Cam nang hoa hoc.doc

PHẦN THỨ NHẤT
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
--------------------------------------------------------------
PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN GIẢI TOÁN VÔ CƠ
CHƯƠNG I
CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN
Bài 1: Phương pháp bảo toàn vật chất
I – NỘI DUNG ĐỊNH LUẬT:
Một cách tổng quát nhất, ta có thể phát biểu : Vật chất không tự nhiên
sinh ra, không tự nhiên mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng
khác.
Hẹp hơn, áp dụng cho hóa học ta có thể phát biểu: Trong mọi quá trình
biến đổi của vật chất thì các nguyên tố và khối lượng của chúng luôn luôn
được bảo toàn. Nghóa là: Loại trừ phản ứng hạt nhân, không có một hiện
tượng vật lý hay hóa học nào làm mất đi hay làm xuất hiện những nguyên tố
lạ. Như vậy nếu cụ thể hóa ra ta có thể nói tới các trường hợp:
- Bảo toàn khối lượng
- Bảo toàn nguyên tố (cơ sở để tính sơ đồ biến hóa)
- Bảo toàn electron
Và suy ra được các hệ quả quan trọng sau:
+ Hệ quả 1: Trong các phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham
gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành.
A + B  C + D
Thì : m
A
+ m
B
= m
C
+ m
D

+ Hệ quả 2: Gọi m
t
là khối lượng các chất trước phản ứng; m
s
là khối
lượng các chất sau phản ứng, thì dù cho phản ứng xảy ra với n = 100% hay
không; phản ứng vừa đủ hay có chất dư thì ta luôn có:
m
t
= m
s
* Như vậy hệ quả 2 mở rộng hơn hệ quả 1 là được xét cho một hệ cô lập,
không bắt buộc cứ phải đổi theo những phản ứng cụ thể.
Ví dụ 1: Cho m1(g) dung dòch KOH tác dụng với m2 (g) dung dòch HCl
tạo sản phẩm là KCl, H
2
O
KOH + HCl  KCl + H
2
O
Thì theo 1: m
KOH
(pư) + m
HCl
(plp) = m
KCl
(sp) + m
H2O
(sp)
Nhưng theo 2 thì: dù KOH hay HCl dư và lượng H

2
O có sản b mỗi dung
dòch đầu là bao nhiêu ta vẫn có:
Z = md
2
KOH
+ md
2
HCl
= const = khối lượng hổn hợp sau phản ứng
Ví dụ 2: Cho m(g) hổn hợp Al và Fe
2
O
3
, đốt cháy hổn hợp để thực hiện
phản ứng.
2 3 2 3
2 2+ → +
to
Al Fe O Al O Fe
Thì dù: - η = 100% - Al V Fe
2
O
3
dư hay phản ứng vừa đủ (cả hai hết)
- η < 100% (cả Al và Fe
2
O
3
đều dư)

Ta vẫn luôn có hổn hợp thu được sau phản ứng (có thể là 2 V sản phẩm,
4 chất ) vẫn có khối lượng là m (g)
Hệ quả 2 cũng cho phép ta xét kết luận cho 1 trạng thái nào đó thay đổi
ra sao theo các chất trong phản ứng mà không cần quan tâm tới các chất phản
ứng không tham gia phản ứng.
Ví dụ 3: Cho m(g) hổn hợp 2 khối lượng Fe – Zn vào dung dòch HCl…
Tính khối lượng chất rắn thu được sau khi cô cạn hổn hợp sau phản ứng.
Thì ta chỉ cần viết: m
KL
+ m
HCl
= m
rắn
+ mH
2
↑
(Trong đó mHCl là khối lượng HCl nguyên chất đã phản ứng) mà không
cần lưu ý tới H2O có trong dung dòch HCl và lượng HCl còn dư.
+ Hệ quả 3: Khi các Cation khối lượng kết hợp với Anion (PK, gốc ax,
hidroxit) ta luôn có (xét cho trạng thái rắn)
Hãy xem “đề III trang 98”
Khối lượng hợp chất = KL cation + KL Anion
Ví dụ 4: Hãy trở lại với ví dụ 3 ở trên
Khối lượng chất rắn thu được là hổn hợp 2 muối FeCl
2
và ZnCl
2
Ta sẽ có: m
rắn
= ∑(m

Fe
2+
+ m
Zn
2+
) + mCl
-
Nhưng: Fe
2+
, Zn
2+
từ Fe – 2e = Fe
2+
Zn – 2e = Zn
2+
Mà m
e
≈ 0 nên khối lượng cation chính bằng khối lượng kim loại và như
vậy: m
rắn
= m + m
Cl
-
Ví dụ 5: Hòa tan 6,2g hổn hợp 2 kim loại kiềm vào dung dòch HCl thu
được 2,24(l) khí (đktc). Cô cạn dung dòch sau phản ứng thu được bao nhiêu
(g) chất rắn.
Giải: Dó nhiên lập hệ, ghép ẩn số ta cũng có thể tìm được kết quả song
quá dài, đôi khi không giải được.
Ta có phản ứng tạo muối Clorua và H
2

↑
HCl  H
+
+ Cl
-
Mà 2H+ + 2e = H
2
(viết 2H
+
 H
2
là bảo toàn nguyên tố)
Vậy theo bảo toàn khối lượng:
m rắn = m
hhkloại
+ m
Cl
-
= 6,2 + 0,2 .35,5 = 13,3(g)
Kết quả rất rỏ ràng và bài toán chở nên nhẹ nhàng.
+ Hệ quả 4: Qua các quá trình biến đổi h
2
, nguyên tố luôn được bảo
toàn.
Nghóa là có thể không cần viết các phản ứng h
2
để dõi theo quá trình
biến đổi ta vẫn có thể xác đònh ngay lượng nguyên tố hóa học nào đó bằng
cách xét trực tiếp ở đầu và cuối quá trình (tất nhiên là với điều kiện trong
quá trình biến đổi khong lấy bớt hoặc thêm vào 1 lượng nào đó nguyên tố

ấy).
Ví dụ 5: Hòa tan hết 23,2(g) Fe
3
O
4
bằng dung dòch HCl dư thu được
dung dòch A. Cho dung dòch A phản ứng vừa đủ với dung dòch KMnO
4
được
dung dòch B kết tủa hết các chất trong dung dòch B = dung dòch Ca(OH)
2
thu
được m (g), đem nung kết tủa với khối lượng không đỏi thu được m1 (g) chất
rắn. Tính m1.
Giải:
Về nguyên tắc ta phải viết các phản ứng và lần theo quan hệ mol.
Nhưng có thể nhận thấy ngay rằng (dó nhiên không viết phản ứng nhưng phải
hiểu rỏ bản chất).
Có thể viết sơ đồ chuyển hóa sản phẩm cùng là Fe
2
O
3
4
o
2
KMnO
2 3
HCl Ca(OH) t
H
3 4 3 2 3

3
FeCl FeCl
Fe O Fe(OH) Fe O
FeCl
+
→
→ → →
Ta có sơ đồ bảo toàn nguyên tố Fe như sau:
3 4
Fe O

2 3
3
2
Fe O→
0,1 0,15
3 4
23,2
0,1
232
Fe O
n mol= =
=> m = 0,15.MFe
2
O
3
= 24(g)
+ Hệ quả 5: Sự biến đổi hóa học (mô tả PTPƯ) đều có liên quan  sự
tăng giảm khối lượng của các chất (hiểu theo nghóa rộng đơn chất, hổn hợp,
trạng thái cụ thể của chất …chứ không phải là nguyên tố)

VD1: PƯ: KL+ AX  M + H
2
↑
Bản chất: - Giảm khối lượng của kim loại ban đầu
- Tăng khối lượng cho chất rắn thu được (do sự nhập vào
của anion gốc ax vào kim loại)
VD2: PƯ: M1 + M2  M3↓ + M4
- Xét cho cùng trạng thái rắn của M1 với M3 thì khối lượng của muối có
thể tăng hoặc giảm do sự thay thế góc A
X
CaCl
2
 CaCO
3
m = 2.35,5 – 60 = 11g
VD3: PƯ khử oxit kim loại (đến oxít có số ô xi hóa thấp hơn hoặc khối
lượng tự d.
2 3 3 4
CO CO
Fe O Fe O FeO→ →
Khối lượng chất rắn sẽ giảm đi do CO lấy bớt O trong Oxít theo sơ đồ
2 2
1
2
CO O CO+ →
Nghóa là khối lượng giảm chính là khối lượng của Oxi bò khử
VD4: PƯ: KL
1
+ M
1

 KL
2
+ M
2
Sẽ có sự tăng giảm khối lượng (tùy phản ứng cụ thể, chất phản ứng cụ
thể) là m được xác đònh:
m =
d pu
m m m− +
tạo
Trong đó: mđ : là khối lượng của kim loại ban đầu
mpư: là khối lượng của kim loại đã pư <-> đã tạo ra
m
tạo
: Là khối lượng được giải phóng
Tóm lại ta có thể nói về và trường hợp cụ thể như sau:
* Khi cation kim loại thay đổi anion để sinh ra hợp chất mới thì sự chênh
lệch về khối lượng giữa 2 hợp chất bằng sự chênh lệch về khối lượng giữa
các anion (nhớ là phải quy về bảo toàn khối lượng đã).
Chẳng hạn:
2 3 3 4
2
3
Al CO Na PO→
3 2
4 3
3
( ) 1.( )
2
Po CO

m M M
− −
∆ = −
Khi anion thay đổi cation khối lượng để tạo chất mới thì sự chênh lệch
khối lượng giữa 2 hợp chất bằng sự chênh lệch khối lượng giữa các cation
(nhớ là phải bảo toàn anion rồi mới tính).
2 3 3
2.39 1.40 118( )K CO CaCO m g→ ⇒ ∆ = − =
Sự nhập vào hoặc bớt đi một số nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử nào đó
cũng gây nên m (VD1, VD3)
II – DẤU HIỆU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC BÀI TẬP NHỎ
MINH HỌA:
1. Dấu hiệu sử dụng phương pháp:
Đây là kinh nghiệm để nhanh chóng phát hiện bài toán có nên sử dụng
phương pháp này hay không. Điều đó đồng nghóa với việc ứng dụng phương
pháp làm gì? Trường hợp nào?
- Bài toán có quá nhiều ẩn số (dùng phương pháp lập hệ phương trình)
trong khi dữ kiện đề cho ít.
- Lập hết các phương trình theo dữ kiện nhưng vẫn thiếu 1 phương trình
(đó sẽ chính là phương trình vận dụng bảo toàn vật chất).
- Bài toán tự chọn lượng chất ( cho bằng chữ và có tỉ lệ về lượng giữa
các chất).
- Bài toán liên quan đến những phản ứng phổ biến đã nêu ở I
- Bài toán có dữ kiện liên quan  2 hoặc 3 nguyên tố
+ m
đ
+ m
s
+ m
hh

Thông thường chỉ là cho 2 yếu tố và tìm yếu tố thứ ba theo phương pháp
(ở bài toán lớn đó là phương pháp còn thiếu).
Như vậy, ứng dụng quan trọng nhất của phương pháp sẽ là:
+ Lập phương trình toán học
+ Biện luận lượng chất dư (đây là ứng dụng rất quan trọng)
Xin nói rõ hơn về biện luận lượng chất dư theo phương pháp này ở đây:
Thực chất đây là phương pháp suy luận ngược từ kết quả phản ứng đã
xảy ra. Chẳng hạn dùng bài toán nguyên tố để suy luận ngược.
Ví dụ: Cho 12,1 (g) h
2
Fe – Zn vào 100ml dung dòch hổn hợp HCl 1M
H
2
SO
4
2M. Thu được 4,48l H
2
(đktc). Hỏi dung dòch sau phản ứng có dư H
+
không?
Giải:
Theo đề:
2 4
0,1.1 0,1
0,1.2 0,2 0,4
HCl
H
H SO
H
n n mol

n mol n mol
+
+
= = =
= = ⇒ =
->
(0,1 0, 4) 0,5
H
n mol mol
+
Σ = + =
Mà:
2
2
0,2
2
H
n mol
H H
+
=
→
( )
0,4
H pu
n mol
+
=
. Vậy H
+

còn dư 0,1mol
Cũng có thể căn cứ vào sự tăng giảm khối lượng đề cho, ta sẽ tìm được
số mol chất đã phản ứng (đây là kết quả hiển nhiên vì xét từ điều đã xảy ra),
từ đó sẽ so sánh được với số mol chất có, để kết luận chất đó dư hay đủ.