Khi lượng kết tủa chưa đạt đến cực đại thì thì bài toán này có 2 đáp số ứng với 2 giá trị của NaOH đường thẳng song song với trục hoành và không đi qua cực đại cắt đồ thì tại 2 điểm áp d[r]
(1)GIẢI BÀI TOÁN HOÁ HỌC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ Vũ Đức Luận Trƣờng THPT Lƣơng Thế Vinh-Vụ Bản-Nam Định Trong phƣơng pháp này ta xét bài toán làm mẫu sau: Bài toán 1: Bài toán hấp thụ CO2 dung dịch Ba(OH)2 Bài toán 2: Bài toán muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm Bài toán 3: Bài toán muối kẽm tác dụng với dung dịch kiềm Bài toán 4: Bài toán hấp thụ CO2 dung dịch hỗn hợp chứa Ba(OH)2 và NaOH Bài toán 1: Bài toán hấp thụ CO2 dung dịch Ba(OH)2 Nội dung: Hấp thụ hoàn toàn V lít CO2 dung dịch chứa a mol Ba(OH)2 Lập đồ thị biểu diễn lượng kết tủa thu theo số mol CO2 phản ứng Hướng dẫn Khi cho CO2 tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 ta có các phương trình sau: CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O Nếu còn CO2 thì kết tủa BaCO3 tan dần phản ứng sau: BaCO3 + CO2 + H2O Ba(HCO3)2 Khi số mol CO2 = số mol Ba(OH)2 = a thì lượng kết tủa thu là cực đại( a mol) Khi số mol CO2 = 2nBa(OH)2 = 2a thì ta thấy sinh muối Ba(HCO3)2 Do đó ta có đồ thị sau: nBaCO a nCO a 2a Chú ý: Khi CO2 phản ứng vừa đủ với dung dịch Ba(OH)2 mà thu lượng kết tủa chưa phải là cực đại thì bài toán này có đáp số(đường thẳng song song với trục hoành và không qua cực đại cắt đồ thì điểm) M là trung điểm AB nBaCO a M A a B 2a nCO Vận dụng đồ thị trên cho bài toán sau: Ví dụ 1: Trích đề thi ĐH khối A 2007: Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO2 (đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH)2 a mol/l thu 15,76 gam kết tủa Giá trị a là: A 0,032 mol/l B.0,06 mol/l C.0,04 mol/l D.0,048 mol/l Giải Số mol CO2 = 0,12 mol; số mol Ba(OH)2 =2,5a mol; số mol BaCO3 = 0,08 mol Ta có đồ thị: Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com (2) nBaCO 2,5a 0,08 A B nCO 2,5a 0,12 5a 0,08 Ta thấy hoàng độ cực đại là trung điểm AB đó: 2,5a = (0,08+0,12)/2=0,1 => a= 0,04 mol/l Bài toán 2: Bài toán muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm Nội dung: Cho dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch chứa a mol Al3+ Lập đồ thị biểu diễn lượng kết tủa thu theo số mol NaOH cho vào? Hướng dẫn 3+ Khi cho NaOH tác dụng với dung dịch chứa Al ta có phương trình: Al3+ + 3OHAl(OH)3 Nếu NaOH dư, kết tủa tan: Al(OH)3 + OHAlO2- + H2O Khi số mol NaOH =3nAl3+ = 3a ; ta có lượng kết tủa cực đại( nAl(OH)3 = a mol) Khi số mol NaOH > 3a; kết tủa bắt đầu tan Khi số mol NaOH = 4a; kết tủa vừa tan hết Ta có đồ thị sau: nAlCl3 a nNaOH 4a 3a Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi số nNaOH > 4nAl3+ thì không có kết tủa Khi lượng kết tủa chưa đạt đến cực đại thì thì bài toán này có đáp số ứng với giá trị NaOH (đường thẳng song song với trục hoành và không qua cực đại cắt đồ thì điểm) áp dụng đồ thị trên vào bài toán sau: Ví dụ 2: ĐH khối B 2007 Cho V lít dung dịch NaOH 0,5M tác dụng với 200 ml dung dịch AlCl3 1,5M thu 15,6 gam kết tủa Giá trị lớn V là: A 1,2 lít B 1,8 lít C.2,0 lít D.2,4 lít Giải Số mol AlCl3 = 0,3 mol Số mol kết tủa Al(OH)3 là 0,2 mol Số mol NaOH= 0,5V nAlCl3 0,3 0,2 0,6 0,9 1,2 Giá trị lớn V ứng với số mol NaOH = => 0,5V=1 => V = lít Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com nNaOH (3) Bài toán 3: Bài toán muối kẽm tác dụng với dung dịch kiềm Nội dung: Cho dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch chứa a mol Zn2+ Lập đồ thị biểu diễn lượng kết tủa thu theo số mol NaOH cho vào? Hướng dẫn 3+ Khi cho NaOH tác dụng với dung dịch chứa Al ta có phương trình: Zn2+ + 2OHZn(OH)2 Nếu NaOH dư, kết tủa tan: Zn(OH)2 + 2OHZnO22- + 2H2O Khi số mol NaOH =2nZn3+ = 2a ; ta có lượng kết tủa cực đại( nZn(OH)2 = a mol) Khi số mol NaOH > 2a; kết tủa bắt đầu tan Khi số mol NaOH = 4a; kết tủa vừa tan hết Ta có đồ thị sau: nZn(OH) a M nOH4a B 2a A Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi số nNaOH > 4nZn2+ thì không có kết tủa Khi lượng kết tủa chưa đạt đến cực đại thì thì bài toán này có đáp số ứng với giá trị NaOH (đường thẳng song song với trục hoành và không qua cực đại cắt đồ thì điểm) áp dụng đồ thị trên vào bài toán sau: Ví dụ 3: Cho dung dịch X chứa 8,16 gam ZnCl2 tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch Y chứa (NaOH 1,5M, KOH 0,5M) Sau phản ứng thu 3,96 gam kết tủa Tính V Giải Số mol ZnCl2 = 0,06 mol Số mol OH-= 2V mol Số mol Zn(OH)2 = 0,04 mol Ta có đồ thị sau: nZn(OH) 0,06 0,04 nOH0,24 0,08 0,12 0,16 Nhìn trên đồ thị dễ dàng ta thấy có giá trị OH- để thu 0,04 mol kết tủa đó là: Số mol OH- = 0,08 = 2V => V = 0,04 lít Số mol OH- = 0,16 = 2V => V = 0,08 lít Bài toán 4: Bài toán hấp thụ CO2 dung dịch chứa Ba(OH)2 và NaOH Nội dung: Hấp thụ hoàn toàn x mol CO2 dung dịch X chứa a mol Ba(OH)2 và b mol NaOH Lập đồ thị biểu thị số mol CO2 và lượng kết tủa thu Hướng dẫn Ta có dung dịch X chưa a mol Ba2+, b mol Na+ và 2a+b mol OHBlog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com (4) <1> Ta dễ thấy lượng kết tủa cực đại là a mol <2> Khi số mol CO2 = a , ta thấy OH- dư đó có muối CO32-, đó lượng kết tủa cực đại <3> Xét trường hợp lượng kết tủa cực đại có muối axit : CO2 + 2OH- CO32- + H2O a mol 2a mol a mol CO2 + OH- HCO3- b mol b mol b mol CO32- + Ba2+ BaCO3 a mol a mol a mol Do đó số mol CO2 = a+b Khi số mol CO2 > a+b, lượng kết tủa bắt đầu giảm xuống Đến số mol CO2 = 2a+b thì không còn kết tủa Vậy ta có đồ thị sau : nBaCO a = n Ba(OH) a b = n NaOH a a+b 2a+b nCO Nhìn vào đồ thị trên ta thấy để thu lượng kết tủa cực đại thì: a ≤ nCO2 ≤ a + b áp dụng vào bài toán sau (Trích đề thi HS giỏi tỉnh Thái Bình năm 2009): Ví dụ : Cho 18,3 gam hỗn hợp X gồm Na và Ba vào nước thu dung dịch Y và 4,48 lít H (đktc) Xác định thể tích CO2 (đktc) cho vào dung dịch Y để thu kết tủa cực đại? A 1,12 lít ≤ V ≤ 6,72 lít B 2,24 lít ≤ V ≤ 6,72 lít C 2,24 lít ≤ V ≤ 4,48 lít D 4,48 lít ≤ V ≤ 6,72 lít Giải Trước hết tìm số mol NaOH và Ba(OH) (1) Na + H2O NaOH + 1/2H2 (2) Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2 Gọi số mol Na và Ba là x và y mol, ta có hệ: 23x+137y=18,3 1/2x+y= 0,2 Giải được: x= 0,2; y= 0,1 số mol NaOH = 0,2 mol; số mol Ba(OH)2 =0,1 mol Để thu lượng kết tủa cực đại thì 0,1 ≤ nCO2 ≤ 0,1+ 0,2 = 0,3 Hay 2,24 ≤ VCO2 ≤ 6,72 Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com (5)