Phân tích hệ số phản ứng & ứng dụng trong giải nhanh hóa

Xác đ nh ankan đã cho.

Phân tích h s ph n ng

và ng d ng trong gi i nhanh bài toán Hóa h c

V Kh c Ng c Phòng Công ngh Hóa sinh Protein – Vi n Công ngh Sinh h c

Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam

Các b n và các em thân m n, trong quá

trình d y và h c Hóa, lâu nay chúng ta d ng

nh ít dành s quan tâm đ n các h s cân

b ng trong ph n ng hóa h c, có ch ng ch là

các em h c sinh l p 8 và l p 10 làm quen v i

các ph ng pháp cân b ng ph n ng (đ i s ,

electron, ion – electron) Tuy nhiên, th c t là

trong quá trình gi i các bài t p Hóa h c, h s

cân b ng c a ph n ng còn có th g i ý cho ta

nh ng ph ng pháp nhanh và m nh đ gi i

quy t bài toán Bài vi t d i đây s t ng k t

m t s k t qu quan tr ng thu đ c t vi c

“phân tích h s cân b ng c a các ph n ng

và ng d ng c a nó trong vi c gi i nhanh bài

toán Hóa h c”

1 H s ph n ng – ph n ánh kh n ng

ph n ng c a các ch t

Ví d 1: T kh i c a h n h p g m H2, CH4,

CO so v i Hidro b ng 7,8 đ t cháy hoàn

toàn m t th tích h n h p này c n 1,4 th tích

oxi Xác đ nh thành ph n ph n tr m v th tích

c a h n h p

A 20%, 50%, 30%

B 33,33%, 50%, 16,67%

C 20%, 60%, 20%

D 10%, 80%, 10%

H ng d n gi i:

Cách 1: Ph ng pháp đ a thêm s li u

Cách 2: Phân tích h s k t h p đ ng chéo

Phân tích h s cân b ng c a ph n ng, ta th y:

2

1 2 1 2 2

Do đó, áp d ng ph ng pháp đ ng chéo, ta có:

2

1 ,4

3

(CO, H2) (CH4)

1

Suy ra,

4

3

2 3

CH

+

( đ i v i bài thi tr c nghi m, có th suy ra ngay đáp án đúng là đáp án có %V CH4 =60%)

2

%V H =%V CO =20%

(dùng ph ng pháp đ a thêm s li u và 1

đ ng chéo ho c dùng 2 đ ng chéo)

Ví d 2: Thêm 250 ml dung d ch NaOH

2M vào 200 ml dung d ch H3PO4 1,5M Mu i

t o thành và kh i l ng t ng ng là:

A 14,2 gam Na2HPO4; 32,8 gam Na3PO4

B 28,4 gam Na2HPO4; 16,4 gam Na3PO4

C 12,0 gam NaH2PO4; 28,4 gam Na2HPO4

D 24,0 gam NaH2PO4; 14,2 gam Na2HPO4

H ng d n gi i:

Cách 1: t n và gi i h ph ng trình

Cách 2: Phân tích h s k t h p đ ng chéo

3

5 0,2.1,5

0,25.2 n

n 1

4

3 PO H

<

⇒ T o ra h n h p 2 mu i: NaH2PO4, Na2HPO4

S đ đ ng chéo:

Na2HPO4 (n1 = 2) |1 - 5/3| n

NaH2PO4 (n2 = 1) |2 - 5/3|

5 3

=

2 3 1 3

=

=

⇒

1

2 n

n

4 2

4 2

PO NaH

HPO Na

4 2 4

2 HPO NaH PO

1

Mà n n n 0,3(mol)

4 3 4 2 4

2 HPO NaH PO H PO

⇒

⎪⎩

⎪

⎨

⎧

=

= (mol) 0,1 n

(mol) 0,2 n

4

2

4

2

PO

NaH

HPO

Na

⎪⎩

⎪

⎨

⎧

=

=

=

=

(g) 12,0 0,1.120 m

(g) 28,4 0,2.142 m

4 2

4 2

PO

NaH

HPO

Na

Ví d 3: D n 2,24l ( đktc) m t h n h p

g m etilen, propen, các buten và axetilen qua

dung d ch đ ng Brom d thì th y l ng Brom

trong bình gi m 19,2 gam Tính l ng CaC2

c n dùng đ đi u ch đ c l ng Axetilen có

trong h n h p trên

A 6,4 gam

B 1,28 gam

C 2,56 gam

D Không xác đ nh đ c vì thi u d ki n

H ng d n gi i:

2

19, 2

0,12 160

nBr = = mol 2, 24 0,1

22, 4

hh

Phân tích h s cân b ng c a ph n ng, ta có:

2

1 2

Do đó, áp d ng ph ng pháp đ ng chéo, ta

có:

1,2

1

(Anken)

(C2H2)

1

Suy ra, 2 2 2 1

0,1 0, 02

1 4

3

CaC

Qua các ví d trên cho th y, phân tích h

s cân b ng ph n ng có th d n đ n vi c s p

x p m t h n h p các ch t đã cho vào 2 nhóm

có kh n ng ph n ng khác nhau và do đó có

th s d ng đ c ph ng pháp đ ng chéo đ

gi i r t nhanh, thay vì dùng các ph ng pháp

khác nh đ a thêm s li u, đ t n – gi i h hay

ghép n s ng th i, nó c ng g i ý cho ta

vi c gi i các bài toán h n h p nhi u h n 2

ch t b ng ph ng pháp đ ng chéo

D ng bài này có th áp d ng cho các bài toán h n h p nhi u ph n ng khác nhau: kim

lo i + axit, mu i + axit, các đ n ch t + oxi, baz + axit, kim lo i + phi kim,

2 H s ph n ng – ph n ánh s t ng

gi m th tích khí trong ph n ng

Ví d 1: a m t h n h p khí N2 và H2

có t l 1:3 vào tháp t ng h p, sau ph n ng

th y th tích khí đi ra gi m 1/10 so v i ban

đ u Tính thành ph n ph n tr m v th tích c a

h n h p khí sau ph n ng

A 20%, 60%, 20%

B 22,22%, 66,67%, 11,11%

C 30%, 60%, 10%

D 33,33%, 50%, 16,67%

H ng d n gi i:

Cách 1: Ph ng pháp đ a thêm s li u

Cách 2: Phân tích h s ph n ng

gi i nhanh bài toán này, ta d a vào 2 k t

qu quan tr ng:

- Trong ph n ng có hi u su t nh h n 100%, n u t l các ch t tham gia ph n ng

b ng đúng h s cân b ng trong ph ng trình

ph n ng, thì sau ph n ng, ph n ch t d c ng

có t l đúng v i h s cân b ng trong ph n

ng

C th tr ng h p này là 1:3 Do đó A và B có

kh n ng là đáp án đúng

- Trong ph n ng t ng h p amoniac, th tích khí gi m sau ph n ng đúng b ng th tích khí NH 3 sinh ra

Trong tr ng h p này, %NH3 =1/10h n

h p đ u hay là 1/ h n h p sau Do

đó B là đáp án đúng

9=11,11%

Ví d 2: Cracking 560 lít C4H10 thu đ c

1010 lít h n h p khí X khác nhau Bi t các th tích khí đ u đo đktc Th tích (lít) C4H10 ch a

b cracking là:

H ng d n gi i:

'

Ankan → Ankan + Anken

D a vào h s cân b ng c a ph n ng

cracking, ta th y: Th tích (hay s mol) khí

t ng sau ph n ng đúng b ng th tích (hay s

mol) ankan đã tham gia Cracking

3

đây là: V =1010 560− =450l

Do đó, ph n C4H10 ch a b cracking là 110 lít

ng v i đáp án B

Ví d 3: Crackinh C4H10 thu đ c h n h p

ch g m 5 hidrocacbon có t kh i h i so v i H2

là 16,325 Tính hi u su t c a ph n ng

cracking

H ng d n gi i:

Cách 1: Ph ng pháp ghép n s

Cách 2: Ph ng pháp đ a thêm s li u

Cách 3: Ph ng pháp đ ng chéo

Cách 4: Phân tích h s ph n ng

Kh i l ng h n h p tru c và sau ph n ng

đ c b o toàn: mt = ms

Do đó, ta có t s :

2

2

t t

H

s

m d

m

n

×

Vì s mol h n h p sau nhi u h n s mol ban

đ u chính b ng s mol ankan đã cracking nên:

58

32, 65

D ng bài này có th áp d ng m r ng cho

các bài t p: craking ankan, t ng h p amoniac,

ozone hóa O 2 , oxi hóa SO 2 thành SO 3 ,

3 H s ph n ng – ph n ánh đ nh lu t

b o toàn nguyên t

Ví d 1: t cháy hoàn toàn 100 ml h i

ch t A, c n đúng 250 ml oxi, ch t o ra 200ml

CO2 và 200 ml h i n c (các th tích khí đo

cùng đi u ki n) Xác đ nh công th c phân t

c a A

H ng d n gi i:

Có th gi i r t nhanh bài toán đã cho nh sau:

1 C H Ox y z + 2, 5 O → 2 CO + 2 H O2

Áp d ng đ nh lu t b o toàn nguyên t , d dàng có A là C2H4O

Ví d 2: Hòa tan hoàn toàn a gam m t oxit

s t b ng dung d ch H SO đ m đ c v a đ , có

ch a 0,075 mol H SO , thu đ c b gam m t

mu i và có 168 ml khí SO (đktc) duy nh t thoát ra Tìm a,b và công th c c a oxit đã cho

2 4

2 4

2

H ng d n gi i:

G i công th c c a oxit đã cho là FexOy

2

0,168

0, 0075

22, 4

SO

Vi t l i ph n ng:

0, 075 ( ) 0, 0075

x y

Áp d ng đ nh lu t b o toàn nguyên t S, ta có:

2 ( 4 3 )

0, 075 0, 0075

0, 0225 0, 045 3

T ng t , b o toàn nguyên t H và O, ta có:

0, 06

O

g

(ho c dùng ph ng pháp b o toàn electron)

Do đó, d dàng suy ra oxit đã cho là Fe3O4

Và a=3, 48 , g b=9

Cách làm này hay h n h n so v i cách làm thông th ng là vi t ph ng trình ph n ng ra

r i cân b ng v i h s ch , r t m t th i gian

và d nh m l n

D ng bài này có th áp d ng đ c cho nhi u bài t p xác đ nh công th c phân t trong

c Hóa h u c và vô c , đ ng th i còn có th dùng đ tính toán nhi u đ i l ng quan tr ng khác

4 H s ph n ng trong các ph n ng đ t cháy ch t h u c

Ta đã bi t m t ch t h u c b t k ch a 3 nguyên t C, H, O có CTPT là

v i k là đ b t bão hòa (b ng t ng s vòng và

s liên k t trong CTCT)

2 2 2

C H + − O x

Xét ph n ng cháy c a h p ch t này, ta có:

2 2 2 2 ( 1 ) 2

C H + − O → nCO + + − n k H O

Phân tích h s ph n ng này, ta có m t k t

qu r t quan tr ng là:

1

H O CO X

n

k

−

=

−

V i n X là s mol ch t h u c b đ t cháy

2 tr ng h p riêng hay g p trong các bài

t p ph thông là (h p ch t no, m ch h

C

0

k=

n H 2n+2 O x ) có

m ch h , ete no m ch h , ) và

X H O CO

2

k = có

(ankin, ankadien, acid không

no 1 n i đôi, andehit, xeton không no 1 n i đôi,

)

X CO H

Ví d 1: H n h p X g m r u metylic,

r u etylic, r u propylic và n c Cho a gam

G tác d ng v i Natri d đ c 0,7 mol H2 t

cháy hoàn toàn a gam X thu đ c b mol CO2

và 2,6 mol H2O Tính a và b

H ng d n gi i:

Cách 1: Ph ng pháp ghép n s

Cách 2: Phân tích h s ph n ng

Các ph n ng v i Na có th vi t chung là:

2

1 2

Do đó, n X =2n H2 =1, 4m ol

l

Các ch t trong h n h p X có d ng CnH2n+2O

nên: nX = nH O2 − nCO2 → = b 1, 2 mo

Áp d ng đ nh lu t b o toàn nguyên t O, ta có:

2

2, 6 1, 2 2 1, 4

1,8 2

O

mol

2

Áp d ng đ nh lu t b o toàn kh i l ng, ta có:

CO H O O

Ví d 2: M t h n h p g m anđehit acrylic

và m t anđehit đ n ch c X t cháy hoàn

toàn 1,72 gam h n h p trên c n v a h t 2,296

lít khí oxi (đktc) Cho toàn b s n ph m cháy

h p th h t vào dung d ch Ca(OH) d , thu

đ c 8,5 gam k t t a Công th c c u t o c a X

là:

2

A HCHO C C H CHO 2 5

B CH CHO D 3 C H CHO3 5

H ng d n gi i:

O

Áp d ng đ nh lu t b o toàn kh i l ng, ta có:

ol

Áp d ng đ nh lu t b o toàn nguyên t O, ta có:

2 0, 085 0, 07 2 0,1025 0, 035

Andehit

Do đó, KLPT trung bình c a 2 anđêhit là:

1, 72

49,14

0, 035

Anđêhit acrylic có anđêhit còn l i

có

56

49,14

M < , t c là đáp án A ho c B

Anđêhit acrylic (C3H4O) là anđêhit không no 1

n i đôi, anđêhit còn l i là no đ n ch c nên:

3 4 2 2 0, 015

n = n − n = mol

Và anđêhit còn l i có s mol là 0,02 mol

G i M là KLPT c a Anđêhit còn l i thì:

56 0, 015 0, 02 1, 72

Andehit

44

M

→ = , ng v i đáp án B

D ng bài này có th áp d ng m r ng cho các bài t p đ t cháy các h p ch t h u c khác,

k c h p ch t h u c có ch a Nit

5 T ng k t v ph ng pháp

Các ph ng pháp gi i toán trong Hóa h c

đ u có m t đ c đi m chung là không h c ng

nh c nh ng d ng bài c đ nh mà ch có

nh ng nguyên t c t duy là không đ i, còn vi c

v n d ng ph ng pháp là h t s c linh ho t

Ph ng pháp phân tích h s đã nêu trong bài vi t này c ng v y Ngoài m t s d ng bài

t p ph bi n đã nêu trên, ta hoàn toàn có th phát tri n ph ng pháp này cho nhi u bài t p khác, th m chí theo h ng “phân tích h s

nguyên t trong công th c phân t ”

Ví d 1: Nhi t phân hoàn toàn 20 gam h n

h p g m NaNO3 và Cu(NO3)2, s n ph m khí sinh ra đ c h p th vào trong H2O d thì th y

có 2,24 lít khí thoát ra sau cùng Xác đ nh

thành ph n ph n tr m v kh i l ng c a h n

h p đ u

H ng d n gi i:

Các ph n ng x y ra:

1 2

1

2 1

2

5

C n c vào h s ph n ng có th th y

l ng NO2 và O2 sinh ra t ph n ng nhi t

phân Cu(NO3)2 đ c h p th v a đ trong

H2O

Do đó, l ng khí thoát ra đúng b ng O2

sinh ra t ph n ng nhi t phân NaNO3

3

2, 24

85 2

22, 4

20

NaNO

m

× ×

( 3 ) 2

Ví d 2: xác đ nh thành ph n qu ng s t

g m Fe3O4 và Fe2O3, ng i ta hòa tan hoàn

toàn qu ng trong dung d ch HCl d , k t thúc

ph n ng thu đ c dung d ch A Dung d ch A

tác d ng v i 200ml dung d ch KI 0,3M v a đ

thì thu đ c dung d ch B và m t ch t r n

không tan L c b ch t r n, cho dung d ch B

tác d ng v i khí Cl2 d thì thu đ c dung C

L i cho dung d ch C tác d ng v i dung d ch

NaOH d , l y k t t a thu đ c nung đ n kh i

l ng không đ i thì th y ch t r n cu i cùng có

kh i l ng thay đ i so v i qu ng ban đ u là

0,16 gam Xác đ nh thành ph n ph n tr m theo

kh i l ng c a qu ng s t

H ng d n gi i:

Cách 1: t n và gi i h ph ng trình

Cách 2: Phân tích h s nguyên t trong CTPT

S đ chuy n hóa qu ng thành ch t r n:

3 4, 2 3 2 3

Fe O Fe O → Fe O

Phân tích h s nguyên t trong CTPT, ta th y:

2Fe O →3Fe O t ng thêm 1 nguyên t O nên

kh i l ng ch t r n t ng 16g

Mà theo đ bài, kh i l ng ch t r n t ng là 0,16g

→ qu ng ban đ u ch a 0,02 mol Fe3O4 (sau đó chuy n thành 0,03 mol Fe2O3 trong ch t r n)

2

S mol Fe2O3 trong h n h p đ u là:

3 4

2 3

2

0, 01 2

Fe O I

Fe O

T đó, d dàng có: và

3 4

%m Fe O =74, 36%

4%

2 3

%m Fe O =25, 6

D ng bài t p này th ng áp d ng cho các bài toán v i oxit c a Fe, trong đó h s c a các oxit th ng đ c quy đ i cho nhau Tuy nhiên, c ng có th m r ng bài toán cho h p

ch t c a nhi u nguyên t khác

6 M t s bài t p áp d ng:

BT 1 H n h p X g m Fe, Mg và Zn Bi t

X tác d ng v i HCl thì thu đ c 12,32 lít khí, còn khi cho X tác d ng v i dung d ch HNO

đ c, nóng thì thu đ c 29,12 lít khí NO Bi t các th tích khí đ u đo đktc Xác đ nh kh i

l ng c a Fe trong h n h p

3 2

A 11,2 gam C 5,6 gam

BT 2 H n h p X g m 0,6 mol kim lo i

ch a Fe, Mg và Al Bi t X tác d ng v i HCl thu đ c 17,92 lít khí H i n u cho X tác d ng

v i dung d ch NaOH thì th tích khí thu đ c

là bao nhiêu Bi t các th tích khí đ u đo đktc

A 13,44 lít C 4,48 lít

B 6,72 lít D 17,92 lít

BT 3 Cracking m t ankan thu đ c h n

h p khí có t kh i h i so v i H2 b ng 19,565

Bi t hi u su t c a ph n ng Cracking là 84% Xác đ nh ankan đã cho

B Isobutan D A và B

BT 4 Sau khi ozon hóa, th tích c a O2

gi m đi 5ml H i có bao nhiêu ml O3đ c t o

thành

A 7,5 ml C 5ml

BT 5 M t h n h p X g m H và N Ti n

hành ph n ng t ng h p NH t h n h p X thì

thu đ c h n h p Y Bi t kh i l ng trung

bình c a X và Y l n l t là 7,2 và 7,826 Tính

hi u su t t ng h p NH

3

3

A 60,6% C 8,69 %

BT 6 Tr n 400ml h i c a m t h p ch t

h u c A (ch a C, H, O) v i 2 lít O2 r i đ t

cháy H n h p khí sinh ra n u d n qua CaCl2

khan thì th tích gi m 1,6 lít N u d n ti p qua

KOH d thì th tích gi m thêm 1,2 lít n a và

thoát ra sau cùng là 400ml O2 còn d Xác đ nh

công th c phân t c a A (các th tích khí đo

cùng đi u ki n)

A C3H8O2 C C3H8O3

B C3H8O D C4H6O2

BT 7 H n h p X g m 2 ch t h u c k

ti p nhau trong cùng dãy đ ng đ ng, phân t

c a chúng ch có m t nhóm ch c

Chia X làm 2 ph n b ng nhau:

- Ph n 1: đem đ t cháy hoàn toàn r i cho toàn b s n ph m cháy (ch có CO2 và H2O)

l n l t qua bình (1) đ ng dung d ch H2SO4

đ c, bình (2) đ ng dung d ch Ca(OH)2 d , th y

kh i l ng bình (1) t ng 2,16 gam và bình (2)

có 7 gam k t t a

- Ph n 2: cho tác d ng h t v i Na d thì th tích khí H2 (đktc) thu đ c là bao nhiêu

A 0,224 lít C 2,24 lít

B 0,56 lít D 1,12 lít

Các bài gi ng c a Sao b ng l nh giá – V Kh c Ng c có th đ c s d ng, sao chép, in n,

ph c v cho m c đích h c t p và gi ng d y, nh ng c n ph i đ c chú thích rõ ràng v tác gi

Tôn tr ng s sáng t o c a ng i khác c ng là m t cách đ phát tri n, nâng cao kh n ng sáng t o c a b n thân mình ^^

Liên h tác gi :

V Kh c Ng c – Phòng Hóa sinh Protein – Vi n Công ngh Sinh h c

Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam

i n tho i: 098.50.52.510

a ch l p h c: p107, K4, T p th Bách Khoa, Hà N i (ph trách l p h c: 0942.792.710 – ch H nh)