Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái III. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC ĐẠI LƯỢNG TRUNG BÌNH VÀ CÔNG THỨC TƯƠNG ĐƯƠNG 1.Nội dung Trong chương trình hóa học phổ thông ,khi nghiên cứu về các đồng vị và nguyên tố hóa học,học sinh đã biết đén khối lượng nguyên tử trung bình. Chẳng hạn,trong thiên nhiên có chứa 75% Cl =35 và 25% Cl = 37. Khối lượng nguyêntử trung bình của hỗn hợp clo là : = 35,5 Ta mở rộng khái niệm trên trong hóa học hữu cơ. Chẳng hạn,tính khối lượng mol trung bình, số nguyên tử C , H , O trung bình của hỗn hợp chứa x mol CnHmOp (khối lượng mol M ) và y mol Cn’Hm’Op’ (khối lượng mol M’ ) Giá trị trung bình của một đại lượng nào đó là giá trị trung bình của một mol hỗn hợp . Ta có: M TB = = M + M’ = aM + bM’ Trong đó : M < M TB < M’ và a + b = 1 n(C) = = n + n’ = an + bn’ Trong đó : n < Só nguyên tử C (tb) < n’ n(H) = = m + m’ = am + bm’ Trong đó : m < Só nguyên tử H (tb) < m’ n(O) = = p + p’ = ap + bp’ Trong đó : p < Só nguyên tử O (tb) < p’ ; Tương tự như vậy đối với hỗn hợp gồm nhiều chất. Ngược lại nếu biết giá trị trung bình của các đại lượng ta sẽ tìm được thành phần của các chất có trong hỗn hợp cho trước. 1 Mx+M’y x + y x x+y y x+y nx + n’y x + y x x+y y x+y mx + m’y x + y x x+y y x+y px + p’y x + y x x+y y x+y 35*75 + 37*25 75 + 25 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Chẳng hạn A, B là hai kim loại kiềm thổ thuộc hai chu kì kế tiếp có M TB = 32 > M A = 24 (Mg) , M B = 40 (Ca) .Hoặc n và m là số nguyên tử C của hai rượu no đơn chức đồng đẳng liên tiếp có số nguyên tử C trung bình = 1,33 suy ra n < 1,33 < m n = 1 ( CH 3 OH ) , m = 2 ( C 2 H 5 OH ) . 2- áp dụng Bài tập 14: Không khí có thể coi là hỗn hợp của O 2 và N 2 có tỉ lệ về thể tích tương ứng là 1 : 4( các khí khác coi như không đáng kể ).Tính khối lượng mol trung bìmh của không khí Bài giải : Taphải tìm khối lượng của 1mol không khí (hay 22,4 lít không khí ở (đktc). 1 mol không khí có 1/ 5 mol O 2 và 4/ 5 mol N 2 Khối lượng mol của không khí = 32 + 28 = 28,8 (gần bằng 29g) Bài tập 15: Hỗn hợp X gồm O 2 và O 3 có tỉ khối dối với hidro bằng 19,2 , Tính phần trăm thể tích mỗi khí trong hỗn hợp . Bài giải: 1 mol hỗn hợp X chứa x molO 2 và ( 1 x ) mol O 3 Khối lượng của 1 mol hỗn hợp X 32 x + 48 ( 1 x ) = 19,2*2 = 38,4 x = 0,6 mol O 2 chiếm 60 % ; 0,4 mol O 3 chiếm 40% Hoặc có thể dùng sơ đồ chéo: O 2 = 32 48 38,4 = 9,6 38,4 O 3 = 48 38,4 32 = 6,4 = = %O 2 = 3 = 60% %O 3 = 100 – 60 = 40% 2 1 5 4 5 Số mol O 2 Só mol O 3 9,6 6,4 3 2 100 3 + 2 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Bài tập 16: Cho tan hoàn toàn 3 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm trong nước, thu được V lit H 2 (đktc) và dung dịch D . Để trung hòa dung dịch D cần 200 ml dung dịch HCl 1M và thu được dung dịch D. a) Tính V và khối lượng muối khan khi cô cạn dung dịch D b) Xác định tên và khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ,biết chúng thuộc hai chu kì kế tiếp nhau của bảng hệ thống tuần hoàn. Bài giải: Dùng phương pháp đại số Gọi A và B là kí hiệu đồng thời là khối lượng mol của hai kim loại. x và y là số mol tương ứng trong 3 gam hỗn hợp . Phương trình phản ứng : A + HOH AOH + 0,5H 2 (1) x x 0,5x (mol) B + HOH BOH + 0,5H 2 (2) y y 0,5y (mol) AOH + HCl ACl + H 2 O (3) x x x (mol) BOH + HCl BCl + H 2 O (4) y y y (mol) a) Theo giả thiết ta có: Số gam X = Ax + By = 3 (5) Số mol HCl = x + y = 0,2 (6) Thể tích H 2 = 22,4*0,5 ( x + y ) = 2,24 (lít) Số gam muối khan = ( A + 35,5)x + ( B +35,5 )y = ( Ax + By ) + 35,5 ( x + y) = 3 + 35,5*0,2 = 10,1( gam) a) Thay x = 0,2 y vào phương trình (5) ,rồi rút gọn ta được: y = (7) 0 < y < 0,2 (8) Giả thiết rằng A < B ,từ phương trình (7) và (8) ta tìm được 3 3 0,2A B A Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái A < 15 < B A và B đứng kế tiếp nhau cùng phân nhóm chính nhóm (I) ,suy ra: A = 7 ( kim loại Liti : Li ) ; B =23 ( kim loại Nat ri : Na) Thay giá trị A và B vào phương trình (1) thì tìm được x = 0,1 mol Li ( 0,7 gam ) ; y = 0,1 mol Na ( 2,3 gam) Phát hiện vấn đề và cách giải quyết : Hai kim loại cùng phân nhóm chính nhóm (I),ta có thể thay hai kim loại bằng một kim loai tương đương M ( A < M < B ) : Phương trình phản ứng : M + HOH M + + OH + 0,5H 2 OH + HCl Cl + H 2 O a) Số gam muối = Số gam 2 kim loại + Số gam Cl — = 3 + 35,5*0,2 = 10,1 (gam) b) Xác định tên kim koại Số mol kim loại = Số mol OH = Số mol HCl = 0,2 Li = 7 < Khối lượng mol M = = =15 < Na=23 Ta có nhiều phương án để tính khối lượng của hai kim loại Phương án (1) Đặt x , y là số mol hai kim loại trong 3 gam hỗn hợp ,Ta có hệ phương trình đại số 7 x + 23 y = 3 x + y = 0,2 Giải hệ được x = y = 0,1 Phương án (2) Biết khối lượng mol trung bình,ta tìm được tỉ lệ mol của hai kim loại theo sơ đồc héo Li = 7 23 15 = 8 15 Na = 23 15 7 = 8 Số mol Li : số mol Na = 1 : 1 Số mol Li = số mol Na = 0,2 : 2 = 0,1 (mol) Phương án (3) 4 Số gam kim loại Số mol kim loại 3 0,2 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Khối lượng mol (tb) = =15 là đại lượng trung bình cộng , suy ra : Số mol Li = số mol Na = 0,2 : 2 = 0,1 (mol) Phương án (4) Biết tổng khối lượng và tổng số mol của hai kim loại ta có thể nhẩm như sau: Giả thiết rằng hỗn hợp chỉ chứa Li ,thì số mol Na bị thay thể = 0,1 (mol) Bài tập 17: Cho tan hoàn toàn 17,6 gam hỗn hợp X gồm hai muối cacbonat của kim loại phân nhóm nhóm (II), trong dung dịch HCl thu được 4,48 lit khí (đktc) và dung dịch D .Hãy xác định : a) Lượng muối khan khi cô cạn dung dịch D b) Công thức hóa học và khối lượng của mỗi muối ,biết hai kim loại thuộc hai chu kì kế tiếp nhau của bảng hệ thống tuần hoàn. Bài giải: Đặt công thức của hai muối là ACO 3 và BCO 3 số mol tương ứng là x và y. Phương trình phản ứng : ACO 3 + 2HCl ACl 2 + CO 2 + H 2 O (1) x x x (mol) BCO 3 + 2HCl ACl 2 + CO 2 + H 2 O (2) y y y (mol) Ta có hệ phương trình : Số gam X = ( A + 60 ) x + ( B + 60 ) y = 17,6 Hay : ( Ax + By ) + 60 ( x + y ) = 17,6 (3) Số mol CO 2 = x + y = 0,2 (4) Suy ra : Ax + By = 5,6 (5) a) Khối lượng muối khan = ( A + 71)x + ( B + 71)y 5 7 + 23 2 3 – 7*0,2 23 7 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái = ( Ax + By ) + 71( x + y ) = 5,6 + 71*0,2 = 19,8 (gam) b) Thay x = 0,2 y vào phương trinh (3), rồi rút theo A ,B ta được: y = (6) 0 < y < 0,2 (7) Giả thiết rằng A < B ,từ (6) và (7) ta tìm được : A < 28 < B Chỉ có Mg = 24 và Ca = 40 là phù hợp. Vậy công thức của hai muối cacbonat là : MgCO 3 và CaCO 3 Thay giá trị của A và B vào phương trình (1) và (2) thì tìm dược x = 0,15 Số gam MgCO 3 = 84*0,15 = 12,6 ( gam) y = 0,05 Số gam CaCO 3 = 100*0,05 = 5,0 (gam) Phát hiện vấn đề và cách giải quyết Muối cacbonat của hai kim loại cùng phân nhóm ,cùng tham gia một phản ứng hóa học , thay hai muối cacbonat bầng công thức tương đương MCO 3 Ptpu : MCO 3 + 2HCl MCl 2 + CO 2 + H 2 O 0,2 0,2 0,2 (mol) a) Ta dùng phương pháp tăng giảm khối lượng để tính lượng muối khan 1 mol MCO 3 1 mol MCl 2 khối lượng tăng 71 – 60 = 11 (g) Số gam muối khan = 17,6 + 11*0,2 = 19,8 (gam) b)Khối lượng mol trung bình của hai muối cacbonat M + 60 = = = 88 Mg= 24 < M = 28 < Ca = 40 Công thức hai muối cacbonat MgCO 3 và CaCO 3 Có nhiều phương án để tìm khối lượng của hai muối . Biết tổng khối lượng 6 5,6 – 0,2A B A Sè gam 2 muèi Sè mol 2 muèi 17,6 0,2 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái và tổng số mol ta có thể nhẩm ,Giả thiết hỗn hợp chỉ chứa MgCO 3 ,thì số mol CaCO 3 bị thay thế là: = 0,05 (mol) ứng với 5,0 gam CaCO 3 Số gam MgCO 3 = 17,6 5,0 = 12,6 (gam) Ta có kết quả tương tự .Nhưng cách hai đơn giàn hơn. Bài tập 18: Để tác dụng hết với 4,64 gam hỗn hợp X gồm FeO , Fe 3 O 4 và Fe 2 O 3 ,cần 160 ml dung dịch HCl 1M ,dung dịch sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch NaOH lấy dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượngkhông đổi, thu được a gam chất rắn . Tính a ? Bài giải : Dùng phương pháp đại số: Phương trình phản ứng : FeO + 2HCl FeCl 2 + H 2 O (1) x 2x x (mol) Fe 3 O 4 + 8HCl FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (2) y 8y y 2y (mol) Fe 2 O 3 + 6HCl 2FeCl 3 + H 2 O (3) z 6z 2z (mol) FeCl 2 + 2NaOH Fe(OH) 2 + 2NaCl (4) (x+y) (x+y) (mol) FeCl 3 + 3NaOH Fe(OH) 3 + 3 NaCl (5) (2y+2z) (2y+2z) (mol) 4 Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O 4 Fe(OH) 3 (6) (x+y) (x+y) 2 Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 + 3H 2 O (7) (x+3y+2z) 0,5(x+3y+2z) Đặt x , y, z là số mol FeO , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 trong 4,64 gam hỗn hợp ,theo giả thiết ta có 7 17,6 – 84*0,2 100 84 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Số gam X = Số gam Fe + Số gam O = 4,64 Hay: 56( x + 3y + 2z ) + 16 ( x + 4y + 3z ) = 4,64 (8) Số mol HCl = 2x + 8y + 6z = 0,16 Hay: x + 4y + 3z = 0,08 (9) Từ (8) và (9) ta suy ra : x + 3y + 2z = 0,06 (10) Số gam Fe 2 O 3 = 160*0,5( x + 3y + 2z ) = 160*0,5*0,06 = 4,8 (gam) Phát hiện vấn đề và cách giải quyết Trong hỗn hợp X đều là các oxit sắt , cùng tác dụng với axit với hiệu suất như nhau ta có thể thay 3 oxit bằng một chất tương đương Fe n O m Phương trình phản ứng : Fe n O m + 2m HCl Fe n Cl 2m + mH 2 O 56n + 16m (g) 2m (mol) 4,64 (g) 0,16 (mol) Suy ra n : m = 3 : 4 Công thức tương đương của oxit sắt là Fe 3 O 4 ( M =232 ) .Ta có: = 0,02 mol Fe 3 O 4 0,03 mol Fe 2 O 3 (= 4,8 gam) Phương pháp khác: Để ý rằng số mol O (trong oxit) =số mol HCl / 2 =0,08 Số mol Fe = 4,64 16*0,08 = 3,36 ứng với 0,06 mol Fe 0,06 mol Fe 0,03 mol Fe 2 O 3 ( = 4,8 gam ). 8 4,64 232 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái IV. PHƯƠNG PHÁP ÁP ĐỊNH LUẬT THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỔI VÀ TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT 1.Nội dung Định luật Một hợp chất hóa học dù điều chế bằng cách nào,bao giờ cũng có thành phần xác định về khối lượng . Hệ quả -Trong một hợp chất hóa học, tỉ lệ về só nguyên tử của các nguyên tố là một đại lượng không đổi. -Đối với một hỗn hợp đồng nhất cho trước,tỉ lệ về số mol hoặc tỉ lệ về số gam hoặc tỉ lệ về thể tích ( đói với chất khí ) là một đại lượng xác định. 2. áp dụng Bài tập 19: Khi dẫn khí CO qua bột Fe 2 O 3 nung nóng ,thu được 11,2 lit hỗn hợp X (đktc) gồm CO 2 và CO có tỉ khối đối với hidro là 17,2. Xác định thành phần trăm về thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp X. Bài giải Dùng phương pháp đại số Số mol X = 11,2 / 22,4 = 0,5 (mol) ; M TB = 17,2*2 = 34,4 (gam) Đắt x và y là số mol CO và CO 2 trong hỗn hợp ,ta có: Số mol X = x + y = 0,5 (1) Số gam X = 28x + 44y = 34,4*0,5 =17,2 (2) Giải hệ phương trình 1 và 2 được x = 0,3 mol CO % CO = 0,3*100 / 0,5 = 60 % y = 0,2 mol CO 2 %CO 2 = 0,2*100 / 0,5 = 40 % Phát hiện vấn đề và cách giải quyết Theo tính chất của hỗn hợp đồng nhất thì tỉ lệ khối lượng của các chất trong hỗn hợp cho trước là một đại lượng không đổi, cho nên ta có thể qui hỗn hợp cho trước về 1mol, hoặc 10 mol hoặc 100 mol .Chẳng hạn : 9 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái 1mol hỗn hợp chứa x mol CO và ( 1—x ) mol CO 2 ,ta có khối lượng của 1mol hỗn hợp là: 28 x + 44 ( 1 – x ) = 34,4 x = 0,6 mol CO 60 % Để tính thành phần phần trăm chỉ cần biết tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của các chất ,trong trường hợp này ta có thể dùng sơ đồ chéo CO = 28 44 – 34,4 = 9,6 34,4 CO 2 = 44 34,4 – 28 = 6,4 Số mol CO / số mol CO 2 = 9,6 / 6,4 = 3 / 2 % CO = 100*3 / ( 3 + 2 ) = 60% . Ta có kết quả tương tự. Bài tập 20: Cho tan hoàn toàn a gam hỗn hợp X gồm Mg và Fe trong dung dịch HCl thu được 0,56 a lít hidro (đktc). Tình thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp . Bài giải: phương trình phản ứng : Mg + 2HCl MgCl 2 + H 2 x x (mol) Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2 y y (mol) Gọi số mol Mg và Fe trong a gam hỗn hợp là x và y , theo giả thiết ta có số gam X = 24 x + 56 y = a (1) số mol H 2 = x + y = 0,56 a / 22,4 = 0,025 a (2) Giải hệ phương trình ta được: x = y = 0,0125 a % Mg = = 30 %Fe = 100 - 30 = 70 %. Phát hiện vấn đề và cách giải quyết 10 24*0,0125a*100 a [...]... 11,6 gam một oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao Hỗn hợp khí sản phẩm được dẫn vào bình chứa dung dịch Ca(OH) 2 dư, thu được 20 gam kết tủa Xác định công thức hóa học của oxit sắt Bài giải : dùng phương pháp đại số Đặt công thức của oxit sắt là FexOy phương trình phản ứng : FexOy + yCO xFe + 17 yCO2 (1) Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái a ax CO2 + Ca(OH)2 ay (mol) (2) CaCO3 + H2O ay ay (mol) Gọi... có: Số gam FexOy = ( 56x + 16y )a = 11,6 (3) Số mol CaCO3 = ay = 20 / 100 (4) = 0,2 Từ phương trình 1 và 2 ,ta tìm được ay = 0,15 Ta có tỉ lệ : ax : ay = 0,15 : 0,2 Hay : x : y = 3 : 4 Vậy công thức của oxit sắt là : Fe3O4 Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng áp dụng với nguyên tố ôxi, ta có : Số mol O (trong oxit) = số mol CO = số mol CO2 = số mol CaCO3 = 0,2(mol) Số gam Fe = 11,6 0,2*16 = 8,4 ( ứng . thức của hai muối là ACO 3 và BCO 3 số mol tương ứng là x và y. Phương trình phản ứng : ACO 3 + 2HCl ACl 2 + CO 2 + H 2 O (1) x x x (mol) BCO 3 + 2HCl ACl 2 + CO 2 + H 2 O (2) y y. muối cacbonat là : MgCO 3 và CaCO 3 Thay giá trị của A và B vào phương trình (1) và (2) thì tìm dược x = 0,15 Số gam MgCO 3 = 84*0,15 = 12, 6 ( gam) y = 0,05 Số gam CaCO 3 = 100*0,05 = 5,0. có thể nhẩm ,Giả thiết hỗn hợp chỉ chứa MgCO 3 ,thì số mol CaCO 3 bị thay thế là: = 0,05 (mol) ứng với 5,0 gam CaCO 3 Số gam MgCO 3 = 17,6 5,0 = 12, 6 (gam) Ta có kết quả tương tự .Nhưng