Chủ đề 1 những con đường biến hóa tinh tế trong hóa học

CHỦ ĐỀ 1 NHỮNG CON ĐƯỜNG BIẾN HÓA TINH TẾ TRONG HÓA HỌC Trước hết để có thể hiểu và áp dụng được những con đường biến hóa trong hóa học tôi xin mời các bạn theo dõi sự so sánh sau đây:

CHỦ ĐỀ 1

NHỮNG CON ĐƯỜNG BIẾN HÓA TINH TẾ TRONG HÓA HỌC

Trước hết để có thể hiểu và áp dụng được những con đường biến hóa trong

hóa học tôi xin mời các bạn theo dõi sự so sánh sau đây:

Tư duy hóa học tự luận cổ điển

+ Chú tâm đến các phản ứng hóa học

+ Viết các phương trình phản ứng sau

đó dựa vào các phương trình phản ứng

để suy ra các yếu tố cần thiết

+ Mất rất nhiều thời gian để cân bằng

và viết phương trình Bên cạnh đó có

nhiều yếu tố của phương trình ta

không cần quan tâm nhưng vẫn phải

viết đầy đủ trong phương trình

+ Điều nguy hiểm nhất là nó hạn chế

rất nhiều khả năng sáng tạo của bộ

não vì tính dập khuôn máy móc

Tư duy hóa học đảo chiều hiện đại

+ Xem các bài toán là một hệ kín Nghĩa là các thông số về khối lượng, điện tích được bảo toàn Nó chỉ chuyển hóa lẫn nhau

+ Tốc độ xử lý nhanh vì chỉ cần quan tâm tới các yếu tố cần thiết, không cần quan tâm tới phương trình hóa học + Phát triển được sự sáng tạo của bộ não trong việc tìm ra các hướng giải hay

Làm thế nào để có vận dụng linh hoạt được tư duy đảo chiều?

Luôn xem các bài toán hóa học là một hệ kín Hệ kín là gì? Các bạn có thể tưởng tượng đơn giản như một cái ao hay hồ nước Trong đó có rất nhiều loại cua, tôm, cá…chúng có thể muốn làm gì thì làm nhưng không được vượt ra khỏi cái ao,

hồ đó Các bài toán hóa học cũng vậy, khi các chất phản ứng ứng nhau các nguyên

tố sẽ chạy từ chất này qua chất khác nhưng khối lượng của nguyên tố đó không đổi

đó là nội dung của định luật “bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố” Một loại hình nữa cũng rất hay được các nguyên tố áp dụng đó là đổi và nhận electron

Tại sao tôi khuyến khích các bạn tư duy theo kiểu đảo chiều?

Tôi phải thừa nhận rằng thật khó để làm việc gì đó theo cách này khi mà đa

số mọi người lại làm theo cách khác Tuy nhiên, các bạn hãy nhớ rằng sự sáng tạo được gọi là sáng tạo vì nó có tính đối lập Một cái gì đó mà ai cũng biết sau đó ta cũng lại làm tương tự như những gì họ đã biết thì không thể gọi là sự sáng tạo Khi các bạn làm việc hay học tập theo kiểu tư duy đảo chiều khả năng sáng tạo của bạn

sẽ được nâng cao rất nhiều và đó là điều tôi mong muốn nhất Trong câu hỏi này tôi muốn nhấn mạnh với các bạn thêm một câu cuối cùng “Nếu không có tư duy sáng tạo thì điều kì diệu sẽ không bao giờ xảy ra”

Vậy khi áp dụng vào Hóa Học thì chúng ta cần những gì?

Tất nhiên các bạn cần phải biết tính chất hóa học liên quan tới cái hệ kín

mà ta đang xem xét Tuy nhiên, điều các bạn cần biết là nó có phản ứng với nhau hay không? Sản phẩm tạo ra là chất gì? Vậy là đủ còn phương trình phản ứng của

nó thì chúng ta không quan tâm, bởi vì nếu quan tâm thì các bạn lại tư duy theo kiểu “vết xe đổ” chứ không phải “tư duy đảo chiều” mà tôi nói nữa

Vấn đề khó khăn nhất là gì?

Chủ quan tôi nghĩ rằng thời buổi ngày nay thị trường sách và tài liệu tham khảo nói chung và hóa học nói riêng hỗn loạn chưa từng có Chính vì thế mà các bạn được tiếp xúc với rất nhiều loại tài liệu của nhiều tác giả khác nhau Theo tôi trong số đó thế nào các bạn cũng bị ảnh hưởng bởi một số lỗi tư duy lạc hậu theo kiểu hóa học tự luận cổ điển Còn tôi thì tôi khẳng định từ khi có đổi mới thi cử theo hình thức trắc nghiệm tôi chưa từng tham khảo một cuốn sách nào viết về kỹ thuật giải bài tập hóa học và các bạn thấy đấy tôi vẫn tồn tại và được các bạn chấp nhận Giờ đây, tôi ngồi đây viết lại những gì tôi hay tư duy, suy nghĩ về kỹ thuật giải bài tập hóa học không phải để các bạn học theo như kiểu con vẹt mà tôi mong muốn các bạn tiếp tục sáng tạo, tiếp tục đổi mới bộ não Các bạn cần phải hiểu rằng làm gì muốn thành công cũng cần phải sáng tạo Do đó, tôi mong muốn các bạn hãy mạnh dạn sáng tạo hơn nữa, nhìn vào cái gì đó cũng phải thấy được cái chưa hoàn mỹ và tất nhiên cuốn sách này của tôi cũng vậy, nó cũng không thể hoàn

mỹ nếu không muốn nói là tệ hại với một số người Tôi nói quá lan man phải không các bạn? Tóm lại khó khăn nhất là gì? – Là các bạn bị ảnh hưởng những lỗi

tư duy làm hạn chế sự sáng tạo Khắc phục thế nào? – Bạn của tôi ơi ! Mỗi người một tính cách, một quan điểm, một kiểu nhìn nhận khác nhau…Bạn là bạn và bạn phải hiểu chính mình xem mình hợp với cái gì nhất

Nào, bây giờ chúng ta sẽ cùng nhau đi nghiên cứu những con đường biến hóa của các nguyên tố trong hóa học vô cơ Qua những ví dụ ở chương 1 này mục đích của tôi chỉ là muốn các bạn hiểu sơ bộ về đường hướng mà tôi hay làm Để vận dụng linh hoạt được các bạn cần chịu khó luyện tập theo từng chuyên đề ở chương 2

Nhắc tới hóa học vô cơ các bạn hãy nhớ thật kỹ cho tôi những vấn đề sau:

1) Về kim loại: Bản chất của kim loại là gì? – Là khi nó tham gia phản ứng thì nó

sẽ nhường các electron ở lớp ngoài cùng (thường là 1, 2 hoặc 3 electron) để nhận lại các ion âm khác Bản chất là trao đổi điện tích âm mà thôi Các electron trong kim loại có thể được đổi thành các ion âm điển hình là: OH-, Cl-, SO42-, NO3-, O2-,

CO32-, HCO3-, PO43-…

2) Về dung dịch: Luôn tự hỏi: Dung dịch chứa các ion gì? Số mol thế nào? Và hãy

nhớ rằng dung dịch thì luôn trung hòa về điện nghĩa là tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm

3) Về di chuyển nguyên tố: Các bạn cần phải biết sau phản ứng các nguyên tố

trong hệ kín của chúng ta nó chạy vào chất nào?

4) Về số oxi hóa của các nguyên tố trong hệ: Cuối cùng (sau khi tất cả các phản

ứng đã xong) thì những nguyên tố nào thay đổi số oxi hóa? Thay đổi như thế nào?

Tăng hay giảm? Ta luôn có tổng tăng thì bằng bằng giảm Dưới đây tôi xin trình bày sơ lược thông qua một số ví dụ cụ thể

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn tan 41,2 gam hỗn hợp X chứa Cu và Fe3O4 trong dung dịch chứa HCl thu được dung dịch Y chỉ chứa hỗn hợp các muối Mặt khác cũng hòa tan hoàn toàn lượng X trên bằng dung dịch chứa H2SO4 loãng thì thu được dung dịch Z cũng chỉ chứa hỗn hợp các muối trung hòa Cô cạn Y và Z thì thấy lượng

muối trong Z nhiều hơn trong Y là 15 gam Phần trăm khối lượng Cu trong X gần

nhất với:

Nguồn đề: Thầy Nguyễn Anh Phong

Định hướng tư duy giải

Trong bài toán này ta có thể xét hệ kín là Cu, Fe3O4, HCl hoặc Cu, Fe3O4, H2SO4

Rõ ràng với các hệ kín như vậy nó chỉ xảy ra quá trình luân chuyển điện tích âm từ

O2- thành Cl- và SO42- Do đó, ta có ngay

2 4

Fe,Cu

SO : a

-ì

ï

êë î

3 4 BTNT.O

BTKL

Fe O : 0,15

Cu : 0,1

ìï

¾¾¾®

Ví dụ 2: Cho 31,6 gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe3O4 tan hết trong dung dịch HCl thu được 2,24 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y chỉ chứa 60,7 gam hỗn hợp muối Khối lượng của Fe3O4 có trong X là:

A 18,56 B 23,2 C 27,84 D 11,6

Nguồn đề: Thầy Nguyễn Anh Phong

Định hướng tư duy giải

Bài này hệ kín của chúng ta đương nhiên là Fe, Fe3O4 và HCl Bài toán này ta có thể tư duy theo nhiều cách

Cách 1: Tư duy theo hướng trao đổi điện tích

Tương tự ví dụ trên O2- sẽ được đổi thành Cl- và electron sẽ được đổi thành Cl -Khi đó

2

Cl

Fe 31,6

-ì ìï

ïî

å

BTKL.Y

60,7 31,6 16a 0,2 2a 35,5 a 0,4

¾¾¾¾® =!"#"$ !""#""$- + + = =

BTNT.O

Cách 2: Tư duy theo sự di chuyển của nguyên tố (BTNT)

Các bạn hãy trả lời giúp tôi H trong HCl cuối cùng đã đi đâu?

Đương nhiên là nó sẽ di chuyển vào H2 và H2O

Khi đó

2

BTNT BTNT.H Trong Y

Fe 31,6

-ì ìï

ï

ïî

å

BTKL.Y

60,7 31,6 16a 0,2 2a 35,5 a 0,4

¾¾¾¾® =!"#"$ !""#""$- + + = =

BTNT.O

Cách 3: Tư duy bằng cách bảo toàn khối lượng (BTKL)

Ta gọi

2

BTNT.H

a 0,2

2

BTKL 31,6 36,5a 60,7 0,1.2 18a 0,2 a 1

2

BTNT.O

Bây giờ tôi sẽ phát triển bài toán trên thêm một chút để giới thiệu cho các bạn kỹ thuật bảo toàn electron (BTE) cho cả quá trình như bên trên tôi nói Chúng ta quan tâm tới nguyên tố nào thay đổi số oxi hóa

Ví dụ 3: Cho 31,6 gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe3O4 tan hết trong dung dịch HCl thu được 2,24 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y chỉ chứa 60,7 gam hỗn hợp muối Cho AgNO3 dư vào Y thì thấy có m gam kết tủa xuất hiện Giá trị của m là:

A 171,35 B 184,71 C 158,15 D 181,3

Nguồn đề: Thầy Nguyễn Anh Phong

Định hướng tư duy giải

Theo kết quả đã tính bên trên ta sẽ có ngay

3 4

Fe : 0,15 31,6

Fe O : 0,1

ì í î

Bài này chúng ta có thể tư duy theo hai hướng như sau:

Hướng 1: Tư duy theo kiểu sự di chuyển của các nguyên tố (BTNT) và mở rộng ra

cho nhóm nguyên tố NO3-

Với Fe ta có

3 3

BTNT.Fe

Fe(NO )

Thế NO3- từ đâu sinh ra? 3

3

BTNT.NO

AgNO

Lại hỏi Ag cuối cùng chạy đi đâu?

BTNT.Clo HCl BTNT.Ag

AgCl :1

Ag :1,35 1 0,35 ¯

ì¾¾¾¾®

ï

ïî

Hướng 2: Dựng BTE cho cả quỏ trỡnh

Chất khử là Fe Chất oxi húa là: O, H2 và Ag

2

Fe : 0,45

O : 0,4

0,45.3 0,4.2 0,1.2 a a 0,35

H : 0,1

Ag : a

ỡ

ù

ớ

ù

ùợ

AgCl BTNT.Clo

Ag

m 181,3(gam)

= ỡù

=

Vớ dụ 4: Đun núng 48,2 gam hỗn hợp X gồm KMnO4 và KClO3, sau một thời

gian thu được 43,4 gam hỗn hợp chất rắn Y Cho Y tỏc dụng hoàn toàn với dung dịch HCl đặc, sau phản ứng thu được 15,12 lớt Cl2 (đktc) và dung dịch gồm MnCl2, KCl và HCl dư Số mol HCl phản ứng là:

A 1,8 B 2,4 C 1,9 D 2,1

Trớch đề thi THPT Quốc Gia – Bộ Giỏo Dục – 2016

Định hướng tư duy giải

Ta BTKL

O

48,2 43,4

16

BTE 3

158a 122,5b 48,2

BTNT

2

KCl : 0,35

MnCl : 0,15

ỡ

ắắắđớ

BTNT.Clo

HCl

n 0,35 0,15.2 0,675.2 0,2 1,8(mol)

Vớ dụ 5: Nhiệt phõn hoàn toàn m gam KClO3 với xỳc tỏc MnO2, lượng khớ thoỏt ra oxi húa 1,26m gam hỗn hợp Fe và Cu thu được hỗn hợp X gồm cỏc oxit Cho hỗn hợp X tỏc dụng với dung dịch HNO3 dư thu được dung dịch Y và 0,896 lớt NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) Cụ cạn dung dịch Y thu được 175,76 gam muối khan Giỏ trị của m là ?

A 40,18 B 38,24 C 39,17 D 37,64

Trớch đề thi thử THPT Chuyờn Bến Tre – 2016

Phõn tớch hướng giải

Ta cú:

2

BTKL

ư

3

BTKL BTE

Fe,Cu

NO

12m 1,26m 0,04.3 62 175,76

245

!""#""$

!"""""""#"""""""$

m 39,17

Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Cho m gam X vào dung dịch

H2SO4 loãng dư thu được dung dịch Y Chia Y thành hai phần bằng nhau

- Phần I tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch KMnO4 0,5M

- Phần II hòa tan tối đa 6,4 gam Cu

Giá trị của m là:

A 52 B 104 C 23,2 D 34,8

Trích đề thi thử THPT Đặng Thúc Hứa – 2016

Định hướng tư duy giải

Phần 1: = ¾¾¾® 2+ =

4

BTE KMnO Fe

Phần 2: = ¾¾¾® 3 + =

BTE

Cu Fe

+ +

-ì

ï

¾¾¾® í

î

2 BTDT 3

2 trong X

Fe :1

Y Fe : 0,4

¾¾® =m 1,4.56 1,6.16 104(gam)+ = →Chọn đáp án B

Ví dụ 7: Hòa tan m gam hỗn hợp FeO, Fe(OH)2, FeCO3 và Fe3O4( trong đó

Fe3O4 chiếm 1/3 tổng số mol hỗn hợp) vào dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 8,96 lít (đktc) hỗn hợp gồm CO2 và NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) có tỷ khối so với H2 là 18,5 Số mol HNO3 phản ứng là:

A 1,8 B 3,2 C 2,0 D 3,8

Trích đề thi THPT Quốc Gia – Bộ Giáo Dục – 2016

Định hướng tư duy giải

3 4

2 khi e Fe hh Fe O

CO : 0,2

ì

î

3

BTNT.Fe BTNT.N

→Chọn đáp án B

Ví dụ 8: Cho m gam Mg vào dung dịch X gồm 0,03 mol Zn(NO3)2 và 0,05 mol

Cu(NO3)2 , sau một thời gian thu được 5,25 gam kim loại và dung dịch Y Cho dung dịch NaOH vào dung dịch Y, khối lượng kết tủa thu được là 6,67 gam Giá trị của m là :

A 3,6 B 2,86 C 2,02 D 4,05

Trích đề thi THPT Quốc Gia – Bộ Giáo Dục – 2016

Định hướng tư duy giải

Ở bài toán này các bạn xem hệ kín của chúng ta là Mg, Zn(NO3)2, Cu(NO3)2 và NaOH sẽ thấy sự chuyển đổi NO3- trong các ion kim loại thành OH

-Vậy ta có ngay:

3

NO

OH : 0,16

Kimloai : 3,95(gam)

-ì

î

Ở chủ đề tiếp theo đây tôi sẽ giúp các bạn nhận ra sức mạnh của các định luật bảo toàn nếu các bạn biết vận dụng khôn khéo và linh hoạt