Phân tích hệ số và ứng dụng trong giải nhanh bài toán hóa học

Chia sẻ: Nguyen Ngoc Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

157
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo chuyên đề ôn thi môn hóa học về Phân tích hệ số và ứng dụng trong giải nhanh bài toán hóa học giúp các bạn học và luyện thi tốt môn khoa học tự nhiên này

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích hệ số và ứng dụng trong giải nhanh bài toán hóa học

Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 Phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh bài toán Hóa học Vũ Khắc Ngọc Phòng Công nghệ Hóa sinh Protein – Viện Công nghệ Sinh học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Các bạn và các em thân mến, trong quá Do đó, áp dụng phương pháp đường chéo, ta trình dạy và học Hóa, lâu nay chúng ta dường có: như ít dành sự quan tâm đến các hệ số cân 1 2 (CO, H2) 2 0,6 bằng trong phản ứng hóa học, có chăng chỉ là 1 ,4 các em học sinh lớp 8 và lớp 10 làm quen với (CH4) 2 0,9 các phương pháp cân bằng phản ứng (đại số, 3 electron, ion – electron). Tuy nhiên, thực tế là 3 Suy ra, %VCH 4 = × 100% = 60% trong quá trình giải các bài tập Hóa học, hệ số 2+3 cân bằng của phản ứng còn có thể gợi ý cho ta (đối với bài thi trắc nghiệm, có thể suy ra ngay những phương pháp nhanh và mạnh để giải đáp án đúng là đáp án có %VCH 4 = 60% ) quyết bài toán. Bài viết dưới đây sẽ tổng kết Giải tiếp ta có %VH = %VCO = 20% một số kết quả quan trọng thu được từ việc 2 (dùng phương pháp đưa thêm số liệu và 1 “phân tích hệ số cân bằng của các phản ứng đường chéo hoặc dùng 2 đường chéo) và ứng dụng của nó trong việc giải nhanh bài Ví dụ 2: Thêm 250 ml dung dịch NaOH toán Hóa học” 2M vào 200 ml dung dịch H3PO4 1,5M. Muối 1. Hệ số phản ứng – phản ánh khả năng tạo thành và khối lượng tương ứng là: phản ứng của các chất A. 14,2 gam Na2HPO4; 32,8 gam Na3PO4 Ví dụ 1: Tỷ khối của hỗn hợp gồm H2, CH4, B. 28,4 gam Na2HPO4; 16,4 gam Na3PO4 CO so với Hidro bằng 7,8. Để đốt cháy hoàn C. 12,0 gam NaH2PO4; 28,4 gam Na2HPO4 toàn một thể tích hỗn hợp này cần 1,4 thể tích D. 24,0 gam NaH2PO4; 14,2 gam Na2HPO4 oxi. Xác định thành phần phần trăm về thể tích của hỗn hợp. Hướng dẫn giải: A. 20%, 50%, 30% Cách 1: Đặt ẩn và giải hệ phương trình B. 33,33%, 50%, 16,67% Cách 2: Phân tích hệ số kết hợp đường chéo C. 20%, 60%, 20% n NaOH 0,25.2 5 D. 10%, 80%, 10% Có: 1 < = =
Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 Mà n Na 2HPO4 + n NaH2PO4 = n H3PO4 = 0,3 (mol) Dạng bài này có thể áp dụng cho các bài toán hỗn hợp ở nhiều phản ứng khác nhau: kim ⎧n Na HPO = 0,2 (mol) ⎪ loại + axit, muối + axit, các đơn chất + oxi, ⇒⎨ 2 4 ⎪n NaH PO = 0,1 (mol) bazơ + axit, kim loại + phi kim, .... ⎩ 2 4 ⎧m Na 2HPO4 = 0,2.142 = 28,4 (g) 2. Hệ số phản ứng – phản ánh sự tăng ⎪ ⇒⎨ ⇒ Đáp án C. giảm thể tích khí trong phản ứng ⎪m NaH2PO4 = 0,1.120 = 12,0 (g) ⎩ Ví dụ 1: Đưa một hỗn hợp khí N2 và H2 Ví dụ 3: Dẫn 2,24l (ở đktc) một hỗn hợp có tỷ lệ 1:3 vào tháp tổng hợp, sau phản ứng gồm etilen, propen, các buten và axetilen qua thấy thể tích khí đi ra giảm 1/10 so với ban dung dịch đựng Brom dư thì thấy lượng Brom đầu. Tính thành phần phần trăm về thể tích của trong bình giảm 19,2 gam. Tính lượng CaC2 hỗn hợp khí sau phản ứng. cần dùng để điều chế được lượng Axetilen có A. 20%, 60%, 20% trong hỗn hợp trên. B. 22,22%, 66,67%, 11,11% A. 6,4 gam C. 30%, 60%, 10% B. 1,28 gam D. 33,33%, 50%, 16,67% C. 2,56 gam D. Không xác định được vì thiếu dữ kiện Hướng dẫn giải: Hướng dẫn giải: N 2 + 3H 2 2 NH 3 2, 24 19, 2 Cách 1: Phương pháp đưa thêm số liệu nhh = = 0,1mol nBr2 = = 0,12mol 22, 4 160 Cách 2: Phân tích hệ số phản ứng Phân tích hệ số cân bằng của phản ứng, ta có: Để giải nhanh bài toán này, ta dựa vào 2 kết Anken + 1Br2 → quả quan trọng: - Trong phản ứng có hiệu suất nhỏ hơn C2 H 2 + 2 Br2 → 100%, nếu tỷ lệ các chất tham gia phản ứng Do đó, áp dụng phương pháp đường chéo, ta bằng đúng hệ số cân bằng trong phương trình có: phản ứng, thì sau phản ứng, phần chất dư cũng 4 (Anken)1 0,8 có tỷ lệ đúng với hệ số cân bằng trong phản 1,2 ứng. (C2H2) 2 Cụ thể trường hợp này là 1:3. Do đó A và B có 1 0,2 khả năng là đáp án đúng. 1 Suy ra, nCaC2 = nC2 H 2 = × 0,1 = 0, 02mol - Trong phản ứng tổng hợp amoniac, thể 1+ 4 tích khí giảm sau phản ứng đúng bằng thể tích = 64 × 0, 02 = 1, 28 g . Đáp án B. Và mCaC2 khí NH3 sinh ra. Trong trường hợp này, % NH 3 = 1/ 10 hỗn Qua các ví dụ trên cho thấy, phân tích hệ số cân bằng phản ứng có thể dẫn đến việc sắp hợp đầu hay là 1 / 9 = 11,11% hỗn hợp sau. Do xếp một hỗn hợp các chất đã cho vào 2 nhóm đó B là đáp án đúng có khả năng phản ứng khác nhau và do đó có Ví dụ 2: Cracking 560 lít C4H10 thu được thể sử dụng được phương pháp đường chéo để 1010 lít hỗn hợp khí X khác nhau. Biết các thể giải rất nhanh, thay vì dùng các phương pháp tích khí đều đo ở đktc. Thể tích (lít) C4H10 chưa khác như đưa thêm số liệu, đặt ẩn – giải hệ hay bị cracking là: ghép ẩn số. Đồng thời, nó cũng gợi ý cho ta A. 60 C. 100 việc giải các bài toán hỗn hợp nhiều hơn 2 B. 110 D. 450 chất bằng phương pháp đường chéo. Hướng dẫn giải: 2 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia
Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 Ankan → Ankan ' + Anken Có thể giải rất nhanh bài toán đã cho như Dựa vào hệ số cân bằng của phản ứng sau: 1C x H y Oz + 2,5O2 → 2CO2 + 2 H 2O cracking, ta thấy: Thế tích (hay số mol) khí tăng sau phản ứng đúng bằng thể tích (hay số Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, dễ mol) ankan đã tham gia Cracking. dàng có A là C2H4O. Ở đây là: V = 1010 − 560 = 450l Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn a gam một oxit Do đó, phần C4H10 chưa bị cracking là 110 lít sắt bằng dung dịch H2SO4 đậm đặc vừa đủ, có ứng với đáp án B. chứa 0,075 mol H2SO4, thu được b gam một Ví dụ 3: Crackinh C4H10 thu được hỗn hợp muối và có 168 ml khí SO2 (đktc) duy nhất chỉ gồm 5 hidrocacbon có tỷ khối hơi so với H2 thoát ra. Tìm a,b và công thức của oxit đã cho. là 16,325. Tính hiệu suất của phản ứng Hướng dẫn giải: cracking. Gọi công thức của oxit đã cho là FexOy. Hướng dẫn giải: 0,168 nSO2 = = 0, 0075mol Cách 1: Phương pháp ghép ẩn số 22, 4 Cách 2: Phương pháp đưa thêm số liệu Viết lại phản ứng: Cách 3: Phương pháp đường chéo Fex Oy + 0, 075 H 2 SO4 → Fe2 ( SO4 )3 + 0, 0075SO2 + H 2O Cách 4: Phân tích hệ số phản ứng Khối lượng hỗn hợp truớc và sau phản ứng Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố S, ta có: được bảo toàn: mt = ms 0, 075 − 0, 0075 nFe2 ( SO4 )3 = = 0, 0225 → nFe = 0, 045mol 3 Do đó, ta có tỷ số: Tương tự, bảo toàn nguyên tố H và O, ta có: mt nO = 0, 06mol dt M n n 58 58 H2 = t= t = s= = (hoặc dùng phương pháp bảo toàn electron) M s ms nt 16,325 × 2 32, 65 ds Do đó, dễ dàng suy ra oxit đã cho là Fe3O4. H2 ns Và a = 3, 48 g , b = 9 g Cách làm này hay hơn hẳn so với cách làm Vì số mol hỗn hợp sau nhiều hơn số mol ban thông thường là viết phương trình phản ứng ra đầu chính bằng số mol ankan đã cracking nên: rồi cân bằng với hệ số chữ, rất mất thời gian ⎛ 58 ⎞ và dễ nhầm lẫn. H% = ⎜ − 1⎟ ×100% = 77, 64% Dạng bài này có thể áp dụng được cho ⎝ 32, 65 ⎠ nhiều bài tập xác định công thức phân tử trong Dạng bài này có thể áp dụng mở rộng cho cả Hóa hữu cơ và vô cơ, đồng thời còn có thể các bài tập: craking ankan, tổng hợp amoniac, dùng để tính toán nhiều đại lượng quan trọng ozone hóa O2, oxi hóa SO2 thành SO3, ... khác. 3. Hệ số phản ứng – phản ánh định luật 4. Hệ số phản ứng trong các phản ứng đốt bảo toàn nguyên tố cháy chất hữu cơ Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 100 ml hơi Ta đã biết một chất hữu cơ bất kỳ chứa 3 chất A, cần đúng 250 ml oxi, chỉ tạo ra 200ml nguyên tố C, H, O có CTPT là Cn H 2 n + 2 − 2 k Ox CO2 và 200 ml hơi nước (các thể tích khí đo ở với k là độ bất bão hòa (bằng tổng số vòng và cùng điều kiện). Xác định công thức phân tử số liên kết π trong CTCT). của A. Xét phản ứng cháy của hợp chất này, ta có: Hướng dẫn giải: 3 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia
Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 Cn H 2 n + 2− 2 k Ox → nCO2 + (n + 1 − k ) H 2O B. CH3CHO D. C3H5CHO Phân tích hệ số phản ứng này, ta có một kết Hướng dẫn giải: quả rất quan trọng là: nO2 = 0,1025mol nCO2 = nCaCO 3 = 0, 085mol nH 2O − nCO2 nX = Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: 1− k mAndehit + mO2 = mCO2 + mH 2O Với nX là số mol chất hữu cơ bị đốt cháy. 2 trường hợp riêng hay gặp trong các bài → mH 2O = 1, 26 g → nH 2O = 0, 07 mol tập phổ thông là k = 0 (hợp chất no, mạch hở Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O, ta có: CnH2n+2Ox) có nX = nH O − nCO (ankan, rượu no 2 2 nAndehit = 2 × 0, 085 + 0, 07 − 2 × 0,1025 = 0, 035mol mạch hở, ete no mạch hở, ...) và k = 2 có nX = nCO − nH O (ankin, ankadien, acid không Do đó, KLPT trung bình của 2 anđêhit là: 2 2 no 1 nối đôi, andehit, xeton không no 1 nối đôi, 1, 72 M= = 49,14 ...) 0, 035 Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm rượu metylic, Anđêhit acrylic có M = 56 → anđêhit còn lại rượu etylic, rượu propylic và nước. Cho a gam có M < 49,14 , tức là đáp án A hoặc B. G tác dụng với Natri dư được 0,7 mol H2. Đốt Anđêhit acrylic (C3H4O) là anđêhit không no 1 cháy hoàn toàn a gam X thu được b mol CO2 nối đôi, anđêhit còn lại là no đơn chức nên: và 2,6 mol H2O. Tính a và b. nC3 H 4O = nCO2 − nH 2O = 0, 015mol Hướng dẫn giải: Và anđêhit còn lại có số mol là 0,02 mol. Cách 1: Phương pháp ghép ấn số Gọi M là KLPT của Anđêhit còn lại thì: Cách 2: Phân tích hệ số phản ứng mAndehit = 56 × 0, 015 + M × 0, 02 = 1, 72 g Các phản ứng với Na có thể viết chung là: → M = 44 , ứng với đáp án B. 1 ROH + Na → RONa + H 2 Dạng bài này có thể áp dụng mở rộng cho 2 Do đó, n X = 2nH 2 = 1, 4mol các bài tập đốt cháy các hợp chất hữu cơ khác, kể cả hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ. Các chất trong hỗn hợp X có dạng CnH2n+2O 5. Tổng kết về phương pháp nên: nX = nH 2O − nCO2 → b = 1, 2mol Các phương pháp giải toán trong Hóa học Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O, ta có: đều có một đặc điểm chung là không hề cứng 2, 6 + 1, 2 × 2 − 1, 4 nO2 = = 1,8mol nhắc ở những dạng bài cố định mà chỉ có 2 những nguyên tắc tư duy là không đổi, còn việc Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: vận dụng phương pháp là hết sức linh hoạt. a = mCO + mH O − mO = 42 g Phương pháp phân tích hệ số đã nêu trong 2 2 2 Ví dụ 2: Một hỗn hợp gồm anđehit acrylic bài viết này cũng vậy. Ngoài một số dạng bài và một anđehit đơn chức X. Đốt cháy hoàn tập phổ biến đã nêu ở trên, ta hoàn toàn có thể toàn 1,72 gam hỗn hợp trên cần vừa hết 2,296 phát triển phương pháp này cho nhiều bài tập lít khí oxi (đktc). Cho toàn bộ sản phẩm cháy khác, thậm chí theo hướng “phân tích hệ số hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thu nguyên tố trong công thức phân tử” được 8,5 gam kết tủa. Công thức cấu tạo của X Ví dụ 1: Nhiệt phân hoàn toàn 20 gam hỗn là: hợp gồm NaNO3 và Cu(NO3)2, sản phẩm khí A. HCHO C. C2H5CHO sinh ra được hấp thụ vào trong H2O dư thì thấy 4 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia
Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 có 2,24 lít khí thoát ra sau cùng. Xác định Phân tích hệ số nguyên tố trong CTPT, ta thấy: 2 Fe3O4 → 3Fe2O3 tăng thêm 1 nguyên tử O nên thành phần phần trăm về khối lượng của hỗn hợp đầu. khối lượng chất rắn tăng 16g. Mà theo đề bài, khối lượng chất rắn tăng là Hướng dẫn giải: 0,16g Các phản ứng xảy ra: → quặng ban đầu chứa 0,02 mol Fe3O4 (sau đó 1 chuyển thành 0,03 mol Fe2O3 trong chất rắn) NaNO3 → NaNO2 + O2 2 Fe3O4 + 8H + → Fe 2+ + 2 Fe3+ + 4 H 2O 1 Cu ( NO3 ) 2 → CuO + 2 NO2 + 2 Fe3+ + 2 I − → 2 Fe2+ + I 2 O2 2 Số mol Fe2O3 trong hỗn hợp đầu là: 1 2 NO2 + O2 + H 2O → 2 HNO3 nI − − 2nFe3O4 2 nFe2O3 = = 0, 01mol 2 Căn cứ vào hệ số phản ứng có thể thấy Từ đó, dễ dàng có: % mFe O = 74,36% và lượng NO2 và O2 sinh ra từ phản ứng nhiệt 34 phân Cu(NO3)2 được hấp thụ vừa đủ trong % mFe2O3 = 25, 64% H2O. Dạng bài tập này thường áp dụng cho các Do đó, lượng khí thoát ra đúng bằng O2 bài toán với oxit của Fe, trong đó hệ số của sinh ra từ phản ứng nhiệt phân NaNO3. các oxit thường được quy đổi cho nhau. Tuy 2, 24 nhiên, cũng có thể mở rộng bài toán cho hợp 85 × 2 × 22, 4 chất của nhiều nguyên tố khác. → % mNaNO3 = × 100% = 85% 20 6. Một số bài tập áp dụng: → %mCu ( NO3 ) 2 = 15% BT 1. Hỗn hợp X gồm Fe, Mg và Zn. Biết X tác dụng với HCl thì thu được 12,32 lít khí, Ví dụ 2: Để xác định thành phần quặng sắt còn khi cho X tác dụng với dung dịch HNO3 gồm Fe3O4 và Fe2O3, người ta hòa tan hoàn đặc, nóng thì thu được 29,12 lít khí NO2. Biết toàn quặng trong dung dịch HCl dư, kết thúc các thể tích khí đều đo ở đktc. Xác định khối phản ứng thu được dung dịch A. Dung dịch A lượng của Fe trong hỗn hợp. tác dụng với 200ml dung dịch KI 0,3M vừa đủ A. 11,2 gam C. 5,6 gam thì thu được dung dịch B và một chất rắn B. 8,4 gam D. 14 gam không tan. Lọc bỏ chất rắn, cho dung dịch B tác dụng với khí Cl2 dư thì thu được dung C. BT 2. Hỗn hợp X gồm 0,6 mol kim loại Lại cho dung dịch C tác dụng với dung dịch chứa Fe, Mg và Al. Biết X tác dụng với HCl NaOH dư, lấy kết tủa thu được nung đến khối thu được 17,92 lít khí. Hỏi nếu cho X tác dụng lượng không đổi thì thấy chất rắn cuối cùng có với dung dịch NaOH thì thể tích khí thu được khối lượng thay đổi so với quặng ban đầu là là bao nhiêu. Biết các thể tích khí đều đo ở 0,16 gam. Xác định thành phần phần trăm theo đktc. khối lượng của quặng sắt. A. 13,44 lít C. 4,48 lít B. 6,72 lít D. 17,92 lít Hướng dẫn giải: BT 3. Cracking một ankan thu được hỗn Cách 1: Đặt ẩn và giải hệ phương trình hợp khí có tỷ khối hơi so với H2 bằng 19,565. Cách 2: Phân tích hệ số nguyên tố trong CTPT Biết hiệu suất của phản ứng Cracking là 84%. Sơ đồ chuyển hóa quặng thành chất rắn: Fe3O4 , Fe2O3 → Fe2O3 Xác định ankan đã cho. A. Butan C. Pentan 5 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia
Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 B. Isobutan D. A và B A. C3H8O2 C. C3H8O3 B. C3H8O D. C4H6O2 BT 4. Sau khi ozon hóa, thể tích của O2 giảm đi 5ml. Hỏi có bao nhiêu ml O3 được tạo BT 7. Hỗn hợp X gồm 2 chất hữu cơ kế thành. tiếp nhau trong cùng dãy đồng đẳng, phân tử A. 7,5 ml C. 5ml của chúng chỉ có một nhóm chức. B. 10 ml D. 15ml Chia X làm 2 phần bằng nhau: BT 5. Một hỗn hợp X gồm H2 và N2. Tiến - Phần 1: đem đốt cháy hoàn toàn rồi cho hành phản ứng tổng hợp NH3 từ hỗn hợp X thì toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ có CO2 và H2O) thu được hỗn hợp Y. Biết khối lượng trung lần lượt qua bình (1) đựng dung dịch H2SO4 bình của X và Y lần lượt là 7,2 và 7,826. Tính đặc, bình (2) đựng dung dịch Ca(OH)2 dư, thấy hiệu suất tổng hợp NH3. khối lượng bình (1) tăng 2,16 gam và bình (2) A. 60,6% C. 8,69 % có 7 gam kết tủa. B. 17,39% D. 20% - Phần 2: cho tác dụng hết với Na dư thì thể tích khí H2 (đktc) thu được là bao nhiêu. BT 6. Trộn 400ml hơi của một hợp chất A. 0,224 lít C. 2,24 lít hữu cơ A (chứa C, H, O) với 2 lít O2 rồi đốt B. 0,56 lít D. 1,12 lít cháy. Hỗn hợp khí sinh ra nếu dẫn qua CaCl2 khan thì thể tích giảm 1,6 lít. Nếu dẫn tiếp qua KOH dư thì thể tích giảm thêm 1,2 lít nữa và thoát ra sau cùng là 400ml O2 còn dư. Xác định công thức phân tử của A (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện). Các bài giảng của Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc có thể được sử dụng, sao chép, in ấn, phục vụ cho mục đích học tập và giảng dạy, nhưng cần phải được chú thích rõ ràng về tác giả. Tôn trọng sự sáng tạo của người khác cũng là một cách để phát triển, nâng cao khả năng sáng tạo của bản thân mình ^^ Liên hệ tác giả: Vũ Khắc Ngọc – Phòng Hóa sinh Protein – Viện Công nghệ Sinh học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Điện thoại: 098.50.52.510 Địa chỉ lớp học: p107, K4, Tập thể Bách Khoa, Hà Nội (phụ trách lớp học: 0942.792.710 – chị Hạnh) 6 vukhacngoc@gmail.com http://my.opera.com/saobanglanhgia