2 Ví dụ 3: Dung dịch X chứa x mol NaOH y mol Na 2ZnO2 (hoặc Na2[Zn(OH)4]); dung dịch Y chứa z mol Ba(OH)2 t mol Ba(AlO2)2 (hoặc Ba[Al(OH)4]2) (trong x