Sáng kiến kinh nghiệm Một số phương pháp giải nhanh các bài toán Hoá học

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Một số phương pháp giải nhanh các bài toán Hoá học

1. Phần một : Mở đầu Hoá học-môn học “kinh hoàng” đối với một bộ phận học sinh nhưng lại là môn học ưa thích và dễ dàng gỡ điểm với phần lớn các học sinh khác . Môn hoá học thực sự là một bộ môn khoa học tổng hợp của nhiều môn học khác.Để giải được các bài tập hoá học trước hết học sinh phải nắm thật chắc lý thuyết,hiểu được bản chất của quá trình biến đổi hoá học trong bài toán sau đó mới vận dụng các phương pháp bộ môn để giải quyết phần tính toán . Giải được các bài toán hoá học đã khó nhưng vói yêu cầu của xã hội như hiện nay giải được các bài toán là chưa đủ mà phải còn phải giảI thật nhanh ,thật chính xác các bài tập.Bằng kinh nghiệm của bản thân qua các năm giảng dạy,bằng việc nghiên cứu các tài liệu tôi đã rút ra và hướng dẫn học sinh sử dụng “một số phương pháp giải nhanh các bài toán hoá học” để luyện cho học sinh cách tư duy và giải toán hóa học. Sau đây là một số ví dụ minh hoạ.
2. Phần hai: Một số phương pháp giải nhanh các bài toán hoá học I/Phương pháp đường chéo Các bài toán trộn lẫn các chất với nhau là một dạng bài toán hay gặp trong chương trình hoá học phổ thông.Ta có thể giải bài toán này theo nhiều cách khác nhau,song cách giải nhanh nhất là “Phương pháp sơ đồ đường chéo” -Nguyên tắc:Trộn lẫn hai dung dịch +Dung dịch 1: có khối lượng m1 thể tích V1 ,nồng độ C1 (C% hoặc CM),khối lượng riêng d1. + Dung dịch 2: có khối lượng m2 thể tích V2 ,nồng độ C2 (C% hoặc CM) trong đó C2 > C1,khối lượng riêng d2. +Dung dịch thu được có m = m1 + m2, V = V1 + V2,nồng độ C ( C1 < C < C2 ),khối lượng riêng d Sơ đồ đường chéo và công thức tương ứng với mỗi trường hợp là: a-Đối với nồng độ % về khối lượng C C m1 C1 2 1 m C C C 1 = 2 (1) m2 C1 C m2 C2 C1 C b-Đối với nồng độ mol/lit C C V1 C1 2 1 V C C C 1 = 2 (2) V2 C1 C V2 C2 C1 C c-Đối với khối lượng riêng d d V1 d1 2 1 V d d C 1 = 2 (3) V2 d1 d V2 d2 d1 d Khi sử dụng sơ đồ đường chéo ta cần chú ý: • Chất rắn coi như dung dịch có C = 100% • Dung môi coi như dung dịch có C =0% • Khối lượng riêng của nước d =1 Một số ví dụ minh hoạ: Dạng 1: Tính toán pha chế dung dịch Ví dụ 1: Để thu được dung dich HCl có nồng độ 25% cần lấy m1 gam dung dịch HCl 45% pha với m2 gam dung dịch HCl 15%.Tỉ lệ m1/m2 là: A 1:2 B 1:3 C 2:1 D 3:1
3. Hướng dẫn giải áp dụng công thức (1) m 45 25 20 2 1 m2 15 25 10 1 Đáp án C Ví dụ 2: Hoà tan 200 gam SO3 và m gam dung dịch H2SO4 49% ta được dung dịch H2SO4 78,4% .Giá trị của m là: A 133,3 B 146,9 C 272,2 D 300,0 Hướng dẫn giải Phương trình phản ưng : SO3+ H2O H2SO4 98 100 100 gam SO3 122,5gam H2SO4 80 Nồng độ dung dịch H2SO4 tương ứng là 122,5 % Gọi m1,m2 là khối lượng SO3 và dung dịch H2SO4 49% cần dùng. Theo (1) ta có: 49 78,4 m1 29,4 44,1 m2 200 300gam m2 122,5 78,4 44,1 29,4 Đáp án D Điểm lí thú của sơ đồ đường chéo là ở chỗ pp này còn có thể dùng tính nhanh kết quả của nhiều dạng bài tập hoá học khác Dạng 2:Bài toán hỗn hợp 2 đồng vị Ví dụ 3: nguyên tử khối trung bình của brôm là 79,319. Giả thiết brôm có hai 79 81 81 đồng vị bền 35 Br và 35 Br .Thành phần % số nguyên tử của 35 Br là: A 84,05 B 81,02 C 18,98 D 15,95 Hướng dẫn giải Ta có sơ đồ 81 35 Br (M=81) 79,319 - 79 = 0,319 A = 79,319 79 35 Br (M=79) 81 - 79,319 = 1,681 81 % 35 Br 0,319 81 0,319 79 % 35 Br 100% 15,95% % 35 Br 1,681 1,681 0,319 Đáp án D Dạng 3 :Tính tỉ lệ thể tích hỗn hợp 2 khí Ví dụ 4: Một hỗn hợp gồm O2 và O3 ở điều kiện chuẩn có tỉ khối với hiđrô là 18.Thành phần% về thể tích của O3 trong hỗn hợp là: A 15% B 25% C 35% D 45% Hướng dẫn giải: Gọi V1 ,V2 là thể tich của O3 và O2 trong hỗn hợp áp dụng sơ đồ chéo M1 =48 32 36 M=18.2=36 M2 =32 48 36
4. V1 4 1 %V1 100% 25% V2 12 3 1 Đáp án B Ví dụ 5: Cần trộn 2 thể tích mêtan với 1 thể tích đồng đẳng X của metan để thu được hỗn hợp khí có tỉ khối so với hiđro bằng 15. X là: A C3H8 B C4H10 C C5H12 D C6H14 Hướng dẫn giải Ta có sơ đồ đường chéo V M =16 M 30 CH4 1 2 M =2.15=30 V M =M 16 30 M 2 2 2 V M 30 2 CH4 2 M 30 28 M 58 14n 2 58 n 4 V 14 1 2 2 M 2 Vậy X là C4H10 Đáp án B Dạng 4:Bài toán hỗn hợp hai chất vô cơ của 2 kim loại có cùng tính chất hoá học Ví dụ 6:Hoà tan 3,164 gam hh CaCO3 và BaCO3 bằng dd HCl dư thu được 448 ml khí CO2 (đktc).Thành phần % số mol BaCO3 trong hh là: A 50% B 55% C 60% D 65% Hướng dẫn giải 3,164 n 0,02mol M = 158,2 CO2 0,02 áp dụng sơ đồ đường chéo BaCO3 (M1=197) 100 158,2 58,2 M =158,2 CaCO3 (M2=100) 197 158,2 38,8 58,2 %n .100% 60% BaCO3 58,2 38,8 Đáp án C Dạng 5: Bài toán các chất hữu cơ là đồng đẳng kế tiếp Ví dụ 7:Cho 11 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức phản ứng với K dư thu được 3,36 lit H2 (đktc).Thành phần% về số mol của ancol có khối lượng phân tử nhỏ là: A 33,33% B 66,67% C 40% D 60% Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng: 2 ROH + 2 K 2 ROK + H2 110 n 2n 0,3mol M 2ancol là CH3OH và C2H5OH ancol H2 ancol 3 96 110 áp dụng sơ đồ chéo: M1=32 3 3 110 M = 3 138 110 M2=46 3 3 28 %n 100% 66,67% CH3OH 28 14 Đáp án B
5. II/Phương pháp bảo toàn khối lượng áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ( ĐLBTKL ): “Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm của phản ứng” giúp ta giải các bài toán hoá học đơn giản ,nhanh chóng. Ví dụ 1:A là hỗn hợp gồm 0,1 mol etilenglicol và 0,2 mol chất X.Để đốt cháy hết hỗn hợp A cần 21,28 lit O2 (đktc) chỉ thu được 35,2 gam CO2 và 19,8 gam H2O.Tính khối lượng phân tử của X Hướng dẫn giải Vì sản phẩm cháy chỉ có CO2 và H2O nên X chỉ chứa C,H,O. Đặt công thức chung của A là CxHyOz Ta có ptpư cháy:CxHyOz + O2 CO2 + H2O áp dụng ĐLBTKL: m + m = m m A O2 CO2 H2O 21,28 m 35,2 19,8 32 A 22,4 mX mA 0,1 62 18,4gam 18,4 M 92(gam / mol) X 0,2 Ví dụ 2:Hoà tan hoàn toàn 3,34 gam hỗn hợp hai muối cácbônat kim loại hoá trị 2 và kim loại hoá trị 3 bằng dd HCl dư thu được dd A và 0,896 lit CO2 (đktc).Tính khối lượng muối có trong dd A. Hướng dẫn giải Gọi công thức chung hai muối là M2(CO3)x Ta có ptpư: M2(CO3)x + 2x HCl 2 MClx + x H2O + x CO2 Theo ptpư ta có : n n 0,04mol CO2 H2O n 2n 0,08mol HCl CO2 áp dụng ĐLBTKL: m + m = m + m m muối cacbonat HCl muối clorua H2O CO 2 m muối clorua = 3,34+0,08.36,5-0,04.(18+44)= 3,78 (gam) Ví dụ 3: Khử m gam hh A gồm CuO,FeO,Fe3O4 và Fe2O3 bằng CO ở nhiệt độ cao thu được 40 gam hh rắn X và 13,2 gam CO2.Tính m. Hướng dẫn giải Đặt công thức chung các oxit trước và sau pư là MxOy và MzOt Ta có: MxOy + CO MzOt + CO2 13,2 n n 0,3mol CO CO2 44 áp dụng ĐLBTKL: m 40 13,2 28.0,3 44,8(gam) =m M xOy Ví dụ 4:Thuỷ phân hoàn toàn 14,8 gam hỗn hợp 2 este đơn chức là đồng phân của nhau cần 200ml dd NaOH 1M thu được m gam hỗn hợp 2 muối và 7,8 gam hỗn hợp 2 rượu. Tính m Hướng dẫn giải Gọi công thức chung của 2 este là RCOOR’ RCOOR’ + NaOH RCOONa + R’OH nNaOH 0,2.1 0,2mol mNaOH 0,2.40 8gam áp dụng ĐLBTKL: mmuối =meste + mNaOH - mrượu =14,8 +8 -7,8 = 15 (gam)
6. III/Phương pháp tăng giảm khối lượng Nguyên tắc :Dựa vào sự tăng giảm khối lượng(TGKL) khi chuyển từ 1 mol chất A thành 1mol hoặc nhiều mol chất B ta dễ dàng tính được số mol của các chất hoặc ngược lại. Ví dụ 1:Hoà tan hoàn toàn 3,34 gam hỗn hợp hai muối cácbônat kim loại hoá trị 2 và kim loại hoá trị 3 bằng dd HCl dư thu được dd A và 0,896 lit CO2 (đktc).Tính khối lượng muối có trong dd A. Hướng dẫn giải Gọi công thức chung hai muối là M2(CO3)x Ta có ptpư: M2(CO3)x + 2x HCl 2 MClx + x H2O + x CO2 ta có : n 0,04mol CO2 2- - Ta thấy :cứ thay thế 1mol CO3 bằng 2 mol Cl khối lượng muối tăng lên 11 gam khối lượng muối clorua thu được là: 3,34 + 11.0,04 = 3,78 gam Ví dụ 2: Khử m gam hh A gồm CuO,FeO,Fe3O4 và Fe2O3 bằng CO ở nhiệt độ cao thu được 40 gam hh rắn X và 13,2 gam CO2.Tính m. Hướng dẫn giải Đặt công thức chung các oxit trước và sau pư là MxOy và MzOt Ta có: MxOy + CO MzOt + CO2 13,2 n n 0,3mol CO CO2 44 Ta thấy cứ 1 mol CO phản ứng thì khối lượng hh oxit kim loại giảm 16 gam m = 40 + 0,3 .16 = 44,8 (gam) Ví dụ 3: Nhúng một lá nhôm vào 200 ml dd CuSO4 đến khi dung dịch hết màu xanh lấy lá nhôm ra thây nặng hơn ban đầu 1,38 gam.Xác định nồng độ của dd CuSO4 Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng: 2 Al + 3 CuSO4 Al2(SO4) + 3 Cu  Ta có 2 mol Al phản ứng cho 3 mol Cu khối lượng kim loại tăng 138 gam 1,38 Vậy số mol CuSO4 đã phản ứng là : 3 0,03mol 138 0,03 C CuSO4 0,15M M 0,2 Ví dụ 4:Cho 11 gam hh 3 axit đơn chức cùng dãy đồng đẳng tác dụng hoàn toàn với Na dư thu được 2,24 lit H2 (đktc).Tính khối lượng muối hữu cơ tạo thành. Hướng dẫn giải Gọi công thức chung của 3 axit là RCOOH 2 RCOOH + 2 Na 2 RCOONa + H2 Ta thấy cứ 1 mol axit chuyển thành muối thì khối lượng tăng 22 gam đồng thời tạo ra 0,5 mol H2 2,24 Khối lượng muối thu được là: 11 +22 . 2. = 15,4 (gam) 22,4 IV/ Phương pháp bảo toàn nguyên tố Ví dụ 1: A là hh rắn gồm 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol Fe3O4 .Hoà tan hoàn toàn a bằng dd HCl dư thu được dd B.Cho b phản ứng với NaOH dư thu được kết tủa C.Lọc lấy kết tủa rửa sạch và nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn D.Tính m Hướng dẫn giải Ta có : Fe2O3 Fe2O3 từ 0,1 mol Fe2O3 ban đầu lại thu được 0,1 mol Fe2O3
7. 2 Fe3O4 3 Fe2O3 Từ 0,1 mol Fe3O4 ban đầu thu được 0,15 mol Fe2O3 Vậy số mol Fe2O3 thu được là 0.25 mol m = 0,25 .160 = 40 (gam) Ví dụ 2:Tiến hành crăckinh ở nhiệt độ cao 5,8 gam butan sau một thời gian thu được hh khí X gồm CH4 , C2H6 , C2H4 , C3H6 , C4H10 .Đốt cháy hoàn toàn X trong oxi dư.Tính khối lượng nước thu được. Hướng dẫn giải Khi chuyển từ butan thành X thì tổng lượng hiđro trong các hợp chất là không đổi nên đốt X thì lượng nước thu được bằng khi đốt butan ban đầu C4H10 4 CO2 + 5 H2O 5,8 m 18 5 9 (gam) H2O 58 Ví dụ 3: Hỗn hợp khí A gồm 1 ankan,1anken,1ankin và hiđrô.Chia A làm hai phần bằng nhau rồi tiến hành hai thí nghiệm: -Phần 1:Đem đốt cháy rồi dẫn sp cháy lần lượt qua bình 1 đựng H2SO4 dặc bình 2đựng nước vôI trong dư thấy khối lượng bình 1 tăng 9,9 gam ,bình 2 tăng 13,2 gam -Phần 2:Dẫn từ từ qua ống đựng bột niken nung nóng thu dược hỗn hợp khí B.Đốt cháy hoàn toàn hh khí B rồi hấp thụ sản phẩm cháy vào dd nước vôI trong dư thấy khối lượng tăng m gam.Tính m Hướng dẫn giải Thành phần nguyên tố trong 2 bình như nhau nên sản phẩm cháy hoàn toàn như nhau Do đó : m = 9,9 + 13,2 = 23,1 gam V/Phương pháp bảo toàn electron Nguyên tắc :Khi có nhiều chât oxihoa hoặc chất khử trong hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol electron mà các chất khử cho bằng tổng số mol electron mà các chất oxihoa nhận Điều quan trọng khi áp dụng phương pháp này đó là việc phải nhận định đúng trạng thái đầu và cuối của các chất oxi hoá và các chất khử, nhiều khi không cần quan tâm đến việc cân bằng phản ứng hoá học xảy ra. Phương pháp này đặc biệt lí thú đối với các bài toán phải biện luận nhiều trường hợp xảy ra. Ví dụ 1. Hoà tan hoàn toàn 19,2 gam kim loại M trong dung dịch HNO3 dư thu được 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO2 và NO có tỉ lệ thể tích 3:1. Xác định kim loại M. Hướng dẫn giải: 8,96 Số mol của hỗn hợp khí: n = 0,4 (mol) khí 22,4 3 Vì V : V = 3:1 n : n = 3:1 n = .0,4 = 0,3 (mol) ; NO2 NO NO2 NO NO2 4 1 n = .0,4 = 0,1 (mol) NO 4