TÝnh khèi lîng chÊt r¾n A thu đợc sau phản ứng và nồng độ mol/l các ion kim loại có trong dung dịch B giả sử thể tích dung dịch không đổi Bµi 24: Nhóng 1 thanh kim lo¹i M cã hãa trÞ II v[r]
Trang 11.3 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 thựchiện đầy đủ các bớc sau:
- Bớc 1: Đọc kĩ đề bài và phân tích đề bài Có thể nói đây là bớc quan trọng trong việc
thu thập các thông tin và số liệu của bài toán Qua đó, học sinh hình thành nên các mô hìnhgiả thuyết cụ thể phù hợp để giải bài toán đợc yêu cầu
- Bớc 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
- Bớc 3: Qui đổi các dữ kiện về chung một đại lợng mol bằng các công thức liên quan,
rồi tính toán theo công thức và phơng trình hóa học
Trong bớc này, kĩ năng giải toán của học sinh là rất cần thiết, giúp các em giải quyếtcác phơng trình đại số hay các hệ đại số mà các em đã tìm ra đợc dễ dàng và linh hoạt hơn
- Bớc 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 Lợng axit còn
d trong dung dịch sau phản ứng đợc 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 tr ớc hay
HCl hết trớc 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 d axit (đề bài cho)
Từ lợng axit còn d (ta có thể tính đợc thông qua lợng NaOH phản ứng) mà suy ra lợng HCl
đã tham gia phản ứng với Fe
Trên cơ sở đó thì ta có thể đa ra lời giải chi tiết nh sau:
Khi thả Fe vào dung dịch HCl có phản ứng:
Theo đề bài: nHCl ban đầu = 0,25 1 = 0,25 mol
nNaOH p(2) = 0,1 0,5 = 0,05 mol nHCl d = 0,05 mol
nHCl p (1) = nHCl bđ - nHCl d = 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 ítbột Ni Nung nóng bình một thời gian, rồi đa bình về nhiệt độ ban đầu, thì thu đợc 3,808 líthỗn hợp khí Y Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y thì tạo ra 7,56 gam H2O Tính thành phầnphần 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
Trang 2Khi hiđro hóa anken, đề bài không cho biết rõ hiệu suất của phản ứng nên ta cha thể xác
định đợc anken hết hay hiđro hết hay cả 2 đều d Do vậy mà ta căn cứ các trờng hợp để biệnluận Tuy nhiên, trong trờng hợp tổng quát nhất ta luôn nghi ngờ cả 2 chất tham gia đều dsau phản ứng (nếu thực sự chất mà ta nghi ngờ d thì sau quá trình giải ta sẽ tìm đợc số mol
d của nó > 0; còn nếu nó không d thì ta sẽ tìm đợc số mol d của nó = 0)
Trên cơ sở đó thì ta có thể đa ra lời giải chi tiết nh sau:
số mol hỗn hợp khí X bằng 6,048 : 22,4 = 0,27 mol
đặt hỗn hợp X gồm
2 4 2
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 đợc chất rắn B Hòa tan B trong dung dịch HNO3 loãng
Trang 3(vừa đủ) Sau đó thêm tiếp từ từ cho đến d dung dịch NaOH thì thấy xuất hiện 32,1 gam kếttủa Tính phần trăm khối lợng 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 vàcần có 5 phơng trình Nhng đề bài chỉ cho ta 2 phơng trình nên phơng án này ta đa ra khôngkhả 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 lỡng tính nên bị tan trở lại dới dạngaluminat 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, lợng Fe trong hỗn hợp A sẽ bằng lợng Fe trongkết tủa, sẽ cho phép ta tính nhanh ra kết quả của Fe
Từ phân tích trên ta có lời giải chi tiết nh sau:
Số mol kết tủa Fe(OH)3 bằng
32,1
0, 03 mol 107
Theo nguyên lý bảo toàn nguyên tố Fe, ta có n Fe Fe O/ 2 3 n Fe Fe OH/ ( ) 3 0, 3 mol
2 3
/ Fe
n 0,15 mol
2
Fe Fe O O
Ví dụ 4: Đổ 12 gam nớc clo vào dung dịch có chứa 3,57 gam KBr, thì thấy dung dịch
chuyển sang màu vàng Giả sử lợng clo trong nớc đã tác dụng hết Sau khi phản ứng xong
ta đun nóng dung dịch thì thu đợc 3,125 gam chất kết tinh Tính nồng độ phần trăm của clochứa trong nớc
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 d hay cũng hết cùng thì ta cha biết Từ đósuy ra rằng 3,125 gam chất kết tinh có thể chỉ gồm KCl hoặc bao gồm cả KCl và một phầnKBr còn d cha phản ứng hết
Nh vậy ta cứ giả sử KBr còn d rồi tiếp tục tính toán, rồi kết luận
Từ sự phân tích trên ta có lời giải chi tiết nh sau:
Trang 4Chơng 2:
giới thiệu một số phơng pháp giải bài toán hóa học
trong đó, n là khối lợng của chất (gam)
M là khối lợng mol phân tử (gam/mol)
2 Công thức tính số mol theo thể tích khí
..
P V n
R T
Trang 5Công thức này cho phép tính số mol khí ở điều kiện bất kỳ
trong đó, P là áp suất chất khí (atm)
V là thể tích khí (lít)
R là hằng số khí,
22, 4273
T là nhiệt độ tuyệt đối, T = toC + 273 (K)
ở điều kiệu tiêu chuẩn, to = 0; P = 1 atm thì ta có
ct
m C
V
trong đó, CM là nồng độ mol/lít
n là số mol chất tan
V là thể tích dung dịch (lít)
4 Công thức tính khối lợng 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 lợt là số mol của chất thứ 1, 2, 3, n
M1, M2, M3, M lần lợt là khối lợng mol phân tử của chất thứ 1, 2, 3, nkhi đó ta có:
n M n M n M t
Trang 6 A B
M A d
Nếu A và B đều là những hỗn hợp khí thì tỉ khối đợc tính theo khối lợng mol phân tử trungbình
A B
M A d
nh vậy, giá trị tuyệt đối của điện tích dơng 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- Khicho lợng d dung dịch Ba(OH)2 thì thấy tạo ra 62,7 gam kết tủa Tính a và b?
Giải:
Vì dung dịch trung hòa về điện nên ta có: ( 1).0, 2 ( 1).0, 2 = ( 1) + (-2).b a
a + 2b = 0,4
Trang 7Khi cho dung dịch Ba(OH)2 d vào thì xảy ra phản ứng sau:
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 đợc m gam chất rắn Tính m ?
Giải:
Trong chất rắn có thể chứa nhiều chất (sản phẩm của phản ứng nhiệt nhôm) nhng cũng chỉgồm 3 nguyên tố là Al, Fe và O, do hỗn hợp ban đầu tạo nên
Vì vậy khối lợng 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 đợc 64 gam sắt Khí đi ra sau phản ứng cho đi qua dung dịchCa(OH)2 d thì đợc 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 dịchCa(OH)2 theo phản ứng sau:
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
40
0, 4 mol 100
ta có, n CO p n CO2 0, 4 mol
Theo định luật bảo toàn khối lợng, m oxit m CO p m Fem CO2
nên m + 28.0,4 = 64 + 44.0,4 m = 70,4 gam
Trang 8Ví dụ 3: Hòa tan hết m gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 bằng dung dịch HNO3 đặcnóng thu đợc 4,48 lít khí NO2 duy nhất Cô cạn dung dịch sau phản ứng thì đợc bao nhiêu
gam muối khan và tính giá trị của m ?
Giải: ta có: oxit + HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 + H2O (1)
Theo định luật bảo toàn khối lợng thì m oxit m HNO3 p mmuối m NO2 m H O2
(2)Căn cứ các phản ứng hóa học ta có:
2
Vậy, khối lợng muối thu đợc là m muối = 0,2 242 = 48,4 gam
Thay các giá trị vào (2) rồi tính toán ta đợc 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-: xmol; SO42-: y mol Khi cô cạn dung dịch thì thu đợc 46,9 gam chất rắn khan Hãy tính giátrị 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 đợc 4 muối với khối lợng là 46,9 gam nên ta có
m cation + m anion = 46,9 56.0,1 + 27.0,2 + 35,5.x + 96.y = 46,9
35,5x + 96y = 46,9 (2)
Giải hệ gồm (1) và (2) ta đợc 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 đợc dung dịch X Cô cạn dung dịch X thì thu đợc bao nhiêugam muối khan?
Giải: Khi cô cạn thì m muối m cation m anion
m H O2 m r ợu p 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
Trang 9Ví dụ 7: Hôn hợp 10 gam gồm hai muối cacbonat của 2 kim loại hóa trị II đợc hòa tan
trong dung dịch HCl thu đợc 4,48 lít khí CO2 và dung dịch X Cô cạn dung dịch X thì tạo rabao nhiêu gam muối khan?
Giải: Phản ứng xảy ra: CO32- + 2H+ CO2 + H2O
Khi cô cạn dung dịch thì đợc muối clorua: mmuối clorua m cation + mCl
mmuối cacbonat m cationm CO2
muối clorua ( muối cacbonat 2 )
Trong quá trình phản ứng oxi hóa khử thì số e nhờng = số e thu hay suy ra rằng
số mol e nhờng = số mol e thu.
Khi giải thì ta không cần viết các phơng 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 đợc dungdịch A và 8,12 gam chất rắn B gồm 3 kim loại Hòa tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dthấy 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 d
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)
ta vẫn có phơng trình bảo toàn electron
Gọi a, b là số mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong 100 ml dung dịch ban đầu
Trang 10số mol H2 thu đợc: 0,672 : 22,4 = 0,03 mol
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 lợng
là 9,7 gam Hỗn hợp X tan hết trong 200 ml dung dịch Y chứa H2SO4 12M và HNO3 2M 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
Giải:
Trớc hết ta đi tính số mol mỗi chất trong hỗn hợp Z
đặt 2,688 lít khí Z gồm
2 : :
Trang 1164, 67 0,15
Nh vậy chất rắn C gồm clorua và oxit
Theo định luật bảo toàn khối lợng ta có:
kim loại phi kim phi kim kim loại 26, 85 7,8 19, 05
Trang 12theo định luật bảo toàn electron ta có: 2x3y0, 8
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 d Cho A hòa tan hết trong dung dịchHNO3 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 dới tác dụng của oxi không khí thì Fe bị oxihóa lên +2, +3, +8/3 Nhng khi hòa tan A vào dung dịch HNO3 thì toàn thể Fe đều bị oxihóa lên +3 Nh vậy cả quá trình thì Fe từ 0 lên +3
Chất oxi hóa trong quá trình thí nghiệm này bao gồm oxi và HNO3
m
Phản ứng của chất oxi hóa:
gọi a là số mol của oxi đã tham gia phản ứng thì ta có
m a
(1)theo định luật bảo toàn khối lợng ta có: m A m Fem O m16.2a12 (2)
Giải hệ gồm (1) và (2) suy ra m = 10,08 gam
d Nguyên lý bảo toàn nguyên tố
a Xác định thành phần hỗn hợp khí Biết rằng X bị khử hoàn toàn cho ra Fe
b Tính khối lợng Fe thu đợc và khối lợng 2 oxit sắt
Giải:
Trang 13a Ta đi tính độ tăng khối lợng của khí Độ tăng này chính là khối lợng của oxi nằm trongoxit sắt bị CO chiếm lấy
Giải:
Khối lợng bình nớc vôi tăng thêm chính là tổng khối lợng sản phẩm cháy (gồm CO2 và
H2O) mà ta thu đợc khi đốt cháy hỗn hợp X
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
Trang 14Giải:
Thể tích CO2 và H2O nh nhau nên trong A chứa 1 liên kết
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 lợng ta có:
Ví dụ 1: Hỗn hợp gồm NaI và NaBr đợc hòa tan vào nớc thu đợc dung dịch A Cho brom
vừa đủ vào dung dịch A đợc muối X có khối lợng nhỏ hơn khối lợng của hỗn hợp muối ban
đầu là m gam Hòa tan X vào nớc đợc dung dịch B, sục khí clo vừa đủ vào dung dịch B, thu
đợc muối Y có khối lợng nhỏ hơn khối lợng của muối X là m gam Xác định phần trăm
khối lợng của các chất có trong hỗn hợp ban đầu
Trang 15a b
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 nh ban đầu nữa) nên số mol các chất trong A đã thay đổi Nhng dù thay đổi thì thànhphần 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
Với 6,12 gam hỗn hợp A:
C2H4 + Br2 C2H4Br2
b b
C3H4 + 2Br2 C3H4Br4
Trang 16c 2c
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 đợc a = 0,1 mol; b = 0,04 mol và c = 0,05 mol
Khối lợng mỗi chất trong A là :
Nhận xét: Nh vậy với việc giải bài toán hóa học bằng phơng pháp đại số là một phơng pháp
phổ biến thờng sử dụng Tuy nhiên phơng pháp này đòi hỏi một kĩ năng toán học linh hoạt
để có thể thiết lập và giải các phơng trình đại số rồi từ đó mới có thể tìm ra đáp số của bàitoán
2.2.3 Phơng pháp trung bình
* Cách giải:
Phơng pháp trung bình chỉ áp dụng đối với bài toán hỗn hợp các chất
Giá trị trung bình để biện luận tìm ra nguyên tử khối hoặc phân tử khối hay số nguyên
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 4,68 gam hỗn hợp muối cacbonat của hai kim loại A và B kế
tiếp nhau trong nhóm IIA vào dung dịch HCl thu đợc 1,12 lít khí CO2 Xác định tên kimloại A và B
Ví dụ 2: Hòa tan hết 7,83 gam hỗn hợp gồm 2 kim loại kiềm A và B thuộc 2 chu kỳ liên
tiếp nhau, vào nớc thu đợc 2,8 lít khí H2 bay ra Xác định A và B
Trang 17n O
3, 96 ( 1) 0, 22
18
H O
n x n
(2) Giải hệ gồm (1) và (2) suy ra x0, 06 mol
n 2, 67
Khối lợng hai rợu là ax.(14n18)0, 06.(14.2, 67 18) 3,32 gam
Vì nn n 1 nên n 2
Vậy hai rợu là C2H6O và C3H8O
Ví dụ 4: Cho 0,94 gam hỗn hợp gồm hai anđehit đơn chức no, liên tiếp nhau trong dãy đồng
đẳng, tác dụng hết với dung dịch AgNO3/NH3 thu đợc 3,24 gam Ag Xác định công thứcphân tử của 2 anđehit
Trang 18có thể tính đợc lợng chất tham gia hay tạo thành sau phản ứng
Phơng pháp này đặc biệt áp dụng với các bài toán kim loại mạnh đẩy kim loại yếu hơn
ra khỏi dung dịch muối của nó
Giả sử có một thanh kim loại A với khối lợng ban đầu là a gam A đứng trớc kim loại Btrong dãy điện hóa và A không phản ứng với nớc ở điều kiện thờng Nhúng A vào dung dịchmuối của kim loại B Sau một thời gian phản ứng thì nhấc thanh kim loại A ra
nếu giảm y% thì m A giảm = y%.a
tùy theo đề bài mà ta vận dụng các dữ kiện tính toán cho phù hợp
* Một số ví dụ:
Ví dụ 1: Nhúng một thanh kẽm có khối lợng ban đầu là a gam vào một dung dịch chứa 8,32
gam CdSO4 Sau khi khử hoàn toàn ion Cd2+ về Cd kim loại, thì khối lợng thanh kẽm tăng
2,35% so với ban đầu Tính a ?