Giáo án Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học

iết các phương trình phản ứng xảy ra trong hai thí nghiệm trên. b) Xác định định công thức hóa học của oxit sắt. Hướng dẫn : 2FexOy + (6x -2y )H2SO4 ( đặc) xFe2(SO4)3 + (3x-2y) SO2 ­ + (6x -2y )H2O (1) a (mol) ® (mol) FexOy + yH2 xFe + yH2O (2) a (mol) ® ax (mol) 2Fe + 6H2SO4 ( đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 ­ + 6H2O (3) ax (mol) ® 1,5 ax ( mol) Theo đề bài : nên ta có : Þ Þ CTPT của oxit sắt là : Fe3O4. 6) Hòa tan một lượng oxit sắt FexOy vào dung dịch HNO3 loãng, dư thì thu được một dung dịch A và khí NO duy nhất. Mặt khác nếu khử lượng oxit sắt trên bằng lượng CO dư rồi lấy toàn bộ kim loại sinh ra hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thì thu được dung dịch B và khí NO2 duy nhất. Biết thể tích khí NO2 sinh ra gấp 9 lần thể tích khí NO sinh ra ( cùng nhiệt độ, áp suất). a) Viết các phương trình hóa học. b) Xác định công thức hóa học của oxit sắt. Hướng dẫn : Đối với pư (1) : xFe : tăng (3x – 2y ) ( là phần HT tăng của x ng.tử Fe ) N: giảm 3 Chú ý: hóa trị Fe tăng thêm : 3 – = 3FexOy + (12x -2y )HNO3 3xFe(NO3)3 + (3x - 2y)NO ­ + (6x-y) H2O (1) a (mol) ® (mol) FexOy + yCO xFe + yCO2 (2) a (mol) ® ax (mol) Fe + 6HNO3 Fe(NO3)3 + 3NO2 ­ + 3H2O (3) ax (mol) ® 3ax ( mol) Theo đề bài ta có : Vậy CTPT của oxit sắt là: FeO. -------------------------------- Chủ đề 9: BIỆN LUẬN KHẢ NĂNG XẢY RA CỦA PHẢN ỨNG I- KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1) Nguyên tắc : - Đề bài thường cho các lượng chất dạng chữ (a,b,c...) và yêu cầu tìm quan hệ toán học giữa các dữ kiện để phản ứng xảy ra theo nhiều khả năng khác nhau. Thường gặp các dạng sau: * Oxit axit ( hoặc đa axit ) tác dụng với kiềm tạo muối khác nhau. * Muối của kim loại lưỡng tính tác dụng với kiềm tạo kết tủa min hoặc max khác nhau. * Một kim loại tác dụng với dd chứa nhiều muối ( hoặc một dung dịch muối tác dụng với hỗn hợp kim loại ) thu được số lượng muối và kim loại khác nhau. * Muối aluminat( gốc : – AlO2 ), zincat (gốc := ZnO2 ) tác dụng với axit ( HCl, H2SO4 … ) tạo kết tủa min hoặc max khác nhau. 2) Các ví dụ: Ví dụ 1: Cho từ từ dd chứa x ( mol ) HCl vào dung dịch chứa y ( mol ) NaAlO2 thì: - Đầu tiên, HCl thiếu nên có kết tủa Al(OH)3 và cực đại khi NaAlO2 hết ( x mol ) NaAlO2 + HCl + H2O ® NaCl + Al(OH)3 ¯ (1) - Sau đó, HCl bắt đầu tác dụng với Al(OH)3 làm tan kết tủa Al(OH)3 + 3HCl ® AlCl3 + 3H2O (1’) NaAlO2 + 4HCl ® NaCl + AlCl3 + 2H2O (2) Vậy khi cho NaAlO2 tác dụng với dd HCl thì có thể xảy ra ( 1) hoặc (2) hoặc đồng thời cả hai. Đặt thì kết quả tạo sản phẩm như sau: + ) Nếu T = 1 (x = y) Þ chỉ xảy ra (1) : vừa đủ ( kết tủa max). + ) Nếu T < 1 (x < y) Þ chỉ xảy ra (1) : dư NaAlO2 . + ) Nếu T = 4 (x = 4y) Þ chỉ xảy ra ( 2) : vừa đủ ( kết tủa tan hoàn toàn ). + ) Nếu T > 4 (x > 4y) Þ chỉ xảy ra ( 2 ) : HCl dư ( kết tủa tan hoàn toàn ). + ) Nếu 1 < T < 4 (y <x <4y) Þ xảy ra (1), (2) : vừa đủ ( kết tủa chưa cực đại ). Ví dụ 2: Cho a (mol) Mg vào dd chứa b (mol) Cu(NO3)2 và b (mol) Al(NO3)3 thì thứ tự xảy ra các phản ứng sau: Mg + Cu(NO3)2 ® Mg(NO3)2 + Cu ¯ (1) 3Mg + 2Al(NO3)3 ® 3Mg(NO3)2 + 2Al ¯ (2) +) Nếu a < b thì chỉ xảy ra (1) Þ sau pư có : 3 muối là Mg(NO3)2 ; Al(NO3)3 , Cu(NO3)2 và 1 kim loại là Cu. +) Nếu a = b thì chỉ xảy ra (1) Þ sau pư có : 2 muối Mg(NO3)2 ; Al(NO3)3 và 1 kim loại Cu. +) Nếu b < a < b + 1,5c thì (1) đã kết thúc, (2) chưa kết thúc Þ sau pư có : 2 muối Mg(NO3)2 , Al(NO3)3 và 2 kim loại. +) Nếu a = b + 1,5c thì vừa đủ xảy ra (1) và (2) Þ sau pư có : 1 muối là Mg( NO3)2 và 2 kim loại là Cu, Al. +) Nếu a > b + 1,5c thì đã xảy ra (1) và (2) Þ sau pư có 1 muối Mg(NO3)2 và 3 kim loại. II- BÀI TẬP ÁP DỤNG VÀ NÂNG CAO 1) Cho a mol CO2 tác dụng với dung dịch chứa b (mol) Ca(OH)2 . Hãy lập luận xác định tương quan giữa a và b để sau phản ứng thu được 1 muối , hai muối. ( Làm tương tự đối với b mol NaOH.). Hướng dẫn : Các phương trình hóa học có thể xảy ra: Ca(OH)2 + CO2 ® CaCO3 ¯ + H2O (1) Ca(OH)2 + 2CO2 ® Ca(HCO3)2 (2) Đặt T = - Nếu tạo muối CaCO3 thì T £ 1 Þ a £ b. - Nếu tạo muối Ca(HCO3)2 thì T ³ 1 Þ b £ Û a ³ 2b. - Nếu tạo ra cả 2 muối thì : 1 < T < 2 Þ < b < a ( hay a < a < 2b ). 2) Cho dung dịch chứa a (mol) NaOH tác dụng với b (mol) P2O5. Hãy luận luận xác định muối tạo thành theo sự tương quan giữa a và b. Áp dụng khi a = 0,2 mol , b = 0,15 mol. Hướng dẫn : Các phản ứng xảy ra : P2O5 + 3H2O ® 2H3PO4 (1) .b 2b (mol) H3PO4 + 3NaOH ® Na3PO4 + 3H2O (2) H3PO4 + 2NaOH ® Na2HPO4 + 2H2O (3) H3PO4 + NaOH ® NaH2PO4 + H2O (4) Đặt T = * Lưu ý : để tạo muối axit thì không dư kiềm và để tạo muối trung hòa thì không dư axit. - Nếu tạo muối Na3PO4 thì T ³ 3 Û ³ 3 Þ a ³ 6b. - Nếu tạo ra muối Na2HPO4 thì T = 2 Û = 2 Þ a = 4b. - Nếu tạo ra muối 2 muối Na2HPO4 và Na3PO4 thì: 2 < T < 3 Þ 4b < a < 6b. - Nếu tạo ra muối NaH2PO4 thì T £ 1 Û £ 1 Þ a £ 2b. - Nếu tạo ra 2 muối axit NaH2PO4 và Na2HPO4 thì : 1 < T < 2 Þ 2b < a < 4b. 3) Dung dịch A chứa a mol CuSO4 và b mol FeSO4 -Thí nghiệm 1: Cho c mol Mg vào A ,sau khi phản ứng kết thúc, dung dịch thu được có 3 muối. -Thí nghiệm 2: Cho 2c mol Mg vào A, sau khi phản ứng kết thúc, dung dịch thu được có 2 muối. -Thí nghiệm 3: Cho 3c mol Mg vào A, sau khi phản ứng kết thúc, dung dịch thu được có 1 muối. Tìm mối quan hệ giữa a,b, và c trong mỗi thí nghiệm. Hướng dẫn: * Cách 1: Vì Mg > Fe > Cu nên các phản ứng xảy ra theo trình tự như sau : Mg + CuSO4 ® MgSO4 + Cu ¯ a ¬a Mg + FeSO4 ® MgSO4 + Fe ¯ b ¬b TN 1 : Nếu sau phản ứng có 3 muối thì các muối là MgSO4 , FeSO4 ,CuSO4 Þ CuSO4 chưa hết. Þ Û c < a TN 2: Sau phản ứng có 2 muối thì các muối là : MgSO4 và FeSO4 Þ CuSO4 đã hết và FeSO4 chưa hết . Þ Û a £ 2c < a + b TN 3: Sau phản ứng chỉ có 1 muối MgSO4 thì cả hai muối ban đầu đã phản ứng hết . Þ Û 3c ³ a+b * Cách 2: TN 1: Vì dung dịch thu được có 3 muối. Vậy có các ptpư Mg + CuSO4 ® Cu + MgSO4 c a ( ta có: a > c ) TN 2: Dung dịch thu được gồm 2 muối .Vậy ta có các PTHH: Mg + CuSO4 ® Cu + MgSO4 a a Mg + FeSO4 ® Fe + MgSO4 (2c – a) b (mol) Ta có : 2c ³ a và b > 2c – a vậy : a £ 2c < a + b TN 3: Dung dịch thu được có một muối. Vậy thứ tự các PTHH : Mg + CuSO4 ® Cu + MgSO4 a a Mg + FeSO4 ® Fe + MgSO4 (3c – a) b (mol) Ta có : 3c – a ³ b 4) Cho x (mol) NaAlO2 tác dụng với dung dịch chứa y (mol) HCl. a) Viết phương trình hóa học có thể xảy ra. b) Hãy lập tỷ lệ để sau phản ứng thu được kết tủa ? hoặc không có kết tủa? Hoặc kết tủa cực đại. Hướng dẫn: a) Các phương trình phản ứng xảy ra: NaAlO2 + HCl + H2O ® Al(OH)3 ¯ + NaCl (1) Sau đó ( nếu dư HCl ) Al(OH)3 + 3HCl ® AlCl3 + 3H2O (1’) Tổng hợp (1) và (1’) ta có pư ( khi kết tủa tan hoàn toàn ) NaAlO2 + 4HCl ® AlCl3 + NaCl + 2H2O (2) Vậy khi cho NaAlO2 tác dụng với HCl thì hoặc xảy ra (1),(2) hoặc cả hai. Đặt T = , theo các pư (1) và (2) ta có : - Nếu không có kết tủa xuất hiện thì T ³ 4 hay ³ 4 Þ - Nếu thu được kết tủa  thì T < 4 hay < 4 Þ - Để đạt kết tủa cực đại thì T = 1 hay = 1 Þ 5) Cho rất từ từ dung dịch A ( chứa a mol HCl ) vào dung dịch B ( chứa b mol Na2CO3 ). Hãy lập luận xác định quan hệ giữa a và b để phản ứng không có khí ? có khí ? có khí cực đại ? Hướng dẫn : Đầu tiên : Na2CO3 dư nên không có khí bay ra. Na2CO3 + HCl ® NaHCO3 + NaCl (1) Khi HCl dư thì: có khí bay ra: NaHCO3 + HCl ® NaCl + H2O + CO2 ­ (1’) Ta có pư chung: Na2CO3 + 2HCl ® NaCl + H2O + CO2 ­ (2) * Để không có khí thì chỉ xảy ra (1) : a £ b. * Để có khí bay ra thì a > b. * Để thu được lượng khí lớn nhất thì a ³ 2b { tức lượng Na2CO3 pư hết ở (2) }. 6) Cho a (mol) AlCl3 tác dụng với dung dịch chứa b mol NaOH. Viết phương trình hóa học xảy ra và xác định quan hệ giữa a và b để sau phản ứng : thu được kết tủa hoặc không thu được kết tủa hoặc kết tủa cực đại. Hướng dẫn: Các ptpư : AlCl3 + 3NaOH ® Al(OH)3 ¯ + 3NaCl (1) Nếu NaOH dư so với AlCl3 thì : Al(OH)3 + NaOH ® NaAlO2 + 2H2O (1’) Tổng hợp : AlCl3 + 4NaOH ® NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O (2) Đặt T = Để không có kết tủa thì T ³ 4 Þ b ³ 4b Để có kết tủa thì T < 4 Þ b < 4a Để có kết tủa cực đại thì T = 3 Þ b = 3a 7) Cho hỗn hợp gồm x (mol) Fe và y (mol) Al vào dung dịch chứa z (mol) AgNO3 thì thu được dung dịch A và rắn B. Xác định quan hệ giữa x,y,z thỏa mãn các điều kiện sau: a) Rắn B gồm 3 kim loại. b) Rắn B gồm 2 kim loại. c) Rắn B gồm 1 kim loại. Hướng dẫn: Vì Al > Fe > Ag nên thứ tự các phản ứng như sau: Al + 3AgNO3 ® Al(NO3)3 + 3Ag ¯ (1) .y ® 3y (mol) Fe + 2AgNO3 ® Fe(NO3)2 + 2Ag ¯ (1) .x ® 2x (mol) a) Nếu rắn B gồm 3 kim loại : (Al,Fe,Ag ) thì pư ở (1) Al dư : z < 3y b) Nếu rắn B gồm 2 kim loại : (Fe, Ag) thì Fe còn dư hoặc chưa phản ứng : 3y £ z < 3y + 2x c) Nếu rắn B gồm 1 kim loại : Fe hết ® z ³ 3y + 2x 8) Dung dịch M có chứa CuSO4 và FeSO4. a) Cho Al vào dung dịch M. Sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch A chứa 3 muối tan. b) Cho Al vào dung dịch M. Sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch B chứa 2 muối tan. c) Cho Al vào dung dịch M. Sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch C chứa 1 muối tan. Giải thích mỗi trường hợp và viết phương trình hoá học của các phản ứng. Hướng dẫn : Độ hoạt động kim loại : Al > Fe > Cu nên thứ tự xảy ra các phan ứng sau : 2Al + 3CuSO4 ® Al2(SO4)3 + 3Cu ( 1) 2Al + 3FeSO4 ® Al2(SO4)3 + 3Fe (2) a) Nếu dung dịch A gồm 3 muối Al2(SO4)3 , CuSO4 , FeSO4 thì chỉ xảy ra (1) và CuSO4 dư b) Nếu dung dịch A gồm 2 muối Al2(SO4)3 ; FeSO4 thì FeSO4 chưa phản ứng hoặc đã tham gia pư (2) nhưng chưa hết. c) Nếu dung dịch A chỉ chứa 1 muối Al2(SO4)3 thì CuSO4 và FeSO4 đã pư hết ở pư (1) và (2). Do lượng Al lấy vào vừa đủ hoặc dư. 9) Cho rất từ từ dung dịch X ( chứa a mol HCl ) vào dung dịch Y chứa b mol K2CO3. Sau khi cho hết X vào Y thì thu được dung dịch Z. Hãy xác định các chất tạo thành và số mol của nó trong dung dịch Z ( tính theo a và b ). --------------------------