Sáng kiến kinh nghiệm Một số phương pháp giải nhanh bài tập định lượng Hóa học

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Một số phương pháp giải nhanh bài tập định lượng Hóa học

1. SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG THPT TỔ HểA HỌC ĐỀ TÀI : ’’ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG HểA HỌC’’ Giỏoviờn Biờn Soạn : Bựi Quang Trương Tõm Năm học 2008-2009
2. Phần I Mở đầu I-Lý do chọn đề tài: - Trong việc giải quyết bài tập trắc nghiệm khách thường liên quan đến yếu tố quan trọng mà hầu hết học sinh đều mắc phải đó là yếu tố thời gian để khắc phục yếu tố này học sinh cần năm vững tính sơ đồ hóa và phương pháp giải quyết nhanh bài tập. - Tăng khả năng tư duy , làm nhanh bài tập cho học sinh lớp 12 trong giải quyết bài tập trắc nghiệp dạng tính toán trong sách giáo khoa , sách bài tập , một số dạng bài tập trong các đề thi vào đại học 2007-2008 - Đây là loại bài tập phổ biến trong chương trình học phổ thông và chương trình thi đại học từ năm 2007 .- Giúp học sinh rèn luyện kĩ năng viết phương trình phản ứng. Khắc sâu kiến thức, hệ thống hoá kiến thức nâng cao mức độ tư duy, khả năng phân tích phán đoán khái quát. - Phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo của học sinh trong việc giải quyết bài tập trắc nghiệm theo hướng sơ đồ hóa vấn đề . Từ những lí do trên, tôi chọn đề tài:’’Định hướng một số phương pháp giải nhanh bài tập định lượng hóa học’’ II. Các phương pháp giải bài tập nhanh A. Phương pháp tăng giảm khối lượng 1. Ví dụ 1: Hoà tan 6,2g hỗn hợp 2 kim loại kiềm trong nước (lấy dư) thu được 2,24 lít khí H 2 (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được bao nhiêu gam chất rắn? Giải * Nếu dùng các phương pháp đại số thông thường: đặt ẩn số, lập hệ phương trình thì mất nhiều thời gian và kết cục không tìm ra đáp số cho bài toán. * Nếu dùng phương pháp tăng giảm khối lượng và bảo toàn khối lượng ta có thể giải quyết vấn đề một cách đơn giản và hiệu quả. m mrắn = mhỗn hợp kim loại + OH Vì phản ứng xảy ra tạo hiđroxit kim loại và giải phóng H2. Ta đã biết: + - H2O H + OH . 2, 24 n n 2n 2. 0, 2(mol) OH H H 2 22, 4 Vậy mrắn=6,2+0,2 17 = 9,6 (g). 2. Ví dụ 2: Có 1 lít dung dịch Na2CO3 0,1M và (NH4)2CO3 0,25M. Cho 43g hỗn hợp BaCl2 và CaCl2 vào dung dịch đó. Sau khi các phản ứng kết thúc thu được 39,7g kết tủa A. Tính phần trăm khối lượng của các chất trong A. Giải: n 2 trong 1lít dung dịch Na2CO3 0,1M và (NH4)2CO3 0,25M là: 0,1+0,25=0,3 (mol) CO3
3. Các phản ứng xảy ra: 2+ 2- Ba + CO3 BaCO3 2+ 2- Ca + CO3 CaCO3 Cứ 1 mol BaCl2 hoặc CaCl2 chuyển thành BaCO3 hoặc CaCO3 khối lượng giảm: 71- 60 = 11(g). 43-39,7 (BaCO3 + CaCO3) = 0,3(mol) 2- Vậy tổng số mol của 11 chứng tỏ dư CO3 . Ta có ngay hệ phương trình: Đặt x, y là số mol của BaCO3 và CaCO3 trong A ta có: x y 0,3 x 0,1(mol) giải ra: 197x 100y 39,7 y 0,2(mol) 0,1 197 %m 100 49,62(%) BaCO3 39,7 %m 100 49,62 50,38(%) CaCO3 3. Ví dụ 3: Hoà tan 10g hỗn hợp 2 muối XCO3 và Y2(CO3)3 bằng dung dịch HCl dư ta thu được dung dịch A và 0,672 lít khí bay ra ở đktc. Hỏi cô cạn dung dịch A thu được bao nhiêu gam muối khan? Giải * Khi chuyển từ muối cácbonat thành muối Clorua, thì cứ 1 mol CO2 lượng muối tăng. 2- - CO3 chuyển thành 2Cl 1mol CO2 60g chuyển thành 71g, khối lượng tăng 11g. Theo giả thiết: 0,672 n 0,03(mol) CO2 22,4 * Khi cô cạn dung dịch thu được muối Clorua. Tổng khối lượng muối Clorua = 10 + 0,03 11 = 10,33(g). B. Phương pháp bảo toàn khối lượng 1. Ví dụ 1: Hoà tan 10g hỗn hợp 2 muối Cacbonat của kim loại A, B hoá trị (II) bằng dung dịch axit HCl (dư) ta thu được dung dịch A và 0,672 lit khí (đktc). Hỏi cô cạn dung dịch A thu được bao nhiêu gam muối khan? Giải: *Bài toán này có thể giải bằng phương pháp tăng giảm khối lượng hoặc có thể giải nhanh bằng phương pháp bảo toàn khối lượng. *Đặt công thức chung của A và B là A ta có: ACO3 2HCl ACl2 H2O CO2  0,06 0,03 0,03 m mHCl m mH O mCO ACO3 ACl2 2 2 10g 0,06 36,5 m 0,03 18 0,03 44 ACl2 m 10,33(g) ACl2 2. Ví dụ 2: Có một hỗn hợp gồm NaCl và NaBr. Cho hỗn hợp đó tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thì tạo ra kết tủa có khối lượng bằng khối lượng của AgNO 3 đã tham gia phản ứng. Tính thành phần % về khối lượng của mỗi muối trong hỗn hợp đầu. Giải
4. nNaCl=x mol, nNaBr=y mol. Đặt x+y=1. Phương trình: NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 mol x x x x NaBr + AgNO3 AgBr + NaNO3 mol y y y y n x y 1(mol) m 85(g) NaNO3 NaNO3 m m (x y).170 170(g) AgCl AgNO3 Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mNaCl=mNaBr=85(g) Ta có hệ phương trình: x y 1 x 0,405(mol) 58,5x 103y 85 y 0,595(mol) mNaCl=0,405 58,5 = 23,7(g) chiếm 27,88% mNaBr chiếm100-27,88 = 72,11% 3. Ví dụ 3: Hỗn hợp A gồm 0,1 mol etylenglicol và 0,2 mol chất X. Để đốt cháy hỗn hợp A cần 21,28 lít O2 ở đktc và thu được 35,2g CO2 và 19,8g H2O. Tính khối lượng của phân tử X. Giải: Phương trình đốt cháy hỗn hợp: C2H6O2 + 2,5 O2 2 CO2 + 3 H2O X + O2 CO2 + H2O Theo định luật bảo toàn khối lượng: m m m m m X C2H6O2 O2 CO2 H2O mX 18,4(g) 18,4 M 92(u) X 0,2 C. Phương pháp bảo toàn electron * Nguyên tắc Khi có nhiều chất oxi hoá, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (có nhiều phản ứng hoặc phản ứng xảy ra nhiều giai đoạn) thì tổng số electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số electron mà chất oxi hoá nhận. Ta chỉ cần xác định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của chất oxi hoá hoặc chất khử thì có thể giải được bài toán đã cho. *Một số ví dụ Ví dụ1: Cho 16,2 gam kim loại R tác dụng với 0,15 mol oxi. Chất rắn thu được sau phản ứng cho hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl dư thấy bay ra 13,44 lít (đktc). Hỏi R là kim loại nào? Giải: Nhận xét: R tác dụng với oxi cho oxit kim loại mà hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với HCl cho H2. Vậy M tác dụng chưa hết với oxi và hỗn hợp chất rắn bao gồm cả R và oxit của R. Lưu ý: Muốn xác định một nguyên tố cần tìm được mối liên quan giữa nguyên tử khối và hoá trị của nó có thể có trong các hợp chất. 4R + nO2 = 2R2On (1) R2On + 2nHCl = 2RCln + H2O (2) 2R + 2nHCl = 2RCln + nH2 (3) 13,44 n 0,6(mol) H 2 22,4
5. + Theo (1) và (3) tổng số mol electron mà kim loại R đã cho phải bằng tổng số mol electron mà oxi và H+ nhận. + Gọi x là số mol của kim loại R, nguyên tử khối của kim loại R là M số mol electron mà kim loại R nhường là nx. Theo giả thiết và (1) ta có: Số mol electron mà oxi nhận là 0,15.4 Theo giả thiết và (3) ta có: số mol electron mà H+ nhận là 0,6.2 1,8 nx= 0,15.4 + 0,6.2 = 1,8 x (a) n 16,2 Mà x là số mol của kim loại x (b) M 1,8 16,2 Kết hợp (a) và (b) ta có: M=9n Chỉ có một cặp nghiệm duy nhất là: M = 27 và n M n = 3 là phù hợp Đó là Al. Ví dụ2: Hỗn hợp Y gồm Fe và kim loại R có hoá trị n duy nhất. a, Hoà tan hoàn toàn 3,61 gam hỗn hợp Y bằng dung dịch HCl dư thu được 2,128 lít H2, còn khi hoà tan 3,61 gam Y bằng dung dịch HNO3 loãng, dư thì thu được 1,972 lít khí NO duy nhất. Xác định kim loại R và tính thành phần % về khối lượng mỗi kim loại trong Y. b, Lấy 3,61g Y cho tác dụng với 100ml dung dịch chứa AgNO3 và Cu(NO3)2, khuấy kỹ cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn chỉ thu được 8,12 gam chất rắn gồm 3 kim loại. Hoà tan chất rắn đó bằng dung dịch HCl dư thấy bay ra 0,672 lít H2. Tính CM của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong dung dịch ban đầu. Biết hiệu suất phản ứng là 100%. Các khí đo ở đktc. Giải: a, Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (1) 2R + 2nHCl = 2RCln + nH2 (2) Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (3) 3R + 4nHNO3 = 3R(NO3)n + nNO + 2nH2O (4) *Gọi x là số mol Fe, y là số mol R có trong 3,61 gam Y. Số mol electron mà Fe nhường ở (1) là 2x. Số mol electron R nhường ở (2) là ny. 2,128 Số mol electron mà H+ thu vào ở (1) và (2) là: 2. 0,19(mol) 22,4 Tổng số mol electron mà Fe và R nhường bằng tổng số electron mà H+ nhận 2x + ny = 0,19 (a) - Số mol electron mà Fe nhường ở (3) là 3x - Số mol electron mà R nhường ở (4) là ny (vì R có 1 hoá trị duy nhất) 1,792 Số mol electron mà N+5 thu vào tạo ra NO là: 3. 0,24(mol) 22,4 3x + ny = 0,24 (b) Lấy (b) trừ (a) x=0,05 ny=0,09 (c) + Mặt khác ta có phương trình theo khối lượng (gọi nguyên tử khối của nguyên tố R là M): 56x + My = 3,61; mà x=0,05 My=0,81 (d)
6. 0,09 Từ (c): ny=0,09 y= (n là hoá trị của R, n: nguyên, dương) n 0,09 Thay vào (d) M =0,81 M = 9n n Nghiệm duy nhất: Al (hoá trị III, nguyên tử khối 27) 0,05.56 %Fe = 100% 77,25% %Al = 22,75% 3,61 b, Các phản ứng có thể xảy ra: Al + 3AgNO3 = Al(NO3)3 + 3Ag (5) 2Al + 3Cu(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3Cu (6) Fe + 2AgNO3 = Fe(NO3)2 + 2Ag (7) Fe + Cu(NO3)2 = Fe(NO3)2 + Cu (8) (giáo viên lưu ý học sinh phản ứng oxi hoá Fe bằng ion Ag+) *Vì không biết lượng AgNO3, Cu(NO3)2 nên có thể dư cả Al, Fe và cả 2 kim loại mới tạo ra là Cu, Ag. Theo giả thiết: chất rắn thu được gồm 3 kim loại mà Al hoạt động mạnh hơn Fe nên Al đã phản ứng hết theo (5) còn lại: Fe, Cu, Ag. Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (9) 0,672 + Theo (9): nFe= n 0,03(mol) H 2 22,4 Theo giả thiết dung dịch HCl dư Fe phản ứng hết n Al trong hỗn hợp là 3,61 0,05.56 0,03(mol) 27 Gọi a là số mol AgNO3, b là số mol Cu(NO3)2. áp dụng phương pháp bảo toàn electron ta có phương trình: 1a+2b+2.0,03 = 3.0,03 + 2.0,05 a+2b = 0,13 (*) Phương trình theo khối lượng: 108a + 64b + 0,03.56 = 8,12 ( ) Giải hệ phương trình (*), ( ) ta có: a = 0,03 (mol); b = 0,05 (mol). 0,03 Vậy: Nồng độ mol/l của AgNO là: C = 0,3M 3 M 0,1 0,05 Nồng độ mol/l của Cu(NO ) là: C = 0,5M 3 2 M 0,1 D. Phương pháp dùng các giá trị trung bình D.1. Phương pháp khối lượng mol trung bình ( M ) - Sử dụng để giải nhanh các bài toán là hỗn hợp của 2 hay nhiều chất. - Xác định nguyên tử khối của 2 kim loại ở 2 chu kì liên tiếp nhau, thành phần % số lượng mỗi đồng vị của 1 nguyên tố, tính thành phần % về thể tích các khí trong hỗn hợp - Đặc biệt thích hợp khi giải các bài tập lập công thức các đồng đẳng kế tiếp. * Khối lượng mol trung bình ( M ) là khối lượng của một mol hỗn hợp. mhh M 1n1 M 2 n2 M = mhh n.M nhh n1 n2 M 1V1 M 2V2 M hhkhí V1 V2
7. Ví dụ1: Hai kim loại kiềm R và R’ nằm ở 2 chu kì kế tiếp nhau trong bảng hệ thống tuần hoàn. Hoà tan một ít hỗn hợp của R và R’ trong nước ta được dung dịch A và 0,336 lít H2 (đktc). Cho HCl dư vào dung dịch A, sau đó cô cạn ta được 2,075 gam muối khan. Xác định tên kim loại R và R’. Giải: 2R + 2H2O = 2ROH + H2 (1) 2R’ + 2H2O = 2R’OH + H2 (2) ROH + HCl = RCl + H2O (3) R’OH + HCl = R’Cl + H2O (4) + Gọi x là số mol của kim loại R. Nguyên tử khối của R là M. Gọi y là số mol của kim loại R’. Nguyên tử khối của R’ là M’. x y 0,336 + Theo (1) và (2) 0,015 x+y = 0,03(mol) 2 2 22,4 + Theo (1),(2),(3) và (4): Tổng số mol 2 muối bằng tổng số mol 2 kim loại n muối=x+y = 0,03(mol). 2,075 M 2muoi 69 0,03 M+35,5 < 69 < M’+35,5 R là Na (Nguyên tử khối là 23), R’ là K (Nguyên tử khối là 39). Ví dụ2: Cho 11g hỗn hợp 2 rượu no, đơn chức kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với Na thu được 3,36 lít khí H2(đktc). Xác định công thức cấu tạo của 2 rượu trên. Giải: Gọi: rượu thứ nhất là ROH, rượu thứ hai là R’OH. 2ROH + 2Na 2RONa + H2 (1) 2R’OH + 2Na 2R’ONa + H2 (2) 3,36 n 0,15(mol) H 2 22,4 Theo (1),(2) n =2 n =2.0,15 = 0,3(mol) 2rượu H 2 11 M 36,67 ROH 36,67 0,3 R 36,67 17 19,67 R : CH 3 ROH : CH 3OH R R R' R': C2 H 5 R'OH : C2 H 5OH D.2. Phương pháp số nguyên tử cácbon trung bình * Cách tính số nguyên tử cácbon trung bình (kí hiệu là n ) n CO2 Trong phản ứng cháy chúng ta có: n = nhh n1 x1 n2 x2 Trong hỗn hợp chất: n = x1 x2 n1, n2: Số nguyên tử cácbon của chất 1, 2, x1, x2: số mol của chất 1, 2,