Tài liệu Rèn luyện kĩ năng giải bài tập hóa học tổng hợp

Trường THCS Giảng Võ Ba Đình – Hà Nội SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Rèn luyện kỹ năng giải các bài tập hóa học tổng hợp cho Học sinh giỏi Giáo viên: Vũ Bích Liên Bộ môn: Hóa học Năm học 2010 - 2011 MỤC LỤC I. Đặt vấn đề ............................................................................................................................................. 3 II. Nội dung ................................................................................................................................................ 3 Ví dụ 1: ...................................................................................................................................................... 3 Ví dụ 2: ...................................................................................................................................................... 6 Ví dụ 3: ...................................................................................................................................................... 8 Ví dụ 4: ...................................................................................................................................................... 9 Ví dụ 5: .................................................................................................................................................... 10 Ví dụ 6: .................................................................................................................................................... 13 Ví dụ 7: .................................................................................................................................................... 14 Ví dụ 8: .................................................................................................................................................... 15 Ví dụ 9: .................................................................................................................................................... 18 III. Kết quả ............................................................................................................................................ 20 IV. Kết luận ........................................................................................................................................... 21 Vũ Bích Liên 2 I. Đặt vấn đề Bài tập tổng hợp thường được sử dụng với mục đích ôn luyện các kiến thức đã học. Do đó nội dung bài tập tổng hợp phức tạp và khó. Ngoài việc kiểm tra kết quả dạy và học Hóa học, bài tập tổng hợp còn được sử dụng trong việc thi lên lớp, thi tuyển học sinh giỏi, chọn vào Phổ thông Trung học hoặc thi chọn tài năng Hóa học. Vì vậy hướng dẫn học sinh giỏi phương pháp giải bài toán tổng hợp là rất cần thiết. Dựa trên kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy bộ môn Hóa học 9, tôi nhận thấy sự cần thiết của việc đưa ra phương pháp rèn luyện học sinh kỹ năng tư duy và giải các bài tập Hóa học tổng hợp. Hướng dẫn học sinh cách tiếp cận một bài tập theo nhiều hướng, nhiều cách giải, thông qua các dạng bài từ đơn giản đến phức tạp có thể giúp học sinh hiểu vấn đề sâu sắc hơn và nhanh chóng đưa ra cách giải hợp lý khi gặp những bài tập tương tự. Trong chuyên đề này, tôi đã tổng hợp lại những bài tập hóa học và một số phương pháp giải mà tôi đã áp dụng trong những năm học vừa qua cho đối tượng học sinh lớp chất lượng cao và Đội tuyển học sinh giỏi của trường. II. Nội dung 1. Những điều kiện cần thiết để giải bài toán Hóa học tổng hợp:  Học sinh phải nắm vững các kiến thức Hóa học, biết vận dụng những kiến thức đó vào trường hợp cụ thể mà bài toán cần đến.  Về mặt toán học, học sinh cần phải nắm vững và có kỹ năng, kỹ xảo cần thiết trong việc thực hiện các thao tác toán học phù hợp với từng dạng của bài toán.  Về mặt phương pháp, học sinh sau khi nghiên cứu kỹ các dữ kiện bài toán, biết lựa chọn phương pháp giải thích hợp, tiết kiệm được thời gian, tránh được các cách giải cồng kềnh, không cần thiết. 2. Dưới đây là một số ví dụ về bài tập tổng hợp theo nội dung chương trình Hóa học THCS với nhiều cách giải khác nhau. Ví dụ 1: Hòa tan 2,33g một hỗn hợp gồm sắt và kẽm trong dung dịch axit sunfuric loãng dư ta thu được 896ml hiđrô (đktc). Tìm khối lượng sắt và kẽm có trong hỗn hợp đó. Bài giải Có nhiều phương pháp để giải bài tập này, chúng ta chỉ nêu 3 phương pháp thường gặp sau: Cách 1: Dùng phương pháp số học Vũ Bích Liên 3 Tính thể tích hiđrô thu được nếu giả sử rằng cho axit sunfuric tương tác với 2,33g sắt Fe 56g 2,33g H2SO4 → + x= 2,33.22,4 56 FeSO4 + H2 22,4l x(l) = 0,932l = 932ml a) Tính thể tích hiđrô thu được nếu giả sử rằng cho axit sunfuric tương tác với 2,33g kẽm: Zn H2SO4 → + ZnSO4 + H2 65g 22,4l 2,33g y(l) y= 2,33.22,4 65 = 0,803l = 803ml b) Kết quả tính toán cho thấy, thể tích hiđro thoát ra khi cho 2,33g kẽm tác dụng với axit sunfuric ít hơn so với 2,33g sắt là: 932 – 803 = 129 ml c) Còn nếu dùng 2,33g hỗn hợp kẽm và sắt thì thể tích hiđro thoát ra ít hơn so với khi dùng 2,33g sắt là 932 – 896 = 36ml. Sự giảm thể tích hiđro thoát ra là do nguyên nhân của sự có mặt của một khối lượng kẽm nhất định trong hỗn hợp. Ta gọi khối lượng này là m. Từ kết quả của tính toán câu b, c, ta có thể lập được tỷ lệ công thức sau: - 2,33g kẽm thì thể tích hiđro thoát ra giảm 129ml hiđro m(g) kẽm thì thể tích hiđrô thoát ra giảm 36ml 2,33 𝑚 129 = 36 → mZn = 0,65g mFe = 2,33 – 0,65 = 1,68g Đáp số: Hỗn hợp chứa 0,65g Zn và 1,68g Fe Cách 2: Dùng phương pháp đại số - Lập và giải phương trình bậc nhất một ẩn Gọi khối lượng mFe trong hỗn hợp là x thì khối lượng Zn là mZn = 2,33 – x (g) Viết phương trình phản ứng giữa sắt với axit sunfuaric: Fe 56g x(g) Lập tỉ lệ thức Vũ Bích Liên H2SO4 → + 56 𝑥 = 22,4 v1 FeSO4 + Suy ra: v1 = 0,4x H2 22,4l v1 (1) 4 Viết phương trình phản ững giữa Zn và axit sunfuric Zn H2SO4 → + ZnSO4 + 65g 2,23 – x H2 22,4l v2 v2 = 2,33−𝑥 .22,4 (2) 65 Cộng (1) và (2) ta được: v1 + v2 = 0,4x + 23,3−𝑥 .22,4 65 = 0,896 ml (3) Giải phương trình (3) ta tìm được x = 1,68g Do đó mZn = 2,33 – 1,68 = 0,65g Đáp số: Hỗn hợp gồm 1,68g sắt và 0,65g kẽm Cách 3: Lập phương trình bậc nhất 2 ẩn số Gọi khối lượng sắt trong hỗn hợp là x và khối lượng kẽm là y ta có phương trình: x + y = 2,33 g (1) Viết các phương trình phản ứng xảy ra: Fe 56g x(g) Lập tỉ lệ thức Zn H2SO4 → + 56 𝑥 = 22,4 v1 , suy ra v1 = 0,4x H2SO4 → + FeSO4 ZnSO4 + (2) + 65g y v2 = H2 22,4l v1 H2 22,4l v2 22,4𝑦 65 = 0,345y (3) Từ (2) và (3) ta có: v1 + v2 = 0,4x + 0,345y = 0,896 (4) Gộp (1) và (4) ta có hệ phương trình bậc nhất 2 ẩn số: x + y = 2,33 g 0,4x + 0,345y = 0,896 Giải hệ phương trình ta có x = 1,68; y = 0,65 Đáp số: Khối lượng kẽm trong hỗn hợp là 0,65g, khối lượng sắt là 1,68g. Vũ Bích Liên 5 Ví dụ 2: Hòa tan 10g một hợp kim gồm đồng, sắt và nhôm trong dung dịch axit clohiđric thu được 5,04l hiđro (đktc) và 3,1g chất rắn không tan. Hãy xác định thành phần phần trăm của hợp kim trên. Bài giải Viết các phương trình phản ứng xảy ra khi hòa tan hợp kim trong dung dịch axit clohiđric. Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ 56g (1) 22,4l 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑ 2 mol (2) 3.22,4mol Đồng không tan trong axit clohiđric. Đó chính là chất rắn còn lại không tham gia phản ứng. Khối lượng đồng trong hợp kim bằng: 100 %Cu = 3,1. 10 % = 31% Khối lượng sắt và nhôm có trong hợp kim bằng: mFe + mAl = 10 – 3,1 = 6,9g Cách 1: Nếu hòa tan 6,9g sắt và nhôm trong dung dịch axit HCl thì thu được 5,04l hiđrô hay 5,04 : 22,4 = 0,225 mol hiđrô - Gọi số mol sắt trong hợp kim là x thì số mol hiđrô thoát ra khi sắt tác dụng với axit theo phương trình phản ứng (1) cũng bằng x. Số mol hiđrô thoát ra do nhôm tác dụng với axit trong phản ứng (2) sẽ là (0,225 – x) và do đó số lượng mol nhôm sẽ là: 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 2 mol 3 mol a 0,225 – x (mol) a= 2(0,225−𝑥) 3 mol - Khối lượng sắt trong hợp kim bằng (56x) g - Khối lượng nhôm trong hợp kim bằng: 27,2 0,225−𝑥 3 (g) Khối lượng của nhôm và sắt trong hợp kim bằng 6,9g Vũ Bích Liên 6 Từ đây ta có phương trình sau: 56x + 18(0,225 – x) = 6,9 56x + 4,05 – 18x = 6,9 38x = 2,85 x = 0,075 (mol) hay 0,075.56g = 4,2 hay 42% sắt - Khối lượng nhôm trong hợp kim bằng: 27,2 0,225−𝑥 3 = 27.0,1 = 2,7g hay 27% Đáp số: Thành phần hợp kim gồm 31% đồng, 42% sắt và 27% nhôm Cách 2: Khi hòa tan 6,9g sắt và nhôm vào trong dung dịch HCl thì có 5,04l hiđrô thoát ra. Gọi khối lượng sắt trong hợp kim là x(g) thì khối lượng nhôm sẽ bằng (6,9 – x) (g) - Khi hòa tan x(g) hay x/56 mol sắt thì tỏa ra - Khi hòa tan (6,9 – x) hay 6,9−𝑥 27 𝑥 56 mol hiđrô hay mol Al thì tỏa ra 3 6,9−𝑥 27 22,4𝑥 56 l hiđrô mol hay 22,4. 3 6,9−𝑥 27 l hiđrô. Tổng thể tích hiđrô thu được là 5,04l nên có 22,4𝑥 56 + 22,4. 3 6,9−𝑥 27 = 5,04 Giải ra ta được x = 4,2 g hay 42% sắt; và 2,7g (6,9 – 4,2) nhôm hay 27% nhôm. Đáp số: Hợp kim gồm 31% đồng, 42% sắt và 27% nhôm. Cách 3: Gọi khối lượng sắt trong hợp kim là x(g) và thể tích hiđrô do sắt đẩy ra trong phản ứng (1) là y1 thì khối lượng nhôm trong hợp kim bằng (6,9 – x)(g), còn thể tích hiđrô do nhôm đẩy ra trong phản ứng (2) sẽ bằng (5,04 – y) l. Lập các tỷ lệ cần thiết: - 56g sắt đẩy được 22,4l hiđrô x(g) sắt đẩy được y hiđrô Ta có phương trình: 56.(5,04 – y) = 67,2.(6,9 – x) Giải hệ thống phương trình ta được: X = 4,2g hay 42% sắt. Vũ Bích Liên 7 Khối lượng nhôm bằng: 6,9 – 4,2 = 2,7g hay 27% nhôm Đáp số: Hỗn hợp gồm 31% đồng, 42% sắt và 27% nhôm. Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 19,2g hỗn hợp X gồm 2 kim loại A và B cần V lít dung dịch HCl 2M thu được 8,96lít H2 (đktc) và dung dịch Y. Cho Y tác dụng với NaOh dư thu được m gam kết tủa gồm 2 hiđroxit kim loại. a) Tính V và m. Biết A và B đều có hóa trị II trong các hợp chất của bài toán này. b) Xác định 2 kim loại A, B biết MA : MB = 3 : 7, tỷ số mol của chúng trong X tương ứng là 1 : 3. Bài giải Gọi a, b lần luợt là số mol A, B tham gia. 2HCl 2a 2HCl 2b  + 2NaOH  + 2NaOH  A a B b + ACl2 a BCl2 b + Số mol H2 tạo thành: n H2 = 8,96 : 22,4  ACl2 a BCl2 b + + A(OH)2 a B(OH)2 b H2 a H2 b + 2NaCl + 2NaCl = 0,4 (mol) → a + b = 0,4 (*) a) Theo phương trình (1,2): nHCl = 2(a + b) = 2.0,4 = 0,8 (mol) Do đó: V = 0,8 : 2 = 0,4 (l) Ta có: mX = a.A + b.B = 19,2 (**) Khối lượng 2 hiđroaxit kim loại là: m = a(A + 34) + b(B + 34) = (a.A + b.B) + 34(a + b) = 19,2 + 34.0,4 = 32,8 gam b) Theo bài ra: a : b = 1 : 3  b = 3a, thay vào (*) a = 0,1; b = 0,3 Vũ Bích Liên 8 Lại có MA : MB = 3 : 7  MB = 7/3 MA, thay vào (**) ta có: 0,1MA + 0,3.7/3 MA = 19,2 Do đó MA = 24, MB = 56 Vậy A là Mg; B là Fe Lưu ý: Bài toán này có thể dùng phương pháp tăng giảm khối lượng hoặc áp dụng ĐLBTKL. Ví dụ 4: Cần bao nhiêu lít oxi để đốt cháy hoàn toàn 3l hỗn hợp khí metan và etan, biết rằng tỷ khối của hỗn hợp với không khí bằng 0,6. Bài giải Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp: M = 29. 0,6 = 17,4g Tìm phần mol của metal và etan trong hỗn hợp: Gọi phần mol của metan là x thì phần mol của etan là 1-x. Ta có phương trình: Mh = xMCH4 + (1-x)MC2H6 = 16x + 30(1-x) = 17,4 MCH4 = 16g MC2H6 = 30g Giải phương trình ta được: x = 0,9 Như vậy trong hỗn hợp có 0,9 mol metan và 0,1 mol etan; còn trong 3l hỗn hợp thì có 0,9.3 = 2,7l metan và 0,3l etan. Viết phương trình các phản ứng cháy: CH4 + 22,4 C2H6 22,4 2O2 → CO2 + H2O (1) 2CO2 + 3H2O (2) 2.22,4 + 3,5O2 → 3,5.22,4 Tìm thể tích oxi cần thiết để đốt cháy hỗn hợp. Theo phương trình phản ứng (1) thì: - Để đốt 22,4l metan cần 44,8l oxi Để đốt 2,7l metan cần x(l) oxi Vũ Bích Liên 9 x= 2,7.44,8 22,4 = 5,4l Theo phương trình phản ứng (2) thì: - Để đốt 22,4l etan cần 78,4l oxi Để đốt 0,3l etan cần y(l) oxi 78,4.0,3 y= = 10,5l 22,4 Như vậy để đốt 3l hỗn hợp metan và etan cần (5,4 + 10,5) = 15,9 l oxi Đáp số: Đốt 3lít hỗn hợp cần 15,9 lít oxi. Ví dụ 5: Hòa tan hoàn toàn 2,17g hỗn hợp X gồm 3 kim loại A, B, C trong dung dịch HCl dư thu được1,68lít H2 (đktc) và dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được m gam hỗn hợp 3 muối khan ACl2, BCl2 và CCl3. a) Tính m b) Biết tỷ lệ số mol trong hỗn hợp của A, B, C là 1:2:3; MA : MB = 3 : 7 và MA < MC < MB. Hỏi A, B, C là kim loại nào trong số các kim loại dưới đây: Mg = 24, Al = 27, Ca = 40, Cr = 52, Fe = 56, Zn = 65. Bài giải a) Cách 1: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (ĐLBTKL) Ta có: nH2 = 1,68 : 22,4 = 0,075 (mol) → mH2 = 0,075.2 = 0,15 (g) Phương trình hóa học: A + 2HCl 1 2 B + 2HCl 1 3 ACl2 + H2 1 → 2 2C + 6HCl 1 → → 1 BCl2 + H2 1 mol (2) 1 2CCl3 + 3H2 1 (1) 1,5 mol (3) mol Theo phương trình 1, 2, 3 ta có nHCl = 2nH2 = 0,075.2 = 0,15 (mol) Vũ Bích Liên 10 Do đó mHCl = 0,15.36,5 = 5,475g Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX + mY = m + mH2 Suy ra: m = mX + mY – mH2 m = 2,17 + 5,475 – 0,15 = 7,495 (g) Cách 2: Phương pháp tăng giảm khối lượng Ta có: nH2 = 1,68 : 22,4 = 0,075 (mol) Phương trình hóa học: A + 2HCl 1 2 B + 2HCl 1 ACl2 + H2 1 → 2 2C + 6HCl 1 → → 3 1 BCl2 + H2 1 mol (2) 1 2CCl3 + 3H2 1 (1) mol (3) 1,5 mol Theo phương trình 1, 2, 3 ta có nHCl = 2nH2 = 0,075 . 2 = 0.15 (mol) Trong HCl: nCl = nHCl = 0.15 mol Nên mCl = 0,15.35,5 = 5,325 (g) Ta thấy mmuối = mX + mCl = 2,17 + 5,325 = 7,495 (g) Cách 3: Phương pháp nhóm nghiệm Ta có: nH2 = 1,68 : 22,4 = 0.075 (mol) Gọi a, b, c lần lượt là số mol A, B, C tham gia phản ứng. Phương trình hóa học: A + 2HCl a Vũ Bích Liên → ACl2 + H2 a a (1) mol 11 B + 2HCl → b 2C + 6HCl BCl2 + H2 b → c b 2CCl3 + 3H2 c (2) mol (3) 1.5c mol Theo bài ra, ta có: nH2 = a + b + 2,5c = 0.075 (*) Lại có: mX = a.A + b.B + c.C = 2,17 (**) Khối lượng muối khan tạo thành: m = a(A + 71) + b(B + 71) +c(C + 106,5) = (a.A + b.B + c.C) + 71 (a + b + 1,5c) (***) Thay (*) và (**) vào (***) mX = 2,17 + 71.0,075 = 7,495 (g) Chú ý: Trong bài tập trên, với 3 cách làm đã giải quyết tốt nội dung câu a: - Trong cách 1: Cần viết được phương trình của ĐKBTKL, thấy được mối liên hệ về tỉ lệ số mol của HCl với H2 trong 3 phản ứng. - Trong cách 2: Cần thấy được trong HCl: nCl = nHCl. Nhận thấy 3 kim lại phản ứng với axit tạo hỗn hợp muối, khối lượng muối = mX + mCl - Trong cách 3: Lập phương trình toán học (*) và (**) theo 2 dữ kiện là số mol H2 và khối lượng hỗn hợp X. Khi tính khối lượng muối, cần biết cách khai triển và nhóm nghiệm chung lại theo (*) và (**) để giải quyết bài toán. b) Theo bài ta có: nA : nB : nC = a : b : c = 1 : 2 : 3 Suy ra a : b = 1 : 2 → b = 2a; a : c = 1 : 3 → c = 3a Thay vào (*) a + 2a + 1,5.3a = 0,075 a = 0.01; b = 0,02; c = 0.03 Lại có MA : MB = 3 : 7. A chia hết cho 3, B chia hết cho 7. Trong các kim loại đề bài cho, chỉ có MA = 24, MB = 56 là phù hợp. Do đó A là Mg, B là Fe Thay vào (**) 0,01.24 + 0,02.56 + 0,03.C = 2,17 Suy ra C = 27 (Al) Vậy 3 kim lại cần tìm là Mg, Fe, Al. Vũ Bích Liên 12 Ví dụ 6: Khi chế hóa đồng với dd axit sunfuric đặc, nóng, có khí SO2 thoát ra. Cho sunfurơ đi qua một dung dịch kiềm, ta điều chế được 300g dung dịch natri sunfit có nồng độ 6,3%. Hãy xác định khối lượng đồng đã được sử dụng. Bài giải Viết các phương trình phản ứng xảy ra: Cu + 2H2SO4 đặc nóng → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 64 (1) 22,4l SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O 22,4l (2) 126 Cách 1: Tính khối lượng Na2SO3 thu được từ 300g dd 6,3% mNa2SO3 = 6,3.300 100 = 18,9 (g); Suy ra nNa2SO3 = 18,9 126 = 0,15 (mol) Từ phương trình phản ứng (2) ta thấy: từ 1 mol SO2 ta thu được 1 mol Na2SO3. Như vậy nếu thu được 0,15mol Na2SO3 thì phải có 0,15 mol SO2 Từ phương trình phản ứng (1) ta thấy muốn có 1 mol SO2 cần hòa tan 1 mol Cu 0,15 mol SO2 cần hòa tan 0,15 mol Cu hay mCu = 0,15.64g = 9,6g đồng Đáp số: Khối lượng đồng sử dụng bằng 9,6g. Cách 2: Theo dữ kiện bài toán thì: x= Trong 100g dd có chứa 6,3g Na2SO3 Trong 300g dd có chứa x(g) Na2SO3 300.6,3 100 = 18,9g Từ phương trình phản ứng (2) ta có: - 126g Na2SO3 được tạo ra từ 22,4l SO2 18,9g Na2SO3 được tạo ra từ x1 l SO2 x1 = 18,9 . 22,4 Vũ Bích Liên 126 = 3,36g 13 Từ phương trình (1) ta có: - 22,4l SO2 tạo thành khi hòa tan 64g Cu 3,36l SO2 tạo thành khi hòa tan x2 g Cu x2 = 3,36 . 64 22,4 = 9,6g Đáp số: Khối lượng đồng sử dụng bằng 9,6g. Ví dụ 7: Để đốt một hợp chất hữu cơ có chứa nitơ cần 504ml oxi. Khối lượng nước tạo thành bằng 0,45g. Thể tích các phẩm khí của phản ứng bằng 560ml. Sauk hi cho hỗn hợp khí qua dung dịch xút thì thể tích của chúng giảm còn 112ml (đo ở đktc, không tính để thể tích nước tạo thành). Tìm công thức phân tử của chất hữu cơ, biết khối lượng phân tử của nó bằng 75. Bài giải Tính khối lượng hiđrô có trong hợp chất hữu cơ từ lượng nước tạo thành: - Trong 18g nước có 2g hiđrô Trong 0,45g nước có x(g) hiđrô? mH = x = 0,45 .2𝑔 18 = 0,55g Khi cho sản phẩm khí qua dd xút, thể tích của hỗn hợp khí giảm: 560 – 112 = 448ml do khí CO2 bị hấp thụ. Từ đó tính khối lượng C trong hợp chất. - Trong 22,4l CO2 có 12g C Trong 0,448l CO2 có y(g) C? mC = y = 0,448 .12g 22,4 = 0,24g 112 ml khí không bị hấp thụ là khí nitơ Tính khối lượng nitơ trong hợp chất: - 22,4l khí nitơ có khối lượng 28g 0,112l khí nitơ có khối lượng 2g mN = Z = 0,112.28 22,4 = 0,14g Tính khối lượng oxi có trong phản sản phẩm phản ứng: Khối lượng oxi trong 0,45g nước tạo thành bằng: 0,45 – 0,05 = 0,4g Vũ Bích Liên 14 Tính hàm lượng oxi có trong 448ml cacbon dioxit: - Trong 22,4l CO2 có 32g Oxi Trong 0,448l CO2 có a(g)? m’O = a = 0,448.32g 22,4 = 0,64g Tổng khối lượng oxi có trong sản phẩm phản ứng bằng: 0,4g + 0,64g = 1,04g Tính khối lượng ôxi cần thiết để đốt cháy chất hữu cơ: - 22,4l oxi có khối lượng 32g 0,504l oxi có khối lượng b(g)? m’B = b = 0,504.32g 22,4 = 0,72g Vì hàm lượng oxi trong sản phẩm phản ứng lớn hơn lượng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ trên nên có thể kết luận rằng: trong hợp chất hữu cơ có chứa 0,32g oxi (1,04 – 0,72); mO = 0,32g. Như vậy thành phần của hợp chất hữu cơ gồm: 0,24g C, 0,05g hiđro, 0,32g oxi và 0,14g nitơ. Từ những số liệu này ta sẽ lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ. Công thức cần tìm có dạng tổng quát là CxHyOzNt Ta có tỷ lệ: x:y:z:t= 0,24 12 ∶ 0,05 1 ∶ 0,32 16 ∶ 0,14 14 = 0,02 : 0,05 : 0,02 : 0,01 = 2 : 5 : 2 : 1 Công thức đơn giản nhất của chất hữu cơ là C2H5OzN Khối lượng phân tử = 2.12 + 5 + 16.2 + 14 = 75 Theo đầu bài, KLPT của chất hữu cơ bằng 75. Như vậy C2H5OzN chính là CTPT của chất hữu cơ. Ví dụ 8: Hỗn hợp M gồm CuO và Fe2O3 có khối lượng 9,6g được chia làm hai phần bằng nhau. Cho phần 1 tác dụng với 100ml dung dịch HCl, khuấy đều. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được 8,1g chất rắn khan. Cho phần 2 tác dụng với 200ml dung dịch HCl dung dịch HCl đã dùng ở trên trong điều kiện như lần trước. sau khi kết thúc phản ứng lại làm bay hơi hỗn hợp sản phẩm như trên, lần này thu được 9,2g chất rắn khan. a) Viết các phương trình hóa học. Tính nồng độ mol của dung dịch HCl đã dùng. b) Tính thành phần phần trăm về khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp M. Vũ Bích Liên 15 Bài giải a) PTHH: CuO + 2HCl Fe2O3 + 6HCl → → CuCl2 + H2O (1) FeCl3 + 3H2O (2) Khối lượng của mỗi phần m = 9,6 : 2 = 4,8 (g) Vì hai phần có thành ohần hoàn toàn như nhau, nếu ở 2 phần tất cả oxit phản ứng hết (do lượng axit đủ hoặc dư) thì lượng chất rắn khan thu được phải bằng nhau. Theo đầu bài, lượng chất rắn không bằng nhau. Như vậy, trong các lần đó hỗn hợp oxit chưa phản ứng hết hoặc một lần chưa phản ứng hết. Theo đầu bài, ở phần 1 khối lượng oxit chưa bị hòa tan hết, tức là axit đã tác dụng hết và thiếu axit để hòa tan hết lượng oxit. Gọi số mol CuO và Fe2O3 trong phần 1 đã phản ứng là x1, y1; số mol CuO và Fe2O3 chưa phản ứng là x2 và y2. Suy ra số mol CuCl2 và FeCl3 tạo thành ở phần 1 là x1 và 2y1 Ta có: 80(x1 + y1) + 160(y1 + y2) = 4,8 (I) 80x2 + 160y2 + 135x1 + 2.162,5y1 = 8,1 (II) Giải (I) và (II) ta có 55(x1 + 3y1) = 3,3 Hay x1 + 3y1 = 0,06 (*) Theo PTHH (1) và (2) ta có số mol HCl phản ứng ở phần 1 là 2(x1 + 3y1). Thay (*) vào ta có số mol HCl phản ứng là 2.0,06 = 0,12 Nồng độ mol của dung dịch HCl là 0.12 : 0,1 = 1,2M b) Nếu lần 2 các oxit cũng chưa tác dụng hết như lần 1 thì lượng axit đã tác dụng hết và nồng độ axit tìm được cũng phải là 1,2M. Cách giải tương tự như trên. Phương trình (I) như trên, còn phương trình (II) là: 80x2 + 160y2 + 135x1 + 2.162,5y1 = 9,2 (II’) Kết hợp (I) và (II’) tìm ra x1 + 3y1 = 0,08 Số mol HCl = 2.0,08 = 0,16 Nồng độ HCl là 0,16 : 0,2 = 0,8 (khác 1,2M) Điều này chứng tỏ lần 2 các oxit đã tác dụng hết. vì vậy lượng chất rắn khan là khối lượng của hỗn hợp 2 muối CuCl2 và FeCl3 do toàn bộ lượng oxit tạo nên. Gọi số mol CuO và Fe2O3 trong phần 2 là x, y Ta có Vũ Bích Liên 80x + 160y = 4,8 (III) 135x + 2.162,5y = 9,2 (IV) 16 Giải (III) và (IV) tìm ra x = 0,02 và y = 0,02 Thành phần phần trăm về khối lượng của các oxit trong hỗn hợp là: %m của CuO = 0,02.80 %m của Fe2O3 = 48 x 100% = 33,33% 0,02.160 48 x 100% = 66,67% Cách 2: Phần 1: Khối lượng chất rắn tăng = 8,1 – 4,8 = 3,3g Mà khối lượng chất rắn tăng = mCl trong muối – mO trong oxit Nhưng nCl trong muối = 2nO trong oxit → 35,5. 2nO trong oxit – 16.nO trong oxit = 3,3 nO trong oxit = 3,3 71−16 = 0,06 nHCl = 2nO trong oxit = 2.0,06 = 0,12 Nồng độ mol của dung dịch HCl = 0,12 : 0,1 = 1,2M Phần 2: Khối lượng chất rắn tăng = 9,2 – 4,8 = 4,4g Mà khối lượng chất rắn tăng = mCl trong muối – mO trong oxit Nhưng nCl trong muối = 2nO trong oxit = 35,5.2nO trong oxit – 16.nO trong oxit = 4,4 → nO trong oxit = 4,4 71−16 = 0,08 Nên nHCl = 2nO trong oxit = 2.0.08 = 0,16 < 0,12.2 Như vậy HCl dư, oxit hết. Tính thành phần % khối lượng làm tưng tự như Cách 1 Cách 3: Phần 1: Gọi số mol HCl là a, suy ra số mol H2O là 0,5a Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho (1) và (2) ta có: Khối lượng phần 1 + Khối lượng HCl phản ứng = Khối lượng chất rắn + khối lượng H2O Vũ Bích Liên 17 4,8 + 36,5a = 8,1 + 18.0,5a Giải ra a = 0,12 Nồng độ mol của dung dịch HCl là 0,12 : 0,1 = 1,2M Phần 2: Gọi số mol HCl p/ư là b. Suy ra số mol H2O là 0,5b Tương tự 4,8 + 36,5b = 9,2 + 18.0,5b Giải ra b = 0,16 < 0,12.2 = 0,24  HCl dư Tính thành phần % khối lượng làm tưng tự như Cách 1. Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm Fe, Zn và dung dịch Y là HCl. Người ta thực hiện các thí nghiệm (TN) sau đây: - - TN1: Lấy 2,98g hỗn hợp X cho vào 200ml dung dịch Y, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn đem cô cạn (trong điều kiện không có oxi) thì thu được 5,82g chất rắn. Tính VH2 (đktc) TN2: Lấy 2,98g hỗn hợp X vào 400ml dung dịch Y. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn lại đem cô cạn như trên thì thu được 6,53g chất rắn. Tính CM của dung dịch Y và thành phần % theo khối lượng các chất trong X. Bài giải Cách 1: Khi cho 2,98g X vào 200ml dung dịch Y thu được 5,82g chất rắn, cũng lượng X trên cho vào 400ml dung dịch HCl thu được 6,53g chất rắn chứng tỏ TN1 thiếu axit, dư kim loại (vì nếu kim loại trong X hết thì lượng chất rắn thu được ở 2 thí nghiệm phải bằng nhau). Fe + 2HCl 1 → 1 Zn + 2HCl 1 FeCl2 + H2 1 → 2 1 (1) mol ZnCl2 + H2 1 1 (2) mol TN1: Khi cho 2,98g X vào 200ml dung dịch Y thu được 5,82g chất rắn, suy ra khối lượng tăng chính là khối lượng Cl – tham gia: _ mCl = 5,82 – 2,98 = 2,84 _ Do đó nCl = 2,84 : 35,5 = 0,08 (mol) Theo phương trình (1), (2): nH2 = ½ nCl = ½ nHCl = 0,04 (mol) Suy ra VH2 (đktc) = 0,04 . 22,4 = 0,896 (l) Vũ Bích Liên 18 _ TN2: nCl = (6,53 – 2,98) : 35,5 = 0,1 mol _ _ Nếu trong TN2 toàn bộ HCl chuyển thành muối clorua thì nCl (TN2) = 2 nCl (TN1), thực tế _ _ nCl (TN2) < 2 nCl (TN1), chứng tỏ trong TN2 dư axit. Theo bài ra ta có hệ phương trình: 56a + 65b = 2,98 127a + 136b = 6,53 Suy ra: a = 0,3; b = 0,2 Ta có: nHCl = 2a + 2b = 0,1 (mol), nHCl dư = 0,16 – 0,1 = 0,06 (mol) Nên số mol HCl trong 0,4 lít dung dịch nHCl = 0,16 mol Do đó CM = 0,16 : 0,4 = 0,4M Phần trăm khối lượng các chất có trong X: %Fe = 56,37%; %Zn = 43,63% Cách 2: Khi cho 2,98gam X vào 200ml dung dịch Y thu được 5,82g chất rắn, cũng lượng X trên cho vào 400ml dung dịch HCl (Vdd HCl trong TN2 bằng 2 lần Vdd HCl trong TN1) thu được 6,53g chất rắn chứng tỏ trong TN1 thiếu axit, dư kim loại. Gọi a, b lần lượt là số mol Fe và Zn tham gia TN1: a1, b1 lần lượt là số mol Fe và Zn còn dư Phương trình: Fe + 2HCl a 2a Zn + 2HCl b → FeCl2 + H2 a → 2b a (1) mol ZnCl2 + H2 b b (2) mol Ta có hệ phương trình: 56a + 65b + 56a1 + 65b1 = 2,98 (*) 127a + 136b + 56a1 + 65b1 = 5,82 (**) Lấy (**) – (*) ta có: 71(a + b) = 2,84 a + b = 0,04 Vũ Bích Liên 19 Do đó: VH2 (đktc) = 0,04 . 22,4 = 0,895 (l) Và nHCl = 2(a + b) = 0,04.2 = 0,08 (mol) _ TN2: Ta có mCl = (6,53 – 2,98) : 35,5 = 0,01 (mol) Suy ra số mol HCl tham gia: Theo PT (1), (2): nHCl = nCl = 0,1 mol Mà số mol HCl ban đầu trong TN2 là: nHCl = 2.0.08 = 0,16 mol (vì thể tích dung dịch HCl trong TN2 gấp 2 lần thể tích HCl trong TN1) Do đó trong TN2: axit dư, hỗn hợp kim loại X hết Theo bài ra ta có hệ phương trình: 56a + 65b = 2,98 2a + 2b = 0,1 Giải hệ: a = 0,03; b = 0,02 Do đó: %Fe = 56,37%; %Zn = 43,63% III. Kết quả Bên cạnh việc xây dựng nền tảng kiến thức Hóa học cơ bản cho học sinh, kết hợp với hệ thống câu hỏi dẫn dắt, giáo viên hướng dẫn cho học sinh suy nghĩ tìm tòi và khắc sâu được các kiến thức nâng cao. Mặt khác, các bài tập bổ sung này sẽ giúp các em hệ thống hóa các kiến thức liên quan, áp dụng kỹ năng toán học và hóa học để đưa ra cách giải thông minh, ngắn gọn và hợp lý nhất. Đây là cách tiếp cận vô cùng quan trọng với học sinh học tốt bộ môn Hóa học, nhất là những em học sinh giỏi khi tham gia các kỳ thi học sinh giỏi cấp Quận và Thành phố. Sau khi áp dụng phương pháp trên, kết quả đối chiếu như sau: Khối lớp chất lượng cao Nhóm học sinh giỏi Áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Dạy bình thường Áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Dạy bình thường Tốt: 90% Tốt: 70% Tốt: 50% Tốt: 20% Khá: 10% Khá: 27% Khá: 40% Khá: 65% TB: 3% TB: 10% TB: 15% Vũ Bích Liên 20