Phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh bài toán 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. 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