[r]
(1)luutrunghieu0808@gmail.com http://my.opera.com/luutrunghieu0808
Phương pháp giải tốn hóa học qui về hợp phần
mang điện Lưu Trung Hiếu
Cao học hóa K20 - ĐHQGHN 1)Đặt vấn đề :
Sau hai năm áp dụng phương pháp thi trắc nghiêm khách quan kỳ tuyển sinh Cao đẳng
Đại học Dựa sở đặc điểm phương trình phản ứng, có nhiều phương pháp khác đưa để giải nhanh dạng tập trắc nghiệm khách quan như: phương pháp bảo khối lượng phương pháp bảo toàn electron
Qua nghiên cứu đặc điểm phản ứng hóa học kết hợp với số định luật.Chúng
đã đưa cách để giải nhanh số toán trắc nghiệm khách quan tạm gọi là: “Phương pháp trao đổi hợp phần mang điện “
2)Ví dụ phân tích phương pháp: Phản ứng trao đổi:
BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + CO2 + H2O (1)
NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl↓ (2)
Phản ứng (1) 1 hợp phần mang điện CO32- thay 2 hợp phần mang điện Cl- Phản ứng (2) 1 hợp phần mang điện Cl- thay 1 hợp phần mang điện NO3-
Phản ứng oxi-khử:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑ (3)
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO ↑ + 4H2O (4)
Fe Cu có thể tách thành hai hợp phần mang điện trái dấu sau:
Fe → ( Fe2+ ; 2e-) Cu → (Cu2+ ; 2e- )
Vậy : Phản ứng (3) 2e- đã thay 1SO4
Phản ứng (4) 2e-đã thay 2NO3-
Nhận xét: Khi tham phản ứng hóa học (gồm hai loại phản ứng trao đổi oxi hóa khử) Các hợp chất tham phản ứng xảy tượng thay hợp phần mang
điện hợp phần mang điện khác, lượng điện tích hợp phần mang
điện thay cho nhau
3)Trên cơ sở phân tích áp dụng đối với một số toán trắc nghiệm đã thi năm
Ví dụ 1: Cho 11,36 gam hỗn hợp H gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 phản ứng hết với dung
dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, ởđktc) dung
(2)luutrunghieu0808@gmail.com http://my.opera.com/luutrunghieu0808 Lời giải:
Phương trình phản ứng:
Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + H2O (4)
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (5)
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (6)
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe (NO3)3 + 3H2O (7)
Phương pháp giải thông thường
Đặt số mol Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 : x,y,z,t (mol)
Theo khối lượng H 11,36 (g)
→ 56x + 72y + 160z + 232t = 11,36 (a) Theo (1,2,3,4) nNO = x +
1 3y +
1
3t = 1,344:22,4 =0,06 (b)
Theo (1,2,3,4)
3
( )
Fe NO
n = x+ y + 2z +3t (c)
Theo yêu cầu đầu ta phải tính khối lượng muối khan tức phải tính giá trị phương trình (c)
Trong ta có ẩn có phương trình khơng thể tìm giá trị (c) theo kiểu tính ẩn Ta biến đổi khéo léo phương trình (a) (b) để đượcgiá trị phương trình (c)
- Chia (a) cho ta được: 7x + 9y + 20z + 29t = 1,42 (d) - Nhân (b) với ta được: 3x + y + t = 0,18 (e) Vậy (d)+(e) = 10x + 10y + 20z + 30t = 1,6
→ x + y + 2z + 3t = 0,16 (mol) Vậy m
3
( )
Fe NO = 0,16 242 = 38,72 (g)→ Đáp án A
Phương pháp trao đổi hợp phần mang điện Theo phương trình (4,5,6,7)
Khi phản ứng với HNO3 tồn lượng sắt hỗn hợp H phải lên Fe3+
Hỗn hợp H tách thành hợp phần mang điện: (Fe3+; e-; O2-) Sau phản ứng với HNO3được Fe(NO3)3 tức (Fe3+ ; NO3- )
Vậy tồn lượng ( e- ; O2- ) đã thay ( NO3- )
Do điện tích hợp phần trao đổi ta có: 1.ne- + 2.nO2- = 1.n − 3 NO Theo hỗn hợp H tác dụng với dung dich HNO3 loãng ,dư thu NO ta có bán
phương trình sau:
N5+ + 3e- = N2+ (NO) → ne- =3.nNO = 0,18 (mol) Đặt số mol Fe3+ : x (mol)
O2- : y (mol)
Hỗn hợp H có m=11,36(g) → 56x + 16y =11,36 (I)
Do phân tử chung hịa vềđiện, hỗn hợp H có phương trình trung hịa sau: 3.nFe3+ = 1.ne- + 2.nO2- → 3x = 0,18 +2y (II)
(3)luutrunghieu0808@gmail.com http://my.opera.com/luutrunghieu0808
→ mFe(NO3)3 = m 3 +
Fe + mNO3− = 11,36 – mO2- + m −
3
NO = 11,36 – 0,15.16 + (0,18+0,15.2).62 = 38,72 → Đáp A Nhận xét:
- Phương pháp trao đổi hợp phần mang điện cho ta kết nhanh việc tính tốn phức tạp phương pháp thông thường Nhưng đảm bảo chất của phản ứng hóa học
- Đối vói phương pháp giải tốn hóa cần phải biết tách cách hợp lý hợp chất ban đầu thành hợp phần mang điện trái dấu (tức cách tách phải phụ thuộc vào chất phản ứng)
Ví dụ : Khi Fe tác dụng với HNO3 sắt cho 3electron ta tách Fe (Fe3+ ; 3e-) ,
nhưng Fe tác dụng với HCl sắt cho electron ta tách Fe (Fe2+ ; 2e-)
Để thuận tiện không viết hệ số trước electron ngầm hiểu e- đó
đại diện cho hợp phần mang điện âm phân tử hợp chất ban đầu Trong cách tách điện tích e = -1 me =
Giả sử ion Aq có số mol x → nđt = x.q (nđt số mol điện tích)
Dưới số ví dụ minh họa:
1. Cho 9,94 gam hỗn hợp H gồm Al, Fe ,Cu tác dụng với dung dịch HNO3 loãng,dư
thu 3,584 lít khí NO (đktc) Tổng khối lượng muối khan tạo thành A 39g B 39,7g C 29,7g D 50g Lời giải:
Hỗn hợp kim loại tác dụng HNO3 kim loại lên trạng thái oxi hóa cao nhất:
Hỗn hợp ban đầu ( Al3+; Fe3+; Cu2+; e- )
Sau H + HNO3 thu muối nitrat tức là: ( Al3+; Fe3+; Cu2+; NO3- )
Khi tồn lượng e-được thay NO3-
Do điện tích hợp phân mang điện trao đổi ta có: 1.ne- = 1.n −
3
NO
Theo H + HNO3 cho khí NO ta có bán phản ứng sau :
N5+ + 3e- = N2+ (NO) → ne- =3.nNO = 0,48 (mol) = n −
3 NO
→ mmuối = m hh cation + m −
3
NO = 9,94 + 0,48.62 = 39,7 → Đáp án B 2.(ĐềĐH Khối A – 2007)
Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu
được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) khí NO Giá trị a A 0,04 B 0,12 C 0,075 D 0,06 Lời giải:
Khi hợp chất chứa kim loại ,lưu huỳnh tác dụng với axit HNO3 phải lên trạng thái oxi
hóa cao nhất.( sắt lên trạng thái oxi hóa +3 ; lưu huỳnh lên trạng thái +6 (SO 42-)
Cách 1:PTPƯ tượng trưng sau FeS2 → Fe3+ + 2SO42- (1)
(4)luutrunghieu0808@gmail.com http://my.opera.com/luutrunghieu0808 Theo sau phản ứng thu muối sunfat tức dung dịch có ion Fe3+;
Cu2+; SO42- Vậy áp dụng cho dung dịch sau phản ứng ta có phương trình sau:
3nFe3+ + 2.nCu2+ = nSO42-
Theo (1),(2) → 3.0,12 + 2.2a = 2.(0,12.2 +a) a = 0,06
Cách :Coi hỗn hợp ban đầu gồm (Fe3+; Cu2+; S6+; e- ) sau phản ứng thu hỗn hợp hai muối sunfat hỗn hợp sau có thểđược viết thành (Fe3+; Cu2+; S6+; O2- ) Vậy toàn bộ lượng electron thay anion O2-
→ : 1.ne- = 2.nO2- (*)
ne = (0,12 15) + (10.a)
Nhưng toàn lượng O2- nằm SO42-
Vậy nO2- = nS hay 2nO2- = nS → theo (*) ta có: (0,12 15) + (10.a) = 8(2.0,12 + a)
→ a=0,06 (mol) → Đáp án D
3 Dung dÞch A chøa c¸c ion a mol Na+; b mol HCO
3-; c mol CO32-; d mol SO42- Để tạo kết tủa lớn người ta dùng 100 ml dd Ba(OH)2 nồng độ x mol/l Lập biểu thức tính x theo a b
Lời giải:
Cho dung dịch A tác dụng dung dịch Ba(OH)2 xảy phản ứng sau:
HCO3- + OH- = H2O + CO3
CO32- + Ba2+ = BaCO3↓
SO42- + Ba2+ = BaSO4↓
Dung dịch A ta viết sau ( Na+;H+;CO32-;SO42- ) Lượng Ba2+ thêm vào phải đủđể
phản ứng hết với CO32-;SO42- .Đồng thời OH- đủđể phản ứng hết với H+ ta có:
Do điện tích hợp phần mang điện trao đổi nhau: 2.nCO32- + 2.nSO42- = nBa2+
→ x = a+ b+c
4. (khối A 2008): Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu Al dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu hỗn hợp Y gồm oxit có khối lượng 3,33 gam Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủđể phản ứng hết với Y
A 57ml B 50 ml C 75 ml D 90 ml Lời giải
Khi hỗn hợp X tác dụng với oxi kim loại phải lên trạng thái oxi hóa cao có thể tách hỗn hợp ban đầu thành ( Mg2+ ; Cu2+ ; Al3+ ; e- ) Sau phản ứng với oxi tạo hỗn hợp oxit hỗn hợp lúc sau viết sau (Mg2+; Cu2+ ; Al3+ ; O2-)
Tiếp tục phản ứng với dung dịch HCl tạo thành hỗn hợp muối (Mg2+; Cu2+ ; Al3+ ; Cl-) Do điện tích hợp phần mang điện trao đổi nên ta có:
1.ne = 2.nO2- = 1.nCl- = nHCl = (3,33- 2,13)/16 = 0,15 (mol)
(5)luutrunghieu0808@gmail.com http://my.opera.com/luutrunghieu0808 5. Để m (g) kim loai M ngồi khơng khí thu 10 (g)hỗn hợp H Cho H tác dụng với
hoàn toàn với dung HNO3 thu 0,01 mol hỗn hợp khí N2 N2O có tỉ khối so với H2
18,8 dung dịch H’ biết đá dùng 500 ml dung dịch HNO3 0,5 M Tính khối lượng m
Lời giải:
PTPƯ H + HNO3 = M(NO3)n + N2O0,6 + H2O
Sau phản ứng với HNO3 : 2N5+ + 2.4,4e- = 2N0,6+ (N2O0,6) → ne- =0,01 8,8= 0,088 (mol)
Đặt số mol O
: x (mol)
Bảo toàn nguyên tố nitơ dạng nguyên tư : nN HNO( 3)=nN M NO( ( 3) )n +nN N O( 0,6)
→ nN M NO( ( 3) )n = 0,25 – 0,2 = 0,23 (mol)
Gọi n số oxi hóa cao M hỗn hợp H ta tách sau: H: (Mn+ ; e-; O2- )
Muối ta tách sau : (Mn+
; NO3- )
Áp dụng bảo tồn điện tích ta có :
1
2
3
ne n n
NO O
+ =
− − −