Một số phương pháp giải bài tập Hóa trung học phổ thông năm 2020

Phương pháp bảo toàn nguyên tố là phương pháp giải nhanh, có nhiều nét tương đồng với phương pháp bảo toàn khối lượng. Tuy nhiên với nhiều bài toán áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượ[r]

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI HÓA Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1 Các phương pháp bảo toàn:

Ví dụ : Cho khí CO nóng qua ống sứ đựng m(g) Fe2O3 một thời gian được 6.72(g) hh X.Hòa tan hoàn

toàn hh X vào dd HNO3 dư thấy tạo thành 0.448 (l) khí NO (sản phẩm khử duy nhất).m có giá trị :

448 , 0

Áp dụng định luật bảo toàn e: nCO (phản ứng) = nCO2(tạo thành) =0,03 mol

Theo định luật bảo toàn khối lượng :

mCO (phản ứng) + mFe2O3(ban đầu) = mx + mCO2(tạo thành)

 0,03.28 + m = 6,72 + 0,03.44

Ví dụ : Nung m(g) bột Fe trong O2 thu được 3 gam hh chất rắn X.Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3

dư, thoát ra 0,56 lit khí NO ( đktc ) ( sản phẩm khử duy nhất ) Giá trị của m là:

2 -

O3 ) + H

5N



O3 dư Fe3+ +

2N

 0,075 0,025

Áp dụng định luật bảo toàn electron :

hỗn hợp khí X ( gồm NO và NO2) và dung dchj Y ( chỉ chứa 2 muối và axit dư ) Tỉ khối của X đối với

H2 bằng 19.Tìm giá trị V

Bài giải:

Vì axit dư nên Fe, Cu bị oxi hóa hết tạo

3Fe



;

2Cu

 0,1 0,3

O

Cu  2e

2Cu

 3x x

Ví dụ : Chia hỗn hợp X gồm Mg, Al, Zn thành 2 phần bằng nhau :

- Phần 1 : tác dụng với HCl dư được 0,15 mol H2

- Phần 2 : cho tan hết trong dung dịch HNO3 dư được V lít NO ( sản phẩm khử duy nhất ).Tính giá trị V Bài giải:

Ta có : Số mol electron do H+ nhận hay

5N

 nhận luôn bằng nhau : 2H+ + 2e → H2



0,3mol 0,1 mol

=> VNO = 0,1.22,4 = 2,24 lít

 Phạm vi áp dụng: Sử dụng cho các bài toán có pư oxh-khử, đặc biệt là bài toán có nhiều chất

oxh, nhiều chất khử các phản ứng phức tạp, xảy ra nhiều giai đoạn, nhiều quá trình

 Liên hệ: Kết hợp với các phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố

• Ví dụ 1: Nung nóng 16,8g bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian thu được m gam khí X gồm oxit sắt và sắt dư Hòa tan hết hh X bằng H2SO4đ,n thu được 5,6 (l) SO2(đktc)

Bài giải:

Ta có:

nFe =

56

8 , 16

= 0.3 mol ; nSO2=

4 22

6 , 5

= 0.25 mol

Fe -3e → Fe+3 O2 +4e → 2O-2

0,3 0,9 a 4a 2a

S+6 +2e → S+4/SO2

0,5 0,25

Áp dụng đl bảo toàn electron:

∑e cho = ∑e nhận

 0,9 = 4a + 0,5

=> a = 0,1

=> O/oxit sắt = 0,1.2 = 0,2

Vậy mx = mFe + mo = 16,8 + 16.0,2 =20g

a> Bảo toàn khối lượng:

 Nguyên tắc : Tổng khối lượng của các chất tham gia bằng tổng khối lượng của các chất tạo thành Khi

cô cạn dd thì khối lượng hh muối thu được bằng tổng khối lượng của các cation kim loại và anion gốc axit

∑ mchất tham gia pứ = ∑ msản phẩm pứ

Ví dụ: Fe(r) + 2HCl(l) → FeCl2(r) + H2(k)

mFe + mHCl = mFeCl2 + mH2

 Lưu ý:

Không tính khối lượng của phần không tham gia pứ

Đối với các pứ có khí thoát ra thì tổng sản phẩm nhỏ hơn tổng chất tham gia

Đối với những pứ có dư chất tham gia thì khi áp dụng định luật BTKL phải cộng phần dư vào phần sp

 Nhận dạng : Bài toán tính khối lượng chung nhiều chất, không bảo tính từng phần riêng rẽ

+ Cho hỗn hợp các oxit kim loại qua CO, H2, Al

+ Cho hỗn hợp các kim loại tác dụng với các axit mạnh

+ Cho hh nhiều muối (muối cacbonat) vào dd axit hoặc vào dd muối mới

+ Phản ứng cháy các hợp chất hữu cơ

Phản ứng hạt nhân có độ hụt khối nên không áp dụng được phương pháp này

 Nhận xét và đánh giá:

+ Ưu điểm: Được áp dụng rộng rải trong vô cơ và hữu cơ, đặc biệt trong bài toán tìm CTTQ của các hợp chất hữu cơ Đối với những bài toán vô cơ như Fe→FexOy thì đây là pp không thể thiếu

+ Nhược điểm :Không thể áp dụng đối với bài toán hạt nhân (PTPƯ tỏa nhiệt thu nhiệt lớn)

 Mối liên hệ: Thường đi kèm với các pp đại số, phương pháp bảo toàn các nguyên tố, bảo toàn điện tích

và đặc biệt bảo toàn e

 Ví dụ 1: Hòa tan hết 7,74g hh bột Mg ,Al bằng 500ml dd hh HCl 1M và H2SO4 0,28M thu được dd X

và 8,736l H2(đktc).Cô cạn dd X thu được lượng muối khan là:

736 ,

3 2O Al

O Fe

CO khử được Cu, Fe ra khỏi hh oxit và sinh ra CO2 , khí CO2 tác dụng với Ca(OH)2 tạo kết tủa CaCO3

=> nCaCO3= 15 /100 = 0,15 mol => nCO2 = 0,15 mol => => nCO = 0,15 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

3 2CO K

CO Na

g 39,4

Gọi m là kim loại trung bình của Na và K :

M2CO3 + BaCl2  BaCO3 + 2MCl

b> Bảo toàn điện tích:

 Nguyên tắc: Trong phản ứng trao đổi ion và rong một dung dịch

∑điện tích  = ∑điện tích ①

Hay ∑ ncation = ∑ nanion

Ví dụ : ta có các ion là số mol của các ion là :

Ion Na+ Ca2+ NO3  Cl HCO3 

Số mol a b c d e

Theo định luật bảo toàn điện tích ta có : |a.(+1) + b.(+2)| = |c(-1) + d(-1) + e(-1)|

 Lưu ý:

+ Phải xác định đầy đủ điện tích dương và điện tích âm

+ Trong phản ứng trao đổi ion của dd chất điện ly trên cơ sở của định luật bảo toàn điện tích ta thấy có

bao nhiêu điện tích dương hoặc âm của các ion chuyển vào trong kết tủa hoặc khí thoát ra khỏi dd thì

phải trả lại cho dd bấy nhiêu điện tích dương hoặc âm

 Nhận dạng: AB + CD → AD + CB

An+ + Cm+ = Bn- +Dm-

(Cho bài toán dưới dạng các ion âm,ion dương.)

 Phạm vi áp dụng:

+ Đối với dung dịch chất điện ly,xđ nồng độ ion trong dung dịch

+ Áp dụng cho bài toán nhiều Axit- Bazơ

H+ + OH- → H2O

+ Định luật bảo toàn điện tích được áp dụng trong các trường nguyên tử, phân tử , dd trung hòa điện

+ Âp dụng trong một số bài toán có phản ứng trao đổi ion

 Nhận xét,đánh giá:

+ Ưu điểm: Dễ áp dụng, giải nhanh các bài toán điện tích ( thường là vô cơ) giúp xác định được số

oxh của các ion dễ dàng, không cần phải viết phương trình ( ít tốn thời gian) có thể tìm được nồng độ các

ion trong dung dịch dựa vào bảo toàn điện tích

+ Nhược điểm: Thường không áp dụng trong hữu cơ, không được áp dụng rộng rãi trong các bài toán

vô cơ

 Liên hệ: Đi kèm với phương pháp đại số, phương pháp ghép ẩn số

 Ví dụ 1: Dung dịch A chứa Na+ a(mol), HCO3- b(mol), CO32- c(mol), SO42- b(mol).Để tạo ra kết tủa

lớn nhất người ta dùng 100ml dd Ba(OH)2 x mol/l Lập biểu thức tính x theo a và b

Bài giải:

HCO3- + OH- → CO32- + H2O

Ba2+ + CO32- → BaCO3↓

Ba2+ + SO42- → BaSO4↓

Dd sau phản ứng chỉ có Na+ a(mol) Vì bảo toàn điện tích nên phải có a(mol) OH- Để tác dụng với

HCO3- cần b(mol) OH-.Vậy số mol OH- do Ba(OH)2 cung cấp là : a + b(mol)

Ta có: nBa(OH)2 =

2

) b (a 

x =

2.0,2

) b a

=

0,2

) b a

(mol/l)

 Ví dụ 2 : Thêm m gam K vào 300ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1 thu được dd X Cho

từ từ dung dịch X vào 200ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M thu được kết tủa Y Để thu được lượng kết rủa Y lớn nhất thì m có giá trị là bao nhiêu ?

Bài giải :

Dung dịch X chứa : Ba2+ , K+ , Na+ , OH

Khi cho dung dịch X vào dung dịch Al2(SO4)3 , để thu được kết tủa lớn nhất thì khi đó kết tủa tách ra

khỏi dung dịch Dung dịch tạo thành gồm : K+ , Na+ , SO42- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có :

 Ví dụ 3 : Chia hỗn hợp 2 kim loại A, B có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau:

- Phần 1 : tan hết trong dung dịch HCl tạo ra 1,792 lít H2 (đktc)

- Phần 2 : nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 2,84 gam chất rắn Tính khối lượng

hỗn hợp 2 kim loại trong hỗn hợp đầu

mkim loại = moxit mO = 2,84  0,08.16 = 1,56 (g)

Khối lượng của kim loại trong hỗn hợp ban đầu là : m = 2.1,56 = 3,12 (g)

d)Bảo toàn nguyên tố:`

 Nguyên tắc: Ngoại trừ phản ứng hạt nhân, trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn Tổng khối lượng của một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của một nguyên tố đó sau phản ứng

 Lưu ý: Chỉ áp dụng cho bài toán thông thường, không áp dụng cho bài toán hạt nhân

Xác định đầy đủ chất tham gia và sản phẩm, tất cả những hợp chất có liên quan đến nguyên tố đang áp dụng định luật

Khi đốt cháy hợp chất hữu cơ B ( C,H ) :

→ mO(CO2) + mO(H2O) = mO(O2 pư)

+ Áp dụng trong một số phản ứng oxi hóa khử phức tạp hoặc phản ứng oxi hóa khử với nhiếu chất khử

 Phạm vi: Đối với các bài tập hữu cơ, vô cơ và các phản ứng đốt cháy mà trong các bài toán đó sảy ra

nhiều phản ứng

 Nhận xét:

+ Ưu điểm:

Phương pháp bảo toàn nguyên tố là phương pháp giải nhanh, có nhiều nét tương đồng với phương

pháp bảo toàn khối lượng Tuy nhiên với nhiều bài toán áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng

Xác định các nguyên tố sau phản ứng

Sử dụng có hiệu quả trong các bài tập trắc nghiệm khách quan , phát triển khả năng tư duy cho học sinh Khi sử dụng phương pháp này ta chỉ cần lập sơ đồ phản ứng để thấy rõ mối quan hệ về tỉ lệ mol của các

chất mà không cần viết phương trình phản ứng

+ Nhược điểm: Phương pháp bảo toàn nguyên tố chỉ áp dụng đối với bài toán hỗn hợp thông thường, đối với bài toán phóng xạ thì có sự tạo thành nguyên tố mới, độ hụt khối nên phương pháp bảo toàn

nguyên tố không thể áp dụng được

 Liên hệ: với các phương pháp bảo toàn khối lượng

Phương pháp bảo toàn nguyên tố thường được dùng như một bước trong việc giải một bài toán gồm nhiều bước

 Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn hh gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào axit HNO3 vừa đủ, thu được dung dịch X( chỉ chứa 2 muối sunfat) và khí duy nhất NO.Tính giá trị của a:

Bảo toàn nguyên tố C : nCO2 = nCO = 0,7 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mhh + mCO = mrắn + mCO2

 40 + 0,7.28 = mrắn + 0,7.44

=> m = 28,8 (g)

2)Phương pháp tăng giảm khối lượng:

 Nguyên tắc: Khi chuyển từ chất A→B( có thể qua nhiều giai đoạn trung gian), khối lượng tăng hay giảm bao nhiêu gam( thường tính theo 1 mol và dựa khối lượng thay đổi ta tính được số mol chất đã tham gia phản ứng hay ngược lại

+ Nhúng thanh kim loại A vào dd muối của kim loại B.Sau 1 thời gian pứ lấy thanh kl ra rửa nhẹ,sấy cân:

- Nếu khối lượng thanh kl tăng (so với trước khi nhúng) thì độ tăng khối lượng thanh kl là:

 Lưu ý : Khi A → B thì không nhất thiết cứ phải trực tiếp mà có thể qua nhiều giai đoạn trung gian

 Nhận dạng: Có sự tăng giảm khối lượng khi chuyển từ chất này sang chất khác

 Phạm vi áp dụng : Thường được áp dụng giải bài tập vô cơ và hữu cơ.Giải các bài tập với các hh chưa xác định thành phần hoặc bài tập pha trộn dd, đặc biệt là khi tạo kết tủa hay giải phóng khí bay hơi

 Ví dụ : Nhúng thanh kẽm vào dd chứa 8,32g CdSO4.Sau khi khử hoàn toàn ion Cd2+ khối lượng thanh kẽm tăng 2,35% so với ban đầu.Hỏi khối lượng thanh kẽm ban đầu

Với số mol =

208

32 , 3

= 0,04(mol) thì khối lượng tăng là 2,35a/100(gam)

Ta có tỉ lệ:

04 , 0

1

=

100

a 35 , 2 47

 a = 80(g)

3) Các phương pháp trung bình:

 Nguyên tắc chung: Ta có thể thay thế hh nhiều chất bằng một chất tương đương.Nếu hh gồm nhiều chất cùng tác dụng với với một chất khác mà tính chất các phương trình phản ứng tương tự nhau về sản phẩm, tỉ lệ số mol giữa chất tham gia và chất sản phẩm,hiệu suất phản ứng

 Lưu ý:Bất kể đại lượng trung bình nào cũng có giới hạn

 Phạm vi: Được áp dụng để giải ngắn gọn các bài tập xá định CTPT của các hợp chất hữu cơ trong hỗn hợp nhiều chất

a)Phương pháp khối lượng trung bình: hh

hh là khối lượng 1mol hổn hợp (với hh khí còn có thể coi là khối lượng 22,4l hh khí đó đo ở đktc)

+ hh luôn nằm trong khoảng khối lượng mol phân tử của các chất thành phần nhỏ nhất và lớn nhất

MA,MB,a,b lần lượt là khối lượng phân tử và số mol của 2 ankan A(CnH2n + 2), B(CmH2m + 2)

Khối lượng phân tử trung bình của 2 ankan là:

A: C2H5 etan

B: C3H8 propan

b)Phương pháp khối lượng mol trung bình:

 Nguyên tắc:Nếu tồn tại một tập hợp các phần tử với trị số các phần tử là A,B,C…có số lượng mổi

phần tử tương ứng bằng a,b,c… hay % số lượng mổi phần tử bằng x,y,z thì luôn tồn tại một giá trị tương

đương gọi là trị số trung bình X của các phần tử đó:

1

i i 2

2 1 1

n

n n

M n

M n M n

+ Hỗn hợp nhiều chất:Nếu các chất trong hh ở thể khí hoặc hơi và xét ở cùng nhiệt độ áp suất thì có thể

thay số mol ,% số mol bằng thể tích % thể tích tương ứng:

- Hỗn hợp là những chất cùng loại hay cùng dãy đồng đẳng

- Các pứ phải cùng loại và cùng hiệu suất phản ứng

+Tìm khoảng giới hạn của đại lượng cho trước hoặc chứng minh bất đẳng thức trong hóa học

+Biện luận chất dư

 Nhận xét:

+Ưu điểm:Giúp giải nhanh các bài toán VC-HC loại hỗn hợp hay nhiều chất

+Nhược điểm:Chỉ áp dụng cho bài toán h có cngf hiệu suất,cùng loại phản ứng

 Mối liên hệ: Liên hệ với các phương pháp : bảo toàn khối lượng

 Ví dụ 1: Đun nóng hỗn hợp gồm 2 rượu đơn chức,mạch hở,kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng với

H2SO4đ ở 1400C.Sau khi các phản ứng kết thúc,thu được 6(g) hh gồm 3 êt và 1,8g H2O.Xđ CTPT 2 rượu Giải:

Gọi CT chung của 2 ancol đơn chức là ROH

= 0,1 (mol)

MR2O =

1 , 0

Vậy 2 ancol : CH3OH và C2H5OH

 Ví dụ 2 : Hai kim loại kiềm M, M’ nằm trong 2 chu kì kế tiếp nhau trong BHTTH.Hòa tan 1 ít hỗn hợp của M, M’ trong nước được dung dịch A và 0,336 (l) H2 ở đktc Cho HCl dư vào dd A và cô cạn được 2,075g muối khan Xác định tên kim loại M, M’

 Nguyên tử hiđro trung bình ȳ: hỗn hợp gồm a(mol) CxHyOz và b(mol)

Cx’Hy’Oz’ ȳ =

b a

bR' aR

+ Tính theo % số mol hoặc %V :

VD: Đốt cháy hoàn toàn hổn hợp C3H6 và C4H8 nếu lấy 1 mol hh

1

i i 2

2 1 1

x

x x

x n

x n x n

Bài toán về hổn hợp các đồng đẳng, nhất là đồng đẳng liên tiếp trong toán hửu cơ nhằm xác định CTPT của h/c hửu cơ

 Phạm vi áp dụng:

PP số nguyên tư C trung bình để xác định CTPT các h/c hửu cơ

 Ưu nhược điểm:

+Ưu: - Giải một cách đơn giản và nhanh chóng nhiều bài toán phức tạp,đặc biệt là trong hóa hửu cơ

- Các bài toán hửu cơ nếu giải được bằng pp khối lượng mol trung bình thì nói chung có thể giải bằng pp

số nguyên tử C

- PP này đặc biệt thận lợi cho việc giải toán về hh các chất đồng đẳng và nhất là đồng đẳng liên tiếp

+Nhược: Chỉ áp dụng phổ biến trong hóa hữu cơ

 Mối liên hệ: Liên hệ với các pp bảo toàn khối lượng , khối lượng mol trung bình, pp đại số

 VD1: đốt cháy hoàn toàn 0,25 (mol) hh 2 este no,mạch hở, đơn chức là đồng đẳng liên tiếp, thu được 19,712 lít khí CO2 (đkc).Xà phòng hóa cùng lượng este trên bằng dung dịch NaOH tạo ra 17g muối duy nhất Xác định CTPT của 2 este đó

nH O

2 3n  )O2  CO2 + H2O

0,25 0,25n

=> 0,25 = 0,88  = 3,52 => 2 este đó là C3H6O2 và C4H8O2

Cho 2 este đó tác dụng với dd NaOH thu được 1 muối duy nhất chứng tỏ 2 este có cùng gốc axit

RCOOR' + NaOH  RCOONa + R'OH

0,25 0,25

RCOONa

25 , 0

17

=68 =>

R

M = 1 => R là H

Vậy 2 este đó là HCOOC2H5 và HCOOC3H7

Ví dụ2: Đốt cháy hoàn toàn 5,2g hỗn hợp x gồm 2 ankan kế tiếp thu được 15,4g khí CO2 Xác định công thức mỗi ankan

Giải: Đặt công thức của 2 ankan là CnH2n+2 và CmH2m+2 Công thức phân tử trung bình là C H2 +2 với

là số nguyên tử cacbon trung bình của 2 ankan

2

14 n 

= 44 /15,4  215,6 + 30,8 = 228,8

 13,2 = 30,8

ẩn số Giải phương trình này và chọn các ẩn số là các số nguyên dương nhỏ nhất ta sẽ xác định hệ số phân tử của các chất trong phương trình hóa học

 Lưu ý:

Việc giải bài toán hóa học theo phương pháp đại số nhiều khi phức tạp, thông thường học sinh chỉ lập được phương trình đại số mà không giải được hệ phương trình đó

Các điều kiện mà các ẩn số pjair tuân theo để kiểm tra kết quả có đúng hay không.(thí dụ:x,y,z > o )

Nếu giải bài toán có số ẩn nhiều hơn số phương trình toán học thiết lập được,bài toán là vô định ( nghĩa:

có nhiều cặp nghiệm khác nhau),ta phải biệ luận, loại bỏ các cặp nghiệm không thỏa điều kiện bài toán, lựa chọn cặp nghiệm nào phù hợp

 Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho các bài tập vô cơ, hưu cơ, những bài tập liên qan đến oxh khử

 Nhận xét:

+ Ưu điểm: Cách giải dể hiểu

+ Nhược điểm: Dài Phức tạp

Khi giải những bài toán có thể gặp bế tắc vì số ẩn hơn số phản úng

Không biết rõ bản chất hóa học cho tính chất

Về mặt hóa học chỉ dừng lại ở chổ học sinh viết xong các phương trình phản ứng hóa học và đặt định nghĩa để tính theo các phương trình đó(dựa vào mối tương quan tỉ lệ thuận) còn lại đòi hỏi ở học sinh nhiều kỉ năng toán học Tinha chất toán học của bài toán lấn át tính chất hóa học làm lu mờ bản chất hóa học Trên thực tế học sinh chỉ giải bằng phương pháp đại số mặc dù thường bế tắc Ta hãy giải bài toán bằng những phương pháp mang tính đặc trưng hóa học như: bài toán khối lượng, bài toán e…

Ví dụ: Để m (g) bột sắt A ngoài không khí, sau một thời gian biến thành dung dịch B có khối lượng 12 (g) gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy sinh ra 2,24l khí NO duy nhất ở đktc Tính m(g)

Giải: Trong không khí sắt tác dụng với oxi tạo ra oxit

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3) + NO + 5H2O

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Đặt số mol của Fe , Feo, Fe3O4, Fe2O3 lần lượt là x, y, z, t ta có: