phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh hóa học

tài liệu tham khảo phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh hóa học

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)