ThËt sù kh«ng ph¶i lµ vÊn ®Ò quan träng bËc nhÊt cña ho¸ häc nhng t«i muèn tr×nh bµy ý kiÕn lµ c¸c em häc sinh kh«ng cã thãi quen thùc hiÖn bµi toµn ho¸ häc thùc sù víi t duy ho¸ häc..[r]
(1)Lời Mở đầu
Khi ghi phng trình phản ứng hố học dạng phân tử khơng ý đến trao đổi điện tích ngun tử hay nhóm ngun tử q trình phản ứng
Định luật bảo tồn điện tích có sức mạnh lớn giúp đơn giản hoá việc giải toán hoá học, nhng lớn áp dụng định luật ta thấy rõ chất phản ứng hoá học
Mong muốn tốn hố học khơng phải phơng trình đại số “khổng lồ”, t hố học phải ln đợc thể cách rõ ràng, cụ thể có sức cảm hố học sinh
Tơi đề cập đến số tốn giải cách áp dụng định luật bảo tồn điện tích thay thói quen làm tốn giải thơng thờng Thật khơng phải vấn đề quan trọng bậc hoá học nhng tơi muốn trình bày ý kiến em học sinh khơng có thói quen thực tồn hố học thực với t hố học Mục đích tơi đơn giản, gần với hố học hố học khơng lập phơng trình đại số
Ngêi viÕt : KhiÕu Thị Hơng Chi
15 bi toỏn n gin cú thể áp dụng định luật bảo tồn điện tích
Điện tích xuất cặp có giá trị nhng ngợc dấu.
Bài 1
Một dung dịch chứa a(mol) Na+ ; b(mol) Ca2+ ; c(mol) HCO3- ; d(mol) Cl -LËp biểu thức liên hệ a, b, c, d
(2)Tỉng sè ®iƯn tÝch (+) b»ng tỉng số điện tích (-) chứa dung dịch a.1 + b.2 = c.1 + d.1
KL muèi = 23.a + 40.b + 61.c + 34,5.d Bµi 2
Mét dung dÞch chøa 0,02 mol NH4+ ; 0,01 mol SO42- ; 0,01 mol CO32- vµ ion Na+. TÝnh sè mol Na+
Học sinh thấy đợc ý nghĩa khái niệm trung hoà điện ; th“ ” ờng cha làm tập em phải thực tốn nh nào. Vậy định luật bảo tồn dù định luật nhng học sinh dù giải rất nhiều toán hoá học biết cách áp dụng lần đầu tiên.
Trong ph¶n øng OXHK : sè electron nhêng = sè electron nhËn Bµi 3
1,92g Cu + HNO3 lỗng, nóng, vừa đủ V (lít) khí NO (đktc) Tính V, khối lợng HNO3 nguyên chất phản ng
Giải :
Cách : Viết c©n b»ng PTPU
3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 0,03 0,08 -0,02
Cách : Theo định luật BTĐT : Số mol e nhờng = Số mol e nhận Cu – 2e Cu2+ (1) N+5 + 3e N+2 (2) 0,03 - 0,06 0,06 -0,02 NO3- = N+5 (2) + NO3- tham gia môi trờng.
Học sinh hiểu nhiều q trình trao đổi điện tích học phản ứng OXHK, thực tế em thành thạo mức cân phơng trình phản ứng. Khi thực giải toán đa số học sinh làm theo cách 1, theo cách với tập này không ngắn cách nhng giáo viên nên cho em chất tham gia phản ứng NO3- (OXHK mơi trờng), chất hố học.
Bµi 4
13,92g Fe3O4 + HNO3 0,448 lít khí NxOy (đktc) Tính khối lợng HNO3 nguyên chất phản ứng Giải :
Cách : Viết cân PTPU
(5x-2y)Fe3O4 + (46x-18y)HNO3 (15x-6y)Fe(NO3)3 + NxOy + (23x-9y)H2O 0,06 -0,02
C¸ch :
(3)0,06 -0,06 0,02(5x-2y) - 0,02 §iỊu kiƯn : x ; y ( x,y N )
0,02 (5x-2y) = 0,06 NghiƯm hỵp lý : x = ; y =1
NO3- = OXHK + m«i trêng = 0,02 + 0,06 = 0,56 (mol) ( Fe(NO3)3 )
Bài 5
18,56g oxit sắt + HNO3 0,224 lÝt khÝ mét oxit cđa Nito (®ktc) Tìm công thức oxit Tính khối lợng HNO3 phản ứng
Giải :
Công thức tổng quát : Fe2On ; N2Om víi ®iỊu kiƯn n <3 ; m < ( n, m R+ ) 2Fe+n - 2(3-n)e 2Fe+3
18,56/(112 + 16n) -2(3-n)/(112 + 16n) 18,56
(1) 2N+5 + 2(5-m)e 2N+m
0,02(5-m) -0,01
(2)
Theo định luật BTĐT :
2(3-n)/(112 + 16n) 18,56 = 0,02(5-m)
Víi ®iỊu kiện phơng trình có nghiệm hợp lý : m =1 ; n = 8/3
NO3- = OXHK + m«i trêng = 0,02 + 0,24 = 0,74 (mol) ( Fe(NO3)3 )
ViƯc viÕt vµ tính theo phơng trình phản ứng hiển nhiên không u việt nữa. Nếu thực theo cách nh trớc thật khó khăn rất nhiều. Mở rộng trình nhờng electron kim loại
Bài 6
3,94g hn hp A gm kim loại hoạt động (X, Y) – hoá trị kim loại không đổi A + O2 d 4,74g hn hp oxit
A + hỗn hợp (HCl ; H2SO4) lo·ng 1/ TÝnh thĨ tÝch H2 (®ktc)
2/ Tìm giới hạn muối thu đợc
3/ NÕu X, Y thc chu kú liªn tiÕp cđa PNC II, dung dÞch axit chØ chøa HCl TÝnh % khèi lợng muối
Giải :
Quá trình nhận e oxi trình nhận e H+ dung dịch axit khi
phản ứng với kim loại nh số mol e (cùng khối lợng kim loại) :
1/ Số mol O = (k/lỵng oxit – k/lỵng A)/ 16 = (4,74 – 3,94)/ 16 = 0,05 mol O + 2e O-2
0,05 -0,1 -0,05
(4)2/
M - ne M+n
-0,1 -H+ + e 1/ H2 0,1 -0,05 Tæng sè mol e nhêng cđa kim lo¹i = 0,1 mol
Muối tạo thành kết hợp Cl- SO42- với Mn+ tuân theo định luật BTĐT : Gọi a, b số mol Cl- SO42- tham gia tạo muối.
a.1 + b.2 = 0,1 (*) §iỊu kiƯn : a[0 ; 0,1] b[0 ; 0,5]
Khối lợng muối = k/lợng kim loại + k/lợng Cl- + k/lợng SO4 2-= 3,94 + 35,5.a + 96.b
thay (*) = 3,94 + 35,5.a + 96(0,1-a)/2 y = 8,74 – 12,5.a
Nhận xét y (khối lợng muối) hàm nghịch biến theo a[0 ; 0,1] : y (max) = y(0) = 8,74 (g)
y (min) = y(0,1) = 7,49 (g)
3/ Thay n = sè mol kim lo¹i = 0,1/2 = 0,05
KLNTTB = 3,94/0,05 = 78,8
Ca Sr Bài 7
13,6g hỗn hợp kim loại + O2 oxit m(g) oxit + H2SO4 500ml ; 1M 1/ TÝnh m
2/ Xác định kim loại biết chúng PNC II, hố trị khơng đổi, KLNT kim loại = KLPT oxit kim loại
Gi¶i : 1/
2Mn+ + nSO42- M2(SO4)n 0,5 - > 0,5/n
2M > M2On - > M2(SO4)n - 0,5/n < -0,5/n
Theo định luật BTKL : m = k/lợng KL +k/lợng O
= 13,6 + n.0,5/n 16 = 21,6 (g) 2/ Sè mol e nhêng nhËn phản ứng oxy hoá mol : O + 2e O-2
0,5
M - 2e M2+ 0,5 <
Bµi to¸n thùc hiƯn theo c¸ch gäi CTPT cđa oxit AxOy vµ XmOn ; gäi a,b lµ sè mol
từng kim loại ; viết PTPU với H2SO4 ; lập phơng trình đại số 13,6g 0,5 mol
(5)Bµi 8
(*1) 38g X (Fe ; Fe2O3) + HCl 5,6 lÝt H2
(*2) 38g X (Fe ; Fe2O3) + HNO3 đặc, nóng 16,8 lít NO2 1/ Tính % khối lợng chất X
2/ Tính khối lợng HCl ; HNO3 nguyên chất tham gia phản ứng Các thể tích đo đktc ; không xét trình Fe + 2Fe3+ 3Fe2+) Gi¶i :
1/ X + HCl
Fe - 2e Fe2+ 0,25 < -0,5 -0,25
2H+ + 2e H2 0,5 < -0,25 X + HNO3 ®,n
Fe - 3e Fe3+ 0,25 - >0,75 - 0,25
N+5 + 1e N+4 0,75 0,75 < -0,75 Sử dụng giả thiết (*1) hay (*2) xác định đuợc số mol Fe 2/
Muèi clorua : Fe2+ : 0,25 mol ; Fe3+ (trong Fe2O3) + Cl -Muèi nitrat : Fe3+ = 0,25 + Fe3+ (trong Fe2O3) + NO3
-
Chú ý áp dụng định luật bảo tồn e cho q trình OXHK tơng ứng.
Bµi 9
62,1g Al + HNO3 lỗng 16,8 lít hỗn hợp X (N2O ; N2) (đktc) 1/ Tính thể tích dung dịch HNO3 2M, biết lấy d 25% 2/ Tính thể tích khí
Gi¶i :
1/ Sè mol X = 0,75 mol Al - 3e Al3+ 2,3 - > 6,9 -2,3
2N+5 + 8e N2O 2x -8x < - x
2N+5 + 10e N2
2(0,75-x) -10(0,75-x) < - (0,75-x )
NO3- = OXHK + m«i trêng = 0,75 + 2,3 = 8,4 mol ( Al(NO3)3 )
2/ Theo đinh luật BTĐT : 2,3 = 8x + 10(0,75-x) - > x = 0,3 mol
Thông thờng với toán viết PTPU sản phẩm N2O N2 ; lập phơng
(6)Bài 10
m(g) Cu + HNO3 10,08 lít hỗn hợp (NO ; NO2) có tỷ khối so với H2 16,6 Tính m lợng HNO3 phản ứng Các thể tích khí đo đktc
Gi¶i :
Dễ dàng tính đợc số mol NO : 0,36 mol ; số mol NO2 : 0,09 mol Cu - 2e Cu2+
-(1,08+0,09)
N+5 + 3e N+2 0,36 1,08 < 0,36 N+5 + 1e N+4
0,09 0,09 < 0,09 Tính đợc : số mol Cu = 0,585 mol
NO3- = OXHK + m«i trêng = 0,36 +0,09 + 0,585 = 1,62 mol
( Cu(NO3)2 )
Sau tính đợc tỷ lệ NO : NO2 viết PTPU, cân theo tỷ lệ tính
theo PTPU, hƯ sè PTPU lµ lín.
13Cu + 36HNO3 13Cu(NO3)3 + 8NO + 2NO2 + 18H2O Bài 11
m(g) hỗn hỵp (Al ; Fe) + HCl 7,28 lÝt H2 (đktc)
m(g) hỗn hợp (Al ; Fe) + HNO3 lo·ng, nãng 5,6 lÝt NO (®ktc) TÝnh % khèi lợng kim loại
Giải :
Tác dụng víi HCl Al - 3e Al3+ Fe - 2e Fe2+
H+ + 1e 1/ 2H2 0,65 < -0,325
T¸c dơng víi HNO3 M - 3e M+3 0,25 < -0,75
N+5 + 3e N+2 0,75 < -0,25 Nhận xét :
Số mol e hỗn hợp Al ; Fe nhờng tác dụng HCl : 0,65 mol
Số mol e hỗn hợp Al ; Fe nhêng t¸c dơng HNO3 : 0,75 mol Sè mol e mµ Al nhêng lµ nh víi HCl vµ HNO3 ; mol Fe nhêng cho HNO3 nhiỊu cho HCl mol e ;
(7)Bài 12
1/ 8,25g hỗn hợp X ( A, B KLK thuộc chu kỳ liên tiÕp ; M lµ KLKT ) X + H2O 3,92 lÝt H2
X + Zn + H2O ?
Tính khối lợng Zn tối đa để hỗn hợp tan hồn tồn H2O Tính khối lợng muối thu đợc
2/ Xác định A, B, M biết để kết tủa hết M2+ dùng hết 100ml dung dịch Na2CO3 1M thu đợc 10g kết tủa
Gi¶i : 1/
M - ne M+n
-0,35 -H2O + e OH- + 1/ 2H2 0,35 -0,35 -0,7 Lợng OH- hoà tan Zn :
Zn + OH- ZnO22- + H2 0,35/2 -0,35 -0,35/2 Khèi lỵng mi = k/lỵng X + k/lỵng ZnO22-. 2/ M2+ + CO32- MCO3
0,1 -0,1 -0,1 (= 10g) M = Ca Ca - 2e Ca2+
0,1 -0,2
KLK - 1e KLK1+ 0,15 < -(0,35-0,2)
Khèi lỵng KLK = k/lỵng X k/lợng Ca Bài 13
m(g) kim loại M + HNO3 lo·ng, nãng NO : V1 lÝt + Muèi nitrat m(g) kim lo¹i M + HCl H2 : V2 lÝt + Muèi clorua
Biết V1 = V2 ; khối lợng Muối clorua = 52,48% khối lợng muối nitrat Thể tích khí đo điều kiện nhiệt độ, áp suất
Xác định M Giải :
Không tính tổng quát coi phản ứng xảy xÐt mol kim lo¹i M - ne Mn+
1 - >n
N+5 + 3e N+2 n - > n/3 M + m H+ Mm+ + m/2 H2
- > m/2 V1 = V2 - > sè mol NO = sè mol H2
(8)- > n = ; m = - > M(NO3)3 vµ MCl2
Tính với mol M cho phép tính đơn giản ; phân biệt với tốn kim loại có hố trị khơng đổi
Bµi 14
11,2g hỗn hợp Cu-Ag + 19,6g dung dịc H2SO4 đặc, nóng khí A + lít dung dịch B
1/ Cho A + nớc Clo d, dung dịch thu đợc cho tác dụng với BaCl2 d thu đợc18,64g kết tủa Tính % khối lợng kim loại, C% dung dịch H2SO4 ban đầu
2/ Nếu cho 280ml dung dịch NaOH 0,5M vừa đủ hấp thụ hoàn tồn khí A lợng muối thu đợc
Gi¶i
1/ Sơ đồ chuyển hoá
SO42- +2e SO2 -> SO42- -> BaSO4 0,16 -0,08 Cu – 2e Cu2+ Ag -1e Ag+ x 2x -2x (0,16-2x)
Ta cã : 64x + (0,16-2x)108 = 1,12 -> x = 0,04 2/
Cu - 2e Cu2+ Ag -1e Ag+ 0,04 -0,04 0,08 -0,08
Số mol SO42- tạo muối với Ag+ Cu2+ = 0,04 + 0,08/2 = 0,08
SO42- = OXHK + m«i truêng = 0,08 + 0,08 = 0,16. Bµi 15
3,61g hỗn hợp Al-Fe tác dụng với 100ml dung dịch chứa AgNO3 Cu(NO3)2 hoàn toàn Sau phản ứng thu đợc dung dịch A 8,12g chất rắn B gồm kim loại Hoà tan chất rắn B dung dịch HCl 0,672 lít khí H2 (đktc) Tính nồng độ mol AgNO3 Cu(NO3)2 dung dịch ban đầu Biết số mol Al Fe 0,03 0,05 mol
Gi¶i
Al - 3e Al3+ 0,03 -0,09
Fe - 2e Fe2+ 0,05 -0,1
Ag+ + 1e Ag a -a
Cu2+ + 2e Cu b -2b
(9)0,09 + 0,1 = a + 2b + 0,06 -> a + 2b = 0,3 (1) ChÊt rắn B gồm kim loại : Ag; Cu ; Fe (theo thø tù khö) 108a + 64b + 0,03.56 = 8,12 (2)