Phương pháp trung bình

PHƯƠNG PHÁP 11: SỬ DỤNG CÁC GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH

I. PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH

1. Nội dung phương pháp trung bình

Đối với hỗn hợp các chất, các đại lượng trung bình như có ý nghĩa hết sức quan trọng. Khi biết giá trị của các đại lượng này, ta có thể tìm được thành phần các chất trong hỗn hợp hoặc có thể tính toán được lượng chất trong phản ứng (lượng chất tham gia phản ứng hoặc lượng chất tạo thành).

Ở đây, lần lượt là khối lượng mol trung bình, số nguyên tử C, H, O trung bình, số nhóm chức anđehit, axit trung bình và số liên kết trung bình,… của các chất trong hỗn hợp.

Phương pháp trung bình là phương pháp sử dụng tính chất và giá trị của các đại lượng trung bình để giải bài tập hóa học.

Công thức tính các đại lượng trung bình :

Theo bảo toàn electron : Do đó ta có (*).

Trong đó M₁, M₂,… là khối lượng mol của các chất trong hỗn hợp; C₁, C₂, H₁, H₂,… là số nguyên tử C, số nguyên tử H của các chất trong hỗn hợp; CHO₁, CHO₂, COOH₁, COOH₂,… là số nhóm chức CHO, COOH của các chất trong hỗn hợp; là số liên kết của các chất trong hỗn hợp; n₁, n₂,… là số mol của các chất trong hỗn hợp.

Trong các công thức trên, ta có thể thay số mol của các chất bằng phần trăm về số mol, phần trăm về thể tích hoặc thể tích của các chất.

Các đại lượng trung bình khác cũng tính tương tự như trên.

Tính chất của đại lượng trung bình :

● Nếu hỗn hợp có hai chất, trong đó :

;

● Nếu trong hỗn hợp có hai chất, trong đó :

Tổng quát : Gọi là đại lượng trung bình của các đại lượng X₁, X₂, X₃,… trong hỗn hợp thì :

2. Ưu điểm của phương pháp trung bình

a. Xét các hướng giải bài tập sau :

Câu 30 – Mã đề 175: Hỗn hợp khí X gồm anken M và ankin N có cùng số nguyên tử cacbon trong phân tử. Hỗn hợp X có khối lượng 12,4 gam và thể tích 6,72 lít (ở đktc). Số mol, công thức phân tử của M và N lần lượt là :

A. 0,1 mol C₂H₄ và 0,2 mol C₂H₂. B. 0,1mol C₃H₆ và 0,2 mol C₃H₄.

C. 0,2 mol C₂H₄ và 0,1 mol C₂H₂. D. 0,2 mol C₃H₆ và 0,1 mol C₃H₄.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2009)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Sử dụng phương pháp tìm khoảng giới hạn số nguyên tử C

Đặt công thức của M và N lần lượt là C_nH_2n (x mol) và C_nH_2n-2 (y mol).

Theo giả thiết, ta có :

Suy ra D là đáp án đúng :

● Cách 2 : Sử dụng phương pháp trung bình

Vì M, N có cùng số nguyên tử C, nên đặt công thức trung bình của chúng là

Theo giả thiết, ta có :

Giả sử hai chất có cùng số mol thì số , trên thực tế , chứng tỏ C₃H₆ phải có số mol nhiều hơn. Suy ra D là đáp án đúng :

b. Nhận xét :

Với cách 1 : Để giải quyết được bài toán, ta phải giải một hệ 2 phương trình, nhưng lại có 3 ẩn số. Về mặt lý thuyết thì hệ như vậy không thể giải được, dẫn đến bế tắc. Trên thực tế, hệ vẫn có thể giải được vì các ẩn số có điều kiện của nó (0 < x, y < 0,3; n là số nguyên dương), nhưng không phải học sinh nào cũng khai thác được các điều kiện này. Để giải được hệ trên, đòi hỏi học sinh phải có kĩ năng biến đổi toán học tốt và mất nhiều thời gian.

Với cách 2 : Dễ dàng tính được giá trị khối lượng mol trung bình của hai chất, từ đó suy ra công thức của chúng. Tính được số nguyên tử H trung bình của hai chất và dựa vào tính chất của giá trị trung bình để suy ra số mol của C₃H₆ phải nhiều hơn số mol C₃H₄. Từ đó dựa vào các phương án để suy ra số mol của từng chất. Rõ ràng cách 2 nhanh chóng và nhẹ nhàng trong việc tính toán hơn rất nhiều so với cách 1.

c. Kết luận : Đối với bài toán liên quan đến hỗn hợp các chất thì phương pháp trung bình là một sự lựa chọn tối ưu, giúp cho việc tính toán trở lên đơn giản hơn, nhanh chóng hơn so với phương pháp thông thường.

3. Phạm vi áp dụng :

Phương pháp trung bình có thể giải quyết được nhiều dạng bài tập liên quan đến hỗn hợp các chất trong hóa vô cơ cũng như hóa hữu cơ.

Một số dạng bài tập thường sử dụng phương pháp trung bình :

+ Tìm hai kim loại (ở dạng đơn chất hay trong hợp chất muối, oxit,…) hoặc hai halogen (trong muối halogenua) thuộc cùng một nhóm và thuộc hai chu kỳ kế tiếp hoặc không kế tiếp.

+ Tìm công thức của hỗn hợp các hợp chất hữu cơ thuộc cùng dãy đồng đẳng, kế tiếp hoặc không kế tiếp.

+ Tìm công thức của các hợp chất hữu cơ trong hỗn hợp thuộc các dãy đồng đẳng khác nhau.

+ Tính lượng chất tạo thành trong phản ứng đối với hỗn hợp các chất hữu cơ.

II. PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA

Phương pháp trung bình thường dùng để giải các bài tập tìm các chất trong hỗn hợp hoặc tính toán lượng chất trong phản ứng

Phương pháp giải

– Bước 1 : Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy rõ bản chất hóa học của bài toán.

– Bước 2 : Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập : Khi gặp dạng bài tập tìm các chất trong hỗn hợp thì ta nên sử dụng phương pháp trung bình.

– Bước 3 : Dựa vào yêu cầu đề bài để đánh giá, lựa chọn nên sử dụng giá trị trung bình nào của hỗn hợp thì tối ưu nhất, chỉ cần sử dụng một giá trị trung bình hay phải sử dụng nhiều giá trị trung bình.

– Bước 4 : Dựa vào giả thiết và sự bảo toàn electron, bảo toàn điện tích, bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố để tìm các giá trị trung bình, kết hợp với tính chất của giá trị trung bình để trả lời các câu hỏi mà đề bài yêu cầu.

► Các ví dụ minh họa ◄

1. Tính lượng chất trong phản ứng

a. Sử dụng một giá trị trung bình

Với một số bài tập chứa hỗn hợp các chất, ta chỉ cần khai thác một giá trị trung bình là tìm được kết quả.

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn m gam Al bằng dung dịch HNO₃ loãng, thu được 5,376 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm N₂, N₂O và dung dịch chứa 8m gam muối. Tỉ khối của X so với H₂ bằng 18. Giá trị của m là

A. 17,28. B. 19,44. C. 18,90. D. 21,60.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013)

Hướng dẫn giải

Nhận thấy :

Theo bảo toàn nguyên tố Al, ta có :

Suy ra phản ứng tạo ra cả muối NH₄NO₃.

Áp dụng bảo toàn electron, ta có :

Ví dụ 2: Hòa 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. 97,98. B. 106,38. C. 38,34. D. 34,08.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2009)

Hướng dẫn giải

Thay hai khí N₂ và N₂O thành N₂O_x. Ta có : .

Với x = 0,5 thì số oxi hóa trong N₂O_x là 0,5. Như vậy số oxi hóa của N trong HNO₃ giảm từ +5 và +0,5.

Giả sử phản ứng tạo ra muối NH₄NO₃, ta có :

Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 8,862 gam hỗn hợp gồm Al và Mg vào dung dịch HNO₃ loãng, thu được dung dịch X và 3,136 lít (ở đktc) hỗn hợp Y gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí. Khối lượng của Y là 5,18 gam. Cho dung dịch NaOH (dư) vào X và đun nóng, không có khí mùi khai thoát ra. Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp ban đầu là :

A. 19,53%. B. 15,25%. C. 10,52%. D. 12,80%.

(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2009

Hướng dẫn giải

Hỗn hợp Y gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí. Suy ra Y có NO và còn lại là một trong hai khí N₂ (M = 28) hoặc N₂O (M = 44).

Vì

Dung dịch sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng, không có khí mùi khai thoát ra chứng tỏ phản ứng của Al, Mg với HNO₃ không tạo ra NH₄NO₃.

Nhận thấy :

Theo giả thiết và bảo toàn electron, ta có :

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP11 – TRUNG BÌNH

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp đường chéo

CHUYÊN ĐỀ 9 : PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHÉO

I. Phương pháp đường chéo :

1. Nội dung phương pháp đường chéo

Cơ sở của phương pháp đường chéo là mối liên hệ giữa các giá trị trung bình của hỗn hợp (, , , , , , , ,…) với các giá trị tương ứng (M, C, H, O, , A, C%, C_M,…) của các chất trong hỗn hợp đó.

Ở đây, , , , , , , , lần lượt là khối lượng mol trung bình, số nguyên tử cacbon, hiđro, oxi trung bình, số liên kết pi trung bình, nguyên tử khối trung bình, nồng độ phần trăm trung bình, nồng độ mol trung bình. Còn M, C, H, O, , A, C%, C_M lần lượt là khối lượng mol, số nguyên tử cacbon, hiđro, oxi, số liên kết pi, nguyên tử khối, nồng độ phần trăm, nồng độ mol.

Phương pháp đường chéo là phương pháp sử dụng mối liên hệ giữa các giá trị trung bình của hỗn hợp với các giá trị tương ứng của các chất trong hỗn hợp để giải bài tập hóa học.

2. Ưu điểm của phương pháp đường chéo

a. Xét các hướng giải bài tập sau :

Câu 47 – Mã đề 285: Cho m gam hỗn hợp bột Zn và Fe vào lượng dư dung dịch CuSO₄. Sau khi kết thúc các phản ứng, lọc bỏ phần dung dịch thu được m gam bột rắn. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Zn trong hỗn hợp bột ban đầu là :

A. 90,27%. B. 85,30%. C. 82,20%. D. 12,67%.

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2007)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng

Bản chất của phản ứng là Zn, Fe khử ion Cu²⁺ thành Cu; Cu²⁺ oxi hóa Zn, Fe thành Zn²⁺ và Fe²⁺.

Zn + Cu²⁺ Zn²⁺ + Cu (1)

Fe + Cu²⁺ Fe²⁺ + Cu (2)

Phản ứng (1) làm cho khối lượng kim loại giảm. Phản ứng (2) làm cho khối lượng kim loại tăng.

Vì khối lượng kim loại trước và sau phản ứng không đổi, chứng tỏ khối lượng kim loại giảm ở phản ứng (1) bằng lượng kim loại tăng ở phản ứng (2).

Suy ra :

● Cách 2 : Sử dụng phương pháp đường chéo

Theo giả thiết và bảo toàn electron, suy ra :

Áp dụng phương pháp đường chéo, ta có :

Fe 56		65 – 64 = 1
	64
Zn 65		64 – 56 = 8

Suy ra :

b. Nhận xét :

Với cách 1 : Căn cứ vào sự tăng giảm khối lượng để tìm mối liên hệ về số mol của Zn và Fe trong hỗn hợp ban đầu.

Với cách 2 : Dựa vào khối lượng mol trung bình của hai kim loại và phương pháp đường chéo để tìm mối liện hệ giữa số mol của Zn, Fe trong hỗn hợp ban đầu. Rõ ràng ở bài tập này thì phương pháp đường chéo tỏ ra ưu việt hơn vì các phép tính đơn giản hơn.

c. Kết luận : Phương pháp đường chéo có thể giải quyết nhanh các bài tập tính lượng chất, tỉ lệ lượng chất, phần trăm lượng chất của các chất trong hỗn hợp.

3. Phạm vi áp dụng

Phương pháp đường chéo có thể giải quyết được những dạng bài tập sau :

+ Pha chế dung dịch chứa 1 chất tan.

+ Tính thể tích, tỉ lệ thể tích của dung dịch axit, bazơ.

+ Tính lượng chất, tỉ lệ lượng chất, phần trăm lượng chất của các chất trong hỗn hợp.

II. Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa

1. Dạng 1 : Pha chế dung dịch

Phương pháp giải

– Bước 1 : Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập : Khi gặp các dấu hiệu : Tính lượng chất, tỉ lệ lượng chất để pha chế được dung dịch chứa 1 chất tan thì ta nên sử dụng phương pháp đường chéo.

– Bước 2 : Dựa vào giả thiết để lựa chọn đường chéo phù hợp.

– Bước 3 : Dựa vào sơ đồ đường chéo để tính tỉ lệ lượng chất cần pha trộn. Kết hợp với các giả thiết khác để suy ra kết quả của bài toán.

► Các ví dụ minh họa ◄

a. Sử dụng đường chéo liên quan đến nồng độ phần trăm của dung dịch

Khi gặp dạng bài tập mà đề bài yêu cầu pha chế để tạo ra dung dịch mới có nồng độ phần trăm là thì ta sử dụng đường chéo sau (giả sử ) :

mdd1 C1%		C2% –
mdd2 C2%		– C1%

Ví dụ 1: Từ 20 gam dung dịch HCl 40% và nước cất, pha chế dung dịch HCl 16%. Khối lượng nước (gam) cần dùng là :

A. 27. B. 25,5. C. 54. D. 30.

Hướng dẫn giải

Coi nước là dung dịch HCl có nồng độ 0%.

Áp dụng sơ đồ đường chéo, ta có :

40		16
	16
0		24

Mặt khác,

Ví dụ 2: Để thu được 500 gam dung dịch HCl 25% cần lấy m₁ gam dung dịch HCl 35% pha với m₂ gam dung dịch HCl 15%. Giá trị m₁ và m₂ lần lượt là :

A. 400 và 100. B. 325 và 175. C. 300 và 200. D. 250 và 250.

Hướng dẫn giải

Áp dụng sơ đồ đường chéo, ta có :

m1 35		10
	25
m2 15		10

Mặt khác m₁ + m₂ = 500 nên suy ra

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP9 – ĐƯỜNG CHÉO

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp sử dụng hỗn hợp ảo

PHƯƠNG PHÁP 10: SỬ DỤNG CHẤT ẢO, SỐ OXI HÓA ẢO

I. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT ẢO, SỐ OXI HÓA ẢO

Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo là một phương pháp mới lạ để giải nhanh một số dạng bài tập trắc nghiệm hóa học.

Cơ sở của phương pháp : Chuyển hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp mới hoặc hợp chất mới; chuyển dung dịch ban đầu thành một dung dịch mới; gán cho nguyên tố số oxi hóa mới khác với số oxi hóa thực của nó. Từ đó giúp cho việc tính toán trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn.

Hỗn hợp, hợp chất, dung dịch, số oxi hóa mới được gọi là ảo vì nó không có trong giả thiết của bài toán.

II. PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA

1. Sử dụng dung dịch ảo

Ví dụ 1: Dung dịch X chứa a mol Na⁺; b mol ; c mol và d mol . Để tạo kết tủa lớn nhất người ta phải dùng 100 ml dung dịch Ba(OH)₂ x mol/l. Biểu thức tính x theo a và b là:

A. . B. . C. . D. .

(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2012 – 2013)

Hướng dẫn giải

Chuyển ion thành 2 ion ảo là và H⁺.

Chuyển dung dịch X thành dung dịch ảo X’ gồm : a mol Na⁺; b mol H⁺, (b+c) mol và d mol .

Cho Ba(OH)₂ vào dung dịch X’ sẽ tạo ra kết tủa là BaSO₄ và BaCO₃. Như vậy các ion Na⁺ và H⁺ đã được thay thế bằng ion Ba²⁺.

Áp dụng bảo toàn điện tích, ta có :

Ví dụ 2: Dung dịch X chứa các ion: , , , 0,1 mol và 0,3 mol Na⁺. Thêm V lít dung dịch Ba(OH)₂ 1M vào X thì thu được lượng kết tủa lớn nhất. Giá trị nhỏ nhất của V là :

A. 0,15. B. 0,25. C. 0,20. D. 0,30.

(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Hạ Hòa – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)

Hướng dẫn giải

Chuyển ion thành 2 ion ảo là và H⁺.

Chuyển X thành dung dịch ảo X’ gồm : 0,1 mol H⁺, 0,3 mol Na⁺ và các ion , , .

Sau phản ứng của X’ với Ba(OH)₂, các ion , , được thay bằng ion .

Theo bảo toàn điện tích, ta có :

Ví dụ 3: Dung dịch E gồm x mol Ca²⁺, y mol Ba²⁺, z mol . Cho từ từ dung dịch Ca(OH)₂ nồng độ a mol/l vào dung dịch E đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất thì vừa hết V lít dung dịch Ca(OH)₂. Biểu thức liên hệ giữa các giá trị V, a, x, y là

A. B. C. D.

(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2012)

Hướng dẫn giải

Chuyển E thành dung dịch ảo E’ gồm : x mol Ca²⁺, y mol Ba²⁺, z mol và z mol .

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch E’, ta có :

Sơ đồ phản ứng :

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của Ba²⁺, Ca²⁺ với ion , ta có :

Hoặc áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của ion H⁺ với ion , ta có :

Ví dụ 4: Một cốc chứa dung dịch A gồm a mol Ca²⁺, b mol Mg²⁺ và c mol . Dùng V lít dung dịch Ca(OH)₂ x mol/l để kết tủa lượng cation trong cốc. Biết kết tủa tạo ra là CaCO₃ và Mg(OH)₂. Mối quan hệ giữa V, a, b, x là :

A. V = (a + 2b)/x B. V = (2a + b)/x C. V = (a + b)/x D. V = (2a + 2b)/x

(Đề thi thử đại học lần 1 – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)

Hướng dẫn giải

Chuyển A thành dung dịch ảo A’ gồm : a mol Ca²⁺, b mol Mg²⁺, c mol và c mol .

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch A’, ta có :

Sơ đồ phản ứng :

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của Ca²⁺ với ion , ta có :

Hoặc áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của ion Mg²⁺, H⁺ với ion , ta có :

2. Sử dụng hỗn hợp ảo

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Na, Ba, Na₂O và BaO. Hòa tan hoàn toàn 21,9 gam X vào nước, thu được 1,12 lít khí H₂ (đktc) và dung dịch Y, trong đó có 20,52 gam Ba(OH)₂. Hấp thụ hoàn toàn 6,72 lít khí CO₂ (đktc) vào Y, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là

A. 23,64. B. 15,76. C. 21,92. D. 39,40.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013)

Hướng dẫn giải

Vấn đề mấu chốt của bài tập này là phải tính được số mol của NaOH trong dung dịch Y. Tuy nhiên, dung dịch Y được tạo thành khi cho hỗn hợp X gồm 4 chất là Na, Na₂O, Ba, BaO tác dụng với H₂O nên việc tính toán gặp nhiều khó khăn (do phải sử dụng nhiều ẩn số mol).

Giả sử ta có thể biến hỗn hợp 4 chất trong X thành một hỗn hợp trung gian X’ gồm 2 chất là Na₂O và BaO (bằng cách cho X tác dụng với O₂) thì việc tính toán sẽ trở nên dễ dàng hơn nhiều. Vì số mol Ba(OH)₂ trong Y đã biết nên dễ dàng tính được số mol và khối lượng của BaO trong X’. Từ đó sẽ tính được khối lượng của và số mol của Na₂O, rồi suy ra số mol của NaOH.

Muốn làm như vậy, ta phải biết được tổng số mol electron mà Na, Ba trong X đã nhường trong phản ứng với O₂. Khi đó sẽ biết được số mol electron mà O₂ có thể nhận, từ đó suy ra được số mol của O₂ phản ứng với X để chuyển thành X’.

Trong phản ứng của X với nước, chỉ có Na và Ba phản ứng giải phóng H₂. Nên thông qua số mol H₂ giải phóng ta có thể tính được số mol electron mà Na và Ba nhường.

Theo giả thiết, ta có :

Theo bảo toàn nguyên tố Ba, ta có :

Theo bảo toàn nguyên tố Na:

Vậy dung dịch Y có 0,14 mol NaOH và 0,12 mol Ba(OH)₂. Suy ra :

tạo ra cả

Vì phản ứng tạo ra cả hai muối, nên sử dụng công thức giải nhanh, ta có:

Như vậy để chuyển hỗn hợp gồm các kim loại và oxit thành hỗn hợp các oxit thì ta thêm một lượng oxi là . Tùy thuộc vào từng bài mà số mol electron có thể tính theo H₂, SO₂, NO, NO₂,…

Ví dụ 2: Cho 30,7 gam hỗn hợp X gồm Na, K, Na₂O, K₂O tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ thu được 2,464 lít H₂ (đktc), dung dịch chứa 22,23 gam NaCl và x gam KCl. Giá trị của x là:

A. 32,78. B. 31,29. C. 35,76. D. 34,27.

Hướng dẫn giải

Chuyển hỗn hợp X thành hỗn hợp ảo X’ gồm Na₂O và K₂O bằng cách cho X phản ứng với một lượng O₂ là :

Áp dụng bảo toàn nguyên tố Na và K, ta có :

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm CaO, Mg, Ca, MgO. Hòa tan 5,36 gam hỗn hợp X bằng dung dịch HCl vừa đủ thu được 1,624 lít H₂ (đktc) và dung dịch Y trong đó có 6,175 gam MgCl₂ và m gam CaCl₂. Giá trị của m là

A. 7,4925 gam. B. 7,770 gam. C. 8,0475 gam. D. 8,6025 gam.

(Đề thi thử Đại học lần 4 – THPT Chuyên Vĩnh Phúc, năm học 2011 – 2012)

Hướng dẫn giải

Chuyển X thành hỗn hợp ảo X’ gồm CaO và MgO bằng cách cho X phản ứng với một lượng oxi là :

Theo bảo toàn nguyên tố Mg và Ca, ta có :

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP10 – SỬ DỤNG HỖN HỢP ẢO

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp quy đổi

I. Phương pháp quy đổi

1. Nội dung phương pháp quy đổi

• Cơ sở của phương pháp quy đổi là định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố.
  • Định luật bảo toàn khối lượng: Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng sản phẩm tạo thành. Suy ra: Khi chuyển đổi hỗn hợp này thành hỗn hợp khác thì khối lượng được bảo toàn.
  • Định luật bảo toàn nguyên tố: Trong phản ứng hóa học, các nguyên tố được bảo toàn. Suy ra: Khi chuyển đổi hỗn hợp này thành hỗn hợp khác thì nguyên tố được bảo toàn.
• Như vậy, khi chuyển đổi (quy đổi) hỗn hợp này thành hỗn hợp khác thì khối lượng và nguyên tố được bảo toàn.
• Phương pháp quy đổi là phương pháp chuyển đổi các chất phản ứng hoặc các chất sản phẩm thành các chất tương đương trên cơ sở bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố.

2. Ưu điểm của phương pháp quy đổi

a. Xét các hướng giải bài tập sau:

Câu 41 – Mã 253: Hỗn hợp X gồm 1 mol aminoaxit no, mạch hở và 1 mol amin no, mạch hở. X có khả năng phản ứng tối đa với 2 mol HCl hoặc 2 mol NaOH. Đốt cháy hoàn toàn X thu được 6 mol CO₂, x mol H₂O và y mol N₂. Các giá trị x, y tương ứng là

A. 8 và 1,0. B. 8 và 1,5. C. 7 và 1,0. D. 7 và 1,5.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2010)

● Cách 2: Sử dụng phương pháp quy đổi

Theo giả thiết, X gồm amin no, mạch hở và amino axit no, mạch hở.

b. Nhận xét:

Với cách 1: Ta đi tìm công thức tổng quát của amin và amino axit. Việc xây dựng công thức của amin thì khá đơn giản vì đó là amin no, đơn chức (dạng quen thuộc). Nhưng xây dựng công thức của amino axit no, mạch hở chứa 1 nhóm –NH₂ và 2 nhóm –COOH thì phức tạp hơn, chắc chắn có nhiều học sinh sẽ lúng túng (vì đây không phải là dạng công thức quen thuộc). Cách đơn giản nhất là lấy một ví dụ cụ thể, chẳng hạn là H₂NCH(COOH)₂, rồi từ đó suy ra công thức tổng quát. Sau khi xây dựng được công thức của các chất trong X, ta phải tiếp tục lập sơ đồ phản ứng cháy để tìm số mol của H₂O và N₂. Như vậy, làm theo cách 1 sẽ mất thời gian vào việc lập công thức và viết sơ đồ đốt cháy X để tính toán.

Với cách 2: Nhận thấy . Mặt khác đề cho các chất trong X là no, mạch hở nên coi X là hai amino axit no, mạch hở, phân tử có 1 nhóm –NH₂ và 1 nhóm –COOH (dạng quen thuộc). Đến đây, sử dụng công thức trung bình cho hai chất và áp dụng bảo toàn nguyên tố thì dễ dàng tính được số mol của H₂O và N₂.

c. Kết luận:

Phương pháp quy đổi không giúp ta giải quyết được bài toán một cách triệt để, nhưng nhờ nó mà việc tính toán trong một số bài tập có chứa hỗn hợp nhiều chất trở nên đơn giản hơn, dễ dàng hơn và nhanh chóng hơn.

3. Phạm vi áp dụng của phương pháp quy đổi:

Phương pháp quy đổi có thể giải quyết được một số dạng bài tập hóa vô cơ hoặc hóa hữu cơ, có thể là phản ứng oxi hóa – khử hoặc phản ứng không oxi hóa – khử.

Một số dạng bài tập thường dùng phương pháp quy đổi là:

• Hỗn hợp (Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄); (Fe, S, FeS, FeS₂), (Fe, Cu, FeS, FeS₂, CuS, Cu₂S); (Cu, Fe_xO_y),…tác dụng với dung dịch HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, nóng.
• Hỗn hợp (Mg, Ca, MgO, CaO); (K, Na, Na₂O, K₂O),… tác dụng với dung dịch HCl hoặc H₂SO₄ loãng.
• Hỗn hợp (FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄) phản ứng với dung dịch HCl hoặc H₂SO₄ loãng.
• Đốt cháy hỗn hợp các chất bằng hỗn hợp O₂, O₃.
• Đốt cháy hỗn hợp các chất hữu cơ.
• Hỗn hợp các chất trong đó có những chất có khối lượng phân tử bằng nhau và tính chất tương tự nhau.

II. Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa

1. Dạng 1: Quy đổi chất

Phương pháp giải

– Bước 1: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập

Khi gặp một trong các dấu hiệu sau đây thì ta nên sử dụng phương pháp quy đổi chất: (1) Bài tập có hỗn hợp nhiều chất được cấu tạo bởi 1, 2 hay 3 nguyên tố; (2) Bài tập có các chất phản ứng ở dạng tổng quát (Fe_xO_y, C_xH_y,…); (3) Bài tập có hỗn hợp nhiều chất trong đó có những chất có cùng khối lượng mol hoặc cùng công thức phân tử, công thức đơn giản nhất; (4) Bài tập có hỗn hợp các chất trong đó có những chất có mối liên quan với nhau về số mol.

– Bước 2: Tiến hành quy đổi: Đối với các dạng bài tập có dấu hiệu (1) hoặc (2) ta nên quy đổi hỗn hợp ban đầu hoặc chất ban đầu thành hỗn hợp các nguyên tử. Đối với bài tập có dấu hiệu (3) ta nên quy đổi những chất có cùng công thức phân tử, hoặc cùng khối lượng mol thành một chất; Đối với bài tập có dấu hiệu (4) thì tùy thuộc vào từng bài cụ thể mà ta lựa chọn cách quy đổi sao cho hợp lý nhất.

– Bước 3: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy rõ hơn bản chất hóa học của bài toán.

– Bước 4: Kết hợp với các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích, bảo toàn khối lượng để thiết lập các phương trình toán học liên quan đến số mol, khối lượng, thể tích của các chất cần tìm, giải phương trình hoặc hệ phương trình để tìm kết quả.

► Các ví dụ minh họa ◄

a. Bài tập có hỗn hợp nhiều chất được cấu tạo bởi 1, 2 hay 3 nguyên tố

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Na, Ba, Na₂O và BaO. Hòa tan hoàn toàn 21,9 gam X vào nước, thu được 1,12 lít khí H₂ (đktc) và dung dịch Y, trong đó có 20,52 gam Ba(OH)₂. Hấp thụ hoàn toàn 6,72 lít khí CO₂ (đktc) vào Y, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là

A. 23,64. B. 15,76. C. 21,92. D. 39,40.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013)

Hướng dẫn giải

● Bước 1: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập

Đề bài cho biết hỗn hợp X gồm có 4 chất là Na, Ba, Na₂O và BaO. Tuy nhiên, ta thấy X chỉ được tạo thành từ 3 loại nguyên tố là Na, Ba, O. Đây là dấu hiệu (1), chứng tỏ bài tập này sẽ sử dụng phương pháp quy đổi.

● Bước 2: Tiến hành quy đổi

Quy đổi hỗn hợp X gồm Na, Ba, Na₂O và BaO thành hỗn hợp X’ gồm Na, Ba, O.

● Bước 3: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy rõ hơn bản chất hóa học của bài toán

Ta coi hỗn hợp đầu tiên là X’, còn X là hỗn hợp trung gian.

Căn cứ vào sơ đồ phản ứng, ta thấy: Chất khử là Na, Ba; chất oxi hóa là O và H₂O; sản phẩm khử của H₂O là H₂.

● Bước 4: Kết hợp với các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích, bảo toàn khối lượng để thiết lập các phương trình toán học liên quan đến số mol, khối lượng, thể tích của các chất cần tìm, giải phương trình hoặc hệ phương trình để tìm kết quả.

Theo giả thiết, ta có:

Theo bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng, ta có:

Vậy dung dịch Y có 0,14 mol NaOH và 0,12 mol Ba(OH)₂. Suy ra:

tạo ra cả

Vì phản ứng tạo ra cả hai muối, nên sử dụng kết quả đã chứng minh ở chuyên đề bảo toàn điện tích, ta có:

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm CaO, Mg, Ca, MgO. Hòa tan 5,36 gam hỗn hợp X bằng dung dịch HCl vừa đủ thu được 1,624 lít H₂ (đktc) và dung dịch Y trong đó có 6,175 gam MgCl₂ và m gam CaCl₂. Giá trị của m là

A. 7,4925 gam. B. 7,770 gam. C. 8,0475 gam. D. 8,6025 gam.

(Đề thi thử Đại học lần 4 – THPT Chuyên Vĩnh Phúc, năm học 2011 – 2012)

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X thành hỗn hợp X’ gồm Ca, Mg, O.

Sơ đồ phản ứng:

Từ sơ đồ phản ứng, ta thấy: Chất khử là Ca, Mg; chất oxi hóa là H⁺ trong HCl và O; sản phẩm khử của H⁺ là H₂;

Áp dụng bảo toàn electron, bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố Ca, ta có:

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ tại đây PP7 – QUY ĐỔI

Xem thêm

• Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học
• Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp đồ thị

CHUYÊN ĐỀ 6: ĐỒ THỊ

I. Các dạng đồ thị cơ bản

1. Sục khí CO₂ vào dung dịch Ba(OH)₂ hoặc Ca(OH)₂

Bản chất phản ứng :

Suy ra : Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần a mol CO₂. Sau đó lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng này cũng cần a mol CO₂.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa BaCO₃ hoặc CaCO₃ theo lượng CO₂ được biểu diễn bằng đồ thị sau :

Nhận xét : Dựa vào dạng hình học của đồ thị, ta thấy đường biến thiên lượng kết tủa hợp với trục hoành tạo thành một tam giác vuông cân.

Suy ra : Nếu phản ứng tạo ra một lượng kết tủa x mol (như đồ thị dưới đây) thì ta dễ dàng tính được số mol CO₂ tham gia phản ứng là x mol hoặc .

2. Sục khí CO₂ vào dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ NaOH (hoặc KOH) và Ba(OH)₂ (hoặc Ca(OH)₂)

Bản chất phản ứng :

Suy ra : Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần a mol CO₂. Lượng kết tủa không thay đổi một thời gian ứng với phản ứng (2) và (3), phản ứng này cần b mol CO₂. Sau đó lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (4), lượng CO₂ cần dùng trong phản ứng này là a mol.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa BaCO₃ hoặc CaCO₃ theo lượng CO₂ được biểu diễn bằng đồ thị sau :

Nhận xét : Dựa vào dạng hình học của đồ thị, ta thấy đường biến thiên lượng kết tủa hợp với trục hoành tạo thành một hình thang cân.

Suy ra : Nếu phản ứng tạo ra một lượng kết tủa x mol (nhỏ hơn lượng kết tủa cực đại) thì ta dễ dàng tính được số mol CO₂ tham gia phản ứng là x mol hoặc .

3. Phản ứng của dung dịch bazơ (chứa ion) với dung dịch chứa muối Al³⁺

Bản chất phản ứng :

Suy ra : Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần 3a mol . Sau đó lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng này cần a mol .

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa Al(OH)₃ theo lượng được biểu diễn bằng đồ thị sau :

Nhận xét : Dựa vào dạng hình học của đồ thị, suy ra : Nếu phản ứng tạo ra x mol kết tủa (x < a) thì có thể dễ dàng tính được lượng tham ra phản ứng là 3x mol hoặc .

4. Phản ứng của dung dịch bazơ (chứa ion) với dung dịch chứa các ion H⁺ và Al³⁺

Bản chất phản ứng :

Suy ra : Ở phản ứng (1), dùng để trung hòa H⁺ nên lúc đầu chưa xuất hiện kết tủa. Sau một thời gian, kết tủa bắt đầu xuất hiện và tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (2), phản ứng này cần 3a mol . Cuối cùng kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (3), phản ứng này cần a mol .

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa Al(OH)₃ theo lượng được biểu diễn bằng đồ thị sau :

5. Phản ứng của dung dịch axit (chứa ion H⁺) với dung dịch chứa ion hay

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP6 – ĐỒ THỊ

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp khai thác độ bất bão hoà

PHƯƠNG PHÁP 8: KHAI THÁC ĐỘ BẤT BÃO HÒA TRONG

PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ

I. ĐỘ BẤT BÃO HÒA

Độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ là đại lượng đặc trưng cho độ không no của phân tử hợp chất hữu cơ.

Độ bất bão hòa có thể được ký hiệu là k, a, ,… Thường ký hiệu là k.

Giả sử một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C_xH_yO_zN_t thì tổng số liên kết  và vòng của phân tử được gọi là độ bất bão hòa của phân tử đó. Công thức tính độ bất bão hòa :

Đối với hợp chất C_xH_yO_zN_t, ta có :

và

II. PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY HỢP CHẤT HỮU CƠ

1. Sơ đồ phản ứng đốt cháy hiđrocacbon

Suy ra :

2. Sơ đồ phản ứng đốt cháy dẫn xuất chứa oxi của hiđrocacbon

Suy ra :

3. Sơ đồ phản ứng đốt cháy dẫn xuất chứa nitơ, oxi của hiđrocacbon

Suy ra :

● Như vậy :

Khi đốt cháy hợp chất hữu cơ chứa C, H hoặc chứa C, H, O thì :

Còn khi đốt cháy hợp chất chứa nitơ hoặc chứa đồng thời cả oxi và nitơ thì:

III. BẢNG MỐI LIÊN HỆ GIỮA SỐ MOL H₂O, CO₂ VỚI SỐ MOL CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY

IV. PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA

Sử dụng mối liên hệ giữa độ bất bão hòa k với số mol của hợp chất hữu cơ và số mol CO₂, H₂O, giúp ta giải nhanh các dạng bài tập liên quan đến phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ.

1. Đốt cháy hiđrocacbon

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon (tỉ lệ số mol 1 : 1) có công thức đơn giản nhất khác nhau, thu được 2,2 gam CO₂ và 0,9 gam H₂O. Các chất trong X là

A. một anken và một ankin. B. hai ankađien.

C. hai anken. D. một ankan và một ankin.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2012)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Nhận xét đánh giá

Vì hai hiđrocacbon có công thức đơn giản nhất khác nhau nên chúng thuộc các dãy đồng đẳng khác nhau. Loại phương án B và C.

Theo giả thiết, khi đốt cháy X, thu được

Đốt cháy anken, thu được .

Đốt cháy ankan, thu được .

Đốt cháy ankin, thu được .

Nên khi đốt cháy hỗn hợp gồm 1anken và 1 ankin thì (loại A).

Vậy đáp án đúng là D.

● Cách 2 : Dựa vào độ bất bão hòa

Vì hai hiđrocacbon có công thức đơn giản nhất khác nhau nên chúng thuộc các dãy đồng đẳng khác nhau. Loại phương án C và B.

Đặt công thức trung bình của hai hiđrocacbon là .

Ta có : Loại A vì đối với hỗn hợp anken và ankin thì .

Vậy hỗn hợp hai chất trong X gồm

Ví dụ 2: Khi đốt cháy hoàn toàn V lít hỗn hợp khí gồm CH₄, C₂H₆, C₃H₈ (đktc) thu được 44 gam CO₂ và 28,8 gam H₂O. Giá trị của V là :

A. 8,96. B. 11,20. C. 13,44. D. 15,68.

Hướng dẫn giải

CH₄, C₂H₆, C₃H₈ đều là ankan.

Khi đốt cháy ankan, ta có :

Ví dụ 3: Khi đốt cháy hoàn toàn 7,84 lít hỗn hợp khí gồm CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ (đktc) thu được 16,8 lít khí CO₂ (đktc) và x gam H₂O. Giá trị của x là :

A. 6,3. B. 13,5. C. 18,0. D. 19,8.

Hướng dẫn giải

CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ đều là ankan.

Khi đốt cháy ankan, ta có : .

Vậy

Ví dụ 4: Để oxi hóa hoàn toàn m gam một hiđrocacbon X cần 17,92 lít O₂ (đktc), thu được 11,2 lít CO₂ (đktc). CTPT của X là :

A. C₃H₈. B. C₄H₁₀. C. C₅H₁₂. D. C₂H₆.

Hướng dẫn giải

Theo bảo toàn nguyên tố O, ta có :

.

Số C của ankan là :

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP8 – KHAI THÁC ĐỘ BẤT BÃO HÒA

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp bảo toàn electron

CHUYÊN ĐỀ 5: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON

I. Phương pháp bảo toàn electron

1. Nội dung phương pháp bảo toàn electron

– Cơ sở của phương pháp bảo toàn electron là định luật bảo toàn electron : Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận.

– Hệ quả của của định luật bảo toàn electron :

● Hệ quả 1 : Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận.

● Hệ quả 2 : Đối với những bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử, nếu số mol electron mà chất khử nhường lớn hơn số mol electron mà chất oxi hóa nhận thì chất khử dư và ngược lại.

– Phương pháp bảo toàn electron là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ quả của định luật bảo toàn electron.

2. Ưu điểm của phương pháp bảo toàn electron

a. Xét các hướng giải bài tập sau :

Câu 40 – Mã đề 359: Dẫn luồng khí CO đi qua hỗn hợp gồm CuO và Fe₂O₃ nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn X và khí Y. Cho Y hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ba(OH)₂ dư, thu được 29,55 gam kết tủa. Chất rắn X phản ứng với dung dịch HNO₃ dư thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Giá trị của V là :

A. 2,24. B. 4,48. C. 6,72 . D. 3,36.

(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Giải theo phương pháp thông thường – Tính toán theo phương trình phản ứng

Chất rắn X có thể gồm các chất : Cu, Fe, (Fe₂O₃ và CuO) dư; Y là khí CO₂ và có thể còn CO dư.

Gọi số mol của CuO và Fe₂O₃ bị khử bởi CO lần lượt là x và y mol.

Các phản ứng xảy ra :

CO + CuO Cu + CO₂ (1)

mol: x x x

3CO + Fe₂O₃ 2Fe + 3CO₂ (2)

mol: y 2y 3y

CuO + 2HNO₃ Cu(NO₃)₂ + H₂O (3)

Fe₂O₃ + 6HNO₃ 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O (4)

3Cu + 8HNO₃ 3Cu(NO₃)₃ + 2NO + 4H₂O (5)

mol: x

Fe + 4HNO₃ Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O (6)

mol: 2y 2y

CO₂ + Ba(OH)₂ BaCO₃ + H₂O (7)

mol: (x+3y) (x+3y)

Theo các phương trình phản ứng và giả thiết, ta có :

● Cách 2 : Sử dụng phương pháp bảo toàn electron

Sơ đồ phản ứng :

Sau phản ứng chỉ có C và N thay đổi số oxi hóa. Vậy chất khử là CO và chất oxi hóa là HNO₃.

Quá trình oxi hóa – khử :

Theo bảo toàn nguyên tố C và bảo toàn electron, ta có :

b. Kết luận :

So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy : Phương pháp bảo toàn electron có ưu điểm là trong quá trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập sơ đồ phản ứng, tính toán đơn giản và cho kết quả nhanh.

Như vậy, nếu sử dụng phương pháp bảo toàn electron một cách hiệu quả thì có thể tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thông thường. Đây là điều rất có ý nghĩa đối với các em học sinh trong quá trình làm bài thi trắc nghiệm.

3. Phạm vi áp dụng :

Phương pháp bảo toàn electron có thể giải quyết được hầu hết các bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử trong hóa vô cơ và một số bài tập trong hóa hữu cơ.

Một số dạng bài tập thường dùng phương pháp bảo toàn electron :

+ Kim loại tác dụng với phi kim, với dung dịch muối, với dung dịch axit.

+ Hỗn hợp Fe và các oxit của nó tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc hoặc dung dịch HNO₃.

+ Muối Fe²⁺, muối phản ứng với dung dịch KMnO₄/H⁺, K₂Cr₂O₇/H⁺.

+ Khử oxit kim loại bằng khí CO, H₂; phản ứng nhiệt nhôm.

+ Phản ứng điện phân dung dịch chất điện ly.

4. Bảng tính nhanh số mol electron cho, nhận (số electron trao đổi)

Từ ví dụ ở trên, ta thấy có thể tính nhanh số mol electron trao đổi như sau :

– Số mol electron mà chất khử nhường = số electron chất khử nhường số mol chất khử = số electron chất khử nhường số mol sản phẩm oxi hóa.

– Số mol electron mà chất oxi hóa nhận = số electron chất oxi hóa nhận số mol chất oxi hóa = số electron chất oxi hóa nhận số mol sản phẩm khử.

Bảng tính nhanh số electron trao đổi trong một số quá trình oxi hóa – khử thường gặp

(*) chỉ đúng cho trường hợp chất khử là kim loại.

Đối với các quá trình oxi hóa – khử khác ta tính tương tự.

* Bổ sung kiến thức: Viết bán phản ứng oxi hóa – khử trong môi trường axit

Ví dụ: Viết quá trình khử của phản ứng sau :

Cu + H⁺ + Cu²⁺ + NO + H₂O

● Cách 1 : Bảo toàn nguyên tố N, O và H

Bước 1: Viết : + 3e NO (1)

Bước 2: Số nguyên tử N ở hai vế của (1) đã bằng nhau. Vế phải thiếu 2O nên thêm 2H₂O vào vế phải để bảo toàn O, và để bảo toàn H thì phải thêm 4H⁺ vào vế trái :

4H⁺ + + 3e NO + 2H₂O

● Cách 2 : Bảo toàn N, bảo toàn điện tích và bảo toàn H.

Bước 1 : Viết : + 3e NO (1)

Bước 2: Số nguyên tử N ở hai vế của (1) đã bằng nhau. Quan sát thấy ở vế trái, tổng điện tích là 4- (điện tích của 1 ion là 1-, điện tích của 3e là 3-), trong khi đó tổng điện tích ở vế phải là 0. Để cân bằng điện tích với vế phải, ta thêm 4H⁺ (ứng với điện tích là 4+) vào vế trái. Để bảo toàn H ta thêm 2H₂O vào vế phải :

4H⁺ + + 3e NO + 2H₂O

Nếu viết bán phản ứng khử trong môi trường kiềm thì nên sử dụng cách 2.

II. Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa

1. Dạng 1: Tính lượng chất trong phản ứng oxi hóa – khử

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP5 – BẢO TOÀN ELECTRON

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết

Phương pháp bảo toàn điện tích

CHUYÊN ĐỀ 4: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

I. Phương pháp bảo toàn điện tích

1. Nội dung phương pháp bảo toàn điện tích

– Cơ sở của phương pháp bảo toàn điện tích là định luật bảo toàn điện tích : Trong một hệ cô lập điện tích được bảo toàn.

Suy ra trong phân tử hợp chất ion hoặc dung dịch chất điện li, tổng giá trị điện tích dương bằng tổng giá trị điện tích âm.

– Hệ quả của của định luật bảo toàn điện tích :

● Hệ quả 1 :

Trong dung dịch : Tổng giá trị điện tích dương số mol ion dương = Tổng giá trị điện tích âm số mol ion âm.

Ví dụ : Dung dịch X có a mol Mg²⁺, b mol Na⁺, c mol , d mol , e mol . Tìm mối quan hệ về số mol của các ion trong X.

Theo hệ quả 1 của định luật bảo toàn điện tích, ta có :

● Hệ quả 2 :

Trong phản ứng trao đổi : Tổng giá trị điện tích dương số mol ion dương phản ứng = Tổng giá trị điện tích âm số mol ion âm phản ứng.

Ví dụ : Cho từ từ V lít dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na₂CO₃ 1M và KHCO₃ 0,5M đến khi không còn khí thoát ra thì dừng lại. Tính V.

Theo giả thiết, ta có :

Bản chất phản ứng là ion H⁺ tác dụng hoàn toàn với các ion và , giải phóng khí CO₂.

Áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo toàn điện tích, ta có :

● Hệ quả 3 :

Khi thay thế ion này bằng ion khác : Số mol ion ban đầu giá trị điện tích của nó = Số mol ion thay thế giá trị điện tích của nó.

Ví dụ : Cho 0,075 mol Fe₂O₃ phản ứng hoàn toàn với 150 ml dung dịch HCl aM. Tính a.

Theo bảo toàn nguyên tố O, ta có :

Fe₂O₃ phản ứng với HCl tạo ra FeCl₃. Như vậy, ion trong Fe₂O₃ đã được thay thế bằng ion nên

Suy ra :

Phương pháp bảo toàn điện tích là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ quả của định luật bảo toàn điện tích.

2. Ưu điểm của phương pháp bảo toàn điện tích

a. Xét các hướng giải bài tập sau :

Câu 30 – Mã đề 384: Cho hỗn hợp K₂CO₃ và NaHCO₃ (tỉ lệ mol 1 : 1) vào bình dung dịch Ba(HCO₃)₂ thu được kết tủa X và dung dịch Y. Thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào bình đến khi không còn khí thoát ra thì hết 560 ml. Biết toàn bộ Y phản ứng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 1M. Khối lượng kết tủa X là

A. 3,94 gam. B. 7,88 gam. C. 11,28 gam. D. 9,85 gam.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Phương pháp thông thường – Tính toán theo phương trình phản ứng

Đặt

Theo giả thiết :

Kết tủa X là BaCO₃, dung dịch Y chứa các ion K⁺, Na⁺, , ngoài ra còn có thể có Ba²⁺ hoặc .

Phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp NaHCO₃ và K₂CO₃ vào bình chứa Ba(HCO₃)₂ :

+ Ba²⁺ BaCO₃ (1)

Phản ứng xảy ra khi tiếp tục cho HCl vào bình đến khi không còn khí thoát ra :

H⁺ + H₂O + CO₂ (2)

2H⁺ + H₂O + CO₂ (3)

2H⁺ + BaCO₃ Ba²⁺ + H₂O + CO₂ (4)

Phản ứng xảy ra khi cho NaOH vào dung dịch Y :

+ + H₂O (5)

Từ giả thiết và các phản ứng (2), (3), (4) ta thấy :

Từ giả thiết và (5) ta thấy số mol phản ứng là :

Từ (*) và (**) suy ra : x = 0,04; y = 0,08.

Do

● Cách 2 : Phương pháp bảo toàn điện tích (vẫn sử dụng cách gọi số mol như trên) :

Sơ đồ phản ứng :

Để lập được phương trình như ở trên, ta có thể đi theo 1 trong 2 hướng như sau:

* Hướng 1 : Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng

Theo sơ đồ phản ứng ta thấy : Sau khi cho HCl phản ứng vừa hết với các chất trong bình thì dung dịch thu được chứa các ion K⁺, Na⁺, Ba²⁺ và

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, ta có :

* Hướng 2 : Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng

Bản chất của phản ứng giữa các cặp ion trái dấu là tạo ra những chất kết tủa, bay hơi, điện li yếu trung hòa về điện. Phản ứng của HCl với các chất ở trong bình là phản ứng của H⁺ với các ion (nằm trong kết tủa và có thể cả trong dung dịch) và trong dung dịch nên ta có :

Khi cho dung dịch Y phản ứng với dung dịch NaOH thì chỉ có ion phản ứng với ion tạo ra .

+ + H₂O

Suy ra :

Vậy ta có :

Do

b. Nhận xét :

Với cách 1 : Viết nhiều phản ứng (mặc dù đã sử dụng phản ứng ở dạng ion rút gọn – phản ứng thể hiện rõ nét nhất bản chất phản ứng), mối liên quan về số mol các chất được tính toán dựa trên phản ứng. Tuy dễ hiểu nhưng phải trình bày dài dòng, mất nhiều thời gian, chỉ phù hợp với hình thức thi tự luận trước đây.

Với cách 2 : Mối liên quan về số mol các chất được tính toán trực tiếp dựa vào sự bảo toàn điện tích nên không phải viết phương trình phản ứng.

Ở cách 1, (*) được thiết lập dựa vào phản ứng ion rút gọn. Ở cách 2, (*) được thiết lập dựa vào bảo toàn điện tích. Từ đó suy ra : Sử dụng phương trình ion rút gọn là đã gián tiếp sử dụng bảo toàn điện tích.

c. Kết luận :

So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy : Phương pháp bảo toàn điện tích có ưu điểm là trong quá trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập sơ đồ phản ứng, tính toán đơn giản dựa vào sự bảo toàn điện tích và cho kết quả nhanh.

Như vậy : Nếu sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích một cách hiệu quả thì có thể tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thông thường là viết phương trình phản ứng ở dạng phân tử hoặc bản chất hơn là viết phương trình ion rút gọn.

3. Phạm vi áp dụng :

Phương pháp bảo toàn điện tích có thể giải quyết được nhiều dạng bài tập liên quan đến phản ứng trong hóa vô cơ, có thể là phản ứng oxi hóa – khử hoặc phản ứng không oxi – hóa khử.

Một số dạng bài tập thường dùng bảo toàn điện tích là :

+ Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện ly.

+ Khí CO₂ tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ.

+ Cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion hoặc chứa đồng thời các ion .

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch chứa ion .

+ Phản ứng của kim loại, oxit, muối,… với dung dịch axit có tính oxi hóa hoặc không có tính oxi hóa.

Để sử dụng thành thạo bảo toàn điện tích trong phản ứng, cần phải hiểu được bản chất của phản ứng. Dưới đây là bảng tổng kết các phản ứng trao đổi ion thường gặp và biểu thức bảo toàn điện tích trong phản ứng.

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP4 – BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết