Giải bài tập Hóa học dựa vào đồ thị

GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC DỰA VÀO ĐỒ THỊ

A. KIẾN THỨC, KĨ NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1. Kiến thức, kĩ năng

● Kiến thức

Phương pháp “Giải bài tập hóa học bằng đồ thị” sẽ giúp các em làm quen, hiểu và vận dụng thành thạo kiến thức liên môn Hóa – Toán để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất.

Dưới đây là một số dạng đồ thị và tính chất của chúng:

a. Sục khí CO₂ vào dung dịch Ba(OH)₂ hoặc Ca(OH)₂

Bản chất phản ứng:

\(\begin{array}{l}
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{O_2} + Ba{(OH)_2} \to BaC{O_3} \downarrow  + {H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,a\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,BaC{O_3} + C{O_2} + {H_2}O \to Ba{(HC{O_3})_2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,
\end{array}\)

Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần a mol CO₂. Sau đó lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng này cũng cần a mol CO₂.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa BaCO₃ hoặc CaCO₃ theo lượng CO₂ được biểu diễn bằng đồ thị sau:

● Nhận xét: Dựa vào dạng hình học của đồ thị, ta thấy đường biến thiên lượng kết tủa hợp với trục hoành tạo thành một tam giác vuông cân.

Suy ra: Nếu phản ứng tạo ra một lượng kết tủa x mol (như đồ thị dưới đây) thì ta dễ dàng tính được số mol CO₂ tham gia phản ứng là x mol hoặc y = (2a - x) mol.

b. Sục khí CO₂ vào dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ NaOH (hoặc KOH) và Ba(OH)₂ (hoặc Ca(OH)₂)

Bản chất phản ứng:

\(\begin{array}{l}
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,Ca{(OH)_2} + C{O_2} \to CaC{O_3} \downarrow  + {H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2NaOH + C{O_2} \to N{a_2}C{O_3} + {H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,b\,\,\,\, \to \,\,\,\,0,5b\,\,\,\, \to \,\,\,0,5b\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,N{a_2}C{O_3} + C{O_2} + {H_2}O \to 2NaHC{O_3}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(3)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,0,5b\,\,\, \to \,\,0,5b\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,CaC{O_3} + C{O_2} + {H_2}O \to Ca{(HC{O_3})_2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(4)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,
\end{array}\)

Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần a mol CO₂. Lượng kết tủa không thay đổi một thời gian ứng với phản ứng (2) và (3), phản ứng này cần b mol CO₂. Sau đó lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (4), lượng CO₂ cần dùng trong phản ứng này là a mol.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa BaCO₃ hoặc CaCO₃ theo lượng CO₂ được biểu diễn bằng đồ thị sau:     

● Nhận xét: Dựa vào dạng hình học của đồ thị, ta thấy đường biến thiên lượng kết tủa hợp với trục hoành tạo thành một hình thang cân.

Suy ra: Nếu phản ứng tạo ra một lượng kết tủa x mol (nhỏ hơn lượng kết tủa cực đại) thì ta dễ dàng tính được số mol CO₂ tham gia phản ứng là x mol hoặc y = (2a + b -x) mol .

c. Phản ứng của dung dịch bazơ (chứa ion ) với dung dịch chứa muối Al³⁺

Bản chất phản ứng:

\(\begin{array}{l}
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,3O{H^ - }\,\,\, + \,\,\,A{l^{3 + }}\,\,\, \to \,\,\,Al{(OH)_3} \downarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,\,3\,{\rm{a}}\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,a\,\,\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,O{H^ - }\,\,\, + \,\,\,Al{(OH)_3}\,\,\, \to \,\,\,{\rm{A}}l{O_2}^ - \,\,\, + \,\,\,2{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)\\
mol:\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,
\end{array}\)

Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần 3a mol . Sau đó lượng kết tủa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng này cần a mol .

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa Al(OH)₃ theo lượng  được biểu diễn bằng đồ thị sau:

● Nhận xét: Dựa vào dạng hình học của đồ thị, suy ra: Nếu phản ứng tạo ra x mol kết tủa (x < a) thì có thể dễ dàng tính được lượng  tham ra phản ứng là 3x mol hoặcy = (4a -x) mol

d. Phản ứng của dung dịch bazơ (chứa ion ) với dung dịch chứa các ion H⁺ và Al³⁺

Bản chất phản ứng:

\(\begin{array}{l}
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,O{H^ - }\,\,\, + \,\,\,{H^ + }\,\,\, \to \,\,\,{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\
mol:\,\,\,\,\,\,b\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,{\rm{b}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,3O{H^ - }\,\,\, + \,\,\,A{l^{3 + }}\,\,\, \to \,\,\,Al{(OH)_3} \downarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,\,3\,{\rm{a}}\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,a\,\,\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,O{H^ - }\,\,\, + \,\,\,Al{(OH)_3}\,\,\, \to \,\,\,{\rm{A}}l{O_2}^ - \,\,\, + \,\,\,2{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(3)\\
mol:\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,
\end{array}\)

Suy ra: Ở phản ứng (1), OH^- dùng để trung hòa H⁺ nên lúc đầu chưa xuất hiện kết tủa. Sau một thời gian, kết tủa bắt đầu xuất hiện và tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (2), phản ứng này cần 3a mol OH^-. Cuối cùng kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (3), phản ứng này cần a mol OH^-.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa Al(OH)₃ theo lượng  được biểu diễn bằng đồ thị sau:

e. Phản ứng của dung dịch axit (chứa ion H⁺) với dung dịch chứa ion  hay

Bản chất phản ứng:

\(\begin{array}{l}
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{H^ + }\,\,\, + \,\,\,{\rm{A}}l{O_2}^ - \,\,\, + \,\,\,{H_2}O \to \,\,\,Al{(OH)_3} \downarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\
mol:\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,a\,\,\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,3{H^ + }\,\,\, + \,\,\,Al{(OH)_3}\,\,\, \to \,\,\,A{l^{3 + }}\,\,\, + \,\,\,3{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,3{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,
\end{array}\)

Suy ra: Lượng kết tủa tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (1), phản ứng này cần a mol H⁺. Sau đó kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (2), phản ứng này cần 3a mol H⁺.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa theo lượng H⁺ được biểu diễn bằng đồ thị sau:

g. Phản ứng của dung dịch axit (chứa ion H⁺) với dung dịch chứa các ion AlO₂^- và [Al(OH)₄]^-

Phương trình phản ứng:

\(\begin{array}{l}
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{H^ + }\,\,\, + \,\,\,O{H^ - }\,\,\, \to \,\,\,{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)\\
mol:\,\,\,\,\,b\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,{\rm{b}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{H^ + }\,\,\, + \,\,\,{\rm{A}}l{O_2}^ - \,\,\, + \,\,\,{H_2}O \to \,\,\,Al{(OH)_3} \downarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)\\
mol:\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,a\,\,\\
\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,3{H^ + }\,\,\, + \,\,\,Al{(OH)_3}\,\,\, \to \,\,\,A{l^{3 + }}\,\,\, + \,\,\,3{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(3)\\
mol:\,\,\,\,\,\,\,3{\rm{a}}\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,\,\,{\rm{a}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,
\end{array}\)

Suy ra: Ở (1), H⁺ dùng để phản ứng với  nên lúc đầu chưa xuất hiện kết tủa. Sau một thời gian, kết tủa bắt đầu xuất hiện và tăng dần đến cực đại a mol ứng với phản ứng (2), phản ứng này cần a mol H⁺. Cuối cùng kết tủa bị hòa tan dần đến hết ứng với phản ứng (3), phản ứng này cần a mol 3a mol H⁺.

Vậy sự biến thiên lượng kết tủa Al(OH)₃ theo lượng H⁺ được biểu diễn bằng đồ thị sau:

● Kĩ năng: Vẽ thành thạo 6 dạng đồ thị trên và nắm vững tính chất hình học của chúng.

2. Phương pháp giải

+ Bước 1: Nhận biết nhanh các dạng đồ thị, kẻ thêm đường và bổ sung một số điểm quan trọng trên đồ thị nếu thấy cần thiết cho việc tính toán.

+ Bước 2: Vận dụng tính chất hình học của đồ thị để thiết lập được các biểu thức liên quan đến lượng chất tham gia phản ứng và lượng chất tạo thành. Từ đó tính toán để tìm ra kết quả.

---(Để xem nội dung chi tiết phần phân dạng bài tập, bài tập minh họa của tài liệu vui lòng xem online hoặc tải về máy)----

Trên đây là trích đoạn một phần phương pháp Giải bài tập Hóa học dựa vào đồ thị năm 2018 - 2019. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính. 

Chúc các em học tập tốt !