7. Phương phỏp và phương tiện nghiờn cứu
3.1.2. Mụ tả, giải thớch hiện tượng, nhận biết [2], [3], [4], [5], [6]
3.1.2.1. Mụ tả, giải thớch hiện tượng
Phương phỏp: Vận dụng cỏc kiến thức lý thuyết về húa học và vấn đề phỏt triển kinh tế, xó hội mụi trường.
Bài tập 1:
a. Những bức tranh cổ được vẽ bằng bột “trắng chỡ” (PbCO3, Pb(OH)2) lõu ngày bị húa đen trong khụng khớ. Người ta cú thể dựng hiđo peoxit (H2O2) để phục hồi những bức tranh đú. Hóy viết phương trỡnh phản ứng để giải thớch.
b. Vỡ sao CuS, PbS, FeS đều khụng tan trong nước nhưng khụng điều chế được FeS bằng cỏch sục khớ H2S vào dung dịch muối của sắt?
Hướng dẫn giải
a. Muốn chỡ tỏc dụng với cỏc vết khớ H2S trong khớ quyển tạo thành PbS (màu đen); dưới tỏc dụng của H2O2 màu đen chuyển thành màu trắng.
Pb(OH)2 + 2H2S → PbS + 2H2O đen -2 -1 +6 -2 2 2 4 2 PbS + 4H O → Pb S O + 4H O trắng
b. CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4 Pb(NO3)2 + H2S → PbS + 2HNO3
CuS, PbS tạo ra khụng tan trong cỏc axit H2SO4, HNO3. FeSO4 + H2S → FeS + H2SO4
FeS tạo ra bị tan trong axit H2SO4 nờn khụng thu được FeS.
Bài tập 2:
Dẫn khớ H2S vào dung dịch hỗn hợp KMnO4 và H2SO4, nhận thấy màu tớm của dung dịch chuyển sang khụng màu và cú vẫn đục màu vàng.
Hóy:
a. Hóy giải thớch hiện tượng quan sỏt được.
b. Viết phương trỡnh húa học biễu diễn phản ứng H2S và KMnO4. Hướng dẫn giải
a. Giải thớch hiện tượng:
Dung dịch mất màu là do KMnO4 (màu tớm) sau phản ứng bị khử thành MnSO4 (khụng màu).
Vẫn đục màu vàng do H2S bị oxi húa tạo lưu huỳnh khụng tan trong nước cú màu vàng.
b. Phương trỡnh húa học:
5H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5S↓ + 8H2O c. Vai trũ cỏc chất : H2S : chất khử; KMnO4 : chất oxi húa.
Bài tập 3: Cú bốn dung dịch loóng của cỏc muối NaCl, KNO3, Pb(NO3)2, CuSO4. Hóy cho biết cú hiện tượng gỡ xóy ra và giải thớch khi cho:
a. Dung dịch Na2S vào mỗi dug dịch cỏc muối trờn. b. Khớ H2S đi vào mỗi dung dịch cỏc muối trờn.
Hướng dẫn giải
a. Khi cho dung dịch Na2S lần lượt vào cỏc dung dịch: + NaCl: Khụng cú hiện tượng gỡ.
+ KNO3: Khụng cú hiện tượng gỡ.
+ Pb(NO3)2: Cú kết tủa đen do phản ứng Pb(NO3)2 + Na2S → PbS↓ + 2NaNO3 (Màu đen)
+ CuSO4: Cú kết tủa màu đen, dung dịch mất màu xanh do phản ứng CuSO4 + Na2S → CuS + Na2SO4
(Màu đen)
b. Khi cho khớ H2S lần lượt vào cỏc dung dịch: + NaCl: Khụng cú hiện tượng gỡ.
+ KNO3: Khụng cú hiện tượng gỡ.
+ Pb(NO3)2: Cú kết tủa đen do phản ứng Pb(NO3)2 + H2S → PbS↓ + 2HNO3 dd (Màu đen)
CuSO4: Cú kết tủa màu đen, dung dịch mất màu xanh do phản ứng CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4
(Màu đen)
Bài tập 4:
a. Axit sunfuric đặc được dựng làm khụ khớ ẩm, hóy lấy một vớ dụ: Cú một số khớ ẩm khụng được dựng làm khụ bằng axit sunfuric đặc, hóy lấy một vớ dụ và cho biết vỡ sao.
b. Axit sunfuric đặc cú thể biến nhiều hợp chất hữu cơ thành than, được gọi là sự húa than. Lấy vớ dụ về sự húa than của glucozơ và saccarozơ. Viết sơ đồ phản ứng.
c. Sự làm khụ và sự húa than núi trờn khỏc nhau như thế nào? Hướng dẫn giải
Làm khụ được khớ
a. Vớ dụ axit sunfuric đặc làm khụ được khớ CO2, khụng làm khụ được khớ H2S (do chất này cú tớnh khử, lỳc đú sẽ phản ứng với axit sunfuric đặc).
b. C6H12O6 → 6C + 6H2O (Glucozơ)
C12H22O11 → 12C + 11H2O (Saccarozơ)
c. Sự làm khụ: Chất khụng thay đổi.
Sự húa than: Chất biến thành chất khỏc trong đú cú cacbon.
Bài tập 5: Nếu đốt Mg trong khụng khớ rồi đưa vào bỡnh đựng khớ lưu huỳnh đioxit (SO2), cú hai chất bột được sinh ra: Bột A màu trắng và bột B màu vàng. B khụng tỏc dụng với axit H2SO4 loóng, nhưng chỏy được trong khụng khớ sinh ra chất C làm mất màu tớm của dung dịch KMnO4.
Hướng dẫn giải
- Đốt Mg trong khụng khớ: 2Mg + O2 →t0 2MgO
Sau khi đốt dõy magiờ cú hỗn hợp MgO và Mg cũn dư - Đưa vào bỡnh đựng SO2:
2Mg + SO2 → 2MgO + S MgO: Bột trắng; S: Bột vàng. - S khụng tỏc dụng với H2SO4 S chỏy: S + O2 →t0 SO2
SO2 làm mất màu dung dịch KMnO4
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2H2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4
Bài tập 6: Khớ sunfurơ (SO2) là nguyờn nhõn chớnh gõy ra mưa axit. Vậy tỏc hại của mưa axit là do:
A. Axit sunfuhiđric (H2S) gõy ra. B. Axit sunfurơ (H2SO3) gõy ra.
Hướng dẫn giải
Lưu huỳnh đioxit là một trong cỏc chất chủ yếu gõy ụ nhiễm mụi trường. Nú được sinh ra do sự đốt chỏy cỏc nhiờn liệu húa thạch (than, dầu, khớ đốt), thoỏt vào bầu khớ quyển và là một trong những nguyờn nhõn chớnh gõy ra mưa axit. Mưa axit tàn phỏ nhiều rừng cõy, cụng trỡnh kiến trỳc bằng đỏ, kim loại biến đất đai trồng trọt thành hoang mạc. Tỏc hại của mưa axit là do axit sunfuric (H2SO4):
2SO2 + O2 →NO 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4
Nước mưa cú hũa tan H2SO4 gọi là mưa axit. Đỏp ỏn đỳng là C.
Bài tập 7: Cho cõn bằng húa học sau: 2SO2 (k) + O2 (k) ơ → 2SO3 (k); ∆H < 0
Cho cỏc biện phỏp : (1) tăng nhiệt độ, (2) tăng ỏp suất chung của hệ phản ứng, (3) hạ nhiệt độ, (4) dựng thờm chất xỳc tỏc V2O5, (5) giảm nồng độ SO3, (6) giảm ỏp suất chung của hệ phản ứng. Những biện phỏp nào làm cõn bằng trờn chuyển dịch theo chiều thuận?
A. (2), (3), (4), (6) B. (1), (2), (4) C. (1), (2), (4), (5) D. (2), (3), (5) Hướng dẫn giải
Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến cõn bằng húa học + Nhiệt độ
Đối với phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0) : Khi tăng nhiệt độ cõn bằng chuyển dịch sang chiều nghịch, giảm nhiệt độ cõn bằng chuyển dịch sang chiều thuận.
Đối với phản ứng thu nhiệt (∆H > 0) : Khi tăng nhiệt độ cõn bằng chuyển dịch sang chiều thuận, khi giảm nhiệt độ cõn bằng chuyển dịch sang chiều nghịch.
+ Nồng độ:
Khi giảm nồng độ của một chất cõn bằng sẽ chuyển dịch sang chiều tạo ra chất đú, ngược lại, khi tăng nồng độ của một chất cõn bằng sẽ chuyển dịch sang chiều làm giảm nồng độ của chất đú.
+ Áp suất:
Khi tăng ỏp suất cõn bằng sẽ chuyển dịch sang chiều giảm số phõn tử khớ, khi giảm ỏp suất cõn bằng sẽ chuyển dịch sang chiều tăng số phõn tử khớ. (Nếu số mol khớ 2 bờn bằng nhau thỡ ỏp suất khụng ảnh hưởng đến chiều phản ứng).
Chỳ ý: Chất xỳc tỏc chỉ cú tỏc dụng làm tăng tốc độ phản ứng chứ khụng làm thay đổi chiều phản ứng.
Vậy cỏc biện phỏp (2), (3), (5) sẽ làm cõn bằng trờn chuyển dịch theo chiều thuận. ⇒ Chọn C.
3.1.2.2. Nhận biết cỏc chất khớ
Phương phỏp: Chất khớ được nhận biết chủ yếu dựa vào độ tan trong nước, màu và mùi.
- Độ tan: Cỏc khớ ớt tan như CO2, H2 … khi được tào thành do phản ứng của dung dịch axit hoặc kiềm thỡ sủi bọt mạnh và thoỏt ra khỏi dung dịch.
- Mùi và màu: NO2 màu nõu đỏ sậm, mùi hắc, H2S mùi trứng ung, SO2 mùi xốc…
Đối với cỏc khớ khụng thể phõn biệt được với cỏc khớ khỏc bằng cỏch dựa vào độ tan, màu sắc và mùi vị thỡ dựa vào tớnh chất húa học
Chất khớ Phương phỏp nhận biết
H2S khụng màu, mùi trứng thối,
độc.
Tạo kết tủa đen khụng tan trong nước và axit với dung dịch muối Pb2+ hoặc muối Cu2+:
H2S + Pb2+ → PbS↓ + 2H+ H2S + Cu2+ → CuS↓ + 2H+
Dùng giấy lọc thấm dung dịch muối Cu2+ hoặc muối Pb2+ để nhận biết
SO2 khụng màu, mùi hắc, độc hại.
- Làm mất màu dung dịch brom dư hoặc dung dịch iot dư đều cú màu nõu đỏ:
SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr SO2 + I2 + 2H2O → H2SO4 + 2HI - Làm mất màu dung dịch thuốc tớm:
5SO2+ 2KMnO4 + 2H2O → 2H2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 - Làm đục dung dịch nước vụi trong dư:
SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O
O2 Khớ khụng màu, khụng mùi, làm bùng chỏy que đúm O3
Khớ khụng màu, làm xanh giấy thấm dung dịch KI và hồ tinh bột O3 + 2KI + H2O → O2 + 2KOH + I2↓
I2 + tinh bột → hợp chất cú màu xanh tớm đặc trưng Cl2 Màu vàng lục, mùi hắc, độc, ớt tan trong nước.
Cl2 + 2KI → I2↓ + 2KCl
I2 tạo hợp chất màu xanh tớm với hồ tinh bột.
HCl HBr HI
Cả 3 đều khụng màu.
Cả 3 chất đều tan nhiều trong nước tạo dung dịch axit mạnh, dung dịch cú ion H+ và ion gốc axit Cl , Br , I- - - cú tớnh chất làm đỏ quỡ tớm và cỏc anion Cl , Br , I- - - cũng được nhận biết bằng cỏc phản ứng đặc trưng.
Cả 3 chất đều tạo khúi trắng (là cỏc tinh thể NH4Cl, NH4Br, NH4I) khi tỏc dụng với khớ NH3:
NH3 + HCl → NH4Cl
N2 Khớ khụng màu, khụng mùi, làm tắt que đúm. CO khụng màu,
độc hại.
- Tỏc dụng với CuO tạo Cu màu đỏ đồng thời cho CO2 làm đục nước vụi trong: CuO + CO → Cu + CO2
- Tạo kết tủa đen với dung dịch PdCl2:
CO + PbCl2 + H2O → Pd↓ + CO2↑ + 2HCl
CO2 khụng màu, khụng mùi.
Sủi bọt rất mạnh khi được tạo thành từ dung dịch axit.
Tạo kết tủa trắng với dung dịch Ca(OH)2 dư hoặc Ba(OH)2 dư CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O
NH3 khụng màu, mùi khai
- Tan nhiều trong nước tạo dung dịch kiềm yếu làm giấy quỳ tớm ẩm chuyển màu xanh.
- Tạo khúi trắng NH4Cl (tinh thể) với khớ HCl NH3 (k) + HCl (k) → NH4Cl (tt)
3.1.2.3. Nhận biết muối sunfat, sunfua và cỏc hợp chất của lưu huỳnh.
Phương phỏp
Để nhận biết cỏc chất húa học cần nắm vững cỏc tớnh chất vật lý và húa học của chỳng. Cần lựa chọn thuốc thử sao cho phản ứng đú là phản ứng đặc trưng và cú dấu hiệu rừ rệt.
- Trỡnh bày bài làm theo cỏc bước: + Chọn thuốc thử.
+ Nờu hiện tượng quan sỏt được và kết luận nhận biết chất nào. + Viết PTPƯ của cỏc phản ứng xóy ra.
- Nhận biết hỗn hợp gồm X chất khớ ta phải làm X thớ nghiệm chứng minh sự cú mặt của X chất trong hỗn hợp.
- Nhận biết hỗn hợp gồm X chất tan trong dung dịch là nhận biết sự cú mặt của tất cả cỏc ion khỏc nhau trong dung dịch.
Anion Phương phỏp nhận biết
2- 4
SO Tạo kết tủa trắng khụng tan trong nước với dung dịch BaCl22- 4
SO + BaCl2 → BaSO4↓ + 2Cl-
- 4 HSO
- Tạo kết tủa trắng với dung dịch BaCl2 BaCl2 + -
4
HSO → BaSO4↓ + HCl + Cl-
- Giải phúng khớ CO2, SO2, H2S khi tỏc dụng với cỏc muối cacbonat, sunfit, sunfua: - 4 HSO + - 3 HCO → 2- 4 SO + CO2↑ + H2O 2- 3 SO
Tỏc dụng với dung dịch axit giải phúng khớ SO2 làm phai màu dung dịch brom hoặc dung dịch KMnO4:
2- 3
SO + 2HCl → SO2↑ + 2Cl + H2O-
2- S
- Giải phúng khớ H2S mùi trứng thối khi tỏc dụng với dung dịch axit: 2-
S + 2HCl → H2S↑ + 2Cl-
- Tạo kết tủa màu đen với dung dịch Pb(NO3)2: 2-
S + Pb(NO3)2 → PbS↓ + 2 2- 3 NO
Bài tập 1: Bằng phương phỏp húa học. Nhận biết cỏc chất khớ sau: H2S, O3, Cl2. Hướng dẫn giải
- Trớch mẫu thử, cho vào mẫu thử quỳ tớm ẩm.
- Mẫu thử nào làm mất màu quỳ tớm ngay thỡ đú chớnh là Cl2. - Mẫu thử nào làm quỳ tớm húa hồng thỡ khớ đú chớnh là H2S. - Mẫu thử cũn lại là khớ O3.
PTPƯ: Cl2 + H2O ơ → HCl + HClO (tớnh oxi húa mạnh làm mất màu quỳ tớm).
Bài tập 2: Nhận biết cỏc chất khớ sau: H2S, SO2, CO2, H2, N2, Cl2, O2. Hướng dẫn giải
- Trớch mẫu thử, cho vào mỗi mẫu thử quỳ tớm ẩm.
- Mẫu thử nào làm mất màu quỳ tớm ngay thỡ đú chớnh là Cl2.
- Cỏc mẫu thử nào làm quỳ tớm húa hồng thỡ khớ đú chớnh là H2S, SO2, CO2 (Nhúm A).
- Cỏc khớ cũn lại H2, N2, O2 (Nhúm B).
+ Nhận biết nhúm A: Dẫn lần lượt từng khớ vào bỡnh đựng dung dịch CuSO4, sau thời gian phản ứng ở bỡnh nào xuất hiện kết tủa đen thỡ khớ dẫn vào là H2S. Sục hai khớ cũn lại vào bỡnh đựng dung dịch nước brom, bỡnh nào sau thời gian phản ứng làm nhạt màu nước brom thỡ khớ đú là SO2. Khớ cũn lại là CO2.
+ Nhận riờng nhúm B: Lấy que đúm cho vào 3 lọ đựng ba khớ trờn, ở lọ nào que đúm bùng chỏy chứng tỏ khớ đựng trong bỡnh là O2. Với hai lọ khớ cũn lại, dẫn qua CuO núng đỏ. Sau thời gian phản ứng, ở ống nghiệm nào cú hơi nước bỏm trờn thành ống nghiệm và đồng thời cú chất rắn màu đỏ tạo thành thỡ khớ đú là H2. Khớ cũn lại là N2.
PTPƯ :
Cl2 + H2O ơ → HCl + HClO ; SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr H2S + CuSO4 → CuS + H2SO4 ; H2 + CuO →t0 Cu + H2O
Bài tập 3: Chỉ dựng thờm một thuốc thử, hóy nhận biết cỏc dung dịch sau: NaCl, Na2SO4, H2SO4, BaCl2, K2CO3.
Hướng dẫn giải
Chọn thuốc thử là dung dịch HCl.
+ Thử với dung dịch HCl nhận biết được dung dịch K2CO3 cú dấu hiệu sủi bọt khớ CO2.
K2CO3 + 2HCl → KCl + CO2↑ + H2O
+ Thử với dung dịch K2CO3 đó nhận biết được: BaCl2 tạo kết tủa màu trắng và H2SO4 cú dấu hiệu sủi bọt khớ CO2.
K2CO3 + H2SO4 → K2SO4 + CO2↑ + H2O BaCl2 + K2CO3 → BaCO3↓ + 2KCl
+ Thử với dung dịch BaCl2 đó nhận biết được: Na2SO4 tạo kết tủa màu trắng, NaCl khụng phản ứng.
Bài tập 4: Khụng dựng thờm thuốc thử, hóy nhận biết cỏc dung dịch sau: NaCl, K2CO3, Na2SO4, Ba(NO3)2, HCl.
Hướng dẫn giải
Bảng tỏc dụng của cỏc chất cần nhận biết.
NaCl K2CO3 Na2SO4 Ba(NO3)2 HCl
NaCl
K2CO3 BaSO4↓ CO2↑ 1↓ + 1↑
Na2SO4 BaSO4↓ 1↓
Ba(NO3)2 BaCO3↓ BaSO4↓ 2↓
HCl CO2↑ 1↑
+ Cỏc phản ứng xóy ra:
K2CO3 + Ba(NO3)2 → BaCO3↓ + 2KNO3 K2CO3 + 2HCl → CO2↑ + H2O + 2KCl Na2SO4 + Ba(NO3)2 → BaSO4↓ + 2NaNO3
+ Phương phỏp nhận biết: Lần lượt thử một chất với bốn chất cũn lại • Chất khụng phản ứng, khụng cú dấu hiệu là NaCl.
• Chất tham gia hai phản ứng: Một phản ứng tạo kết tủa, một phản ứng giải phúng khớ là K2CO3,
• Chất tham gia một phản ứng tạo kết tủa là Na2SO4.
• Chất tham gia hai phản ứng đều tạo hai kết tủa là Ba(NO3)2. • Chất tham gia một phản ứng giải phúng khớ là HCl.