1. Lý thuyết chung khi giải các bài toán hóa học vô cơ
1.1. Những công thức cần thiết khi Chú ý bài toán hoá học
Trước hết, cần ghi nhớ các công thức hóa học liên quan đến các đại lượng cơ bản :
- Quan hệ giữa số mol chất với khối lượng và khối lượng mol.
- Quan hệ giữa số mol khí và thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn.
- Các công thức, định luật về chất khí.
- Quan hệ giữa số mol chất tan và nồng độ chất tan trong dung dịch.
Ví dụ: Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng
Trong thực tế, việc thiết lập các quan hệ trên có thể thực hiện nhanh bằng cách tính nhẩm, thí dụ với dãy biến hoá:
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl (1)
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 (2)
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (3)
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (4)
Giả sử cần thiết lập quan hệ giữa \({{\rm{n}}_{{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}}}\) và \({{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}\), ta nhẩm thấy \({{\rm{n}}_{{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}}}\) = \({{\rm{n}}_{{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\), \({{\rm{n}}_{{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) = \({{\rm{n}}_{{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{3}}}}}\), \({{\rm{n}}_{{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{3}}}}}\) = 2.\({{\rm{n}}_{{\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}\) , \({{\rm{n}}_{{\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}\) = 1/3.\({{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}\)
Nhân các hệ số khác 1 với nhau thu được:
\({{\rm{n}}_{{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}}}\) = \({\rm{2}}{\rm{.}}\frac{{\rm{1}}}{{\rm{3}}}\).\({{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}\) = 2/3.\({{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}\)
1.2 - Phân tích các trường hợp của bài toán hoá học
a. Trường hợp 1. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn và các chất phản ứng lấy vừa đủ.
Trong trường hợp này các chất phản ứng đều phản ứng hết, nghĩa là số mol chất đã phản ứng bằng số mol chất có ban đầu và việc tính toán có thể dựa vào số mol có ban đầu của bất kì chất nào.
Thí dụ 1: Hoà tan 0,65 gam Zn trong 100 ml dung dịch HCl 0,2 M. Xác định thể tích H2 sinh ra điều kiện tiêu chuẩn.
Như vậy, theo phản ứng thì hai chất lấy vừa đủ và cùng phản ứng hết do đó có thể tính theo nZn hoặc nHCl:
b. Trường hợp 2. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn và các chất phản ứng có chất dư, chất thiếu.
Trong trường hợp này chỉ có chất thiếu phản ứng hết, nghĩa là số mol chất thiếu đã phản ứng chính bằng số mol của nó ban đầu và việc tính toán có thể dựa vào số mol có ban đầu chỉ của chất thiếu.
Thí dụ 2: Trộn 400 gam dung dịch BaCl2 5,2% với 100 ml dung dịch H2SO4 20% (d = 1,12 g/ml)
1) Tính khối lượng kết tủa thu được.
2) Tính nồng độ phần trăm của các chất thu được sau phản ứng:
Để tính cần biện luận xem BaCl2 hay H2SO4 phản ứng hết?
c. Trường hợp 3. Các phản ứng xảy ra không hoàn toàn (do hiệu suất phản ứng không bằng 100% hoặc do thời gian phản ứng chưa đủ).
Trong trường hợp này, không những chất dư mà cả chất thiếu cũng chưa phản ứng hết và việc tính toán cũng không thể dựa vào số mol có ban đầu của bất kì chất nào. Cần phải đặt số mol của một chất nào đó đã phản ứng là n và việc tính toán phải dựa vào giá trị n của đó.
Thí dụ 3: Sau khi nung 9,4 gam Cu(NO3)2 ở nhiệt độ cao thu được 6,16 gam chất rắn. Xác định thể tích khí thu được ở đkktc.
Như vậy phải hiểu chất rắn gồm CuO và Cu(NO3)2 dư, nghĩa là phản ứng nhiệt phân không hoàn toàn.
Thí dụ 4: Nung a gam bột sắt với b gam bột lưu huỳnh trong điều kiện không có không khí. Hoà tan hỗn hợp thu được sau khi nung bằng dung dịch HCl dư thu được chất rắn A nặng 0,8 gam, dung dịch B và khí C có tỉ khối hơi so với hiđro bằng 9. Cho khí C vào dung dịch Pb(NO3)2 dư thấy tạo thành 23,9 gam kết tủa.
1) Xác định a, b.
2) Tính % Fe và % S đã tham gia phản ứng.
3) Thêm dung dịch NaOH vào dung dịch B cho đến dư, lọc lấy kết tủa, đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thì thu được bao nhiêu gam chất rắn?.
Như vậy, cả Fe và S đều dư lại nghĩa là phản ứng chưa hoàn toàn
Thí dụ 5: Sau khi nung 9,056 gam hỗn hợp hai muối Cu(NO3)2 và Pb(NO3)2 theo phản ứng sau:
2M(NO3)2 → 2MO + 2NO2 + O2
thu được 1,456 lít hỗn hợp khí (ở đktc) và chất rắn A. Chất rắn A phản ứng vừa đủ với 64 ml dung dịch H2SO4 0,5 M tạo thành 4,848 gam chất kết tủa.
1) Tính phần trăm khối lượng của các chất trong chất rắn A nhận được.
2) Tính hiệu suất của hai phản ứng nhiệt phân.
Như vậy phải hiểu chất rắn A gồm CuO, PbO và cả Cu(NO3)2 còn dư. PB(NO3)2 còn dư
2. Bài tập vận dụng
Bài 1. Một hỗn hợp gồm ba kim loại A, B, C. Khi hoà tan 42,6 g hỗn hợp trong dung dịch HCl dư thu được 13,35 g muối và 3,36 l khí (đktc). B và C là hai kim loại hoá trị hai, không tan trong HCl, được đem hoà tan trong HNO3 loãng, dư thu được 8,96 l khí NO (đktc).
1) Xác định kim loại A.
2) Xác định kim loại B và C, biết khối lượng mol nguyên tử của B lớn hơn C 143 đvC.
3) Cho 300 ml dung dịch chứa 13,5 g clorua của kim loại C và 22,35 g KCl. Điện phân dung dịch trên với các điện cực trơ và có màng ngăn xốp cho đến khi ở cực dương thoát ra 3,36 l khí (đktc). Xác định nồng độ mol/l của các muối còn lại trong dung dịch sau khi ngừng điện phân.
Hướng dẫn giải
Kí hiệu hoá trị của A là x, ta có :
Lập bảng tính A với x = 1, 2, 3...
Khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp B và C:
\({\rm{\bar M = }}\frac{{{\rm{39,9}}}}{{{\rm{0,6}}}}{\rm{ = 66,5}}\)
Ta có bất đẳng thức: C < 66,5 < B
Theo bài, C là kim loại đứng sau hiđro trong dãy Bêkêtốp, có khối lượng mol nguyên tử nhỏ hơn 66,5 →C chỉ có thể là Đồng (Cu = 64)
3) Khi điện phân dung dịch CuCl2 và KCl, CuCl2 sẽ điện phân trước:
CuCl2 = Cu +Cl2 (4)
Giả sử CuCl2 điện phân vừa đủ, khi đó thể tích khí thoát ra ở cực dương sẽ là:
\({\rm{22,4 }}{\rm{. }}\frac{{{\rm{13,5}}}}{{{\rm{135}}}}{\rm{ = 2,24}}\) lít < 3,36 lít
Như vậy, giả thiết trên không đúng và còn 3,36 - 2,24 = 1,12 l khí thoát ra ở cực dương do quá trình điện phân tiếp theo:
2KCl + 2H2O = 2KOH + H2 + Cl2 (5)
Bài 2. Hoà tan vừa hết một lượng bột sắt trong dung dịch H2SO4 loãng dư, rồi chia dung dịch thu được làm hai phần bằng nhau:
Phần 1 làm mất màu vừa đủ 20 ml dung dịch KMnO4 0,4 M.
Nhúng một miếng nhôm vào phần 2, cho đến khi không thấy bọt khí sủi lên nữa, thể tích khí thu được là 806,4 ml (đktc). Sau thí nghiệm lấy miếng nhôm ra cân lạiu thấy khối lượng tăng 0,492 g. Phần nước lọc còn lại cho bay hơi đến khô được một khối rắn gồm hai loại tinh thể muối FeSO4 .7H2O và Al2(SO4)3 .18H2O.
1) Tính khối lượng của khối rắn.
2) Tính thể tích dung dịch KOH 0,4 M cần thêm vào dung dịch nước lọc để thu được lượng kết tủa cực đại, cực tiểu.
Hướng dẫn giải
Fe +H2SO4 = FeSO4 + H2 (1)
Dung dịch thu được gồm FeSO4 và H2SO4 dư
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O (2)
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2 (3)
2Al + 3FeSO4 = Al2(SO4)3 + 3Fe (4)
Theo bài, suy ra sau (3) ,(4) Al vẫn còn, H2SO4 phản ứng hết, trong dung dịch nước lọc có Al2(SO4)3 và FeSO4 còn lại, nghĩa là phản ứng (4) chưa hoàn toàn.
Đặt số mol FeSO4 đã phản ứng (4) là n ta có:
Khối lượng thanh Al tăng = lượng Fe bám lên Al - lượng Al tan theo (3) ,(4)
2) Khi cho KOH vào dung dịch nước lọc :
FeSO4 + 2KOH = Fe(OH)2 + K2(SO)4 (5)
Al2(SO4)3 + 6KOH = 2Al(OH)3 + 3K2(SO4) (6)
Nếu KOH dư :
Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O (7)
Để thu được lượng kết tủa cực đại thì KOH phải lấy vừa đủ cho phản ứng (5),(6) :
nKOH = 2 . 0,01 + 6 . 0.022 = 0,152 mol → VddKOH = \(\frac{{{\rm{0,152}}}}{{{\rm{0,4}}}}{\rm{ = 0,38}}\) lít
Bài 3. Cho một lượng bột đồng vào 200 ml dung dịch A chứa hai muối là AgNO3 và Hg(NO3)2 thu được hỗn hợp kim loại X và một dung dịch B chỉ có một muối duy nhất. Hổn hợp kim loại X có khối lượng nhiều hơn lượng đồng ban đầu là 28 g. Hoà tan hỗn hợp kim loại này trong dung dịch HNO3 đặc dư thấy thoát ra 13,44 l khí NO2(ở đktc).
Điện phân dung dịch B, sau một thời gian thấy khối lượng dung dịch giảm đi 8,0 g (không kể nước bay hơi). Dung dịch sau khi điện phân cho tác dụng vừa hết với 200 ml dung dịch NaOH 2M để kết tủa hoàn toàn lượng Cu(NO3)2 còn dư sau điện phân và thu được p (g) kết tủa.
1) Tính lượng kết tủa p (g)
2) Tính nồng độ mol/l của mỗi muối trong dung dịch A.
3) Tính lượng đồng ban đầu.
Hướng dẫn giải
1) Cho Cu vào dung dịch A :
Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag (1)
Cu + Hg(NO3)2 = Cu(NO3)2 + Hg (2)
Dung dịch B thu được chỉ có một muối ¾® muối đó phải là Cu(NO3)2, hai muối kia đã hết và Cu dư (trong trường hợp đặc biệt, khi hai muối phản ứng vừa đủ với Cu thì Cu dư = 0).
Hỗn hợp X gồm Ag, Hg và Cu dư, khi hoà tan rong HNO3 đặc :
Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O (3)
Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (4)
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (5)
Phản ứng điện phân dung dịch B :
2Cu(NO3)2 + 2H2O = 2Cu + O2 + 4HNO3 (6)
Khi kết tủa Cu(NO3)2 dư bằng lượng NaOH vừa đủ, có các phản ứng :
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O (7)
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaNO3 (8)
Đặt số mol Cu(NO3)2 đã bị điện phân theo (6) là n ta có :
Khối lượng dung dịch bị giảm = mCu + = 63n + 32.1/2n = 8 → n = 0,1
Theo (7) (8):
nNaOH = \(\frac{{{\rm{200}}}}{{{\rm{1000}}}}{\rm{.2 = 0,4 = 2n + 2}}{{\rm{n}}_{{\rm{Cu(N}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) dư → \({{\rm{n}}_{{\rm{Cu(N}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) dư = \({{\rm{n}}_{{\rm{Cu(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) = 0,1
Lượng Cu(OH)2 : m = 98 . 0,1 = 9,8 g
2) Đặt số mol Cu tham gia (1) là x, số mol Cu còn lại là y, trong đó số mol Cu tham gia (2) là m ta có :
Khối lượng X = 108 . 2x + 200m + 64 (y-m) = 64 (x+y) + 28
Hay 152x + 136m = 28 (a)
Theo (3), (4), (5) và (1), (2) ta có :
\({{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{13,44}}}}{{{\rm{22,4}}}}{\rm{ = 0,6 = 2x + 2m + (y }} - {\rm{ m)}}\) (b)
Vì \({{\rm{n}}_{{\rm{Cu(N}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) = \({{\rm{n}}_{{\rm{Cu(N}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) đã điện phân + \({{\rm{n}}_{{\rm{Cu(N}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}}}\) dư = 0,2 nên theo (1) (2) ta có: 0,2 = x + m.
Chú ý (a) (b) (c) thu được: x = 0,05; y = 0,25; m = 0,15
Suy ra: \({{\rm{C}}_{{\rm{M}}{\rm{.AgN}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{0,1}}}}{{{\rm{200/1000}}}}{\rm{ = 0,5 M}}\)
3) Lượng Cu ban đầu :
64(0,05 + 0,25) = 19,2 g
3. Luyện tập
Bài 1. Trộn V1 ml dung dịch H2SO4 có nồng độ mol/l là C1, khối lượng riêng d1, với V2 ml dung dịch H2SO4 có nồng độ mol là C2, khối lượng riêng d2, thu được dung dịch H2SO4 có khối lượng riêng d3.
1) Tính nồng độ phần trăm của dung dịch H2SO4 nhận được.
2) Tính nồng độ mol/l của dung dịch H2SO4 nhận được.
Bài 2. Xác định nồng độ mol/l của dung dịch NaOH (dung dịch A) và dung dịch H2SO4 (dung dịch B) biết rằng:
1) Khi trộn 2 lít dung dịch A với 3 lít dung dịch B thì để trung hoà dung dịch thu được cần 2 lít dung dịch HCl 0,5M.
Khi trộn 3 lít dung dịch A với 6 thì để tác dụng với H2SO4 dư cần 50 gam bột canxi cacbonat.
(Giả thiết phản ứng dung dịch A và dung dịch B luôn tạo thành mối trung hoà)
Bài 3.
1) Hoà an 10,2 gam Al2O3 và 4 gam MgO vào 245 gam dung dịch H2SO4. Để trung hoà axit dư phải dùng 400 ml dung dịch NaOH 0,5M. Xác định nồng độ phần trăm của H2SO4.
2) Cho hoà tan vừa đủ một lượng hiđroxit kim loại A hoá trị 2 trong H2SO4 ở trên thu được dung dịch muối có nồng độ 27,21%.Xác định khối lượng mol nguyên tử của kim loại A.
3) Hoà tan 4,9 gam hiđroxit kim loại A trong 150 ml dung dịch HCl 2M. Để trung axit dư phải thêm 25 ml dung dịch hiđroxit kim loại kiềm thổ B nồng độ 22,8% khối lượng riêng là 1,3g/ml. Xác định khối lượng mol nguyên tử của kim loại kiềm thổ B.
Bài 4. Hai dung dịch H2SO4 A và B.
1) Hãy tính nồng độ phần trăm của A và B biết rằng nồng độ của B lớn hơn A 2,5 lần và khi trộn A với B theo tỉ lệ khối lượng 7:3 thì thu được dung dịch C có nồng độ 29%.
2) Lấy 50 ml dung dịch C (d = 1,27 g/ml) tác dụng với 20 ml dung dịch BaCl2 1M. Lọc và tách kết tủa.
a) Hãy tính nồng độ mol của axit HCl có trong dung dịch nước lọc, giả sử thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể.
b) Nếu cho 21,2 gam Na2CO3 tác dụng với dung dịch nước lọc có kết tủa tạo ra không? Nếu có, khối lượng là bao nhiêu?
Bài 5. Trộn 500 ml dung dịch NaOH 2M với 4 lít dung dịch NaOH 10% (d = 1,115 g/ml). Dùng xút tạo thành cho tác dụng đến dư với 150 ml dung dịch A chứa 30 ,51 gam hỗn hợp hai muối FeCl2 và AlCl3 thu được một chất kết tủa. Lọc lấy kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi được một chất rắn. Để khử hoàn toàn chất rắn này cần 1008 ml H2 (đktc).
1) Tính nồng độ mol/l của FeCl2 và AlCl3 trong dung dịch A.
2) Tính thể tích tối thiểu dung dịch xút (thu được sau khi trộn lẫn) cần để thực hiện các quá trình trên.
Bài 6. Trong một bình kín dung tích 5 lít có một lít than và nước (không có không khí). Nung nóng bình tới nhiệt độ cao. Giả sử chỉ xảy ra hai phản ứng:
C + H2O = CO + H2
C + 2H2O = CO2 + 2H2
Sau đó làm lạnh bìnhtới 0oC, áp suất trong bình là P.
1) Nếu cho các khí trong bình đi qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì tạo thành 1,97 gam kết tủa. Để đốt cháy các khí trong bình cần 2,464 lít oxi (ở đktc). Tính phần trăm thể tích mỗi khí trong bình.
2) Tính độ áp suất P, biết rằng thể tích bình không thay đổi, thể tích các chất rắn và lỏng không đáng kể.
Bài 7. Một bình dung tích 5,6 lít chứa hỗn hợp khí gồm N2, NO, NO2 ở 35oC, P=2,256 at. Bơm vào bình 600 ml nước rồi lắc mạnh bình một thời gian, sau đó đưa về nhiệt độ 27,3oC thì thấy áp suất gây ra trong bình là 1,4784 at.
1) Tìm thành phần phần trăm % theo số mol mỗi khí trong hỗn hợp khí ban đầu. Biết rằng hỗn hợp khí có trong bình sau khi tiếp xúc với nước có tỉ khối so với không khí bằng 1. Thể tích chất lỏng có trong bình thay đổi không đáng kể, bỏ qua phần áp suất do chất lỏng chứa trong bình gây ra. Hiệu suất phản ứng bằng 100%.
2) Nếu đem toàn bộ lượng chất lỏng có trong bình sau khi đã tiếp xúc với hỗn hợp cho tác dụng với một lượng Al dư thì thu được bao nhiêu lít khí N2O ở 27,3oC và 1 at?
Bài 8. Một bình kín dung tích 10 lít không có không khí, chứa 500 ml dung dịch H2SO4, M tác dụng vừa hết với 55 gam hỗn hợp gồm Na2SO3 và Na2CO3. Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí A gồm SO2 và Co2, nhiệt độ trung bình là 47oC. Giả thiết thể tích của bình và của dung dịch thay đổi không đáng kể, độ tan của các khí trong nước không đáng kể.
1) Tính khối lượng của các muối trong hỗn hợp ban đầu.
2) Tính áp suất gây ra bởi hỗn hơp khí A trong bình sau khi phản ứng.
3) Nếu trộn hỗn hợp khí A với O2 thu được hỗn hợp khí B có tỉ khối so với hiđro là 21, 71. Cho hỗn hợp khí B qua ống sứ nung nóng có xúc tác V2O5 thì được hỗn hợp khí C. Có thỉ khối so với hiđro là 22,35. Tính hiệu suất của quá trình chuyển hoá SO2 thành SO3 và thành phần về thẻ tích của các khí trong hỗn hợp C.
Bài 9. Cho m gam hỗn hợp NH4HCO3 và (NH4)2CO3 vào một bình kín dung tích V ml rồi nung nóng đến 900oC, áp suất trong bình là P.
Cũng lấy m gam hỗn hợp trên cho tác dung với một lượng vừa đủ NH3, hỗn hợp muối rắn sau phản ứng cho vào bình kín dung tích V ml nung nóng đến 900oC, áp suất trong bình là 1,2 P.
Xác định phần trăm khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp đầu.
Bài 10. Hỗn hợp A gồm Fe, FeCO3, Fe3O4. Cho m gam hỗn hợp A vào 896 ml dung dịch HNO3 0,5 M thì thu được dung dịch B và hỗn hợp khí C gồm NO, CO2. Cho toàn bộ hỗn hợp C vào một bình kín chứa không khí, dung tích là 4,48 lít ở 0oC, áp suất 0,375 at. Sau khi cho hỗn hợp C vào bình thì ở 0oC áp suát gaya ra tỏng bình là 0,6 at và tỏng bình không còn O2.
Cho dung dịch B tác dụng với CaCO3 thì thấy hoà tan được 1,4 gam CaCO3.
Mặt khác, nếu cho m gam hỗn hợp A tác dụng với hiđro có dư và nung nóng sản phẩm khí cho qua 100 gam dung dịch H2SO4 97,565% thì sau thí nghiệm nồng độ dung dịch H2SO4 giảm đi 2,565%.Tính thành phần % theo khối lượng của hỗn hợp A.
Trên đây là một phần trích dẫn nội dung Phương pháp giải bài tập hóa học phần vô cơ môn Hóa 12 năm 2021. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
Chúc các em học tốt!
