Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 – ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 Phương pháp giải tốn hóa học qui 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 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) 2Phản ứng (1) hợp phần mang điện CO3 thay hợp phần mang điện ClPhản ứng (2) hợp phần mang điện Cl- thay hợp phần mang điện NO3Phản ứng oxi-khử: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 ↑ (3) 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO ↑ + 4H2O (4) Fe Cu tách thành hai hợp phần mang điện trái dấu sau: Fe → ( Fe2+ ; 2e-) Cu → (Cu2+ ; 2e- ) Vậy : Phản ứng (3) 2e- thay 1SO42Phản ứng (4) 2e- thay 2NO3Nhận 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 sở phân tích áp dụng số tốn trắc nghiệm 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, đktc) dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu m gam muối khan Giá trị m A 38,72 B 35,50 C 49,09 D 34,36 Lời giải: Phương trình phản ứng: Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + H2O (4) Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 - ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 – ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 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) 1 Theo (1,2,3,4) nNO = x + y + t = 1,344:22,4 =0,06 3 Theo (1,2,3,4) nFe ( NO3 )3 = x+ y + 2z +3t (c) (b) 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 Fe ( NO3 )3 = 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 HNO3 Fe(NO3)3 tức (Fe3+ ; NO3- ) 2Vậy toàn lượng ( e ; O ) thay ( NO3- ) Do điện tích hợp phần trao đổi ta có: 1.ne- + 2.n O 2- = 1.n NO − Theo hỗn hợp H tác dụng với dung dich HNO3 lỗng ,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 điện, hỗn hợp H có phương trình trung hịa sau: 3.n Fe3+ = 1.ne- + 2.n O2- → 3x = 0,18 +2y (II) Từ (I;II) → x= 0,16 (mol) ; y = 0,15 (mol) → m Fe(NO ) = m Fe3 + + m NO − = 11,36 – m O 2- + m NO − = 11,36 – 0,15.16 + (0,18+0,15.2).62 = 38,72 → Đáp A Nhận xét: Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 - ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 – ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 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-) , 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- đại diện cho hợp phần mang điện âm phân tử hợp chất ban đầu Trong cách tách điện tích e = -1 cịn me = Giả sử ion Aq có số mol x → nđt = x.q (nđt số mol điện tích) Dưới số ví dụ minh họa: 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 thay NO3 Do điện tích hợp phân mang điện trao đổi ta có: 1.ne- = 1.n NO − Theo H + HNO3 cho khí NO ta có bán phản ứng sau : N5+ + 3e- = N2+ (NO) → ne- =3.nNO = 0,48 (mol) = n NO − → mmuối = m hh cation + m NO − = 9,94 + 0,48.62 = 39,7 → Đáp án B (Đề ĐH Khối A – 2007) Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu 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 (SO42-) Cách 1:PTPƯ tượng trưng sau FeS2 → Fe3+ + 2SO42- (1) Cu2S → 2Cu 2+ + SO42- (2) 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+ = nSO42Theo (1),(2) → 3.0,12 + 2.2a = 2.(0,12.2 +a) a = 0,06 Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 - ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 – ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 Cách :Coi hỗn hợp ban đầu gồm (Fe3+; Cu2+; S6+; e- ) sau phản ứng thu hỗn hợp hai muối sunfat hỗn hợp sau viết thành (Fe3+; Cu2+; S6+; O2- ) Vậy toàn lượng electron thay anion O2→ : 1.ne- = 2.nO2- (*) ne = (0,12 15) + (10.a) Nhưng toàn lượng O2- nằm SO42Vậy nO2- = nS hay 2nO2- = nS → theo (*) ta có: (0,12 15) + (10.a) = 8(2.0,12 + a) → a=0,06 (mol) → Đáp ỏn D + Dung dịch A chứa ion a mol Na ; b mol HCO3-; c mol CO32-; d mol SO42- Để tạo kết tủa lớn ngêi ta dïng 100 ml dd Ba(OH)2 nång ®é x mol/l LËp biĨu thøc tÝnh x theo a vµ b Lời giải: Cho dung dịch A tác dụng dung dịch Ba(OH)2 xảy phản ứng sau: HCO3- + OH- = H2O + CO32CO32- + Ba2+ = BaCO3↓ SO42- + Ba2+ = BaSO4↓ Dung dịch A ta viết sau ( Na+;H+;CO32-;SO42- ) Lượng Ba2+ thêm vào phải đủ để phản ứng hết với CO32-;SO42- Đồng thời OH- đủ để 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 (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 đủ để 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 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) → VHCl = 0,15:2 =0,075(lit) → đáp án C 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 O2- : x (mol) Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 - ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 – ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 n = nN ( M ( NO3 )n ) + nN ( N 2O0,6 ) Bảo toàn nguyên tố nitơ dạng nguyên tư : N ( HNO3 ) nN ( M ( NO3 )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- ) 1.ne− + 2.n = 1.n 2− NO − O Áp dụng bảo tồn điện tích ta có : 0,088 + 2x = 0,23 → x = 0,071 (mol) →m = 10 – 0,71.16 = 8,864 (g) Lưu Trung Hiếu – Cao học hóa K20 - ĐHQGHN Moblie: 0977 587 572 ... (Fe3+; Cu2+; S6+; O2- ) Vậy toàn lượng electron thay anion O2→ : 1.ne- = 2.nO2- (*) ne = (0,12 15) + (10.a) Nhưng toàn lượng O2- nằm SO42Vậy nO2- = nS hay 2nO2- = nS → theo (*) ta có: (0,12 15) +... Fe3+; Cu2+; e- ) Sau H + HNO3 thu muối nitrat tức là: ( Al3+; Fe3+; Cu2+; NO3- ) Khi toàn lượng e thay NO3 Do điện tích hợp phân mang điện trao đổi ta có: 1.ne- = 1.n NO − Theo H + HNO3 cho khí... điện: (Fe3+; e-; O2-) Sau phản ứng với HNO3 Fe(NO3)3 tức (Fe3+ ; NO3- ) 2Vậy tồn lượng ( e ; O ) thay ( NO3- ) Do điện tích hợp phần trao đổi ta có: 1.ne- + 2.n O 2- = 1.n NO − Theo hỗn hợp H tác