C. HCOOH và HCOOC2H5 D HCOOH và HCOOC3H7.
1H trong hỗn hợp:
Phần trăm khối lượng của 1
1H trong hỗn hợp:
Tương tự ta cũng có thể quy đổi thành hỗn hợp gồm H2 và HD hoặc D2 và HD; cũng có thể dùng cách quy đổi nguyên tử thành H và D.
Cách 3. Phương pháp bảo tồn mol ngun tử
Số mol khí hiđro có trong hỗn hợp: 4,46.10-2mol. Do 1 mol hiđro gồm hai nguyên tử hiđro (H2, D2, HD) số mol nguyên tử hiđro trong hỗn hợp là: (4,46.10-2). 2 = 8,92.10-2mol.
Gọi số mol nguyên tử H (1
1H ) có trong 0,10gam hỗn hợp là a, số mol nguyên tử D (2 1H
) có trong 0,10 gam hỗn hợp là b. Khi đó: a + b = 8,92.10-2 (5)
Khối lượng của hỗn hợp là 0,10 gam cho nên ta có: a . 1,008 + b . 2,004 = 0,10 (6) Giải (5) và (6) ta có: a = 7,907.10-2; b = 1,013.10-2
Khối lượng 1
1H trong hỗn hợp: (7,907.10-2).1,008 = 7,97.10-2gam. % khối lượng của 1
1H trong hỗn hợp:
Cách 4. Phương pháp số học:
Giả sử hỗn hợp chỉ gồm các nguyên tử D (toàn bộ phân tử đều là D2). Số mol D2 trong hỗn hợp = 4,46.10-2mol.
Số mol nguyên tử D trong hỗn hợp là: (4,46.10-2).2 = 8,92.10-2mol. Khối lượng hỗn hợp sẽ là: (8,92.10-2).2,004 = 0,1788 gam.
Nhưng khối lượng hỗn hợp chỉ là 0,10 gam; tức là vượt quá 0,0788 gam. Do đó, ta phải bớt số mol D (2
1H) ra a mol, thêm vào cũng a mol H (1
1H ) để đảm bảo số mol hỗn hợp không đổi nhưng khối lượng hỗn hợp giảm bớt 0,0788 gam để trở về 0,10 gam như đã cho. Khi đó:
a . 2,004 - a . 1,008 = 0,0788 a = 7,911.10-2.
Như vậy, hỗn hợp phải chứa: 7,911.10-2mol nguyên tử H, còn lại là D. Khối lượng H (1
1H ) trong hỗn hợp: (7,911.10-2).1,008 = 7,97.10-2gam. % khối lượng của 1
1H trong hỗn hợp:
Tương tự ta cũng có thể đưa ra giả thiết tồn bộ hỗn hợp đố chỉ có H2.
Cách 5. Phương pháp trung bình.
Số mol phân tử hiđro = 4,46.10-2mol số mol nguyên tử hiđro = 8,92.10-2mol
Gọi % số nguyên tử H là x, % số nguyên tử D là (100 - x). Khi đó:
Do đó, số mol nguyên tử H = 88,655% . 8,92.10-2= 7,908.10-2mol
Khối lượng của H trong 0,10 gam hỗn hợp = 7,908.10-2. 1,008 = 7,97.10-2mol Phần trăm khối lượng của 1
1H trong hỗn hợp:
P2. Bài tập chương nhóm halogen
Bài 2: Hỗn hợp A gồm KClO3, Ca(ClO3)2, Ca(ClO)2, CaCl2 và KCl cân nặng 83,68g. Nhiệt phân hoàn toàn A thu được chất rắn B gồm CaCl2 và KCl cùng với một lượng oxi vừa đủ để oxi hóa SO2 tạo ra SO3 để điều chế 191,1g dung dịch H2SO4 80%. Cho B tác dụng với 360ml dung dịch K2CO3 0,5M (vừa đủ) thu được kết tủa C và dung dịch D chứa lượng KCl nhiều gấp 22/3 lần KCl trong A. Tính thành phần % theo khối lượng của KClO3 trong A.
(Câu 6 trang 69 – Tuyển tập đề thi olympic 30-4, hóa học 10 năm 2004)
Lời giải:
Phương trình hóa học các phản ứng:
Nhiệt phân: 2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (1) Ca(ClO3)2 → CaCl2 + 3O2↑ (2) Ca(ClO)2 → CaCl2 + O2↑ (3) Điều chế H2SO4: 2SO2 + O2 → 2SO3. (4) SO3 + H2O → H2SO4. (5)
B + K2CO3: CaCl2 + K2CO3 → CaCO3↓ 2KCl (6)
Cách 1: Phương pháp đại số:
Đặt số mol KClO3, Ca(ClO3)2, Ca(ClO)2, CaCl2, KCl lần lượt là a, b, c, d, e ta có: mhh = 122,5a + 207b + 143c + 111d + 74,5e = 83,68 (1’)
Theo (1), (2), (3), (4), (5), (6) ta có:
(2’) Theo (1) và (6):
(4’) Theo bài ra: Lượng KCl trong D gấp 22/3 lần KCl ban đầu nên ta có: 3(a + 2b+2c+2d + e) = 22e (5’)
Từ (1’), (2’), (3’), (4’) và (5’) ta có:
Với 4 phương trình 3 ẩn số thì về mặt tốn học thì khơng thể giải được. Về mặt hóa học, đề bài chỉ yêu cầu tìm % theo khối lượng KClO3 trong hỗn hợp nên chỉ cần tìm khối lượng KClO3 là được. Do đó ta có các cách biến đổi sau:
Ví dụ: Tách ghép ẩn:
Thay (III) vào (IV) ta có: 3a – 19e = –1,08 (I’)
Từ (I) ta có: 122,5a + 111(b + c + d) + 96b + 32c + 74,5e = 83,68
122,5a + 96b + 32c + 74,5e = 63,7 (II’)
Lấy (II’) - (II).32 ta có: 74,5a + 74,5e = 38,74 (IV’) Giải hệ (I’) và (IV’) ta được a = 0,4; e = 0,12
Cách 2: Phương pháp đại số kết hợp với bảo tồn mol ngun tử: (khơng cần viết phương trình hóa học các phản ứng)
Đặt số mol KClO3, Ca(ClO3)2, Ca(ClO)2, CaCl2, KCl lần lượt là a, b, c, d, e ta có: Tồn bộ Cl cuối cùng chuyển thành KCl nên ta có
Do đó a + 2b + 2c + 2d + e = a + e + 0,36 b + c + d = 0,18
Mà số mol KCl trong D gấp 22/3 lần số mol KCl trong A nên ta có: 3(a + e + 0,36) = 22e 3a – 19e = - 1,08
(do SO2 + H2O + 1/2O2 → H2SO4) Vậy 3a + 6 b+ 2c = 1,56
Mặt khác theo bài ra mhh = 83,68g nên ta có phương trình: 122,5a + 207b + 143c + 111d + 74,5e = 83,68
Từ đó ta có hệ:
Từ (t) ta có: Từ (t) ta có: 122,5a + 111(b + c + d) + 96b + 32c + 74,5e = 83,68 Thay x vào ta có: 74,5a + 74,5e = 38,74 (*)
Từ (*) và (y) ta có: a = 0,04; e = 0,12
Cách 3: Phương pháp bảo toàn khối lượng:
Mặt khác:
Cách 4: Phương pháp bảo toàn electron kết hợp với phương pháp đại số:
Các quá trình nhường nhận electron:
Theo định luật bảo tồn electron ta có:
Mặt khác nKCl trong D = 22/3 nKCl trong A nên 3(a + 2b + 2c + 2d + e) = 22e
3a + 6b + 6c + 6d – 19e = 0 (2’)
Theo bài ra: mhh = 122,5a + 207b + 143c + 111d + 74,5e = 83,68 (4’) Từ đó ta có hệ các phương trình:
Biến đổi hệ phương trình trên ta được a = 0,04; e = 0,12
Cách 5: Phương pháp quy đổi:
Xem hỗn hợp trên gồm các nguyên tử K, Ca, Cl, O với số mol lần lượt là x, y, z, t. Khi đó mhh = 39x + 40y + 35,5z + 16t = 83,68 (*)
Ta có nCl = nK + 2nCa z = x + 2y
Với y = 0,18 ta có: x – z = – 0,36 (**)
Thay các giá trị y, t vào (*) ta có: 39x + 35,5z = 51,52 (***) Từ (**) và (***) ta có: x = 0,52; z = 0,88
Mặt khác nKCl trong D = 22/3 nKCl trong A nên (0,52 – a).22 = 0,88.3 a = 0,4
Cách 6: Phương pháp dùng công trung bình:
Gọi cơng thức chung của hỗn hợp là: K Ca Cl Ox y z t ta có: PTHH của phản ứng:
CaCl2 + K2CO3 → CaCO3 + 2KCl (2) Bảo toàn nguyên tố Cl ta có: z = x + 2y (3)
Bài 3: Hịa tan hồn tồn 19 gam hỗn hợp Mg, Al và Fe vào dung dịch axit HCl dư
thấy có 13,44 lít khí thốt ra (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được a gam muối khan. Tính x.
Lời giải:
Cách 1: Phương pháp đại số - kết hợp với tách ghép ẩn:
PTHH của các phản ứng:
Theo bài ra ta có hệ phương trình:
Nhiều HS đến đây thấy số phương trình ít hơn số ẩn nên bảo bài tốn khơng giải được. Tuy nhiên bài tốn chỉ u cầu tìm khối lượng muối a nên
Ta có: a = 95x + 133,5y + 127z = 24x + 27y + 56z + 71x + 106,5y + 71z = (24x + 27y + 56z) + 71(x + 1,5y + z).
Thay (1) và (2) vào ta có: a = 19 + 71.0,6 = 61,6
Cách 2: Đặt công thức tương đương:
Gọi công thức chung của kim loại là M ta có PTHH của phản ứng:
Theo bài ra ta có:
Cách 3: Bảo tồn khối lượng – Bảo tồn ngun tố:
(Cách này khơng cần viết PTHH của các phản ứng) Theo bảo tồn ngun tố H ta có:
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có:
Cách 4: Phương pháp tăng giảm khối lượng:
Khối lượng muối tăng so với khối lượng kim loại đầu chính là khối lượng của Cl: Vậy a = 61,6
Cách 5: Phương pháp bảo toàn electron kết hợp với bảo toàn khối lượng:
Nên a = 19 + 35,5.1,2 = 61,6
Bài 4: Hịa tan hồn tồn 10,4 gam hỗn hợp Mg và Fe vào dung dịch axit HCl dư thấy
có 6,72 lít khí thốt ra (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối. Tính m.
Lời giải:
Đây là bài tốn dễ, đa số học sinh có thể giải được bằng phương pháp đại số, tuy nhiên, bài tốn này cịn có nhiều cách giải khác khá thú vị.
Cách 1: Phương pháp đại số:
PTHH của các phản ứng:
Theo bài ra ta có hệ phương trình:
Cách 2: Đặt cơng thức tương đương:
Gọi công thức chung của kim loại là M . Vì Mg và Fe đều có hóa trị II nên ta có PTHH của phản ứng:
2.1. Tính trực tiếp
2.2. Nếu u cầu tính từng muối: 2.2.1. Dùng cơng thức trung bình:
Gọi % theo mol của Mg là x % theo mol của Fe là 1 – x ta có
2.2.2. Kết hợp với sơ đồ chéo:
Vậy: nMg = 0,2 mol ; nFe = 0,1 mol
Cách 3: Bảo toàn khối lượng:
Cách 4: Tăng giảm khối lượng:
KL + HCl → muối
Cách 5: Bảo toàn electron:
Nên m = 10,4 + 35,5.0,6 = 31,7
Cách 6: Phương pháp số học:
Vậy nguyên nhân của việc tăng 0,4/3 mol H2 là do ta đã chuyển đổi lượng Fe thành Mg trong phép toán giả định là:
Vậy trong hỗn hợp đầu có 5,6g Fe (0,1 mol) và 4,8g Mg (0,2 mol)
6.2. Giả sử số mol hỗn hợp kim loại ban đầu chỉ có Mg: Vậy khối lượng giảm so với thực tế là 10,4 – 7,2 = 3,2g
Mặt khác, cứ 1mol Mg chuyển thành 1 mol Fe khối lượng tăng lên là 56 – 24 = 32g. Do đó số mol Fe trong hỗn hợp đầu là: 3,2 : 32 = 0,1 mol
mMg = 10,4 – 0,1.56 = 4,8g nMg = 0,2 mol
Hồn tồn tương tự ta có thể giả sử hỗn hợp ban đầu chỉ có Fe
Bài tập vận dụng:
Bài 5: Hịa tan hồn tồn 16,5 gam hỗn hợp gồm Fe và Al bằng dung dịch HCl thấy
thốt ra 13,44 lit khí ở đktc. Tính thành phần % theo khối lượng các kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
Đáp số: 50,91% và 49,09%
Bài 6: Hoà tan hoàn toàn 14,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Sn bằng dung dịch HCl (dư),
thu được 5,6 lít khí H2 (ở đktc). Thể tích khí O2(ở đktc) cần để phản ứng hồn tồn với 14,6 gam hỗn hợp X là