Sao băng lạnh giả — Vũ Khắc Ngọc Phân tích hệ sô phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh bài toán Hóa học Vu Khac Ngoc Phòng Công nghệ Hoa sinh Protein — Vien Cong nghệ Sinh học Các bạn
Trang 1Sao băng lạnh giả — Vũ Khắc Ngọc
Phân tích hệ sô phản ứng
và ứng dụng trong giải nhanh bài toán Hóa học
Vu Khac Ngoc Phòng Công nghệ Hoa sinh Protein — Vien Cong nghệ Sinh học
Các bạn và các em thân mến, trong quả trinh
đạy va học Hóa, lầu nay chúng ta dường như ít
danh sự quan tâm đến các hệ số cân băng trong
phan ứng hóa học, có chăng chi là các em học
sinh lớp § và lớp 10 làm quen với các phương
pháp cần băng phản ứng (đại số, electron, ion —
electron) Tuy nhiên, thực tế la trong qua trinh
giai cac bai tap Hóa học, hệ số can băng của
phan ứng còn có thê gợi ¥ cho ta những phương
pháp nhanh và mạnh đê giải quyết bải toán Bai
viết đưới đây sẽ tông kết một số kết quả quan
trọng thu được từ việc “phán tích hệ số cân
bằng của các phản ứng và ứng dụng của Hỗ
trong việc giải nhanh bài toán Hóa học”
1 Hệ số phản ứng — phản ánh kha nang
phản ứng của các chất
"i dụ 1: Tỷ khối của hỗn hợp gồm H:, CH¡,
CO so với Hidro băng 7,§ Đề đốt cháy hoản toản
một thê tích hồn hợp nảy cản 1,4 thê tích oxi
Xác định thành phân phần trăm về thê tích của
hon hop
A 20%, 50%, 30%
B 33.339, 5099, 16.6799
C 20%, 60%, 20%
D 10%, 80%, 10%
Hướng dân giải:
Cách 1: Phương pháp đưa thêm số liệu
Cách 2: Phân: tích: hệ sô › kết hợp đường chéo
Phân tích hệ số cần băng của phan ứng, ta thấy:
Hy + 20, >
CO + 50: =>
CH, + 20, >
Do đó, áp dụng phương pháp đường chéo, ta có:
1 4
es
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
3
Suy ra, OV uz = 2.5 x 100% = 60%
(đối với bài thi trắc nghiệm, có thê suqy ra ngay đáp án đúng là đáp án có 3a = 6090 )
Giải tiếp ta có %4Ữ„ =%V ag = 20%
(dùng phương pháp đưa thêm số liệu vả 1 đường chéo hoặc dùng 2 đường chéo)
Vị dụ 2: Thêm 250 ml dung dich NaOH 2M vao 200 ml dung dich H:PO,4 1,5M Muối tạo thành vả khối lượng tương ứng lả:
A 14,2 gam Na2HPOy,: 32.8 gam Na:PO4
B 28.4 gam Na2HPOy,: 16.4 gam Na:PO,4 C_ 12,0 gam NaH:PO;: 2§ 4 gam Na:HPO;
D 24.0 gam NaH:PO;: 14.2 gam Na:HPO;
Hướng dân giải:
Cách 1: Đặt ân và giải hệ phương trình
Cách 2: Phân tích hệ sô kêt hợp đường chéo Có:1c fmo0H_ S422 _ 2 s2
ngpg 21,5 3
=> Tao ra hon hop 2 mudi: NaH2PO4, Na2HPO,
Sơ đồ đường chéo:
Naj,HP O4 (ny = 2) ae NaH>P 04 (nz = 1) _—`
—~l1-53|=ŠŸ
¬
Ma Ny wo, + Mya po, = Ny po, = 9,3 (mol)
Nin po, = 9,2 (mol)
=> ‘
ra po, = 9,1 (mol)
My, eo, = 0,2 142 = 28,4)
Myr po, = 9,1.120 = 12,0 (g) _ Vi dy 3: Dan 2.241 (G dktc) mét hon hop
gom etilen propen, cac buten va axetilen qua dung dịch đựng Brom dư thi thầy lượng Brom
trong bìmh giam 19.2 gam Tính lượng CaC; cân
Trang 2Sao bang lanh gid — Vũ Khắc Ngọc 09§5052510
dùng de điêu chế được lượng Axetilen có trong
hồn hợp trên
A 64 gam
B 1.28 gam
C 2.56 gam
D Không xác định được vì thiêu đữ kiện
Hướng dân giải:
nBr, = 1722 =0, 12 saa! yg = eh = 0, 1zzoi
Phân tích hệ số cân băng của phan ứng ta có:
Anken + 18%, >
C,H, + 23n >
Do do, ap dụng phương pháp đường chéo, ta có:
Suy ra, Hưyợ = Hạ „ = T.z0/1= 0.02mai
Va Mog = 64x0,02 =1,28¢2 Dap án B
Qua cac vi du trén cho thay, phan tich hé số
cân bang phan ung co thê dân đến việc sắp xếp
một hôn hợp các chất đã cho vào 2 nhóm có khả
năng phản ứng khác nhau và do đó có thê sử
dụng được Phương pháp đường chéo đê giải rất
nhanh, thay vì dùng các phương pháp khác như
đưa thêm số liệu, đặt ân — giải hé hay ghép ân
số Đồng thời, nó cũng gợi ý cho ta việc giải các
bai todn hôn hợp nhiêu hơn 2 chất băng phương
pháp đường chéo
Dạng bài này có thê áp dụng cho các bài
toán hôn hợp ở nhiễu phán ứng khác nhau: kim
loại + axit, muối + axit, các đơn chất + oxi, bazơ
+ axit, kim loại + phi kim,
+ Hệ số phản ứng — phan anh sir tang giam
thê tích khí trong phản ứng
i du 1: Đưa một hồn hợp khi Na vả H: có
ty lệ 1:3 vảo tháp tông hop sau phan ung thay
thê tích khí đi ra giam 1/10 so với ban dau Tinh
thành phân phần trăm vẻ thê tích của hỗn hợp khi
sau phan ứng
A 20%, 60%, 20%
B 22,22% 66,67%, 11,11%
C 30%, 60%, 10%
D 33,33%, 50%, 16,67%
Hướng dân giải:
Cách 1: Phương pháp đưa thêm số liệu
Cách 2: Phân: tích hệ số phản ứng
Đề giải nhanh bải toán nảy ta dựa vảo 2 kết
qua quan trọng:
- Trong phan ứng có hiệu suất nhỏ hơn 100%, nếu ty lệ các chất tham gia phản ứng băng đúng hệ số cân bằng trong phương trừnh phán ứng, thì sau phản ứng, phan chat du cũng
có tỉ lệ đúng với hệ sô cân bằng trong phản ứng
Cụ thê trường hop nay la 1:3 Do đó À và B có kha nang la dap an dung
- Trong phản ứng tông hợp amoniac, thé tich khi giảm sau phản ứng đúng bằng thê tích khí NH; sinh ra
Trong trvong hop nay %NH,=1/ 10hồn
hợp đâu hay là 1/9 = 11,11% hỗn hợp sau Do đó
B la dap an dung
“i du 2: Cracking 560 lit CyHjo thu được
1010 lít hỗn hợp khi X khác nhau Biết các thé
tích khí đêu đo ở đktc Thê tích (lít) C4H¡¿ chưa
bị cracking là:
Hướng dân giải:
Ankan — Ankan' + Anken
Dựa vao hé so can bang cua phan ung cracking
ta thây: Thê tích (hay sô mol) khí tăng sau phan ứng đúng băng thê tích (hav sô mol) ankan đã tham gia Cracking
Ở đây là: =1010— 560 = 450
Do đó, phản C:H¡¿ chưa bị cracking la 110 lít
Vi dụ 3: Crackinh C:H;; thu được hôn hợp
chi gôm Š hidrocacbon có ty khôi hơi so với H:
là 16,325 Tính hiệu suất cua phan ứng cracking
Hướng dân giải:
Cách 1: Piương pháp ghép an sé ; Cách 2: Phương pháp đưa thêm sô liệu Cách 3: Phương pháp đường chéo Cách 4: Phân tích hệ sô phản ứng Khôi lượng hôn hợp truớc vả sau phan ứng được
bao toản: ff, = MM,
Do đó, ta có tỷ số:
Trang 3Sao băng lạnh giá — Vũ Khắc Ngọc 09§5052510
dự Ms ™, n 16.325x2 32,63
Visố mol hon hợp sau nhiêu hơn số mol ban đầu
chính băng số mol ankan đã cracking nên:
H% =| —2Š_ — 1 |x100% = 77,64%
32,65
Dạng bài này có thê ap dụng mở rộng cho
cac bai tap: craking ankan, ozone hda O2, oxi
héa SO? thanh SO;
3 He số phản ứng — phản ảnh định luật bảo
toàn nguyên tổ
ïí dụ 1: Đốt cháy hoan toan 100 ml hoi chất
A, can đúng 250 ml oxi, chi tao ra 200ml CO> va
200 ml hơi nước (các thê tích khí đo ở cùng điều
kiện) Xác định công thức phần tử của A
Hướng dân giải:
Có thê giải rất nhanh bài toán đã cho như sau:
1C H1 @ +2.,5Π3 200,+2H,0
Ap dung định luật bảo toản nguyên tố, để
đảng có À là C:H:O
_ Vidu 2: Hoa tan hoan toản a gam một oxit
sat băng dung dich H2SO,4 đậm đặc vừa đu, có
chứa 0.075 mol H:SO¿., thu được b gam một
muôi va có 16§ mÌ khi SO: (đktc) duy nhất thoát
ra Tim a,b va công thức cua oxit đã cho
Hướng dân giải:
Gọi công thức cua oxit đã cho là Fe„O,,
Reo = — = 0,007 Sra?
Viết lại phan ứng:
2,0, + 0, 075H,SO, > Fe, (SO,), +0, 007580, + H,0
Ap dụng định luật bảo toàn nguyên tổ Š, ta có:
Đao, = — = 0,0225 9 tp, = 0,045møi
Tương tự, bảo toàn nguyên tổ H và O, ta có:
Ro = 0, Obra!
Do đó, để đảng suy ra oxit đã cho là Fe:Oy
Vaa=3,48g, b=9g
Cach lam nay hay hon hăn so với cách làm
thông thường là viêt phương trù phản ứng ra
rôi cân băng với hệ số chữ, rất mất thời gian và
đê nhâm lân - Dạng bài này có thê ấp dụng được cho nhiêu bài tập xác định công thức phân tử trong cả Hóa hữu cơ và vô cơ, đông thời còn có thê dùng đê tính toán nhiêu đại lượng quan trọng khác
4 Hệ số phản ứng trong các phản ứng đốt cháy chất hữu cơ
Ta đã biết một chất hữu cơ bất ỳ chứa 3 nguyên tổ C, H, O có CTPT là CAs 24;
với k là độ bất bão hòa (bằng tông số vòng và số liên két x trong CTCT) -
Xét phản ứng chảy của hợp chât này, ta có:
Cn Lamea 28, > nCO,+(n t1-k)H,O Phân tích hệ sô phản ứng nãy, ta có một kêt quả rât quan trọng là:
_ Baa — Pea,
xy=———
+ + 1 ~ K +
Voi ny la s6 mol chat hitu co bị đôt chấy
2 tường hợp riêng hay gặp trong các bài tập phô thông là k=0(hợp chât no, mạch hở Cy,H2n-20x) CO ty = tự ọT— Học, (ankan, rượu no mạch hở, ete no mach ho, ) và k=2 có
#y = Học, — tự g (anhm, ankadien, acid không no
1 nội đôi, andehit, xeton không no ¡ nôi đôi, .)
Vị dụ 1: Hồn hợp X gôm rượu metvlic, rượu etvlic, rượu propvlic vả nước Cho a gam G tác dụng với Natri du duoc 0,7 mol H; Dot chay hoan toan a gam X thu được b mol CO: và 2,6 mol H20 Tinh a va b
Hướng dân giải:
Cách 1: Phuong phap ghép ẩn số Cách 2: Phân tích hệ sô phản ứng
Các phan ứng với Na có thê viết chung lả:
ROH + Na —> RONa + SH:
Do đó, My =2n, =1,4Amal
Cac chat trong hon hợp X có dạng C;H›;-~:O nên:
Ap dụng định luật bảo toản nguyên tổ O, ta có:
_ 2,6+1,2x2 14 1 gmal
n
Ap dụng định luật bảo toản khối lượng ta có:
Trang 4Sao băng lạnh giá — Vũ Khắc Ngọc 0985052510
a= Moy +My —Mpo = 12g
"i du 2: Một hỗn hợp gồm andehit acrylic va
một anđehit đơn chức X Đốt chay hoan toan
1,72 gam hon hop trén can vira hét 2,296 lit khí
oxi (đktc) Cho toản bộ san pham cháy hap thụ
hết vảo dung dich Ca(OH) du, thu duoc 8,5 gam
kết tủa Công thức cầu tạo của X 1a:
Hướng dân giải:
My = 0,1025mal
Ap dụng định luật bảo toản khối lượng ta có:
Mandent + Mo, = Meo tự ð
oo = Baca = 0,085meal
> Myo =1,26g 1, , =0,07mal
Ap dụng định luật bao toản nguyên tổ O, ta có:
Ravens = 2<0,085 +0, ữ7— 2x0,1025 = 0,035möi
Do đó, KLPT trung bình cua 2 andéhit 1a:
wel #2 = 49,14 0,035
Andéhit acrylic co A4f=56 — andéhit con lai co
M <49,14 tức là đáp án À hoặc B
Andehit acrylic (C;H4O) 1a andehit khong no 1
nối đôi, anđehit còn lại la no đơn chức nên:
Nena = Hẹa, — tựa = 0.015 al
Và anđêhit còn lại có số mol 1a 0.02 mol
Goi Mla KLPT cua Andéhit con lai thi:
HH xazzz = 00 X0,0154+ 14 x0,02 =1, 722
— M = 44 mg voi dap an B
Dạng bài này có thê áp dụng mở rộng cho
các bài tập đốt cháy các hợp chất hữu cơ khác,
kê cả hợp chất hữu cơ có chứa Nươ
$ 7 ông kết về phương pháp
Các phương pháp giải toán trong Hóa học
đêu có một đặc điêm Chung là không hệ cứng
nhắc ở những dạng bài cổ định mà chỉ có những
nguyên tắc tư duy là không đôi, còn việc vận
dụng phương pháp là hệt sức linh hoạt
Phương pháp phân tích hệ số aa néu trong
bài viết này cũng vậy Ngoài một số dạng bài tập
phô biên đã nêu ở trên, ta hoàn toàn có thê phát
triển phương pháp này cho nhiều bài tập khác,
thậm chỉ theo hướng “phân tích hệ sô nguyên tô
trong công thức phân tử”
'í dụ 1: Nhiệt phan hoan toan 20 gam hon hop gom NaNO; va Cu@NO;)›, san phẩm khí sinh ra được hấp thụ vảo trong H:O dư thì thấy
có 2,24 lít khi thoát ra sau củng Xác định thành phan phan tram về khói lượng của hồn hop dau
Hướng dân giải:
Các phan ứng xây ra:
NaNO, — NaNO, + 2Ó Cu(NO,), > CuO + 2NO, + 50: 2NO, + 2Ó: + H,0 — 2HNO, Căn cứ vảo hệ số phản ứng có thê thấy lượng
NO: và O; sinh ra từ phan ứng nhiệt phản Cu(NO:)) duoc hap thu vita du trong H20
Do đó, lượng khí thoát ra đúng băng O› sinh
ra từ phan ứng nhiệt phần NaNO:
2,24
85x2x—
22.4
_ Ví dụ 2: Đề xác định thành phân quặng sắt
gôm Fe:Ox và Fe:O:, người ta hòa tan hoan toan
quặng trong dung dịch HCI dư, kết thúc phản
ứng thu được dung dịch ÀA Dung dịch A tac dung với 200ml dung dịch KI 0,3M vừa du thi thu duoc dung dich B va mot chat ran khong tan Loc
bỏ chất răn, cho dung dịch B tác dụng với khí Cl:
dư thi thu được dung C_ Lại cho dung dịch C tác
dụng với dung dịch NaOH dư, lấy kết tủa thu
được nung đến khối lượng không đôi thì thầy chất răn cuối cùng có khối lượng thay đôi so với quặng ban đầu là 0.16 gam Xác định thanh phan phần trăm theo khối lượng của quặng sắt
Hướng dân giải:
Cách 1: Đặt ân và giải hệ phương trình Cách 2: Phân tích hệ số nguyên tổ trong CIPT
Sơ đô chuyên hóa quặng thành chất răn:
Fe, he > Fe O@
Phân tích hệ số nguyên tổ trong CTPT, ta thầy: