Ứng dụng mạng tính toán trong giải quyết một số bài toán hóa học
Trang 1PHẦN IVb ỨNG DỤNG MẠNG TÍNH TOÁN
TRONG MỘT SỐ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Chúng ta biết rằng trong hóa học, việc xem xét các phản ứng hóa học là một trong những vấn đề quan trọng Về mặt tri thức người ta đã biết được nhiều chất và các phản ứng hóa học có thể chuyển hóa từ một số chất nầy thành các chất khác Tạm thời bỏ qua một số điều kiện phản ứng, ta có thể xem tri thức đó như một mạng tính toán mà mỗi phản ứng là một quan hệ của mạng Ví dụ như phản ứng điều chế Clo từ axít Clohidric và đioxit mangan :
MnO2 + HCl ® MnCl2 + Cl2 + H2O
Phản ứng trên có thể được xem như một quan hệ cho chúng ta có được các chất Cl2, MnCl2, H2O từ các chất MnO2, HCl
Trong chương nầy chúng ta dùng mạng tính toán để giải 2 bài toán sau :
1 Cho một số chất, hỏi có điều chế được một vài chất nào đó không?
2 Tìm các phương trình phản ứng để biểu diễn dãy các biến hóa, chẳng hạn
như các dãy :
Zn ® ZnO ® ZnSO4
S ® SO2 ® SO3 ® H2SO4
I.- MỘT SỐ PHẢN ỨNG HÓA HỌC của NHÓM HALOGEN :
1 Một số phản ứng liên quan đến khí Clo :
1/ Natri nóng chảy cháy trong Clo cho phản ứng tạo thành natri clorua :
Na + Cl2 ® NaCl
2/ Bột sắt nóngchảy trong Clo cho phản ứng:
Fe + Cl2 ® FeCl3
3/ Nung đỏ dây đồng cho vào khí Clo, ta có phản ứng :
Cu + Cl2 ® CuCl2
4/ Clo tác dụng với nước :
Trang 2Cl2 + H2O ® HCl + HClO
5/ Điều chế Clo từ axít Clohidric và đioxit mangan :
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
6/ Điều chế Clo bằng axit clohidric và Kali pemanganat :
HCl + KMnO4 ® KCl + MnCl2 + H2O +Cl2
7/ Điện phân dung dịch đậm đặc muối ăn trong nước :
NaCl + H2O ® Cl2 + H2 + NaOH
* Một số phản ứng khác :
8/ K + Cl2 ® KCl
9/ Na + Cl2 ® NaCl
10/ Al + Cl2 ® AlCl3
11/ Ca + Cl2 ® CaCl2
12/ FeCl2 + Cl2 ® FeCl3
13/ Cl2 + KBr ® KCl + Br2
14/ Cl2 + NaBr ® NaCl + Br2
2 Các phản ứng liên quan đến Hidro clorua HCl :
15/ Cho Natri Clorua tinh thể tác dụng với axit sunfuric đậm đặc, đung nóng (phương pháp sunfat), tùy theo nhiệt độ ta có các phản ứng sau đây :
NaCl + H2SO4 t o
® NaHSO4 + HCl NaCl + H2SO4 t o
® Na2SO4 + HCl
16/ Phản ứng điều chế HCl bằng phương pháp tổng hợp :
H2 + Cl2 ® HCl
* Một số phản ứng khác :
17/ KCl + H2SO4 ® KHSO4 + HCl
18/ KCl + H2SO4 ® K2SO4 + HCl
19/ CaCl2 + H2SO4 ® Ca(HSO4)2 + HCl
20/ CaCl2 + H2SO4 ® CaSO4 + HCl
Trang 33 Các phản ứng của xit clohidric và muối clorua :
21/ Zn + HCl ® ZnCl2 + H2
22/ Fe + HCl ® FeCl2 + H2
23/ Al + HCl ® AlCl3 + H2
24/ Ca + HCl ® CaCl2 + H2
25/ Na + HCl ® NaCl + H2
26/ K + HCl ® KCl + H2
27/ Mg + HCl ® MgCl2 + H2
28/ CuO + HCl ® CuCl2 + H2O
29/ ZnO + HCl ® ZnCl2 + H2O
30/ MgO + HCl ® MgCl2 + H2O
31/ MnO2 + HCl ® MnCl2 + Cl2 + H 2O
32/ Al2O3 + HCl ® AlCl3 + H 2O
33/ Al(OH) 3 + HCl ® AlCl3 + H2O
34/ NaOH + HCl ® NaCl + H2O
35/ KOH + HCl ® KCl + H2O
36/ Zn(OH) 2 + HCl ® ZnCl 2 + H 2O
37/ Cu(OH) 2 + HCl ® CuCl 2 + H 2O
38/ Cl2 + KOH ® KClO3 + KCl + H2O
39/ Cl2 + NaOH ® NaClO + NaCl + H2O
40/ AgNO3 + HCl ® HNO3 + AgCl¯
41/ CaCO3 + HCl ® CaCl2 + H2O + CO2
42/ MgCO3 + HCl ® MgCl2 + H2O + CO2
43/ BaSO3 + HCl ® BaCl2 + H2SO3
44/ AgNO3 + NaCl ® NaNO3 + AgCl¯
45/ AgNO3 + KCl ® KNO3 + AgCl¯
46/ H2S + HClO3 ® HCl + H2SO4
* Nước Javen : dẫn Clo vào dung dịnh NaOH :
Trang 447/ Cl2 + NaOH ® NaCl + NaClO + H2O
(Natri hipoclorit)
tương tự ta cũng có :
48/ Cl2 + KOH t o
® KCl + KClO + H2O
* Kali Clorat KClO 3
Clo đi vào dung dịch kiềm đung nóng đến 100oC sẽ cho phản ứng :
49/ Cl2 + KOH t o
® KCl + KClO3 + H2O
Kali Clorat bị phân hủy khi đung nóng theo các phương trình :
50/ KClO3 t o
® KCl + O2 51/ KClO3 t o
® KCl + KClO4
(Kali peclorat)
* Clorua vôi : Clo tác dụng với vôi :
52/ Ca(OH) 2 + Cl2 ® CaOCl2 + H2O
4 Các phản ứng của Brom và Iot :
53/ Al + Br2 ® AlBr3
54/ Al + I2 ® AlI3
55/ H2 + Br2 t o
® HBr 56/ H2 + I2 t o
® HI
(hidro iotua)
57/ HI t o
® H2 + I2
58/ Br2 + NaI ® NaBr + I2
59/ Cl2 + NaBr ® NaCl + Br2
5 Các phản ứng của Flo :
60/ H2 + F2 ® HF
(hidro florua)
61/ SiO2 + HF ® SiF4 + H2O
(silic đioxit) (silic tetraflorua)
Khí Flo đi qua nước nóng sẽ cho phản ứng:
62/ F2 + H2O ® HF + O2
Trang 5II.- MỘT SỐ PHẢN ỨNG HÓA HỌC của OXI và LƯU HUỲNH :
1 Oxi :
63/ Ca + O2 ® CaO
64/ Al + O2 ® Al2O3
65/ Fe + O2 ® Fe2O3
66/ Fe + O2 ® Fe3O4
67/ Fe + O2 ® FeO
68/ Zn + O2 ® ZnO
69/ Cu + O2 ® CuO
70/ Mg + O2 ® MgO
71/ Na + O2 ® Na2O
72/ K + O2 ® K2O
73/ S + O2 ® SO2
74/ SO2 + O2 ® SO3
75/ C + O2 ® CO2
76/ N2 + O2 ® NO
77/ H2 + O2 ® H2O
78/ NH3 + O2 ® NO + H2O
* Các phản ứng điều chế Oxi :
79/ KClO3 t o
® KCl + O2
80/ KMnO4 t o
® K2MnO4 + MnO2 + O2
điện phân
81/ H2O ® H2 + O2
2 Lưu huỳnh :
82/ Fe + S t o
® FeS
(sắt sunfua)
83/ Zn + S ® ZnS
Trang 684/ Cu + S ® CuS
85/ Hg + S ® HgS
86/ H2 + S ® H2S
(hidro sunfua)
87/ KNO3 + S + C t o
® K2S + N2 + CO2
3 Hidro sunfua H 2 S :
* Hidro sunfua cháy trong không khí, hay đốt khí Hydro Sunfua :
88/ H2S + O2 ® SO2 + H 2O
* Khi bị Oxi hóa chậm hidro sunfua tạo thành lưu huỳnh tự do :
89/ H2S + O2 ® S + H 2O
* gặp chất oxi hóa mạnh như Cl2, H2S bị oxi hóa thành H2SO4 :
90/ H2S + Cl2 + H 2O ® H2SO4 + HCl
* Để nhận biết H2S hoặc muối sunfua trong dung dịch, có thể sử dụng các phản ứng : 91/ H2S + Pb(NO 3)2 ® PbS ¯ + HNO3
92/ Na2S + Pb(NO 3)2 ® PbS ¯ + NaNO3
93/ H2S + CuSO4 ® CuS¯ + H2SO4
(đen)
* Các phản ứng điều chế hidro sunfua :
94/ FeS + HCl ® FeCl2 + H2S
95/ ZnS + HCl ® ZnCl2 + H2S
4 Các oxit của lưu huỳnh :
96/ SO2 + CaO ® CaSO3
97/ SO2 + NaOH ® Na2SO3 + H2O
98/ H2O + SO2 ® H2SO3
99/ H2S + SO2 ® S + H2O
100/ SO3 + H2O ® H2SO4
101/ FeS2 + O2 ® Fe2O3 + SO2
Trang 7102/ ZnS + O2 ® ZnO + SO2
103/ CuS + O2 ® CuO + SO2
104/ SO2 + O2 ® SO3
105/ SO2 + H2O ® H2SO3
106/ SO2 + NaOH ® NaHSO3
5 Axit sunfuaric H 2 SO 4 và các muối:
107/ NaOH + H2SO4 ® Na2SO4 + H2O
108/ KOH + H2SO4 ® K2SO4 + H2O
109/ Ba(OH)2 + H2SO4 ® BaSO4 + H2O
110/ Mg(OH) 2 + H2SO4 = MgSO4 + 2H2O
111/ Fe(OH)3 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + H2O
112/ CuO + H2SO4 ® CuSO4 + H2O
113/ ZnO + H2SO4 ® ZnSO4 + H2O
114/ Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + H2
115/ Fe + H2SO4 ® FeSO4 + H2
116/ Na + H2SO4 ® Na2SO4 + H2
117/ K + H2SO4 ® K2SO4 + H2
118/ Cu + H2SO4 ® CuSO4 + SO2 + H2O
119/ 3 Mg + 4H2SO4 = 3MgSO4 + S + H2O
120/ C + H2SO4 ® CO2 + SO2 + H2O
121/ CaCO3 + H2SO4 ® CaSO4 + H2O + CO2
(ít tan)
122/ K2CO3 + H2SO4 ® K2SO4 + H2O + CO2
123/ Ba(NO3)2 + H2SO4 ® Ba2SO4 + HNO3
124/ H2SO4 + H2S ® S¯ + SO2 + H2O
125/ H2SO4 + BaCl2 ® BaSO4¯ + HCl
126/ Na2SO4 + BaCl2 ® BaSO4¯ + NaCl
127/ Na2SO3 + BaCl2 ® BaSO3¯ + NaCl
Trang 8128/ K2SO4 + BaCl2 ® BaSO4¯ + KCl
129/ K2SO3 + BaCl2 ® BaSO3¯ + Kcl
130/ Na2SO4 + KCl ® K2SO4¯ + NaCl
131/ Fe + CuSO4 ® FeSO4 + Cu
132/ Zn + CuSO4 ® ZnSO4 + Cu
133/ CuSO4 + KOH ® Cu(OH) 2¯ + K2SO4
134/ CuSO4 + NaOH ® Cu(OH) 2¯ + Na2SO4
135/ Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + S + H2O
(đặc nóng)
136/ Mg + H2SO4 ® MgSO4 + H2S + H2O
(đặc nóng)
137/ Ag + H2SO4 ® Ag2SO4 + SO2 + H2O
(đặc nóng)
138/ S + H2SO4 ® SO2 + H2O
(đặc nóng)
* Một phản ứng trong qui trình điều chế axit sunfuaric :
139/ FeS2 + O2
o
t
® Fe2O3 + SO2
Rồi tiếp tục theo dãy biến hóa : SO2 ® SO3 ® H2SO4
* Một số phản ứng khác :
140/ H2SO3 + Cl2 + H2O ® H2SO4 + HCl
141/ H2SO3 + Br2 + H2O ® H2SO4 + HBr
142/ Na2SO3 + H2SO4 ® Na2SO4 + H2O + SO2
143/ Na2CO3 + H2SO4 ® Na2SO4 + H2O + CO2
III.- MỘT SỐ PHẢN ỨNG HÓA HỌC KHÁC :
144/ H2 + CuO t o
® Cu + H2O 145/ H2 + ZnO t o
® Zn + H2O 146/ Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
147/ CaCO3 t o
® CaO + CO2
148/ NaNO3 t o NaNO2 + O2
Trang 9* Phản ứng tạo thành Amoniac :
149/ N2 + 3H2 = 2NH3
* Phản ứng axit-bazơ :
150/ Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2 H 2O
151/ Cu(OH) 2 + HNO3 ® Cu(NO3) 2 + H 2O
152/ C + CuO t o
® Cu + CO2
153/ C + H2O t o
® CO + H2
154/ C + H2O t o
® CO2 + H2
155/ Al + H2O ® Al(OH) 3¯ + H2
156/ Al + Fe2O3 t o
® Al2O3 + Fe
điện phân
157/ Al2O3 ® Al + O2
158/ Al2O3 + NaOH ® NaAlO2 + H 2O
159/ Al(OH) 3 t o
® Al2O3 + H 2O 160/ Al(OH) 3 + NaOH ® NaAlO2 + H2O
161/ Ca + 2H2O = Ca(OH) 2 + H2
162/ Ca + HNO3 (dung dịch loãng) ® Ca(NO3)2 + NH4NO3 + H20
điện phân
163/ CaCl2 ® Ca + Cl2
164/ Na + H2O ® NaOH + H2
điện phân
165/ NaCl ® Na + Cl2
điện phân
166/ NaOH ® Na + O2 + H20
167/ NaI + Br2 ® NaBr + I2
168/ KI + Br2 ® KBr + I2
169/ Fe + H2O t o
® Fe3O4 + H2 (to < 570oC)
Trang 10170/ Fe + H2O t
® FeO + H2 (to > 570oC) 171/ Fe + H2O + O2 ® Fe(OH)3 (sắt bị gỉ)
(không khí ẩm)
172/ Fe + HNO3 ® Fe(NO3) 3 + N20 + H20
173/ Fe(OH)3 + HNO3 ® Fe(NO3) 3 + H20
174/ CO2 + Ca(OH) 2 = CaCO3 + H2O
175/ (NH4) 2SO4 t o
® NH3 + H2SO4
* Phản ứng Oxi hóa Fe(II) bằng Kali pemanganat trong môi trường axit sunfuaric: 176/ FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 ® Fe2(SO4) 3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
177/ KMnO4 t o
® K2MnO4 + MnO2 + O2
178/ HNO3 ® NO2 + O2 + H2O
179/ NH4NO2 t o
® N2 + H2O 180/ NH4NO3 t o
® N2 + O2 + H2O 181/ NO2 + NaOH ® NaNO2 + NaNO2 + H2O
IV.- MỘT SỐ VÍ DỤ CỤ THỂ :
Trong mục nầy chúng ta nêu một số ví dụ cụ thể áp dụng mạng tính toán các chất hóa học trong đó các quan hệ là các phản ứng hóa học
Ví dụ 1 : Viết phương trình phản ứng biểu diễn các biến hóa sau :
Zn ® ZnO ® ZnSO4
Giải : Trên cở sở dò tìm các phản ứng (xem là các quan hệ của mạng tính toán các chất hóa học) đã biết ta có thể tìm thấy được các phản ứng sau đây :
Zn + O2 ® ZnO ZnO + H2SO4 ® ZnSO4 + H2O
Ví dụ 2 : Từ lưu huỳnh (S) và nước (H2O) ta có thể điều chế được axit
sunfuaric (H2SO4) không ?
Trang 11Giải : Aùp dụng các thuật toán tìm lời giải cho mạng tính toán các chất hóa học, dò theo các phản ứng liên quan đến lưu huỳnh và nước ta tìm ra được quá trình điều chế như sau :
điện phân
H2O ® H2 + O2
S + O2 ® SO2
SO2 + O2 ® SO3
SO3 + H2O ® H2SO4
Tương tự như 2 ví dụ trên, với tri thức gồm các phản ứng hóa học đã biết dưới dạng một mạng các chất hóa học chúng ta cũng có thể dễ dàng giải các bài toán sau đây :
Ví dụ 3 : Viết các phương trình phản ứng để thực hiện các biến hóa theo các
sơ đồ sau đây :
ZnS ® SO2 ® H2SO4
ZnS ® ZnO ® ZnCl2
Ví dụ 4 : Hoàn thành các phương trình phản ứng sau đây :
Mg + H2SO4 ® Fe(OH)3 + H2SO4 ®
K2CO3 + H2SO4 ® Ba(NO3)2 + H2SO4 ®
Ví dụ 5 : Viết phương trình phản ứng theo các sơ đồ sau :
FeS + ? ® FeCl2 + ? CuSO4 + ? ® ? + Na2SO4
Ví dụ 6 : Từ muối NaCl và nước (H2O) ta có thể điều chế được axit clohidric (HCl) và NaOH không ?