Bài tập chuyên đề “Bài tập hóa học phổ thông”Sinh viên: Lê Phạm Thành – K52 CLC Hóa Học ĐHSP Hà Nội Giảng viên: PGS.. Nguyễn Xuân Trường Chuyên đề: “Xây dựng bài toán hóa học có thể giải
Trang 1Bài tập chuyên đề “Bài tập hóa học phổ thông”
Sinh viên: Lê Phạm Thành – K52 CLC Hóa Học ĐHSP Hà Nội
Giảng viên: PGS TS Nguyễn Xuân Trường
Chuyên đề: “Xây dựng bài toán hóa học có thể giải bằng nhiều cách
nhằm phát triển tư duy cho học sinh”
Bài 1 (VD1/Hướng dẫn giải nhanh BTHH, Tập 1/Cao Cự Giác):
Hòa tan 10 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat kim loại hóa trị II và III bằng dung dịch HCl ta
thu được dung dịch A và 0,672 lít khí bay ra (đktc) Hỏi cô cạn dung dịch A thì thu được bao
nhiêu gam muối khan?
Giải:
Cách 1 (Phương pháp bảo toàn khối lượng):
Các phản ứng xảy ra (nếu gọi hai muối lần lượt là RCO3 và M2(CO3)3):
RCO3 + 2HCl RCl2 + CO2 + H2O (1)
M2(CO3)3 + 6HCl 2MCl3 + 3CO2 + 3H2O (2)
Ta có: nH
2 = 0,672/22,4 = 0,03 (mol)
Gọi m là khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch A, áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
10 + 0,03.36,5 = m + 0,03.(44 + 18) => m = 10,33 (gam)
Cách 2 (Phương pháp tăng giảm khối lượng):
Vẫn theo (1) và (2) ta thấy cứ 1 mol CO32- phản ứng (sinh ra 1 mol CO2) thì sẽ được thay thế bằng 2 mol Cl- Hay cứ 1 mol CO32- phản ứng (tức 1 mol CO2 sinh ra) thì khối lượng muối
khan thu được sẽ tăng (71 – 60) = 11 gam
Mà nCO
2 = 0,03 mol => m = 10 + 0,03.11 = 10,33 (gam)
Bài 2 (Câu I.2/QGHN 98):
Để m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B)
khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit nitric thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO (đktc) Tính khối lượng m của A.
Giải:
Sơ đồ các biến đổi xảy ra theo bài toán:
Fe
m A gam 12 gam Fe3O4
Fe2O3 2,24 lít (đktc)
Các phương trình phản ứng xảy ra trong suốt bài toán:
Để m gam sắt (A) ngoài không khí thành hỗn hợp B:
Fe + 1O2→ FeO (a)
Trang 23Fe + 2O2 → Fe3O4 (b) 2Fe +
2
3
O2→ Fe2O3 (c)
Cho B tác dụng hoàn toàn vơi dung dịch HNO3, giải phóng khí NO duy nhất:
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (d)
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (e)
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O (f)
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (g)
Cách 1 (Bảo toàn electron):
Theo định luật bảo toàn electron ta cóenhường =enhận (*)
Ta có:enhường =
56
m 3
enhận = 2
16
12m + 3
4 , 22
24 ,
2 Theo (*) m = 10,08 (gam)
Cách 2 (Phương pháp đại số):
Hỗn hợp B có khối lượng 12 gam gồm có:
Fe: x mol; FeO: y mol; Fe3O4: z mol; Fe2O3: t mol;
Từ đó theo các dữ kiện của bài toán ta có các pt:
Phương trình về khối lượng của B: 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1)
Phương trình về số mol của Fe ban đầu: x + y + 3z + 2t =
56
m
(2)
Phương trình về số mol của oxy trong B: y + 4z + 3t =
16
12 m
(3)
Phương trình về số mol của NO sinh ra: x +
3
y
+
3
z
= 0,1 (4)
Từ (1), (2), (3) và (4) m = 10,08 gam
Cách 3 (Phương pháp bảo toàn khối lượng):
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
mB + maxit= mmuối + mNO + m H O
2
56
3 1 , 0 30 1 , 0 3 62 56 56
3 56
3 1 ,
m = 10,08 gam
(Chú ý: naxit= 3nmuối + nNO =
56
m 3 + 0,1)
Cách 4 (Phương pháp bảo toàn nguyên tố):
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với oxy ta có:
mO(trong B)+ mO(trong HNO
3 tạo NO) = mO(NO)+ mO(H
2 O)
(12-m) + 0,116 3 = 0,116 + 16
56
3 1 ,
2 1
m = 10,08 gam
Trang 3Cách 5 (Phương pháp tách công thức):
Trong trường hợp này ta có thể thay Fe3O4 bằng FeO và Fe2O3
Thì hỗn hợp B gồm có: Fe, FeO và Fe2O3
Có số mol tương ứng: x y z
Vậy ta có các pt:
Khối lượng của B: 56x + 72y + 160z = 12 (5)
Số mol của NO sinh ra: x +
3
y
= 0,1 (6)
Số mol của Fe ban đầu: x + y + 2z =
56
m
(7)
Số mol của oxy trong B: y + 3z =
16
12 m
(8) Giải tương tự phương pháp đại số với (5), (6), (7) và (8) ta cũng được m = 10,08 gam
Cách 6 (Phương pháp ghép công thức):
Cách 6.1 Ta có thể coi hỗn hợp B thu được chỉ có (Fe và Fe2O3)
Do đó hỗn hợp B gồm có: Fe Fe2O3
Có số mol tương ứng: x y
Vậy ta có các phương trình:
Khối lượng của B: 56x + 160y = 12 (9)
Số mol của NO sinh ra: x = 0,1 (10)
Giải ra ta được y = 0,04 n Fe = 0,18 mol
m = 10,08 gam
Cách 6.2 Cũng có thể coi hỗn hợp B thu được gồm có FeO và Fe2O3
x y Suy ra: 72x + 160y = 12 (9)
x + 2y =
56
m
(10)
x = 0,3 (11)
Giải (9), (10) và (11) cũng thu được: m = 10,08 gam
Cách 6.3 Cũng có thể coi hỗn hợp B thu được gồm có Fe3O4và Fe2O3
x y Suy ra: 232x + 160y = 12 (12)
3x + 2y =
56
m
(13)
x = 0,3 (14)
Giải (12), (13) và (14) ta cũng thu được: m = 10,08 gam
Tương tự như thế ta cũng có thể coi hỗn hợp B gồm có (Fe và FeO) hoặc (Fe và Fe3O4) hoặc (FeO và Fe3O4) Giải ra ta cũng thu được kết quả m = 10,08 gam
Cách 6.7 Do hỗn hợp B chỉ có hai nguyên tố là Fe và O nên ta có thể quy về một chất duy
nhất là oxit dạng FexOy
Khi đó phương trình phản ứng sẽ có dạng là:
3FexOy+ (12x – 2y)HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO↑ + (6x – y)H2O (h)
Ta có tỉ số:
m
m y
x
12 16
56
(**)
Trang 4Mà ta có:
y x y
3 1 , 0 16 56
12
Vậy công thức quy đổi của hóa học B là: Fe3O2
Thay vào (**) ta được: m=10,08 gam
Cũng tương tự như bài tập 2 ở trên, ta có thể tạo ra nhiều bài tập vô cơ mà có nhiều cách giải khác nhau nhằm phát triển tư duy cho học sinh Để tạo ra các bài tập mới ta có thể tiến
hành theo hai cách: thay đổi các số liệu bài toán (thông thường) và cách thứ hai hay hơn là đổi vị trí của ẩn, tức trong đề bài ta cho giá trị khối lượng của A còn yêu cầu tìm giá trị khối lượng của hỗn hợp B (tức tìm m) Sau đây là một bài dạng này:
Bài 3: Để 10,08 gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) khối lượng m gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 (hoặc biến thành hỗn hợp B gồm 4 chất rắn) Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit nitric thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO (đktc) Tính khối lượng m của B.
Giải: tương tự như bài tập 2, m = 12 gam.
Cũng tương tự về nguyên tắc đối với bài tập 2 ta có thể tạo ra nhiều bài tập mới mang nội dung tuy có vẻ khác nhưng về bản chất cũng giống bài tập 2 ở chỗ có nhiều cách giải khác
nhau, sau đây là một ví dụ:
Bài 4: Để m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp rắn (B) có khối lượng 13,6 gam Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit sunphuric đặc nóng thấy giải phóng ra 3,36 lít khí duy nhất SO2 (đktc) Tính khối lượng m của A.
Giải: tương tự như các cách đã trình bày trong bài tập 2 ta sẽ thu được 6 cách lớn với kết quả
là: m = 11,2 gam