Tài liệu Phương pháp giải toán Hóa ppt

Để giải một bài toán hóa học một cách đầy đủ, chặt chẽ, logic thì học sinh cần thực hiện đầy đủ các bước sau: - Bước 1: Đọc kĩ đề bài và phân tích đề bài.. - Bước 2: Vận dụng những nội d

1.3 Qui trình giải bài toán hóa học

Để giải một bài toán hóa học một cách đầy đủ, chặt chẽ, logic thì học sinh cần thực hiện đầy đủ các bước sau:

- Bước 1: Đọc kĩ đề bài và phân tích đề bài Có thể nói đây là bước quan trọng trong

việc thu thập các thông tin và số liệu của bài toán Qua đó, học sinh hình thành nên các mô hình giả thuyết cụ thể phù hợp để giải bài toán được yêu cầu

- Bước 2: Vận dụng những nội dung kiến thức hóa học có liên quan đến bài toán để

viết các phản ứng hóa học xảy ra theo nội dung thí nghiệm của bài

- Bước 3: Qui đổi các dữ kiện về chung một đại lượng mol bằng các công thức liên

quan, rồi tính toán theo công thức và phương trình hóa học

Trong bước này, kĩ năng giải toán của học sinh là rất cần thiết, giúp các em giải quyết các phương trình đại số hay các hệ đại số mà các em đã tìm ra được dễ dàng và linh hoạt hơn

- Bước 4: Kết luận và lấy đáp số

Sau đây là một số ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hòa tan hết m gam bột sắt vào 250 ml dung dịch axit clohiđric 1M Lượng axit còn

dư trong dung dịch sau phản ứng được trung hòa bởi vừa đủ 100 ml dung dịch natri hiđroxit 0,5M Tính giá trị của m?

Giải:

Phân tích: Đề bài cho thí nghiệm hòa tan Fe bằng axit HCl Ta sẽ xem xét Fe hết trước hay

HCl hết trước hay cả 2 chất cùng hết

Đề bài cho là “hòa tan hết” nên ta có thể khẳng định Fe hết và hơn nữa, dung dịch sau phản

ứng còn dư axit (đề bài cho)

Từ lượng axit còn dư (ta có thể tính được thông qua lượng NaOH phản ứng) mà suy ra lượng HCl đã tham gia phản ứng với Fe

Trên cơ sở đó thì ta có thể đưa ra lời giải chi tiết như sau:

Khi thả Fe vào dung dịch HCl có phản ứng:

Theo đề bài: nHCl ban đầu = 0,25 1 = 0,25 mol

nNaOH pư(2) = 0,1 0,5 = 0,05 mol ⇒ nHCl dư = 0,05 mol

⇒ nHCl pư (1) = nHCl bđ - nHCl dư = 0,25 - 0,05 = 0,2 mol ⇒ nFe (1) = 0,1 mol

⇒ m = mFe = 0,1 56 = 5,6 gam

Ví dụ 2: Cho 6,048 lít hỗn hợp khí X gồm C2H4 và H2 vào một bình kín có chứa sẵn một ít bột Ni Nung nóng bình một thời gian, rồi đưa bình về nhiệt độ ban đầu, thì thu được 3,808 lít hỗn hợp khí Y Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y thì tạo ra 7,56 gam H2O Tính thành phần phần trăm theo thể tích các khí trong X (Cho rằng thể tích các khí đều đo ở đktc)

Giải:

Phân tích: Đề bài là thí nghiệm hiđro hóa anken

Khi hiđro hóa anken, đề bài không cho biết rõ hiệu suất của phản ứng nên ta chưa thể xác

định được anken hết hay hiđro hết hay cả 2 đều dư Do vậy mà ta căn cứ các trường hợp để biện luận Tuy nhiên, trong trường hợp tổng quát nhất ta luôn nghi ngờ cả 2 chất tham gia

đều dư sau phản ứng (nếu thực sự chất mà ta nghi ngờ dư thì sau quá trình giải ta sẽ tìm

được số mol dư của nó > 0; còn nếu nó không dư thì ta sẽ tìm được số mol dư của nó = 0) Trên cơ sở đó thì ta có thể đưa ra lời giải chi tiết như sau:

Giải hệ phương trình  ⇔ 

a + b = 0,27 a = 0,15 mol

2a + b = 0,42 b = 0,12 mol

Ví dụ 3: Cho 27,24 gam hỗn hợp bột tecmit A (Al + Fe2O3) Nung hỗn hợp A một thời gian

để xảy ra phản ứng nhiệt nhôm, thu được chất rắn B Hòa tan B trong dung dịch HNO3loãng (vừa đủ) Sau đó thêm tiếp từ từ cho đến dư dung dịch NaOH thì thấy xuất hiện 32,1 gam kết tủa Tính phần trăm khối lượng các chất trong hỗn hợp đầu

Giải:

Phân tích: thí nghiệm trong bài toán là phản ứng nhiệt nhôm Khi nung thì có thể xảy ra

các phản ứng hóa học sau:

2Al + 9Fe2O3 → 6Fe3O4 + Al2O3 (1)

2Al + 3Fe3O4 → 9FeO + Al2O3 (2)

2Al + 3FeO → 3Fe + Al2O3 (3)

qua đó ta có thể thấy chất rắn B có thể gồm 5 chất, nghĩa là phải có 5 ẩn số cho mỗi chất và cần có 5 phương trình Nhưng đề bài chỉ cho ta 2 phương trình nên phương án này ta đưa ra không khả thi

Khi hòa tan B bằng dung dịch HNO3 thì toàn bộ các chất trong B chuyển về dạng Al3+ và

Fe3+ Tiếp tục phản ứng với kiềm thì do Al(OH)3 lưỡng tính nên bị tan trở lại dưới dạng aluminat AlO2- Từ đó suy ra rằng kết tủa chỉ gồm Fe(OH)3 nặng 32,1 gam

Sử dụng nguyên lý bảo toàn nguyên tố Fe, lượng Fe trong hỗn hợp A sẽ bằng lượng Fe trong kết tủa, sẽ cho phép ta tính nhanh ra kết quả của Fe

Từ phân tích trên ta có lời giải chi tiết như sau:

Số mol kết tủa Fe(OH)3 bằng 32,1= 0,03 mol

2

Fe Fe O O

Ví dụ 4: Đổ 12 gam nước clo vào dung dịch có chứa 3,57 gam KBr, thì thấy dung dịch

chuyển sang màu vàng Giả sử lượng clo trong nước đã tác dụng hết Sau khi phản ứng xong ta đun nóng dung dịch thì thu được 3,125 gam chất kết tinh Tính nồng độ phần trăm của clo chứa trong nước

Giải:

Phân tích: đề bài là thí nghiệm về tính chất halogen mạnh đẩy halogen yếu hơn ra khỏi

dung dịch muối của nó

Cl2 + 2KBr → 2KCl + Br2

theo đề bài thì clo đã phản ứng hết, liệu KBr còn dư hay cũng hết cùng thì ta chưa biết Từ

đó suy ra rằng 3,125 gam chất kết tinh có thể chỉ gồm KCl hoặc bao gồm cả KCl và một phần KBr còn dư chưa phản ứng hết

Như vậy ta cứ giả sử KBr còn dư rồi tiếp tục tính toán, rồi kết luận

Từ sự phân tích trên ta có lời giải chi tiết như sau:

gọi 3,57 = 0, 03 mol

119 KBr gồm 



pư: a mol KBr dư: b mol

Chương 2:

giới thiệu một số phương pháp giải bài toán hóa học

M là khối lượng mol phân tử (gam/mol)

2 Công thức tính số mol theo thể tích khí

.

P V n

R T Công thức này cho phép tính số mol khí ở điều kiện bất kỳ

trong đó, P là áp suất chất khí (atm)

T là nhiệt độ tuyệt đối, T = toC + 273 (K)

ở điều kiệu tiêu chuẩn, to = 0; P = 1 atm thì ta có

V D hay % = . .100 ⇒ n = C%.V.D

n M C

4 Công thức tính khối lượng mol phân tử trung bình M

Giả sử có một hỗn hợp X gồm n chất có cùng trạng thái

Gọi n1, n2, n3, n lần lượt là số mol của chất thứ 1, 2, 3, n

M1, M2, M3, M lần lượt là khối lượng mol phân tử của chất thứ 1, 2, 3, n

2.2 Một số phương pháp giải bài toán hóa học

2.2.1 Phương pháp bảo toàn

a Bảo toàn điện tích

như vậy, giá trị tuyệt đối của điện tích dương khác điện tích âm Do vậy kết quả là sai

Ví dụ 2: Một dung dịch A chứa 0,2 mol Na+; 0,2 mol K+; a mol HCO3- và b mol SO42- Khi cho lượng dư dung dịch Ba(OH)2 thì thấy tạo ra 62,7 gam kết tủa Tính a và b?

Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng

Khi cô cạn dung dịch thì khối lượng hỗn hợp muối thu được bằng tổng khối lượng các cation kim loại và anion gốc axit

Cần lưu ý rằng, đối với lượng chất tham gia phản ứng phải là những lượng chất vừa đủ trong một phản ứng, không tính theo lượng chất dư

* Một số ví dụ:

Ví dụ 1: Trộn 2,7 gam bột nhôm với 11,2 gam bột sắt (III) oxit cho vào bình kín Nung

nóng bình một thời gian thì thu được m gam chất rắn Tính m ?

Giải:

Trong chất rắn có thể chứa nhiều chất (sản phẩm của phản ứng nhiệt nhôm) nhưng cũng chỉ gồm 3 nguyên tố là Al, Fe và O, do hỗn hợp ban đầu tạo nên

Vì vậy khối lượng chất rắn là mAl + mFe + mO = 2,7 + 11,2 = 13,9 gam

Ví dụ 2: Cho từ từ một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp gồm Fe, FeO,

Fe3O4, Fe2O3 đun nóng thu được 64 gam sắt Khí đi ra sau phản ứng cho đi qua dung dịch Ca(OH)2 dư thì được 40 gam kết tủa Tính m ?

Giải: Khí đi ra khỏi sau phản ứng bao gồm CO và CO2, chỉ có CO2 phản ứng với dung dịch Ca(OH)2 theo phản ứng sau:

Giải: ta có: oxit + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O (1)

Theo định luật bảo toàn khối lượng thì m oxit+ m HNO3 pư =mmuối+ m NO2 + m H O2 (2)

Căn cứ các phản ứng hóa học ta có: muối = 2 = 4, 48 = 0,2 mol

Vậy, khối lượng muối thu được là m muối = 0,2 242 = 48,4 gam

Thay các giá trị vào (2) rồi tính toán ta được m = 14,4 gam

Ví dụ 4: Một dung dịch có chứa 2 cation là Fe2+: 0,1 mol ; Al3+: 0,2 mol và 2 anion là Cl-: x mol; SO42-: y mol Khi cô cạn dung dịch thì thu được 46,9 gam chất rắn khan Hãy tính giá trị của x và y ?

Giải: Vì dung dịch luôn trung hòa về điện nên: (+2).0,1 + (+3).0,2 = x + 2y

⇔ x + 2y = 0,8 (1)

Khi cô cạn dung dịch thu được 4 muối với khối lượng là 46,9 gam nên ta có

⇒ 35,5x + 96y = 46,9 (2)

Giải hệ gồm (1) và (2) ta được x = 0,2 mol ; y = 0,3 mol

Ví dụ 5: Hòa tan hết 6,3 gam hỗn hợp gồm Mg và Al trong vừa đủ 150 ml dung dịch gồm

HCl 1M và H2SO4 1,5M thu được dung dịch X Cô cạn dung dịch X thì thu được bao nhiêu gam muối khan?

Giải: Khi cô cạn thì m muối =m cation+ m anion

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m rượu pư =mete + m H O2

⇒ m H O2 =m rượu pư −mete = 132,8 - 111,2 = 21,6 gam

Tổng số mol các ete = số mol H2O = 21,6 : 18 = 1,2 mol

Vậy số mol mỗi ete là 1,2 : 6 = 0,2 mol

Ví dụ 7: Hôn hợp 10 gam gồm hai muối cacbonat của 2 kim loại hóa trị II được hòa tan

trong dung dịch HCl thu được 4,48 lít khí CO2 và dung dịch X Cô cạn dung dịch X thì tạo

ra bao nhiêu gam muối khan?

Giải: Phản ứng xảy ra: CO32- + 2H+ → CO2↑ + H2O

0,2 0,4 4, 48 = 0,2

22, 4

Khi cô cạn dung dịch thì được muối clorua: mmuối clorua =m cation + mCl-

mmuối cacbonat =m cation+m CO2 −

⇒ mmuối clorua = (m muối cacbonat −m CO2 − ) +m Cl−= (10 0,2.60) 0, 4.35,5 12,2 − + = gam

c Bảo toàn electron

* Nguyên tắc:

Trong quá trình phản ứng oxi hóa khử thì số e nhường = số e thu hay suy ra rằng

số mol e nhường = số mol e thu

Khi giải thì ta không cần viết các phương trình phản ứng mà chỉ cần xác định xem trong phản ứng có bao nhiều mol e do chất khử cho và bao nhiêu mol e do chất oxi hóa

nhận vào

Cách giải này đặc thù cho các bài toán có liên quan đến phản ứng oxi hóa khử

* Một số ví dụ:

Ví dụ 1: Cho một hỗn hợp gồm 0,03 mol Al và 0,05 mol Fe tác dụng với 100 ml dung dịch

chứa AgNO3 và Cu(NO3)2, khuấy kĩ cho tới phản ứng hoàn toàn Sau phản ứng thu được dung dịch A và 8,12 gam chất rắn B gồm 3 kim loại Hòa tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dư thấy bay ra 672 ml khí H2 Tính nồng độ mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong dung dịch ban đầu của chúng Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn

Giải:

Vì Al hoạt động hóa học mạnh hơn Fe và vì chất rắn B gồm 3 kim loại nên chúng phải là

Ag, Cu và Fe dư

Các phản ứng có thể xảy ra là:

Al + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag (1)

2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 2Cu (2)

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag (3)

Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu (4)

các phản ứng (1) và (5) chắc chắn xảy ra; còn (2), (3) và (4) xảy ra hay không còn tùy thuộc vào lượng Al hay AgNO3 thừa thiếu Dù các phản ứng xảy ra như thế nào tất cả đều có:

Phản ứng của chất khử: Phản ứng của chất oxi hóa:

Al - 3e → Al+3 Ag+ + e → Ag

Fe - 2e → Fe+2 Cu+2 + 2e → Cu

ta vẫn có phương trình bảo toàn electron

Gọi a, b là số mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong 100 ml dung dịch ban đầu

số mol H2 thu được: 0,672 : 22,4 = 0,03 mol

Ta có các phương trình:

0,03 3 + 0,05.2 = a.1 + 0,03.2 + b.2

C = = M và ( 3 2)

0, 05

0, 5 0,1

Cu NO

Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm hai kim loại A và B (đều có hóa trị II, MA ≈ MB) có khối lượng là 9,7 gam Hỗn hợp X tan hết trong 200 ml dung dịch Y chứa H2SO4 12M và HNO32M tạo ra 2,688 lít hỗn hợp khí Z gồm 2 khí SO2 và NO có tỉ khối đối với H2 bằng 23,5 Hãy xác định hai kim loại A và B

Phản ứng của chất oxi hóa:

9, 7

64, 67 0,15

Ví dụ 3: Cho 7,056 lít hỗn hợp khí A gồm Cl2 và O2 phản ứng vừa đủ với 7,8 gam hỗn hợp

B gồm Mg và Al Sau khi kết thúc tất cả các phản ứng thì thu được chất rắn C nặng 26,85 gam

Như vậy chất rắn C gồm clorua và oxit

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

= kim loại+ phi kim ⇒ phi kim = − kim loại = 26,85 7,8 19,05 − =

Ví dụ 4: Để m gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian tạo thành một hỗn hợp A

nặng 12 gam gồm 4 chất là Fe2O3, Fe3O4, FeO và Fe dư Cho A hòa tan hết trong dung dịch HNO3 loãng thì tạo ra 2,24 lít khí NO duy nhất Tính m ?

Giải:

Ta nhận thấy, lúc đầu Fe từ số oxi hóa 0 sau đó dưới tác dụng của oxi không khí thì Fe bị oxi hóa lên +2, +3, +8/3 Nhưng khi hòa tan A vào dung dịch HNO3 thì toàn thể Fe đều bị oxi hóa lên +3 Như vậy cả quá trình thì Fe từ 0 lên +3

Chất oxi hóa trong quá trình thí nghiệm này bao gồm oxi và HNO3

Phản ứng của chất oxi hóa:

gọi a là số mol của oxi đã tham gia phản ứng thì ta có

Giải hệ gồm (1) và (2) suy ra m = 10,08 gam

d Nguyên lý bảo toàn nguyên tố

Xét biến đổi: hỗn hợp X + hỗn hợp Y → hỗn hợp Z

Với bất kỳ nguyên tố A nào chứa trong X, Y thì lượng A trong X và Y phải bằng lượng A có trong Z

Dùng nguyên lý bảo toàn nguyên tố mà ta có thể đơn giản cách tính toán mà không phải tính toán cho từng phần riêng lẻ

Ví dụ 1: Cho 30,4 gam hỗn hợp X gồm FeO và Fe2O3 Nung hỗn hợp này trong một bình kín có chứa 22,4 lít khí CO Khối lượng hỗn hợp khí thu được là 36 gam

a Xác định thành phần hỗn hợp khí Biết rằng X bị khử hoàn toàn cho ra Fe

b Tính khối lượng Fe thu được và khối lượng 2 oxit sắt

Giải:

Khối lượng bình nước vôi tăng thêm chính là tổng khối lượng sản phẩm cháy (gồm CO2 và

H2O) mà ta thu được khi đốt cháy hỗn hợp X

Theo định luật bảo toàn nguyên tố cacbon ta có:

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 5,6 gam hợp chất hữu cơ A phải dùng 13,44 lít oxi, tạo thành

CO2 và H2O có thể tích bằng nhau Xác định dãy đồng đẳng của A

Giải:

Thể tích CO2 và H2O như nhau nên trong A chứa 1 liên kết π

Ta sẽ đi xác định A có chứa O hay không?

Giả sử CO2 và H2O có cùng số mol là a mol

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

- Đặt ẩn số cho các đại lượng cần tìm

- Thiết lập các phương trình đại số rồi giải chúng

* Một số ví dụ:

Ví dụ 1: Hỗn hợp gồm NaI và NaBr được hòa tan vào nước thu được dung dịch A Cho

brom vừa đủ vào dung dịch A được muối X có khối lượng nhỏ hơn khối lượng của hỗn hợp muối ban đầu là m gam Hòa tan X vào nước được dung dịch B, sục khí clo vừa đủ vào

dung dịch B, thu được muối Y có khối lượng nhỏ hơn khối lượng của muối X là m gam

Xác định phần trăm khối lượng của các chất có trong hỗn hợp ban đầu

cho phản ứng với dung dịch brom 1M thì thấy dùng hết 70 ml Tính khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp A

Cần chú ý là, thí nghiệm 2 đề bài sử dụng 2,128 lít hỗn hợp A (chứ không phải là 6,12 gam

A như ban đầu nữa) nên số mol các chất trong A đã thay đổi Nhưng dù thay đổi thì thành phần tỉ lệ trong A vẫn không đổi

Với 2,128 lít hỗn hợp A, tức là 0,095 mol A phản ứng hết với 0,07.1 = 0,07 mol Br2

nên 6,12 gam A thì phản ứng hết với (b + 2c) mol

0,095 mol A thì phản ứng hết với 0,07 mol Br2

(a + b + c) mol A thì phản ứng hết với (b + 2c) mol Br2

suy ra rằng: 0,095.(b + 2c) = 0,07.(a + b+ c) (3)

Giải hệ gồm (1), (2), (3) ta được a = 0,1 mol; b = 0,04 mol và c = 0,05 mol

Khối lượng mỗi chất trong A là :

Nhận xét: Như vậy với việc giải bài toán hóa học bằng phương pháp đại số là một phương

pháp phổ biến thường sử dụng Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi một kĩ năng toán học linh hoạt để có thể thiết lập và giải các phương trình đại số rồi từ đó mới có thể tìm ra đáp

số của bài toán

2.2.3 Phương pháp trung bình