Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên đề giải toán đồ thị CO2 tác dụng với dung dịch kiềm: Phân tích đồ thị bài toán CO2 tác dụng với dung dịch một bazơ, dung dịch hỗn hợp bazơ, có ví dụ cụ thể, bài tập tương tự học sinh luyện tập. Chuyên đề giải toán đồ thị CO2 tác dụng với dung dịch kiềm: Phân tích đồ thị bài toán CO2 tác dụng với dung dịch một bazơ, dung dịch hỗn hợp bazơ, có ví dụ cụ thể, bài tập tương tự học sinh luyện tập.
MỞ ĐẦU Trong dạy học, tập có ý nghĩa quan trọng Bài tập vừa mục đích, vừa nội dung lại vừa phương pháp dạy học có hiệu Bài tập cung cấp cho học sinh kiến thức, đường dành lấy kiến thức đồng thời cịn mang lại niềm vui sướng phát hiện, việc tìm tịi đáp số Hóa học mơn khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm, tập hóa học có điều kiện để phát triển lực nhận thức tư sáng tạo học sinh Bài tập hóa học sử dụng phương pháp dạy học giáo viên biết lựa chọn, tìm vấn đề tập, biến trở thành toán nhận thức sử dụng dạy học nêu giải vấn đề Thực tế, có nhiều em Học sinh bước vào kì thi Đại Học – Cao Đẳng kĩ giải tập chưa tốt, lựa chọn phương pháp giải cho toán nhiều thời gian, mà yêu cầu đặt thời gian ngắn lại giải nhiều bài, đưa kinh nghiệm để hướng dẫn học sinh giải tập khí cacbonic tác dụng với dung dịch kiềm 1 BÀI TẬP CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH Ca(OH)2 1.1 Lí thuyết Bài toán: Vẽ đồ thị biểu diễn số mol kết tủa tạo phụ thuộc vào số mol CO tác dụng từ từ với dung dịch Ca(OH) Số mol Ca(OH)2 mol, số mol CO tham gia phản ứng là: 0; 0,5; 1; 1,5; Định hướng cách vẽ đồ thị: - Khi sục từ từ khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 có phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) - Thay số mol CO2 giá trị: 0; 0,5; 1; 1,5; vào phương trình (1) (2) Để tính số mol kết tủa CaCO3, ta lập bảng giá trị sau: số mol CO2 số mol CaCO3 0 0,5 0,5 1,0 1,5 0,5 - Đồ thị biểu diễn số mol kết tủa sinh phụ thuộc vào số mol CO2 n 0,5 0,5 1,5 số mol CO2 Nhận xét: + Đồ thị hàm số hàm liên tục có dạng tam giác cân + Hồnh độ giá trị cực đại hàm số có số mol số mol Ca(OH)2 + Đồ thị nhánh trái góc phần tư thứ + Nhánh phải đối xứng với nhánh trái Qua toán đơn giản này, ta thấy xét trường hợp tổng quát 1.2 Đồ thị dạng tổng quát Vẽ đồ thị biểu diễn số mol kết tủa tạo phụ thuộc vào số mol CO tác dụng từ từ với dung dịch hỗn hợp chứa a mol Ca(OH)2 Đặt số mol CaCO3 tạo = b mol Đồ thị biểu diễn số mol kết tủa sinh phụ thuộc vào số mol CO2 n a b b a 2a-b 2a số mol CO2 Nhận xét: + Nhánh trái đồ thị ứng với sản phẩm tạo có CaCO3 + Nhánh phải đồ thị ứng với sản phẩm tạo có CaCO3 Ca(HCO3)2 1.3 Bài tập áp dụng Sau ta áp dụng phương pháp đồ thị để giải số tập so sánh với phương pháp thông thường: Bài 1: Hấp thụ hết 11,2 lít khí CO (đktc) vào 300 ml dung dịch Ca(OH) 1M, sau phản ứng hồn tồn thu m gam kết tủa Tính giá trị m Hướng dẫn giải: Cách 1: 11,2 Theo bài: số mol CO2 = 22,4 = 0,5 mol; số mol Ca(OH)2 = 0,3 × = 0,3 mol Do số mol Ca(OH)2 < số mol CO2 < số mol Ca(OH)2 nên tạo hai muối CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) x x x 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 (2) 2y y y Đặt số mol CaCO3 = x mol; số mol Ca(HCO3)2 = y mol Từ (1) (2) ta có hệ x +2y =0,5 x =0,1 ⇔ x + y =0,3 y =0,2 Vậy, khối lượng CaCO3 = 0,1 × 100 = 10 gam ⇒ m = 10 Cách : Khi sục khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 có phương trình hóa học CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) 0,3 0,3 0,3 số mol Ca(OH)2 < số mol CO2, nên Ca(OH)2 hết sau phương trình (1) (1) ⇒ số mol CO2 = số mol CaCO3 = số mol Ca(OH)2 = 0,3 mol Số mol CO2 = 0,5 – 0,3 = 0,2 mol CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) 0,2 0,2 Sau (2), số mol CaCO3 lại = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol Vậy, khối lượng CaCO3 = 0,1 × 100 = 10 gam ⇒ m = 10 Cách : phương pháp đồ thị n 0,3 0,1 0,3 0,5 0,6 số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta có số mol CaCO3 = 0,1 mol Vậy, khối lượng CaCO3 = 0,1 × 100 = 10 gam ⇒ m = 10 Nhận xét: Qua cách giải giải theo phương pháp đồ thị có kết nhanh Bài 2: Hấp thụ hết V lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng hồn tồn thu 39,4 gam kết tủa Tính giá trị V Hướng dẫn giải: Cách 1: 39,4 Theo bài: số mol BaCO3 = = 0,2 mol; số mol Ba(OH)2 = 0,5 × = 0,5 mol 197 Do số mol BaCO3 < số mol Ba(OH)2 nên có hai trường hợp: o Trường hợp 1: Ba(OH)2 dư CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) 0,2 0,2 ⇒ số mol CO2 = 0,2 mol, ⇒ V = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít o Trường hợp 2: CO2 dư hòa tan phần kết tủa CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) 0,5 0,5 0,5 Số mol BaCO3 bị hòa tan = 0,5 – 0,2 = 0,3 mol CO2 + BaCO3 + H2O → Ba(HCO3)2 (2) 0,3 0,3 Từ (1) (2) ⇒ số mol CO2 = 0,3 + 0,5 = 0,8 mol ⇒ V = 0,8 × 22,4 = 17,92 lít Vậy, giá trị V 4,48 17,92 Cách : (phương pháp đồ thị) n 0,5 0,2 0,2 0,5 0,8 số mol CO2 Từ đồ thị ta thấy số mol CO2 có giá trị 0,2 0,8 số mol BaCO = 0,2 mol Vậy, giá trị V 4,48 17,92 Bài 3: Tiến hành hai thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Hấp thụ hết 3V lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch Ba(OH)2 1M thu 3m gam kết tủa Thí nghiệm 2: Hấp thụ hết 8V lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch Ba(OH)2 1M thu 2m gam kết tủa Tính giá trị V m Hướng dẫn giải: Cách 1: Theo bài: Số mol Ba(OH)2 = 0,5 × = 0,5 mol 3V 3m Thí nghiệm 1: số mol BaCO3 = = 3t mol; số mol CO2 = 22,4 = 3x mol 197 8V 2m Thí nghiệm 2: số mol BaCO3 = = 2t mol; số mol CO2 = 22,4 = 8x mol 197 oỞ thí nghiệm 2, lượng CO2 nhiều lượng kết tủa giảm đi, nên thí nghiệm lượng kết tủa tan phần: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) 0,5 0,5 0,5 Số mol BaCO3 bị hòa tan = 0,5 – 2t mol CO2 + BaCO3 + H2O → Ba(HCO3)2 (2) 0,5 – 2t 0,5 – 2t Từ (1) (2) ⇒ số mol CO2 = 0,5 – 2t + 0,5 = 8x ⇔ 8x + 2t = (*) oỞ thí nghiệm 1, có hai khả xảy ra: + Trường hợp 1: kết tủa chưa tan, điều kiện 3x ≤ 0,5 ⇔ x ≤ 0,167 CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) (1) ⇒ số mol CO2 = số mol BaCO3 0,2 mol, ⇒ 3x = 3t ⇔ x – t = (2*) x =0,1(tháa m· n x ≤ 0,167) Từ (*) (2*) ⇒ t =0,1 ⇒ V = 2,24 m = 19,7 + Trường hợp 2: CO2 dư hòa tan phần kết tủa, điều kiện 3x > 0,5 ⇔ x > 0,167 CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (2) 0,5 0,5 0,5 Số mol BaCO3 bị hòa tan = 0,5 – 3t mol CO2 + BaCO3 + H2O → Ba(HCO3)2 (3) 0,5 – 3t 0,5 – 3t Từ (2) (3) ⇒ số mol CO2 = 0,5 – 3t + 0,5 = 3x ⇔ 3x + 3t = (3*) x =0,05(loại không thỏa mà n x >0,167) T (*) (3*) ⇒ t =0,27 Vậy, V = 2,24 m = 19,7 Cách : (phương pháp đồ thị) n 0,5 3t 2t 2t Qua đồ thị ta thấy: 3t 0,5 ? 8x số mol CO2 8V 3V + Giá trị số mol CO = 22,4 = 8x mol > số mol CO2 = 22,4 = 3x mol, nên 8x nhánh phải đồ thị ⇒ 8x + 2t = (*) 3V + Giá trị số mol CO2 = 22,4 = 3x nhánh trái nhánh phải o Ở nhánh trái: điều kiện 3x ≤ 0,5 ⇔ x ≤ 0,167 ⇒ 3x = 3t ⇔ x – t = (2*) x =0,1(tháa m· n x ≤ 0,167) Từ (*) (2*) ⇒ t =0,1 ⇒ V = 2,24 m = 19,7 o Ở nhánh phải: điều kiện 3x > 0,5 ⇔ x > 0,167 ⇒ 3x + 3t = (3*) x =0,05(lo¹i kh«ng tháa m· n x >0,167) Từ (*) (3*) ⇒ t =0,27 Vậy, V = 2,24 m = 19,7 Nhận xét: Qua cách giải giải theo phương pháp đồ thị có kết nhanh Bài 4: Hấp thụ hết 560 ml khí CO (đktc) vào 400 ml dung dịch Ba(OH)2 aM, sau phản ứng hoàn toàn thu 2,955 gam kết tủa Tính giá trị a Hướng dẫn giải: Cách 1: 2,955 Theo bài: số mol BaCO3 = = 0,015 mol; số mol Ba(OH)2 = 0,4a mol 197 0,56 số mol CO2 = = 0,025 mol 22,4 Do số mol BaCO3 < số mol CO2 nên kết tủa tan phần CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) 0,4a 0,4a 0,4a ⇒ số mol CO2 hòa tan kết tủa = 0,025 – 0,4a mol CO2 + BaCO3 + H2O → Ba(HCO3)2 (2) (0,025 – 0,4a) (0,025 – 0,4a) Số mol BaCO3 lại = 0,4a – (0,025 – 0,4a) = 0,015 ⇒ 0,8a = 0,04 ⇔ a = 0,05 Vậy, giá trị a 0,05 Cách : (phương pháp đồ thị) n 0,4a 0,015 0,015 0,4a 0,025 0,8a số mol CO2 Từ đồ thị ta thấy: 0,8a – 0,025 = 0,015 ⇔ a = 0,05 Nhận xét: Qua cách giải giải theo phương pháp đồ thị có kết nhanh Bài 5: Hấp thụ hết 2,016 lít khí CO (đktc) vào 500 ml dung dịch Ca(OH) 0,1M, sau phản ứng hoàn toàn thu m gam kết tủa dung dịch X Khối lượng dung dịch X tăng hay giảm gam so với dung dịch ban đầu ? Hướng dẫn giải: Cách 1: 2,016 Theo bài: số mol CO2 = = 0,09 mol; số mol Ca(OH)2 = 0,5 × 0,1 = 0,05 mol 22,4 Do số mol Ca(OH)2 < số mol CO2 < số mol Ca(OH)2 nên tạo hai muối CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) x x x 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 (2) 2y y y Đặt số mol CaCO3 = x mol; số mol Ca(HCO3)2 = y mol Từ (1) (2) ta có hệ x +2y =0,09 x =0,01 ⇔ y =0,04 x +y =0,05 khối lượng CaCO3 = 0,01 × 100 = gam ⇒ m = Theo định luật bảo toàn khối lượng Khối lượng CO2 + khối lượng dung dịch đầu = khối lượng dung dịch sau + khối lượng kết tủa ⇒ 3,96 + khối lượng dung dịch đầu = khối lượng dung dịch sau + ⇒ khối lượng dung dịch sau – khối lượng dung dịch đầu = 2,96 gam Vậy, khối lượng dung dịch sau phản ứng tăng 2,96 gam Cách : Khi sục khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 có phương trình hóa học CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) 0,05 0,05 0,05 số mol Ca(OH)2 < số mol CO2, nên Ca(OH)2 hết sau phương trình (1) (1) ⇒ số mol CO2 = số mol CaCO3 = số mol Ca(OH)2 = 0,05 mol Số mol CO2 = 0,09 – 0,05 = 0,04 mol CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) 0,04 0,04 Sau (2), số mol CaCO3 lại = 0,05 – 0,04 = 0,01 mol ⇒ khối lượng CaCO3 = 0,01 × 100 = gam ⇒ khối lượng dung dịch sau phản ứng tăng 2,96 gam Cách : (phương pháp đồ thị) n 0,05 0,01 0,05 0,09 ⇒ khối lượng CaCO3 = 0,01 × 100 = gam 0,1 số mol CO2 ⇒ khối lượng dung dịch sau phản ứng tăng 2,96 gam Nhận xét: Qua cách giải giải theo phương pháp đồ thị có kết nhanh Bài 6: Tiến hành hai thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Hấp thụ hết 1,12 lít khí CO (đktc) vào dung dịch chứa a mol Ca(OH)2 thu 1,5m gam kết tủa Thí nghiệm 2: Hấp thụ hết 1,344 lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch chứa a mol Ca(OH)2 thu m gam kết tủa Tính giá trị a m Hướng dẫn giải: Cách 1: Theo bài: Số mol Ca(OH)2 = a mol 1,5m Thí nghiệm 1: số mol CaCO3 = = 1,5b mol; 100 1,12 số mol CO2 = = 0,05 mol 22,4 Thí nghiệm 2: số mol CaCO3 = 1,344 m = b mol; số mol CO2 = = 0,06 mol 22,4 100 oỞ thí nhiệm 2, lượng CO2 nhiều lượng kết tủa giảm đi, nên thí nghiệm lượng kết tủa tan phần: 10 CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) a a a Số mol CaCO3 bị hòa tan = a – b mol CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) a–b a–b Từ (1) (2) ⇒ số mol CO2 = a – b + a = 0,06 ⇔ 2a – b = 0,06 (*) oỞ thí nhiệm 1, có hai khả xảy ra: + Trường hợp 1: kết tủa chưa tan, điều kiện 0,05 ≤ a CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) (1) ⇒ số mol CO2 = số mol CaCO3 = 1,5b mol, ⇒ 1,5b = 0,05 (2*) a=0,033 Từ (*) (2*) ⇒ (loại) b=0,0067 + Trường hợp 2: CO2 dư hịa tan phần kết tủa, điều kiện a < 0,05 CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) a a a Số mol CaCO3 bị hòa tan = a – 1,5b mol CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) a – 1,5b a – 1,5b Từ (1) (2) ⇒ số mol CO2 = a – 1,5b + a = 0,05 ⇔ 2a – 1,5b = 0,05 (3*) a=0,04 Từ (*) (3*) ⇒ (thỏa mãn) b=0,02 ⇒ m = gam Vậy, a = 0,04; m = Cách : (phương pháp đồ thị) n a 1,5b b b 1,5b a 11 ? 0,06 2a số mol CO2 Qua đồ thị ta thấy: + Giá trị số mol CO2 = 0,06 mol > số mol CO = 0,05 mol, nên giá trị số mol CO = 0,06 nhánh phải đồ thị ⇒ 2a – b = 0,06 (*) + Giá trị số mol CO2 = 0,05 nhánh trái nhánh phải o Ở nhánh trái: điều kiện 0,05 ≤ a ⇒ 1,5b = 0,05 (2*) a=0,033 Từ (*) (2*) ⇒ (loại) b=0,0067 o Ở nhánh phải: điều kiện a < 0,05 a=0,04 Từ (*) (3*) ⇒ b=0,02 ⇒ 2a – 1,5b = 0,05 (3*) (thỏa mãn) Vậy, a = 0,04; m = 2 BÀI TẬP CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH HỖN HỢP Ca(OH)2 VÀ NaOH 2.1 Lí thuyết Bài tốn: Vẽ đồ thị biểu diễn số mol kết tủa tạo phụ thuộc vào số mol CO tác dụng từ từ với dung dịch hỗn hợp chứa mol Ca(OH) 1,5 mol NaOH Số mol CO2 tham gia phản ứng là: 0; 0,5; 1; 2; 2,5; 3; 3,5 Định hướng cách vẽ đồ thị - Khi sục từ từ CO2 vào dung dịch hỗn hợp Ca(OH)2 NaOH có phản ứng: CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (1) 2+ 2- → Ca + CO3 CaCO3 (2) CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (3) - Thay số mol CO2 giá trị: 0; 0,5; 1; 2; 2,5; 3; 3,5 vào phương trình (1), (2) (3) Để tính số mol kết tủa CaCO3, ta lập bảng giá trị sau: số mol CO2 0,5 2,5 3,5 số mol CaCO3 0,5 1 0,5 - Đồ thị biểu diễn số mol kết tủa sinh phụ thuộc vào số mol CO2 n 0,5 0,5 12 2,5 3,5 số mol CO2 Nhận xét: + Đồ thị hàm số hàm liên tục có dạng hình thang cân + Hoành độ nhánh trái ứng với giá trị cực đại hàm số có số mol số mol Ca(OH)2, đồ thị nhánh trái góc phần tư thứ + Đường thẳng song song với trục hồnh có giá trị số mol NaOH + Hoành độ nhánh phải ứng với giá trị cực đại hàm số có số mol số mol Ca(OH)2 + số mol NaOH + Nhánh phải đối xứng với nhánh trái Qua toán đơn giản này, ta thấy xét trường hợp tổng quát 2.2 Đồ thị dạng tổng quát: Vẽ đồ thị biểu diễn số mol kết tủa tạo phụ thuộc vào số mol CO tác dụng từ từ với dung dịch hỗn hợp chứa a mol Ca(OH)2 b mol NaOH Đặt số mol CaCO3 tạo = t mol Đồ thị biểu diễn số mol kết tủa sinh phụ thuộc vào số mol CO2 n a t t a a+b 2a+b-t 2a+b số mol CO2 Nhận xét: + Nhánh trái đồ thị ứng với sản phẩm tạo có muối cacbonat + Đường thẳng song song với trục hoành ứng với số mol kết tủa lớn + Nhánh phải đồ thị ứng với sản phẩm có Ca(HCO3)2 2.3 Bài tập áp dụng Sau ta áp dụng phương pháp đồ thị để giải số tập so sánh với phương pháp giải thơng thường: 13 Bài 1: Hấp thụ 1,344 lít khí CO (đktc) vào 200 ml dung dịch hỗn hợp Ca(OH) 0,1M NaOH 0,15M, sau phản ứng kết thúc thu m gam kết tủa Tính giá trị m Hướng dẫn giải: Cách 1: 1,344 Theo bài: số mol CO2 = 22,4 = 0,06 mol; số mol Ca(OH)2 = 0,2 × = 0,02 mol; số mol NaOH = 0,2 × 0,15 = 0,03 mol ⇒ tổng số mol OH- = 0,07 mol Do số mol CO2 < số mol OH- < × số mol CO2 nên có phương trình CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (1) x 2x x CO2 + OH- → HCO3- + H2O (2) y y y Ca2+ + CO32- → CaCO3 (3) Đặt số mol CO2 phản ứng (1) (2) x y 2x +y =0,07 x =0,01 ⇔ Ta có hệ y =0,05 x +y =0,06 Do số mol Ca2+ = 0,02 > số mol CO32- = 0,01 nên từ (3) ⇒ số mol CaCO3 = 0,01 mol Vậy, khối lượng CaCO3 = 0,01 × 100 = gam ⇒ m = Cách : (phương pháp đồ thị) Đồ thị biểu diễn số mol CaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau n 0,02 0,01 0,02 0,05 0,06 0,07 số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta thấy: số mol CO2 = 0,06 mol số mol CaCO3 = 0,01 mol Vậy, khối lượng CaCO3 = 0,01 × 100 = gam ⇒ m = 14 Nhận xét: qua hai cách giải giải phương pháp đồ thị cho kết nhanh hơn, thuận lợi cho việc thi trắc nghiệm Bài 2: Hấp thụ 1,008 lít khí CO (đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp Ba(OH) 0,06M KOH 0,04M, sau phản ứng kết thúc thu m gam kết tủa Tính giá trị m Hướng dẫn giải: Cách 1: 1,008 Theo bài: số mol CO2 = 22,4 = 0,045 mol; Ba(OH)2 = 0,06 × 0,5 = 0,03 mol; số mol KOH = 0,04 × 0,5 = 0,02 mol ⇒ tổng số mol OH- = 0,08 mol Do số mol CO2 < số mol OH- < × số mol CO2 nên có phương trình CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (1) x 2x x CO2 + OH- → HCO3- + H2O (2) y y y Ba2+ + CO32- → BaCO3 (3) Đặt số mol CO2 phản ứng (1) (2) x y 2x +y =0,08 x =0,035 ⇔ Ta có hệ y =0,01 x +y =0,045 Do số mol Ba2+ = 0,03 < số mol CO32- = 0,035 nên từ (3) ⇒ số mol BaCO3 = 0,03 mol Vậy, khối lượng BaCO3 = 0,03 × 197 = 5,91 gam ⇒ m = 5,91 Cách : (phương pháp đồ thị) Đồ thị biểu diễn số mol BaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau n 0,03 0,03 0,045 0,05 15 0,08 số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta thấy: số mol CO2 = 0,045 mol số mol BaCO3 = 0,03 mol Vậy, khối lượng BaCO3 = 0,03 × 197 = 5,91 gam ⇒ m = 5,91 Nhận xét: Ta thấy dùng đồ thị giải trực quan Giáo viên biên soạn tốn tương tự theo hướng đổi chiều mức độ sâu Bài 3: Hấp thụ V lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp Ba(OH) 0,06M KOH 0,04M, sau phản ứng kết thúc thu 3,94 gam kết tủa Tính giá trị V Hướng dẫn giải: Cách 1: 3,94 Theo bài: số mol BaCO3 = = 0,02 mol; 197 số mol Ba(OH)2 = 0,06 × 0,5 = 0,03 mol; số mol KOH = 0,04 × 0,5 = 0,02 mol ⇒ tổng số mol OH- = 0,08 mol Do số mol BaCO3 < số mol Ba(OH)2 nên có hai trường hợp + Trường hợp 1: Kết tủa chưa tan Ba2+ + CO2 + OH- → BaCO3 + H2O (1) (1) ⇒ số mol CO2 = số mol BaCO3 = 0,02 mol ⇒ V = 0,02 × 22,4 = 0,448 lít + Trường hợp 2: Kết tủa tan phần CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (2) 0,04 0,08 0,04 CO2 + CO32- + H2O → 2HCO3(3) 0,02 0,02 Ba2+ + CO32- → BaCO3 (4) 0,02 0,02 Từ (2), (3) ⇒ số mol CO2 = 0,06 mol ⇒ V = 0,06 × 22,4 = 1,344 lít Vậy, giá trị V 0,448 1,344 Cách : (phương pháp đồ thị) Đồ thị biểu diễn số mol CaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau 16 n 0,03 0,02 0,02 0,03 0,05 0,06 0,08 số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta thấy: số mol CO2 = 0,02 mol số mol CO2 = 0,06 mol số mol BaCO3 = 0,02 mol Vậy, giá trị V 0,448 1,344 Nhận xét: Ở toán ta thấy số mol BaCO3 < số mol Ba(OH)2 dựa vào đồ thị dễ thấy có hai giá trị số mol CO2 Bài 4: Hấp thụ V lít khí CO (đktc) vào 400 ml dung dịch hỗn hợp Ba(OH) 0,0375M KOH 0,025M, sau phản ứng kết thúc thu 1,97 gam kết tủa dung dịch X Thêm dung dịch NaOH vào X thấy có kết tủa Tính giá trị V Hướng dẫn giải: Cách 1: 1,97 Theo bài: số mol BaCO3 = = 0,01 mol; số mol Ba(OH)2 = 0,0375 × 0,4 = 197 0,015 mol; số mol KOH = 0,025 × 0,4 = 0,01 mol ⇒ tổng số mol OH- = 0,04 mol Thêm dung dịch NaOH vào X thấy có kết tủa, nên dung dịch sau phản ứng có Ba(HCO3)2 ⇒ kết tủa tan phần Các phương trình hóa học CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (2) 0,02 0,04 0,02 CO2 + CO32- + H2O → 2HCO3(3) 17 0,01 0,01 Ba2+ + CO32- → BaCO3 (4) 0,01 0,01 Từ (2), (3) ⇒ số mol CO2 = 0,03 mol ⇒ V = 0,03 × 22,4 = 0,672 lít Vậy, giá trị V 0,672 Cách : (phương pháp đồ thị) Đồ thị biểu diễn số mol BaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau n 0,015 0,01 0,015 0,025 0,03 0,04 số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta thấy: Do sản phẩm tạo Ba(HCO3)2, nên giá trị CO2 nhánh phải ⇒ số mol CO2 = 0,03 mol ⇒ V = 0,672 Nhận xét: Ở toán phải nhận sản phẩm có Ba(HCO 3)2 suy giá trị số mol CO2 có nhánh phải Nếu toán khác người ta đưa thêm ý, đun nóng dung dịch X kết tủa tính giá trị lớn V có nghĩa số mol CO có nhánh phải Bài 5: Tiến hành hai thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Hấp thụ hết V lít (đktc) khí CO vào 500 ml dung dịch Ca(OH)2 2aM thu 1,5 gam kết tủa Thí nghiệm 2: Hấp thụ hết V lít (đktc) khí CO vào 500 ml dung dịch hỗn hợp Ca(OH)2 2aM KOH aM, sau phản ứng kết thúc thu gam kết tủa Tính giá trị V a Hướng dẫn giải: Cách 1: 18 Theo bài: 1,5 = 0,015 mol; 100 số mol Ca(OH)2 = 0,5 × 2a = a mol; Do lượng kết tủa thí nghiệm > lượng kết tủa thí nghiệm 1, nên thí nghiệm kết tủa tan phần ⇒ số mol Ca(OH)2 < số mol CO2 < số mol Ca(OH)2 ⇒ a < số mol CO2 < 2a CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) a a a CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) a-0,015 a-0,015 Từ (1) (2) ⇒ số mol CO2 = (2a – 0,015) mol Thí nghiệm 2: số mol CaCO3 = = 0,02 mol; 100 số mol Ca(OH)2 = 0,5 × 2a = a mol; số mol KOH = 0,5 × a = 0,5a mol; ⇒ tổng số mol OH- = 2,5a mol + Trường hợp 1: kết tủa chưa tan, điều kiện là: số mol CO2 ≤ số mol Ca(OH)2 + số mol NaOH ⇒ 2a – 0,015 ≤ a + 0,5a ⇔ a ≤ 0,03 Ca2+ + CO2 + 2OH- → CaCO3 + H2O (1) (1) ⇒ số mol Ca2+ = số mol CaCO3 = 0,02 mol ⇒ a = 0,02 (thỏa mãn điều kiện a ≤ 0,03 ) ⇒ số mol CO2 = 2a – 0,015 = × 0,02– 0,015 = 0,025 mol ⇒ V = 0,025 × 22,4 = 0,56 lít + Trường hợp 2: kết tủa tan phần (điều kiện a > 0,03) CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (2) 1,25a 2,5a 1,25a CO2 + CO32- + H2O → 2HCO3(3) 1,25a-0,02 1,25a-0,02 Ba2+ + CO32- → BaCO3 (4) 0,02 0,02 Từ (2), (3) ⇒ số mol CO2 = 1,25a + 1,25a- 0,02 = 2a-0,15 ⇔ a = 0,2 (loại) Thí nghiệm 1: số mol CaCO3 = 19 Vậy, giá trị V 0,56; giá trị a 0,02 Cách : (phương pháp đồ thị) Đồ thị biểu diễn số mol CaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau + Thí nghiệm 1: Do lượng kết tủa thí nghiệm > lượng kết tủa thí nghiệm 1, nên thí nghiệm kết tủa tan phần ⇒ giá trị số mol CO2 nhánh phải đồ thị n a 0,015 a 2a-0,015 2a số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta thấy: Số mol CO2 = 2a – 0,015 mol, thấy a < số mol CO2 < 2a + Thí nghiệm 2: n a 0,02 a 1,5a 2,5a số mol CO2 + Nếu số mol CO2 có giá trị khoảng [a, 1,5a] điều kiện là: 2a – 0,015 ≤ 1,5a ⇔ a ≤ 0,03 số mol CaCO3 = a mol ⇒ a = 0,02 (thỏa mãn) ⇒ số mol CO2 = 0,025 mol ⇒ V = 0,56 lít + Nếu số mol CO2 có giá trị khoảng [1,5a, 2,5a] điều kiện là: 1,5a < 2a – 0,015 ⇔ a > 0,03 20 ⇒ số mol CaCO3 = 2,5a – (2a – 0,015) = 0,02 ⇔ a = 0,01 (loại) Vậy, giá trị V 0,56; giá trị a 0,02 Nhận xét: - Cái khó chỗ học sinh phải nhận thí nghiệm kết tủa tan phần, từ định hướng cách biện luận thí nghiệm dễ - Dùng đồ thị biện luận dễ nhìn trường hợp Bài 6: Tiến hành hai thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Hấp thụ hết 13,44 lít (đktc) khí CO vào dung dịch chứa a mol Ba(OH)2 thu m gam kết tủa Thí nghiệm 2: Hấp thụ hết 13,44 lít (đktc) khí CO vào dung dịch hỗn hợp chứa a mol Ba(OH)2 a mol KOH, sau phản ứng kết thúc thu 2m gam kết tủa Tính giá trị m a Hướng dẫn giải: Cách giải tự luận có phần tương tự trên, sau phần hướng dẫn học sinh giải theo phương pháp đồ thị 13,44 Số mol CO2 = = 0,6 mol; 22,4 m Thí nghiệm 1: số mol BaCO3 = = t mol; 197 2m Thí nghiệm 2: số mol BaCO3 = = 2t mol 197 Đồ thị biểu diễn số mol BaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau Thí nghiệm 1: Do lượng kết tủa thí nghiệm > lượng kết tủa thí nghiệm 1, nên thí nghiệm kết tủa tan phần ⇒ giá trị số mol CO2 nhánh phải đồ thị n a t a 2a-t 21 2a số mol CO2 Dựa vào đồ thị ta thấy: Số mol CO2 = 2a – t mol ⇒ 2a – t = 0,6 (*) thấy a < 0,6 < 2a Thí nghiệm n a a 0,6 2a 3a + Nhận thấy số mol CO2 có giá trị 0,6 thuộc khoảng (a, 2a) ⇒ số mol CaCO3 = a = 2t (2*) a=0,4 Từ (*) (2*) ⇒ (thỏa mãn) t =0,2 số mol CO2 ⇒ m = 39,4 Vậy, giá trị m 39,4; giá trị a 0,4 Nhận xét: - Học sinh phải nhận từ thí nghiệm 1, suy 0,6 thuộc khoảng (a, 2a) - Dùng phương pháp đồ thị tốn khơng phải biện luận nhiều trường hợp Bài 7: Hấp thụ a mol CO2 vào dung dịch hỗn hợp chứa x mol Ba(OH)2 y mol KOH Tìm mối quan hệ a, x y để sau phản ứng a có kết tủa b khơng có kết tủa c có kết tủa lớn d thu 98,5x gam kết tủa Hướng dẫn giải: Sau phần hướng dẫn học sinh giải theo phương pháp đồ thị Đồ thị biểu diễn số mol BaCO3 tạo phụ thuộc vào số mol CO2 sau 22 n x x a x+y 2x + y số mol CO2 Từ đồ thị ta thấy: a có kết tủa đường thẳng số mol CO2 = a, cắt đồ thị hàm số có kết tủa ⇒ a < 2x + y b khơng có kết tủa đường thẳng số mol CO2 = a, khơng cắt đồ thị hàm số khơng có kết tủa ⇒ a ≥ 2x + y c có kết tủa lớn đường thẳng số mol CO2 = a, cắt đồ thị hàm số đoạn [x ; x + y] có kết tủa lớn ⇒ x ≤ a ≤ x + y d thu 98,5x gam kết tủa Số mol BaCO3 = 0,5x mol n x 0,5x 1,5x + 2x + y số mol y CO2 đường thẳng số mol CO2 = a, cắt đồ thị hàm số nhánh trái (tại điểm có hồnh độ 0,5x) nhánh phải (tại điểm có hồnh độ 1,5x + y) ⇒ số mol CO2 = 0,5x số mol CO2 = 1,5x + y ⇒ a = 0,5x a = 1,5x + y 0,5x x x+y 23 KẾT LUẬN - Đánh giá hiệu phương pháp dùng đồ thị để giải toán CO tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 toán CO2 tác dụng với dung dịch hỗn hợp Ca(OH)2 NaOH Cacbon Hợp chất cacbon (Hóa Học lớp 11 – Trung học phổ thông) - Đối chiếu so sánh kết lớp thực nghiệm với kết lớp đối chứng để đánh giá khả áp dụng biện pháp đề xuất vào trình dạy hóa học trường Trung học phổ thơng Bảng phân phối tần suất qua kiểm tra Bài Đối Tổng KT tượng HS TN 179 Số % HS đạt điểm Xi 0 5,0 10 15,6 19,0 26,3 20,1 12,9 1,1 ĐC TN 180 179 0 3,3 6,1 11,7 18,3 19,4 25,0 11,8 4,4 0,0 0 2,2 5,0 11,2 15,1 24,6 22,9 12,9 6,1 ĐC TN 180 179 0 1,7 3,9 10,5 17,8 16,1 26,6 15,6 5,6 2,2 0 2,8 6,7 12,3 20,1 21,8 20,1 11,7 4,5 ĐC 180 0 2,8 3,9 7,8 21,7 21,1 20,0 16,1 6,1 0,5 Từ kết kiểm tra, ta thấy: - Điểm kiểm tra lớp thực nghiệm cao so với lớp đối chứng, chứng tỏ việc sử phương pháp đồ thị việc giải tập góp phần nâng cao kết học tập - Học sinh lớp thực nghiệm học phương pháp đồ thị để giải bài, dẫn đến kết học tập cao so với lớp đối chứng 24 ... lượng CO2 + khối lượng dung dịch đầu = khối lượng dung dịch sau + khối lượng kết tủa ⇒ 3,96 + khối lượng dung dịch đầu = khối lượng dung dịch sau + ⇒ khối lượng dung dịch sau – khối lượng dung. .. Khi sục khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 có phương trình hóa học CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) 0,3 0,3 0,3 số mol Ca(OH)2 < số mol CO2, nên Ca(OH)2 hết sau phương trình (1) (1) ⇒ số mol CO2 = số... 0,56 số mol CO2 = = 0,025 mol 22,4 Do số mol BaCO3 < số mol CO2 nên kết tủa tan phần CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) 0,4a 0,4a 0,4a ⇒ số mol CO2 hòa tan kết tủa = 0,025 – 0,4a mol CO2 + BaCO3