Đăng trên tạp chí hoá học ứng dụng số 8 năm 2011 Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com 1 GIẢI BÀI TOÁN HOÁ HỌC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ GV biên soạn: Vũ Đức Luận Trƣờng THPT Lƣơng Thế Vinh-Vụ Bản-Nam Định Trong phƣơng pháp này ta xét 4 bài toán làm mẫu sau:  Bài toán 1: Bài toán hấp thụ CO 2 bằng dung dịch Ba(OH) 2  Bài toán 2: Bài toán muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm  Bài toán 3: Bài toán muối kẽm tác dụng với dung dịch kiềm  Bài toán 4: Bài toán hấp thụ CO 2 bằng dung dịch hỗn hợp chứa Ba(OH) 2 và NaOH Bài toán 1: Bài toán hấp thụ CO 2 bằng dung dịch Ba(OH) 2 Nội dung: Hấp thụ hoàn toàn V lít CO 2 bằng dung dịch chứa a mol Ba(OH) 2 . Lập đồ thị biểu diễn lượng kết tủa thu được theo số mol CO 2 phản ứng. Hướng dẫn Khi cho CO 2 tác dụng với dung dịch Ba(OH) 2 ta có các phương trình sau: CO 2 + Ba(OH) 2 BaCO 3 + H 2 O Nếu còn CO 2 thì kết tủa BaCO 3 tan dần do phản ứng sau: BaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ba(HCO 3 ) 2 Khi số mol CO 2 = số mol Ba(OH) 2 = a thì lượng kết tủa thu được là cực đại( a mol) Khi số mol CO 2 = 2n Ba(OH)2 = 2a thì ta thấy chỉ sinh ra muối Ba(HCO 3 ) 2 Do đó ta có đồ thị sau: n BaCO 3 n CO 2 0 a 2a a Chú ý: Khi CO 2 phản ứng vừa đủ với dung dịch Ba(OH) 2 mà thu được lượng kết tủa chưa phải là cực đại thì bài toán này có 2 đáp số(đường thẳng song song với trục hoành và không đi qua cực đại cắt đồ thì tại 2 điểm) M là trung điểm của AB n BaCO 3 n CO 2 0 a 2a a A B M Vận dụng đồ thị trên cho bài toán sau: Ví dụ 1: Trích đề thi ĐH khối A 2007: Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO 2 (đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH) 2 a mol/l thu được 15,76 gam kết tủa. Giá trị của a là: A. 0,032 mol/l B.0,06 mol/l C.0,04 mol/l D.0,048 mol/l Giải Đăng trên tạp chí hoá học ứng dụng số 8 năm 2011 Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com 2 Số mol CO 2 = 0,12 mol; số mol Ba(OH) 2 =2,5a mol; số mol BaCO 3 = 0,08 mol Ta có đồ thị: 2,5a 5a n BaCO 3 n CO 2 0 0,08 0,12 2,5a 0,08 A B Ta thấy rằng hoàng độ của cực đại là trung điểm của AB do đó: 2,5a = (0,08+0,12)/2=0,1 => a= 0,04 mol/l Bài toán 2: Bài toán muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm Nội dung: Cho dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch chứa a mol Al 3+ . Lập đồ thị biểu diễn lượng kết tủa thu được theo số mol NaOH cho vào? Hướng dẫn Khi cho NaOH tác dụng với dung dịch chứa Al 3+ ta có phương trình: Al 3+ + 3OH - Al(OH) 3 Nếu NaOH dư, kết tủa sẽ tan: Al(OH) 3 + OH - AlO 2 - + H 2 O Khi số mol NaOH =3n Al 3+ = 3a ; ta có lượng kết tủa cực đại( n Al(OH)3 = a mol) Khi số mol NaOH > 3a; kết tủa bắt đầu tan ra. Khi số mol NaOH = 4a; kết tủa vừa tan hết Ta có đồ thị sau: n Al(OH) 3 0 n NaOH a 3a 4a Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi số n NaOH > 4n Al 3+ thì không có kết tủa. Khi lượng kết tủa chưa đạt đến cực đại thì thì bài toán này có 2 đáp số ứng với 2 giá trị của NaOH (đường thẳng song song với trục hoành và không đi qua cực đại cắt đồ thì tại 2 điểm) áp dụng đồ thị trên vào bài toán sau: Ví dụ 2: ĐH khối B 2007 Cho V lít dung dịch NaOH 0,5M tác dụng với 200 ml dung dịch AlCl 3 1,5M thu được 15,6 gam kết tủa. Giá trị lớn nhất của V là: A. 1,2 lít B. 1,8 lít C.2,0 lít D.2,4 lít Giải Số mol AlCl 3 = 0,3 mol Số mol kết tủa Al(OH) 3 là 0,2 mol Số mol NaOH= 0,5V Đăng trên tạp chí hoá học ứng dụng số 8 năm 2011 Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com 3 n AlCl 3 0 0,3 0,9 0,6 1 1,2 0,2 n NaOH Giá trị lớn nhất của V ứng với số mol NaOH = 1 => 0,5V=1 => V = 2 lít Bài toán 3: Bài toán muối kẽm tác dụng với dung dịch kiềm Nội dung: Cho dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch chứa a mol Zn 2+ . Lập đồ thị biểu diễn lượng kết tủa thu được theo số mol NaOH cho vào? Hướng dẫn Khi cho NaOH tác dụng với dung dịch chứa Al 3+ ta có phương trình: Zn 2+ + 2OH - Zn(OH) 2 Nếu NaOH dư, kết tủa sẽ tan: Zn(OH) 2 + 2OH - ZnO 2 2- + 2H 2 O Khi số mol NaOH =2n Zn 3+ = 2a ; ta có lượng kết tủa cực đại( n Zn(OH)2 = a mol) Khi số mol NaOH > 2a; kết tủa bắt đầu tan ra. Khi số mol NaOH = 4a; kết tủa vừa tan hết Ta có đồ thị sau: n Zn(OH) 2 0 n OH - a 2a 4a A B M Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi số n NaOH > 4n Zn 2+ thì không có kết tủa. Khi lượng kết tủa chưa đạt đến cực đại thì thì bài toán này có 2 đáp số ứng với 2 giá trị của NaOH (đường thẳng song song với trục hoành và không đi qua cực đại cắt đồ thì tại 2 điểm) áp dụng đồ thị trên vào bài toán sau: Ví dụ 3: Cho dung dịch X chứa 8,16 gam ZnCl 2 tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch Y chứa (NaOH 1,5M, KOH 0,5M). Sau phản ứng thu được 3,96 gam kết tủa. Tính V. Giải Số mol ZnCl 2 = 0,06 mol Số mol OH - = 2V mol Số mol Zn(OH) 2 = 0,04 mol Ta có đồ thị sau: Đăng trên tạp chí hoá học ứng dụng số 8 năm 2011 Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com 4 n Zn(OH) 2 0 n OH - 0,06 0,12 0,24 0,04 0,16 0,08 Nhìn trên đồ thị dễ dàng ta thấy có 2 giá trị của OH - để thu được 0,04 mol kết tủa đó là: Số mol OH - = 0,08 = 2V => V = 0,04 lít Số mol OH - = 0,16 = 2V => V = 0,08 lít Bài toán 4: Bài toán hấp thụ CO 2 bằng dung dịch chứa Ba(OH) 2 và NaOH Nội dung: Hấp thụ hoàn toàn x mol CO 2 bằng dung dịch X chứa a mol Ba(OH) 2 và b mol NaOH. Lập đồ thị biểu thị số mol CO 2 và lượng kết tủa thu được. Hướng dẫn Ta có dung dịch X chưa a mol Ba 2+ , b mol Na + và 2a+b mol OH - <1> Ta dễ thấy lượng kết tủa cực đại là a mol. <2> Khi số mol CO 2 = a , ta thấy OH - dư do đó chỉ có muối CO 3 2- , khi đó lượng kết tủa cực đại <3> Xét trường hợp lượng kết tủa cực đại nhưng vẫn có muối axit : CO 2 + 2OH - CO 3 2- + H 2 O a mol 2a mol a mol CO 2 + OH - HCO 3 - b mol b mol b mol CO 3 2- + Ba 2+ BaCO 3 a mol a mol a mol Do đó số mol CO 2 = a+b Khi số mol CO 2 > a+b, lượng kết tủa bắt đầu giảm xuống. Đến khi số mol CO 2 = 2a+b thì không còn kết tủa nữa. Vậy ta có đồ thị như sau : n BaCO 3 0 n CO 2 a 2a+b a a+b a = n Ba(OH) 2 b = n NaOH Nhìn vào đồ thị trên ta thấy để thu được lượng kết tủa cực đại thì: a ≤ n CO2 ≤ a + b áp dụng vào bài toán sau (Trích đề thi HS giỏi tỉnh Thái Bình năm 2009): Ví dụ 4 : Cho 18,3 gam hỗn hợp X gồm Na và Ba vào nước thu được dung dịch Y và 4,48 lít H 2 (đktc). Xác định thể tích CO 2 (đktc) cho vào dung dịch Y để thu được kết tủa cực đại? A. 1,12 lít ≤ V ≤ 6,72 lít B. 2,24 lít ≤ V ≤ 6,72 lít Đăng trên tạp chí hoá học ứng dụng số 8 năm 2011 Blog: http://vuducluan.tk Email: vuducluanltv@gmail.com 5 C. 2,24 lít ≤ V ≤ 4,48 lít D. 4,48 lít ≤ V ≤ 6,72 lít Giải Trước hết đi tìm số mol NaOH và Ba(OH) 2 (1) Na + H 2 O NaOH + 1/2H 2 (2) Ba + 2H 2 O Ba(OH) 2 + H 2 Gọi số mol của Na và Ba lần lượt là x và y mol, ta có hệ: 23x+137y=18,3 1/2x+y= 0,2 Giải được: x= 0,2; y= 0,1 số mol NaOH = 0,2 mol; số mol Ba(OH) 2 =0,1 mol Để thu được lượng kết tủa cực đại thì 0,1 ≤ n CO2 ≤ 0,1+ 0,2 = 0,3. Hay 2,24 ≤ V CO2 ≤ 6,72 . GIẢI BÀI TOÁN HOÁ HỌC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ GV biên soạn: Vũ Đức Luận Trƣờng THPT Lƣơng Thế Vinh-Vụ Bản-Nam Định Trong phƣơng pháp này ta xét 4 bài toán làm mẫu sau:  Bài toán 1: Bài toán. CO 2 bằng dung dịch Ba(OH) 2  Bài toán 2: Bài toán muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm  Bài toán 3: Bài toán muối kẽm tác dụng với dung dịch kiềm  Bài toán 4: Bài toán hấp thụ CO 2 bằng. Ba(OH) 2 và NaOH Bài toán 1: Bài toán hấp thụ CO 2 bằng dung dịch Ba(OH) 2 Nội dung: Hấp thụ hoàn toàn V lít CO 2 bằng dung dịch chứa a mol Ba(OH) 2 . Lập đồ thị biểu diễn lượng kết