18 cách giải cho bài toán Hóa vô cơ điển hình

Hướng dẫn cách giải bài toán Hóa vô cơ nhanh

18 cách giải cho bài toán Hóa vô cơ điển hình

VnDoc.com xinh giới thiệu tới bạn đọc 18 cách giải cho bài toán Hóa vô cơ điển hình. Các bạn học sinh lớp 12 yêu thích môn Hóa học và muốn chinh phục các bài toán khó? Tìm đến bài viết này là sự lựa chọn rất thông minh. Bởi 18 cách giải bài toán kinh điển này sẽ giúp các bạn có những kiến thức sâu rộng về cách giải những bài Hóa khó lớp 12. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết tại đây nhé.

18 cách giải cho bài toán Hóa vô cơ điển hình vừa được VnDoc.com sưu tập và xin gửi tới bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết được tổng hợp gồm có 18 cách giải bài toán Hóa vô cơ. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết và tải về tại đây nhé.

Giải một bài toán Hóa học bằng nhiều phương pháp khác nhau là một trong những nội dung quan trọng trong giảng dạy Hóa học ở trường phổ thông. Phương pháp Giáo dục ở ta hiện nay còn nhiều gò bó và hạn chế tầm suy nghĩ, sáng tạo của học sinh. Bản thân các em học sinh khi đối mặt với một bài toán cũng thường có tâm lý tự hài lòng sau khi đã giải quyết được nó bằng một cách nào đó, mà chưa nghĩ đến chuyện tối ưu hóa bài toán, giải quyết nó bằng cách nhanh nhất. Do đó, giải quyết một bài toán Hóa học bằng nhiều cách khác nhau là một cách rất hay để phát triển tư duy và rèn luyện kỹ năng học Hóa của mỗi người, giúp ta có khả năng nhìn nhận vấn đề theo nhiều hướng khác nhau, phát triển tư duy logic, sử dụng thành thạo và vận dụng tối đa các kiến thức đã học. Đối với giáo viên, suy nghĩ về bài toán và giải quyết nó bằng nhiều cách còn là một hướng đi có hiệu quả để tổng quát hóa hoặc đặc biệt hóa, liên hệ với những bài toán cùng dạng, điều này góp phần hỗ trợ, phát triển các bài tập hay và mới cho học sinh.

Trên tạp chí Hóa học và Ứng dụng số ra tháng 11 năm 2008, tôi đã giới thiệu một bài tập Hóa hữu cơ có thể giải được bằng 14 cách khác nhau. Trong bài viết này, tôi xin tổng kết và hệ thống hóa lại 18 cách giải khác nhau cho một bài toán vô cơ cũng rất thú vị khác.

"Một phoi bào Sắt có khối lượng m để lâu ngoài không khí bị oxi hóa thành hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ có khối lượng 12g. Cho A tan hoàn toàn trong HNO sinh ra 2,24 lít khí NO duy nhất (ở điều kiện tiêu chuẩn). Tìm giá trị của m?”

Các phương trình phản ứng xảy ra trong bài:

Khi cho Fe tác dụng với O₂:
2Fe + O₂ → 2FeO
3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄
4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
Khi cho hỗn hợp A tác dụng với HNO₃:
Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)_{3 +}NO + 2H₂O
3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O
3Fe₃O₄ + 28HNO₃ → 9Fe(NO₃)_{3 +} NO + 14H₂O
3Fe₂O + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

I. Nhóm các phương pháp đại số:

Đây là nhóm các phương pháp giải toán Hóa học dựa trên việc đặt ẩn và biểu diễn các quan hệ Hóa học trong bài toán bằng các biểu thức đại số. Đặt x, y, z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃:

Phương trình đã cho:

m_hh = 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1)

n_echo = 3x + y + z = 0,3 (2)

Biểu thức cần tìm:
m = 56 (x + y + 3z + 2t) (3)

Trong bài tập này, số ẩn cần tìm là 4 trong khi chỉ có 2 phương trình đã biết, do đó, bài toán không thể giải bằng phương pháp đại số thông thường (đặt ẩn – giải hệ) để tìm ra giá trị của mỗi ẩn mà chỉ có thể bằng cách ghép ẩn số, đi từ phương trình đã cho đến biểu thức cần tìm. Quá trình biến đổi đó (đi từ phương trình đã cho đến biểu thức cần tìm), có thể tiến hành theo 3 hướng: biến đổi ngẫu hứng, đồng nhất hệ số hoặc ghép ẩn - giải hệ.

A. Biến đổi ngẫu hứng:

Có rất nhiều phương pháp biến đổi ngẫu hứng trong trường hợp này, tùy thuộc vào sự thông minh, khéo léo và những nhận xét tinh tế của mỗi người. Ở đây, tôi chỉ xin giới thiệu một số cách biến đổi đơn giản và logic nhất:

Cách 1.1:

Nhận thấy ẩn t chỉ xuất hiện trong phương trình (1) và biểu thức (3), trong đó hệ số của t ở phương trình (1) gấp 80 hệ số của t ở biểu thức (3). Ta có cách biến đổi dưới đây:

Nhân phương trình (2) với 8 rồi cộng với phương trình (1), ta có:

(2) × 8 + (1) = 80 (x + y + 3z + 2t) = 14,4

Chia phương trình mới này cho 80 rồi nhân với 56, ta dễ dàng có được kết quả cần tìm:

m = 56 (x + y + 3z + 2t) = (14,4: 80) × 56 = 10,08g

Cách 1.2:

Nhận thấy các hệ số của phương trình (1) đều chia hết cho 8. Ta có cách biến đổi dưới đây: Chia phương trình (1) cho 8 rồi cộng với phương trình (2), ta có:

2 + (1:8) = 10 (x + y + 3z + 2t) = 1,8

Chia phương trình mới này cho 80 rồi nhân với 56, ta dễ dàng có được kết quả cần tìm:

m = 56 (x + y + 3z + 2t) = (1,8:10) × 56 = 10,08g

Cách 1.3:

Nhận thấy nếu biến đổi từ phương trình (1) và (2) về toàn bộ biểu thức (3) thì các hệ số của x, y, z, t đều phải chia hết cho 56, ta có thêm cách biến đổi sau:

Nhân phương trình (1) với 7 (vì các hệ số của phương trình (1) đã chia hết cho 8 và nhân phương trình (2) với 56 rồi cộng lại, ta có:

7 × (1) + 56× (2) = 560 (x + y + 3z + 2t) = 100,8

Chia phương trình mới này cho 10, ta thu được kết quả m = 10,08g

B. Đồng nhất hệ số:

Cách 1.4:

Gọi A và B là hệ số của các phương trình (1) và (2) sao cho:

A × (1) + B × (2) = 3

→ A (56x + 72y + 232z +160t) + B (3x + y + z) = 56 (x + y + 3z + 2t)

Tiến hành đồng nhất hệ số của x, y, z, t ở 2 vế của phương trình trên, ta có:

x : 56A + 3B = 56

y : 72A + B = 56

z : 232A + B = 168

t : 160 A = 112

→ A= 0,7, B= 5,6

Và do đó, m = 0,7 (1) + 5,6 (2) = 10,08g

Cách 1.5:

Nhận thấy ẩn t chỉ xuất hiện trong phương trình (1) và biểu thức (3), do đó nếu biến đổi từ (1) và (2) ra (3) thì hệ số của t chỉ phụ thuộc vào (1).

→ Hệ số của (1) là A = 56 × 2 : 162 = 0,7

Vậy: 0,7 (1) + B (2) = 3

Đồng nhất các hệ số của x, y, z, t ở 2 vế của phương trình mới này, ta dễ dàng tìm ra B = 5,6

Do đó, m = 0,7 (1) + 5,6 (2) = 10,08g

C. Ghép ẩn - giải hệ:

Cách 1.6:

Trong bài tập này, phương pháp ghép ẩn - giải hệ được thực hiện với 2 biểu thức sau:

n_Fe = x + y + 3z + 2t (4)

no = y + 4z + 3t (5)

Với 2 biểu thức đã cho và dữ kiện đề bài, ta có:

m_hh = 56x + 72 y + 232z + 160t = 56 (x + y + 3z + 2t) + 16 (y + 4z + 3t) = 12
n_{e cho} = 3x + y + z = 3 (x + y + 3z) − 2 (y + 4z + 3t) = 0,3

Coi 2 biểu thức (4) và (5) là 2 ẩn của một hệ 2 phương trình, giải hệ ta có:

x + y + 3z + 2t = 0,18
y + 4z + 3t = 0,12

Từ đó, có kết quả m = 56 (x + y + 3z + 2t) = 10,08g

Các phương pháp đại số có nhược điểm là đã "toán học hóa" bài toán Hóa học khá nhiều, tuy nhiên nền tảng của nó vẫn là những hiểu biết Hóa học. Hơn nữa, việc rèn luyện các kỹ năng tính toán và biến đổi biểu thức đại số cũng góp một vài trò không nhỏ trong việc phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh. Đặc biệt, đây là phương pháp phù hợp với các em học sinh THCS, vốn chưa có đủ những kiến thức sâu sắc về Hóa học và chưa được hướng dẫn nhiều để có thể vận dụng tốt các phương pháp khác như Bảo toàn electron hay Quy đổi.

II. Nhóm các phương pháp bảo toàn:

Cách 2.1: Phương pháp bảo toàn khối lượng

Cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HNO₃, theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_A + m_HNO3 = m_{Fe (NO3)3}+ m_NO + m_H2O (6)

Trong đó, số mol các chất lần lượt là:

n_Fe(NO3)3 = n_Fe = m:56

n_HNO3tạo NO= 0,1 và n_HNO3 tạo Fe(NO3)3 = 3n_Fe(NO3)3 = 3m:56

→ n_HNO3 phản ứng = 0,1 + 3m:56 → n_HO = 1:2 n_H2O+ n_HNO3 phản ứng

Tính khối lượng các chất và thay vào (6), ta được:

12 +(0,1+ 3m:56) × 63 = m:56 × 242 + 0,1 × 30 + 1:2 (0,1+ 3m:56) × 18

Giải ra, ta được m = 10,08g

Cách 2.2: Phương pháp bảo toàn nguyên tố

Dựa vào bán phản ứng khử: 4H⁺ + NO₃⁻ + 3e → NO + 2H₂O

Ta thấy có thể giải lại bài toán theo phương pháp bảo toàn nguyên tố và khối lượng đối với Oxi như sau:

m_{O(trong A)} + m_{O(trong HNO3 →NO)} = m_{O(trong NO)} + m_{O(trong H2O)}

(12 − m) + 3 × 16 × 0,1 = 0,1 × 16 + 3:2 × 16 × 0,1

Giải phương trình trên, ta dễ dàng có m = 10,08g

Cách 2.3: Phương pháp bảo toàn điện tích kết hợp với phương pháp trung bình

Gọi công thức chung của cả hỗn hợp A là Fe_xO_y, phương trình ion của phản ứng là:

Fe_xO_y + (4 + 2y) H⁺+ NO₃⁻ → xFe³⁺ + NO↑ + (2 + y) H₂O

Bảo toàn điện tích 2 vế phản ứng, ta có: 4 + 2y −1 = 3x → 3x − 2y = 3 (7)

Và theo phản ứng thì n_FexOy = n_NO = 0,1 mol = → 12: 56x + 16y → 56x + 16y = 120 (8)

Giải hệ 2 phương trình (7) và (8), ta có: x = 1,8 và y = 1, 2

Do đó, khối lượng Fe ban đầu là: m = 56 × 1,8 × 0,1 = 10,08g

Cách 2.4: Phương pháp bảo toàn electron

Ở bài toán này, chất nhường e là Fe, chất thu e là O₂ và N⁺⁵ trong HNO₃

Fe - 3e → Fe³⁺

O₂ + 4e → 2O²⁻

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

Ta có phương trình: m:56 × 3 = (12-m:32 ) × 4 + (2,24:2,24) × 3 → m = 10,08g

Bảo toàn vật chất là một trong những nguyên lý cơ bản của khoa học tự nhiên, rất nhiều định luật bảo toàn có mặt trong cả Vật lý, Sinh học, Hóa học và có ý nghĩa triệt học. Do đó, việc tích cực sử dụng các phương pháp bảo toàn sẽ giúp cho học sinh hình thành được một nguyên lý tư duy quan trọng trong học tập và công việc sau này.

Trong số các cách làm ở trên thì bảo toàn khối lượng là một phương pháp phù hợp với cả học sinh THCS, nếu được hướng dẫn tốt thì các em hoàn toàn toàn có thể áp dụng được.

III. Nhóm các phương pháp trung bình:

Cách 3.1: Hóa trị trung bình kết hợp với bảo toàn electron

Gọi hóa trị trung bình của Fe trong cả hỗn hợp A là n, khi đó, công thức của A là Fe₂O_n

Áp dụng định luật bảo toàn electron cho phản ứng của A với HNO₃, ta có:

Fe⁺ⁿ → Fe⁺³ + (3 - n) e

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

→ Ta có phương trình: 12 × 2 : 56 × 2 + 16n × (3 - n) = 0,1× 3 → n = 4:3

Trên đây VnDoc.com đã giới thiệu tới bạn đọc 18 cách giải cho bài toán Hóa vô cơ điển hình. Mong rằng qua bài viết này các bạn có thể học tập môn Hóa học được tốt hơn nhé. Để có kết quả cao hơn trong học tập, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Hóa học lớp 10, Giải bài tập Hóa học lớp 11, Hóa học lớp 12, Thi thpt Quốc gia môn Văn, Thi thpt Quốc gia môn Lịch sử, Thi thpt Quốc gia môn Địa lý, Thi thpt Quốc gia môn Toán, đề thi học kì 1 lớp 11, đề thi học kì 2 lớp 11 mà VnDoc tổng hợp và đăng tải.