Sáng kiến kinh nghiệm môn hóa học trung học phổ thông. Dạng bài tập chia hỗn hợp thành nhiều phần bằng nhau hoặc không bằng nhau. Bài tập chia hỗn hợp hóa vô cơ và hữu cơ dành cho học sinh giỏi 11, 12.
Trang 1- Trong một đề thi tự luận hoặc trắc nghiệm khách quan, phần trăm số câu hỏi có dạng như trên là khá lớn Muốn giành điểm cao, đòi hỏi học sinh phải giải thành thạo các bài tập đó Với mong muốn giúp các em được luyện tập kĩ hơn với dạng bài tập này, tôi đã và đang tiếp tục nghiên cứu cũng như áp dụng đề tài
“Hệ thống và phương pháp giải các bài tập chia hỗn hợp thành nhiều phần
và những bài tập tương tự dành cho học sinh khá giỏi”.
2 Mục đích nghiên cứu
- Giúp học sinh giải thành thạo các bài tập có dạng chia hỗn hợp (hoặc tương tự)
để đạt điểm cao trong kì thi học sinh giỏi hoặc thi trung học phổ thông quốc gia
- Thông qua giải bài tập giúp củng cố các kiến thức về phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng trao đổi ion trong dung dịch, các phản ứng đặc trưng của kim loại, phi kim, axit HCl, H2SO4, HNO3, axit cacboxylic, anđehit, este,
- Củng cố kĩ năng giải bài tập bằng các phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron,
3 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Đưa ra phương pháp giải tổng quát cho dạng đề chia hỗn hợp thành các phần bằng nhau hoặc không bằng nhau và một số ví dụ đặc trưng để học sinh có thể hình dung được cách giải các bài tập tương tự
- Hệ thống hóa các bài tập hóa học vô cơ và hữu cơ tiêu biểu thuộc các dạng trên
4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu
Trang 2- Đối tượng nghiên cứu: Bài tập hóa học vô cơ và hữu cơ có dạng chia hỗn hợp thành các phần hoặc cho một hỗn hợp tham gia nhiều phản ứng khác nhau
- Khách thể nghiên cứu: Học sinh trong các đội tuyển Hóa học và học sinh lớp 12A1, 12A2 – Trường THPT Nguyễn Viết Xuân – Năm học 2014-2015
5 Phạm vi nghiên cứu
- Chương trình Hóa học phổ thông: vô cơ và hữu cơ.
6 Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo sách giáo khoa, sách bài tập Hóa học 10, 11, 12; sách giáo viên
và một số tài liệu tham khảo khác
- Đưa ra bàn luận trước tổ, nhóm chuyên môn để tham khảo ý kiến và cùng thực hiện
- Dạy thực nghiệm trên các đội tuyển Hóa học và hai lớp 12A1, 12A2
7 Cấu trúc của SKKN
Phần I: Đặt vấn đề
- Lí do chọn đề tài
- Mục đích nghiên cứu
- Nhiệm vụ nghiên cứu
- Đối tượng và khách thể nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu
- Cấu trúc của SKKNPhần II: Nội dung
- Kiến thức cần sử dụng
- Các dạng bài tậpPhần III: Kết luận và kiến nghị
Trang 3PHẦN II: NỘI DUNG
1 Kiến thức cần sử dụng
Để có thể giải quyết tốt bài tập dạng này, đòi hỏi học sinh phải nắm được nguyên tắc và cách áp dụng các phương pháp quan trọng được sử dụng trong hóa học như sau:
1.1 Phương pháp bảo toàn khối lượng
- Nội dung: Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng
- Các hệ quả của phương pháp:
Hệ quả 1 : Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, mS là tổng khối lượng các chất sau phản ứng Dù phản ứng xảy ra với hiệu suất bất kì ta
Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp
chất ta luôn có:
mchất = mcation + manionTrong đó: Khối lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo thành
1.2 Phương pháp bảo toàn nguyên tố
- Nội dung: Trong một quá trình phản ứng, tổng số mol nguyên tố tham gia bằng tổng số mol nguyên tố tạo thành hoặc tổng khối lượng nguyên tố tham gia bằng tổng khối lượng nguyên tố tạo thành
1.3 Phương pháp bảo toàn electron
- Nội dung: Trong các phản ứng oxi hóa khử, tổng số mol electron do các chất oxi hóa nhận luôn bằng tổng số mol electron do các chất khử nhường
- Khi vận dụng định luật bảo toàn electron cần lưu ý:
+ Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian
+ Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng số mol electron nhường hoặc nhận của tất cả các chất
+ nelectron = nchất số e nhường/nhận
Trang 41.4 Phương pháp bảo toàn điện tích
- Nội dụng: Trong phản ứng trao đổi ion và trong một dung dịch:
Tổng điện tích âm = Tổng điện tích dương
- Hệ quả: ∑ ncation = ∑ nanion
2 Các dạng bài tập
2.1 Chia hỗn hợp thành các phần bằng nhau
2.1.1 Cơ sở của phương pháp giải bài toán
* Nhận dạng bài toán: Đây là một dạng đề rất phổ biến, thường đề bài có dạng:
- Chia hỗn hợp X thành 2 hay nhiều phần có khối lượng/số mol/thể tích bằng nhau
- Cho một lượng chất X tham gia phản ứng số 1 Cũng lượng chất X đó tham gia phản ứng số 2,
Ví dụ: Khi chia một hỗn hợp thành 2 phần bằng nhau: số mol chất A trong phần 1 là x (mol) thì số mol chất A trong phần 2 cũng là x (mol) Căn cứ vào các
dữ kiện cho ứng với từng phần để tìm ra x
2.1.2 Một số ví dụ trong hóa học vô cơ
Ví dụ 1: Chia hỗn hợp X gồm K, Al, Mg làm 3 phần bằng nhau:
- Phần 1: Tác dụng với nước dư sinh ra 8,96 lít khí
- Phần 2: Tác dụng với dung dịch KOH dư thì thấy sinh ra 15,68 lít khí
- Phần 5: Tác dụng với dung dịch HCl, phản ứng xong thu được 26,88 lít khí.Các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn Xác định % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp X?
Trang 5→ áp dụng phương pháp bảo toàn electron: 1.0,8 + 3.y = 2.0,7 → y = 0,2 mol
- Phần 3: Cả K, Al, Mg đều phản ứng, nH2 = 1,2 mol
Trang 6Ví dụ 2: Cho 50,2 g hỗn hợp A ở dạng bột gồm Fe và một kim loại M có hóa
trị không đổi bằng 2 (đứng trước H trong dãy điện hóa) Chia A thành 2 phần bằng nhau Cho phần I tác dụng với dung dịch HCl dư thấy có 0,4 mol khí H2 Cho phần II tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng đun nóng thấy thoát ra 0,3 mol khí NO duy nhất Hỏi M là kim loại nào?
→ x + y = 0,04 (1)
- Phần 2: Do hai phần chia bằng nhau nên số mol của Fe và M là không đổi
Sử dụng định luật bảo toàn e ta có 3x+2y = 3*0,3 -> 3x+2y= 0,9 (2)
Trang 7(quá trình cô cạn chỉ có nước bay hơi)
A 3,73 gam B 7,04 gam C 7,46 gam D 3,52 gam
(Trích đề thi tuyển sinh cao đẳng khối A, B – 2008)
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích trong dung dịch X ta có:
0,02.3 + 0,06.1 = 0,04.2 + x.1 → x = 0,04 mol
→ mmuối = mFe3+ + mNH4+ + mSO42- + mCl- = 7,46 gam → đáp án C
V
í d ụ 4: Thực hiện hai thí nghiệm:
- Thí nghiệm 1: Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO3 1M thoát ra V1 lít NO
- Thí nghiệm 2: Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO3 1M và H2SO4 0,5M thoát ra V2 lít NO
Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng điều kiện Quan
- Thí nghiệm 1: nH+ = nNO3- = nHNO3 = 0,08 mol
Phương trình phản ứng dạng ion thu gọn:
3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu + 2NO + 4H2O
Trang 8Ban đầu: 0,06 0,08 0,08 (mol) Phản ứng: 0,08 (hết) → 0,02 (mol)
→ V1 = 0,448 lít
- Thí nghiệm 2: nH+ = nHNO3 + 2nH2SO4 = 0,16 mol
nNO3- = nHNO3 = 0,08 molPhương trình phản ứng dạng ion thu gọn:
3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu + 2NO + 4H2O Ban đầu: 0,06 0,08 0,16 (mol) Phản ứng: 0,06 (hết) 0,16 (hết) → 0,04 (mol)
→ V2 = 0,896 lít → V2 : V1 = 2 hay V2 = 2V1 → đáp án D
Bài tập tự luyện:
mol H2 Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn là:
Phần 1: Tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư được 4,032 lít khí N2 và dung dịch A trong đó chứa 2 muối
Phần 2: Được hòa tan bởi dung dịch chứa NaOH và NaNO3 thu được m gam hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 là 6 Các khí đo ở đktc giá trị của m là:
halogen thu được 0,224 lít khí nguyên chất (đktc) Cũng a gam X trên nếu hòa tan vào 100 ml dung dịch HCl 0,5M, rồi cho tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thì thu được 10,935 gam kết tủa Tên của halogen đó là:
thực hiện phản ứng nhiệt nhôm, sau một thời gian thu được m gam chất rắn Y Chia Y làm 2 phần bằng nhau:
- Phần 1: Hòa tan trong dung dịch NaOH dư thấy thoát ra 3,36 lít khí (đktc) và còn lại m1 gam chất không tan
Trang 9- Phần 2: Hòa tan trong dung dịch HCl thấy thoát ra 10,08 lít khí (đktc) % khối lượng Fe trong Y là:
600ml dung dịch HCl nồng độ x M thì thu được khí A và dung dịch B Cô cạn dung dịch B thu được 27,9 gam muối khan Cho nửa hỗn hợp còn lại vào 800ml dung dịch HCl nồng độ x M làm tương tự thu được 32,35 gam muối khan Xác định % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp, trị số x và VH2 ở mỗi thí nghiệm (đktc)
Câu 6. Chia hỗn hợp Al, Ba, Fe thành 3 phần bằng nhau:
- Phần 1: tác dụng với nước dư sinh ra V lít khí
- Phần 2: tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 thì thấy sinh ta
11V 8 lít khí
- Phần 3: tác dụng với dung dịch HCl, phản ứng xong thu được
7V 4 lít khí
Các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất
Xác định phần trăm khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp X?
- Phần 1: Hòa tan vào nước dư thì sinh ra 8,96 lít H2
- Phần 2: Hòa tan trong dung dịch Ba(OH)2 dư thì sinh ra 10,304 lít H2
- Phần 3: Hòa tan trong dung dịch H2SO4 loãng, dư thu được 13,664 lít H2
Các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở đktc Tính khối lượng mỗi kim loại trong A?
- Phần 1: cho tác dụng với 400ml dung dịch HCl x (M), sau phản ứng cô cạn dung dịch thu được 13,84 gam chất rắn khan
- Phần 2: cho tác dụng với 700ml dung dịch HCl x (M), sau phản ứng cô cạn dung dịch thu được 18,1 gam chất rắn khan
Tính % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A; thể tích khí H2 sinh ra ở thí nghiệm 2 (đktc) và tính x?
- Phần 1: tác dụng với hết dung dịch HCl thu được 6,72 lít khí (đktc) và 9,6 g kim koại không tan
Trang 10- Phần 2: cho tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư được V lít khí (đktc)
a) Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A?
b) Tính thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng?
c) Tính khối lượng mỗi muối thu được ở phần 2?
d) Lượng khí thu được ở phần 2 có thể làm mất màu bao nhiêu gam KMnO4 trong dung dịch?
có khối lượng là 19,88 gam Cho phần I tác dụng với 200ml dung dịch HCl, sau khi kết thúc phản ứng, làm bay hơi cẩn thận hỗn hợp thu được 47,38 gam chất rắn khan Cho phần II tác dụng với 400ml dung dịch HCl như ở thí nghiệm trên, sau khi kết thúc phản ứng làm bay hơi cẩn thận thu được 50,68 gam chất rắn khan Tính nồng độ mol của dung dịch HCl đã dùng và thành phần % theo khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp A?
Câu 11. Chia hỗn hợp bột nhôm và đồng thành 2 phần bằng nhau:
- Cho phần 1 tác dụng với dung dịch HNO3 đặc, nóng, dư thì thu được 17,92 lít khí màu nâu đỏ và dung dịch A Cô cạn dung dịch A được chất rắn B Nung B đến khối lượng không đổi được chất rắn C
- Cho phần 2 tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dư thì thu được 6,72 lít khí (đktc)
a Tính thành phần % khối lượng mỗi kim loại?
Câu 6: Al: 26,82%; Ba: 45,36%; Fe: 27,82%
Câu 7: 13,7 gam Ba, 6,48 gam Al, 3,0 gam Mg
Câu 8: 69,23% Al; 30,77% Mg; VH2 = 4,48 lít; x = 0,7M
Trang 11Câu 9: a) 5,4 gam Al; 19,5 gam Zn; 19,2 gam Cu; b) HCl 0,3M; c) 34,2 gam
Al2(SO4)3; 24,15 gam ZnSO4; 24 gam CuSO4; d) 47,4 gam KMnO4
Câu 11: a) 45,76% Al; 54,24% Cu; b) mC = 18,2 gam
2.1.3 Một số ví dụ trong hóa học hữu cơ
Ví dụ 1: Chia hỗn hợp 2 anđehit no, đơn chức thành 2 phần bằng nhau:
- Đốt cháy hoàn toàn phần I thu được 0,54 gam H2O
- Phần II cộng H2 (Ni, t0) thu được hỗn hợp A
Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thể tích khí CO2 thu được ở đktc là:
A 0,112 lít B 0,672 lít C 1,68 lít D 2,24 lít
Hướng dẫn giải:
- Phần I: Khi đốt cháy hỗn hợp gồm 2 anđehit no, đơn chức ta luôn có:
nCO2 = nH2O = 0,03 mol
- Phần II: Khi cộng H2 vào anđehit thì nguyên tử C không thay đổi, do đó áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố C ta có:
nC (trong anđehit phần I) = nC (trong anđehit phần II)
→ nC (trong CO2 phần I) = nC (trong CO2 phần II) = 0,03 mol
→ VCO2 = 0,672 lít → đáp án B
Ví dụ 2: Một bình kín đựng hỗn hợp hiđro với axetilen và 1 ít bột Ni Nung
nóng bình trong 1 thời gian sau đó đưa bình về nhiệt độ ban đầu Nếu cho một nửa khí trong bình sau khi nung nóng đi qua dung dịch AgNO3/NH3 dư thì có 1,2 gam kết tủa vàng nhạt Nếu cho nửa còn lại qua bình dung dịch brom dư thấy khối lượng bình tăng 0,41 gam Lượng etilen tạo ra sau phản ứng cộng H2 là:
A 0,56 gam B 0,13 gam C 0,28 gam D 0,26 gam
1
2 2
Trang 12→ nC2H2 = nkết tủa =
1, 2 0,005
240 = mol
- Phần 2: Khối lượng bình Br2 tăng chính là khối lượng C2H2 và C2H4 đi vào
Ta có: ∆mbình tăng = mC2H2 + mC2H4 → 0,41 = 0,005.26 + mC2H4
→ mC2H4 = 0,28gVậy: lượng etilen (C2H4) tạo ra sau phản ứng cộng H2/Ni, t0 là:
metilen = 2.0,28 = 0,56g → đáp án A
Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm axit Y đơn chức và axit Z hai chức (Y, Z có cùng số
nguyên tử cacbon) Chia X thành hai phần bằng nhau Cho phần một tác dụng hết với Na, sinh ra 4,48 lít khí H2 (đktc) Đốt cháy hoàn toàn phần hai, sinh ra 26,4 gam CO2 Công thức cấu tạo thu gọn và phần trăm về khối lượng của Z trong hỗn hợp X lần lượt là:
Ta thấy: a + b > 0,5a + b = 0,2 →
0,6 n > 0,2 → n < 3 → n = 2
→ đáp án D
CH2=CH-CHO phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa 6,4 gam Br2 Mặt khác
để trung hòa 0,04 mol X cần dùng vừa đủ 40ml dung dịch NaOH 0,75M
Trang 13Khối lượng của CH2=CH-COOH trong X là:
A 1,44 gam B 2,88 gam C 0,72 gam D 0,56 gam
Hướng dẫn giải:
Ta có: nBr2 = 0,04 mol; nNaOH = 0,03 mol
Số mol các chất trong 0,04 mol hỗn hợp X lần lượt là x, y, z mol
- Phản ứng với dung dịch Br2: chỉ có CH2=CH-COOH và CH2=CH-CHO phản ứng thu được axit cacboxylic no → nBr2 = x + 2z = 0,04 mol (1)
- Phản ứng với dung dịch NaOH: chỉ có CH2=CH-COOH và CH3COOH phản ứng tạo muối → nNaOH = x + y = 0,03 mol (2)
Mặt khác: x + y + z = 0,04 (3)
Từ (1), (2), (3) → x = 0,02 mol; y = z = 0,01 mol
Vậy: mCH2=CH-COOH = 0,02.144 = 2,88 gam → đáp án B
Bài tập tự luyện:
- Phần 1: Đem đốt cháy hoàn toàn thu được 1,08 gam nước
- Phần 2: Tác dụng với H2 dư (Ni, t0) thì thu được hỗn hợp A Đem A đốt cháy hoàn toàn thì thể tích CO2 thu được ở đktc là:
A 0,896 lít B 1,792 lít C 1,344 lít D 0,672 lít
100ml dung dịch NaOH 1,5M Nếu cho 8,2 gam hỗn hợp trên tác dụng với một lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 đun nóng thì thu được 21,6 gam Ag Tên gọi của X là:
A axit acrylic B Axit propanoic C Axit etanoic D Axit metacrylic
(Trích đề thi tuyển dinh cao đẳng khối A, B – 2009)
với dung dịch AgNO3/NH3 dư thì thu được 21,6 gam Ag Mặt khác cho lượng hỗn hợp trên tác dụng với NaOH thì cần 200ml dung dịch NaOH 1M CTCT thu gọn của 2 axit là:
30,4 gam Chia X thành 2 phần bằng nhau:
Trang 14- Phần 1: cho tác dụng với Na dư, kết thúc phản ứng thu được 3,36 lít H2 (đktc)?
- Phần 2: tách nước hoàn toàn ở 1800C, xúc tác H2SO4 đặc thu được một anken, cho hấp thụ vào bình đựng dung dịch brom dư thấy có 32 gam Br2 bị mất màu CTPT hai ancol trên là:
phần chứa a mol HCHO
- Phần 1: Cho tác dụng hết với dung dịch AgNO3/NH3 thu được m gam Ag
- Phần 2: Oxi hóa bằng oxi thành HCOOH với hiệu suất 40% thu được dung dịch X Cho X tác dụng hết với dung dịch AgNO3/NH3 thu được m’ gam Ag
Tỉ số m’/m có giá trị bằng:
Câu 6. Cho 4,96 g Ca, CaC2 tác dụng với H2O thu được 2,24 lít hỗn hợp X
a Tính % khối lượng CaC2 trong hỗn hợp đầu
b Đun nóng X có mặt chất xúc tác thích hợp thu được hỗn hợp Y chia Y thành hai phần bằng nhau:
- Phần 1 cho lội qua bình dựng nước Br2 thấy còn lại 0,448(l) hỗn hợp Z có
2
/
Z H
d
=4,5 Hỏi bình tăng bao nhiêu gam?
- Phần 2 trộn với 1,68 lít Oxi và cho vào bình kín dung tích 4 lít sau đó đốt cháy giữ nhiệt độ của bình ở 109,20C
Tính áp suất của bình ở nhiệt độ này các thể tích khí đo ở đktc?
phần bằng nhau:
* Phần 1 được nung với Ni xúc tác thu được hỗn hợp Y không làm mất màu nước Brom, và thể tích giảm 50% so với thể tích ban đầu Đốt cháy hoàn toàn Y rồi cho sản phẩm cháy tác dụng với dd NaOH thu được 2 muối cacbonat Thêm Ca(OH)2 dư vào dd 2 muối này thu được 70g kết tủa
* Phần 2 cho qua dd AgNO3/NH3 dư thu được 14,7 g kết tủa Cho biết hai ankin này đều ở thể khí ở đktc và có thể tích bằng nhau
a Xác định CTCT của hai ankin
b Tính tỉ khối của Y so với không khí?
Đáp án tham khảo: