Vận dụng linh hoạt các phương pháp để giải nhanh bài toán Hoá học

VẬN DỤNG LINH HOẠT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TOÁN HOÁ HỌC<br /> ThienVyHuy Administrator of http://ebook.here.vn Kể từ năm 2007, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã chính thức chuyển cấu trúc đề thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng môn Hoá học từ tự luận sang trắc nghiệm 100%. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc trong vòng 90 phút, học sinh phải thật bình tĩnh để lựa chọn phương án trả lời tối ưu nhất trong thời gian ngắn nhất. Để làm được như vậy, đa phần học sinh đều tìm đến những phương pháp giải toán hoá học trong sách tham khảo hoặc trên các diễn đàn. Một vài phương pháp đó là: bảo toàn (electron, điện tích, nguyên tố, khối lượng), tăng giảm khối lượng, sơ đồ đường chéo, đồ thị, trung bình, và một phương pháp khá hiệu quả là quy đổi, ... Tuy nhiên, để áp dụng thật nhanh nhạy và chính xác những phương pháp đó cần trải qua một thời gian khá lâu. Và để thực hiện tốt hơn điều đó, bài viết này tôi xin giới thiệu một số kỹ năng để giải những bài toán hoá học phần vô cơ. Sau đây là một số ví dụ: Ví dụ 1. [Khối A – 2007] Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu được V lít (ở đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Giá trị của V là A. 2,24. B. 4,48. C. 5,60. D. 3,36. – GIẢI – Từ giả thiết dễ dàng suy ra được nFe nCu 0,1 (mol). M NO M NO2 30 46 Hơn nữa, ta có M (X ) 38 2.19 nên gọi a nNO nNO2 . 2 2 Theo định luật bảo toàn electron, dễ dàng suy ra phương trình (pt): 0,1.3 0,1.2 a 0,25 (mol). Vậy V = 5,6 (lít).<br /> <br /> 3a a hay<br /> <br /> Nhận xét: Bài tập này chỉ yêu cầu học sinh nhìn nhận kĩ đề bài, thành thạo kĩ năng tính nhẩm và sử dụng tinh ý phương pháp bảo toàn mol electron. Tôi xin đưa ra một công thức dễ nhớ để vận dụng nhanh hơn: Nếu giả thiết bài toán sinh ra 1, 2 hay nhiều khí (NxOy), thậm chí muối amoni nitrat, ta luôn có: số mol electron nhận = n NO2 3n NO 8n N 2O 10n N 2 8n NH 4 NO3 Ở đây chỉ xét cho trường hợp tổng quát, tuỳ từng bài toán cụ thể mà ta có hệ thức thích hợp. Ví dụ 2. [Khối A – 2007] Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO2 (ở đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH)2 nồng độ a mol/l, thu được 15,76 gam kết tủa. Giá trị của a là A. 0,032. B. 0,048. C. 0,06. D. 0,04. – GIẢI – Đối với dạng toán tạo muối, thông thường nếu viết pt thì sẽ tốn nhiều thời gian. Vì vậy chúng ta nên tập thao tác hình dung trong đầu 2 pt có thể xảy ra đối với bài toán. Ở pt tạo muối cacbonat: nCO2 nBa ( OH )2 nBaCO3 0,08 (mol) nên CO2 dư 0,12 0,08 0,04 (mol). Còn ở pt tạo muối hidrocacbonat thì nBa (OH )2<br /> <br /> 1 .0,04 2<br /> <br /> 0,02 (mol).<br /> <br /> - Trang 1 -<br /> <br /> Vậy a<br /> <br /> 0,08 0,02 2,5<br /> <br /> 0,04 (mol/l).<br /> <br /> Nhận xét: Dạng toán tạo muối rất thường gặp trong kỳ tuyển sinh Đại học và Cao đẳng nên học sinh cần phải nắm vững các kỹ thuật nhẩm số mol, khối lượng mol để giải quyết mau lẹ. Việc tưởng tượng trong đầu các pt phản ứng xảy ra dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố cũng rất có lợi cho học sinh trong việc tranh thủ thời gian làm bài. Ví dụ 3. [Khối A – 2007] Cho m gam hỗn hợp Mg, Al vào 250 ml dung dịch X chứa hỗn hợp axit HCl 1M và axit H2SO4 0,5M, thu được 5,32 lít H2 (ở đktc) và dung dịch Y (coi thể tích dung dịch không đổi). Dung dịch Y có pH là A. 1. B. 6. C. 7. D. 2.<br /> +<br /> <br /> Ta có số mol H ban đầu là: nH 0,5 0,475 0,25<br /> <br /> – GIẢI – 0,25.(1 2.0,5) 0,5 (mol).<br /> 2n H 2 2.0,2375 0,475 (mol).<br /> <br /> Mặt khác số mol H+ phản ứng là: n H Suy ra pH lg 1.<br /> <br /> Nhận xét: Dạng toán về pH đã khá quen thuộc với chúng ta từ đầu học kì I lớp 11. Để giải quyết những bài tập này, thông thường ta không nên viết các phương trình điện li vì sẽ tốn nhiều thời gian. Ở đây tôi xin đưa ra 1 hệ thức để tính số mol H+ (OH- cũng tương tự) nhanh chóng: Giả sử có V (lít) dung dịch A chứa hỗn hợp axit HaX p (M), HbY q (M), ... thì: n H V .( a. p c.q ...) Đôi khi bài tập pH có thể được giải quyết bằng máy tính bỏ túi trong vòng khoảng 10 – 20s. Sau đây là một bài tập áp dụng công thức trên: [Khối B – 2009] Trộn 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm H2SO4 0,05M và HCl 0,1M với 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,2M và Ba(OH)2 0,1M, thu được dung dịch X. Dung dịch X có pH là A. 13,0. B. 1,2. C. 1,0. D. 12,8. nH 0,1.(2.0,05 0,1) 0,02. 0,04 0,02 Hướng dẫn: 0,1. pH 14 1 13. [OH ] dư nOH 0,1.(0,2 2.0,1) 0,04. 0,2 Ví dụ 4. [Khối A – 2008] Cho 3,2 gam bột Cu tác dụng với 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 0,8M và H2SO4 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, sinh ra V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của V là A. 0,746. B. 0,448. C. 1,792. D. 0,672. – GIẢI – 0,05 , nH 0,12 , n NO<br /> <br /> Từ giả thiết ta có các số liệu sau: nCu Khi đó:<br /> 0,12 8 0,05 3<br /> <br /> 0,08 .<br /> <br /> 3<br /> <br /> 0,08 , tức H+ hết nên n NO 2<br /> <br /> 2 .0,12 0,03 (mol) hay V = 0,672 (lít). 8<br /> <br /> Nhận xét: Sở dĩ bài toán trên được giải quyết ngắn gọn là bởi ta đã quá gần gũi với pt ion rút gọn của phản ứng Cu tác dụng với HNO3 sinh ra khí NO: 3Cu 8H 2 NO3 3Cu 2 2 NO 4 H 2 O . Ở đây chỉ cần nhớ hệ số của 3 chất tham gia và khí NO là ta có thể làm giải quyết vấn đề trong thời gian ngắn nhất. Ví dụ 5. [Khối A – 2009] Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO3 loãng, thu được 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H2 bằng 22. Khí NxOy và kim loại M là<br /> - Trang 2 -<br /> <br /> A. NO và Mg.<br /> <br /> B. NO2 và Al.<br /> <br /> C. N2O và Al.<br /> <br /> D. N2O và Fe.<br /> <br /> – GIẢI – 22 8 y Dựa vào đề bài, ta có pt sau: 14 x 16 y 44 . Dùng máy tính bỏ túi giải phương trình x 7 nghiệm nguyên thu được kết quả: x = 2, y = 1 (N2O) nên đáp án chỉ có thể là C hoặc D. 0,9408 Áp dụng công thức ở ví dụ 1 đã đề cập, tính được ne (cho) = ne (nhận) = 8. 0,336 (mol). 22,4 3,024n Từ đó: M M 9n . (với n là số oxi hoá cao nhất của kim loại M). 0,336 Vậy M là Al. Nhận xét: Bài toán này yêu cầu học sinh phải sử dụng hết tất cả giả thiết để tìm ra đáp án đúng nhất. Nếu chỉ dùng ½ giả thiết thì chỉ loại được 2 phương án không chính xác. Tuy nhiên, bài này cũng không khó đối với chúng ta nếu biết bình tĩnh nhìn nhận vấn đề chính xác. Ví dụ 6. [Khối A – 2009] Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá trị tối thiểu của V là A. 360. B. 240. C. 400. D. 120. – GIẢI –<br /> <br /> 1,12 1,92 số mol electron cho = 3. 2. 56 64<br /> Dựa vào pt: NO3<br /> 4H 3e<br /> <br /> 0,12 (mol). n NO<br /> <br /> 0,08 (mol).<br /> 4 .0,12 0,24 (mol). 3<br /> <br /> 3<br /> <br /> NO 2 H 2 O suy ra: nH (dư) = 0,4.2.0,5<br /> <br /> V<br /> <br /> 0,12 0,24 1<br /> <br /> 0,36 (lít) = 360 (ml).<br /> <br /> Nhận xét: Đây là một bài toán về HNO3 khá khó, khiến nhiều học sinh mất nhiều thời gian đầu tư vào việc viết pt ion rút gọn của phản ứng Fe và Cu. Vì vậy, để rút ngắn thời gian hơn nữa, chúng ta nên sử dụng bán phản ứng trên. Đồng thời thông qua 2 pt: Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 và Cu2+ + 2OH→ Cu(OH)2 để tính được tổng số mol của OH- phản ứng với 2 ion Fe3+, Cu2+ trong dung dịch X. Kết hợp với số mol H+ còn dư để suy ra được đáp án đúng. Tuy nhiên, ở đây ta có thể dùng tổng số mol electron cho của 2 kim loại ban đầu để tính số mol OH- phản ứng. Ví dụ 7. [Khối A – 2009] Hoà tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là A. 38,34. B. 34,08. C. 106,38. D. 97,98. – GIẢI – Dựa trên kỹ thuật nhẩm trung bình ở ví dụ 1, dễ dàng tính được n N 2O Khi đó,<br /> <br /> 0,06 0,03 (mol). 2 số mol electron nhận = 8.0,03 10.0,03 0,54 1,38 0,46.3 = số mol electron cho. nN2 1,38 0,54 8<br /> 5 3<br /> <br /> Thế nên, sẽ có muối NH4NO3 sinh ra với số mol là: Vậy m 0,46.213 0,105.80 106,38 (gam).<br /> <br /> 0,105 (mol). N 8e<br /> <br /> N .<br /> <br /> - Trang 3 -<br /> <br /> Nhận xét: Ở bài tập này ta chỉ lưu ý một điều, phải xét xem dung dịch sau phản ứng có bao gồm NH4NO3 hay không ? Nhưng nó sẽ trở nên nhẹ nhàng hơn nếu ta để ý rằng giả thiết cho HNO3 dư nên Al tan hết tạo ra 97,98 (gam) muối. Vì vậy A và B bị loại. Tiếp tục xem xét phản ứng có tạo muối amoni hay không bằng cách so sánh 2 số mol electron nhường và nhận, thấy được sự chênh lệch. Như thế bài toán chắc chắn tạo muối NH4NO3 và khối lượng m phải lớn hơn 97,98 (gam). Đáp án C. Và đây là một bài nhỏ tương tự nhưng mức độ dễ hơn: [Khối B – 2008] Cho 2,16 gam Mg tác dụng với dung dịch HNO3 (dư). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,896 lít khí NO (ở đktc) và dung dịch X. Khối lượng muối khan thu được khi làm bay hơi dung dịch X là A. 8,88 gam. B. 13,92 gam. C. 6,52 gam. D. 13,32 gam. Ví dụ 8. [Khối B – 2009] Hòa tan hoàn toàn 20,88 gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch X và 3,248 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan. Giá trị của m là A. 52,2. B. 54,0. C. 58,0. D. 48,4. – GIẢI – Ta sẽ sử dụng phương pháp quy đổi để giải quyết bài toán trên. Quy đổi oxit sắt thành sắt và oxi. Từ các pt: 56a 16b 20,88 3a 2b 0,29<br /> <br /> Fe 3e a 3a<br /> <br /> Fe 3 O 2e a b 2b<br /> <br /> O 2 S 2e 0,29<br /> <br /> 6<br /> <br /> 4<br /> <br /> S 0,145<br /> <br /> , ta có hệ:<br /> <br /> a b 0,29 (mol). Vì vậy, mFe2 ( SO4 )3<br /> <br /> 1 .0,29.400 58 (gam). 2<br /> <br /> Nhận xét: Ta cũng có thể đặt công thức tổng quát của oxit sắt là FexOy để làm. Tuy nhiên, việc giải hệ sẽ tốn thêm một ít thời gian hơn. Điểm mấu chốt trong bài này chính là tìm được khối lượng muối sunfat khan, không nhất thiết phải tìm ra chính xác công thức của oxit sắt. Ví dụ 9. [Khối A – 2009] Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn. Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là A. 0,8 gam. B. 8,3 gam. C. 2,0 gam. D. 4,0 gam. – GIẢI – Ta đã biết CO không phản ứng với Al2O3 nên số mol oxi CuO bị hao hụt là: noxi<br /> <br /> 9,1 8,3 16<br /> <br /> 0,05<br /> <br /> (mol). Đây cũng chính là số mol của CuO trong hỗn hợp. Vậy mCuO 0,05.80 4 (gam). Nhận xét: Bài toán về CO này không có gì là khó đối với học sinh, chỉ cần một chút nhanh trí là có thể giải quyết mau lẹ. Một vài học sinh có thể đặt hệ phương trình nhưng việc đó không cần thiết và cũng khiến họ mất nhiều thời gian hơn. Cuối cùng tôi xin đưa ra 1 ví dụ được coi là “kinh điển” trong các kì tuyển sinh đại học vừa qua: Ví dụ 10. [Khối A – 2008] Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là A. 38,72. B. 35,50. C. 49,09. D. 34,36. – GIẢI – Đây là một bài khá phổ biến, được nhiều học sinh quan tâm đến. Ở trên các diễn đàn trình bày khá nhiều về phương pháp giải của nó. Thầy Vũ Khắc Ngọc cũng đã đưa ra tận 18 cách giải cho bài<br /> - Trang 4 -<br /> <br /> này. Thầy Lê Phạm Thành còn chứng minh được công thức áp dụng nhanh chóng cho mọi trường hợp. Tuy nhiên, những vấn đề đó đã được đề cập nên tôi sẽ không nói đến nữa mà sẽ trình bày một cách thông thường đối với dạng toán này: Quy đổi hỗn hợp thành Fe và Fe2O3 với số mol lần lượt là a và b (mol). Khi đó ta có hệ: 56a 160b 11,36 a 0,06 (mol). Vì vậy, m 242. 0,06 2.0,05 38,72 (gam). 3a 0,18 b 0,05<br /> <br /> MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG<br /> (Trích từ đề thi tuyển sinh Đại học và một số đề thi thử Đại học của các trường Trung học phổ thông trên toàn quốc năm học 2009 – 2010) Bài 1. [Khối A – 2008] Trộn lẫn V ml dung dịch NaOH 0,01M với V ml dung dịch HCl 0,03 M được 2V ml dung dịch Y. Dung dịch Y có pH là A. 4. B. 3. C. 2. D. 1. Bài 2. [Khối B – 2008] Cho m gam hỗn hợp X gồm Al, Cu vào dung dịch HCl (dư), sau khi kết thúc phản ứng sinh ra 3,36 lít khí (ở đktc). Nếu cho m gam hỗn hợp X trên vào một lượng dư axit nitric (đặc, nguội), sau khi kết thúc phản ứng sinh ra 6,72 lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m là A. 11,5. B. 10,5. C. 12,3. D. 15,6. Bài 3. [Khối A – 2007] Hoà tan 5,6 gam Fe bằng dung dịch H2SO4 loãng (dư), thu được dung dịch X. Dung dịch X phản ứng vừa đủ với V ml dung dịch KMnO4 0,5M. Giá trị của V là A. 80. B. 40. C. 20. D. 60. Bài 4. [Khối B – 2009] Hòa tan hoàn toàn 1,23 gam hỗn hợp X gồm Cu và Al vào dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 1,344 lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch Y. Sục từ từ khí NH3 (dư) vào dung dịch Y, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam kết tủa. Phần trăm về khối lượng của Cu trong hỗn hợp X và giá trị của m lần lượt là A. 21,95% và 2,25. B. 78,05% và 2,25. C. 21,95% và 0,78. D. 78,05% và 0,78. Bài 5. [Khối B – 2007] Cho 13,44 lít khí clo (ở đktc) đi qua 2,5 lít dung dịch KOH ở 100oC. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 37,25 gam KCl. Dung dịch KOH trên có nồng độ là A. 0,24M. B. 0,48M. C. 0,4M. D. 0,2M. Bài 6. [Khối A – 2008] Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu và Al ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 3,33 gam. Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là A. 57 ml. B. 50 ml. C. 75 ml. D. 90 ml. Bài 7. [Khối A – 2009] Cho 3,68 gam hỗn hợp gồm Al và Zn tác dụng với một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 10%, thu được 2,24 lít khí H2 (ở đktc). Khối lượng dung dịch thu được sau phản ứng là A. 101,68 gam. B. 88,20 gam. C. 101,48 gam. D. 97,80 gam. Bài 8. [Khối B – 2008] Trộn 100 ml dung dịch có pH = 1 gồm HCl và HNO3 với 100 ml dung dịch NaOH nồng độ a (mol/l) thu được 200 ml dung dịch có pH = 12. Giá trị của a là A. 0,15. B. 0,30. C. 0,03. D. 0,12. Bài 9. [Khối A – 2007] Hoà tan hoàn toàn 2,81 gam hỗn hợp gồm Fe2O3, MgO, ZnO trong 500 ml axit H2SO4 0,1M (vừa đủ). Sau phản ứng, hỗn hợp muối sunfat khan thu được khi cô cạn dung dịch có khối lượng là A. 6,81 gam. B. 4,81 gam. C. 3,81 gam. D. 5,81 gam. Bài 10. [Khối A – 2009] Cho 0,448 lít khí CO2 (ở đktc) hấp thụ hết vào 100 ml dung dịch chứa hỗn hợp NaOH 0,06M và Ba(OH)2 0,12M, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là A. 1,182. B. 3,940. C. 1,970. D. 2,364. Bài 11. [Khối B – 2009] Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung<br /> - Trang 5 -<br /> <br />