chuyên đề tháng 10: giải bì tập hóa học bằng phương pháp đồ thị

 
CHUYÊN ĐỀ THÁNG 10
                  TÊN ĐỀ TÀI: “GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ’’
 
                                                                                                    Ngày 12/10/2018
GV: Thân Thị Thùy Trang
A, LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:         
Trong những năm gần đây đề thi THPT Quốc gia có khá nhiều đổi mới, đó là:
        u Tăng số lượng các câu dễ.
        v Tăng độ khó của những câu hỏi trong khung điểm 9 – 10.
        w Sử dụng những câu hỏi và bài tập đặc trưng cho bộ môn Hóa học: câu hỏi sử dụng hình ảnh, thí nghiệm; bài tập sử dụng đồ thị.
Với câu hỏi sử dụng hình ảnh, thí nghiệm; bài tập sử dụng đồ thị tôi thấy học sinh khá lúng túng vì các em ít được thực hành; chưa được luyện bài tập sử dụng đồ thị nhiều. Hơn nữa bài tập sử dụng đồ thị thì đây không phải là một phương pháp giải mới và xa lạ với nhiều giáo viên nhưng việc sử dụng nó để giải bài tập hóa học thì chưa nhiều vì vậy số lượng tài liệu tham khảo chuyên viết về đồ thị khá hạn chế và chưa đầy đủ.
 Vì những lí do trình bày ở trên tôi xin đưa ra chuyên đề “Giải bài tập hóa học bằng phương pháp đồ thị” nhằm giúp các em khắc phục các khó khăn và tự tin khi xử lí dạng bài này. Hi vọng chuyên đề này là một tài liệu tham khảo hữu ích và bổ ích cho các em học sinh và đồng nghiệp.
B, NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
I, PHƯƠNG PHÁP GIẢI CHUNG:
Cách giải chung của phương pháp đồ thị gồm 4 bước sau:
u Xác định dáng của đồ thị.
v Xác định tọa độ các điểm quan trọng[thường là 3 điểm gồm: xuất phát, cực đại và cực tiểu]
w Xác định tỉ lệ trong đồ thị(tỉ lệ trong đồ thị chính là tỉ lệ trong pư).
x Từ đồ thị đã cho và giả thiết để trả lời các yêu cầu của bài toán.
Trong 4 bước trên thì 3 bước đầu giáo viên hướng dẫn HS làm 1 lần trong 1 dạng Þ chủ yếu HS phải làm bước 4.
II, CÁC DẠNG TOÁN CỤ THỂ:

1. Thiết lập hình dáng của đồ thị.
+ Khi sục CO₂ vào dung dịch chứa a mol Ca(OH)₂ thì đầu tiên xảy ra pư
               CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Suy ra:
@ Lượng kết tủa tăng dần                    
@ Số mol kết tủa luôn bằng số mol CO₂.
@ Số mol kết tủa max = a (mol)
Þ đồ thị của pư trên là:

+ Khi lượng CO₂ bắt đầu dư thì lượng kết tủa tan ra theo pư:
            CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂
Suy ra:
@ Lượng kết tủa giảm dần đến 0 (mol)
@ Đồ thị đi xuống một cách đối xứng

2. Phương pháp giải:  
@ Dáng của đồ thị: Hình chữ V ngược đối xứng
@ Tọa độ các điểm quan trọng
+ Điểm xuất phát: (0,0)
+ Điểm cực đại(kết tủa cực đại): (a, a)[a là số mol của Ca(OH)₂] Þ kết tủa cực đại là a mol.
+ Điểm cực tiểu: (0, 2a)
@ Tỉ lệ trong đồ thị: 1:1.
3. Bài tập ví dụ
a. Mức độ nhận biết
 

VD1: Sục từ từ đến dư CO2 vào dung dịch Ca(OH)2. Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị như hình bên. Giá trị của a và b là A. 0,2 và 0,4.                         B. 0,2 và 0,5. C. 0,2 và 0,3.                         D. 0,3 và 0,4.

Giải
+ Từ tỉ lệ của đồ thị bài toán Þ a = 0,2 mol.
+ Tương tự ta cũng có b = 2a = 0,4 mol
+ Vậy chọn đáp án A
 
Giải
+ Theo giả thiết ta có: Ca(OH)₂ = 0,2 mol Þ CaCO₃ max = 0,2 mol
@ Điểm cực tiểu là: (0; 0,4)
+ Vì CaCO₃ = 0,15 mol nên ta có đồ thị:

+ Từ đồ thị Þ x = 0,15 mol và 0,4 - y = 0,15 mol Þ y = 0,25 mol Þ V = 3,36 hoặc 5,6 lít.
b. Mức độ hiểu
Giải
+ Theo giả thiết ta có: Ca(OH)₂ = 0,4 mol Þ CaCO₃ max = 0,4 mol
+ Vì CaCO₃ = 0,1 mol nên ta có đồ thị:

+ Từ đồ thị Þ x = 0,1 và 0,8 - y = 0,1 Þ y = 0,7 Þ %V_CO2 bằng 11,2% hoặc 78,4%
Giải
+ Ta có: CO₂ = 1,2 mol; BaCO₃ = 0,8 mol; Ba(OH)₂ = 2,5a mol.
+ Đồ thị của bài toán:

+ Do đồ thị đối xứng nên ta có: 2,5a – 0,8 = 1,2 – 2,5a Þ a = 0,4.
c. Mức độ vận dụng
Giải
+ Theo giả thiết ta có đồ thị:

+ Từ đồ thị Þ x = 0,05 mol và y = 0,4 – 0,24 = 0,16 mol
+ Nhưng kết tủa phải biến thiên trong khoảng: 9,85 gam đến cực đại là 39,4 gam.
Giải
+ Dễ thấy số mol CO₂ tăng từ 0,6 → 0,8 thì lượng kết tủa giảm Þ ứng với 0,8 mol CO₂ sẽ có pư hòa tan kết tủa.
+ TH1: Ứng với 0,6 mol có không có pư hòa tan kết tủa. Đồ thị như sau:

+ Từ đồ thị suy ra:
 @ 2x = 0,6 Þ x = 0,3            (1).
 @ x = V – 0,8                        (2)
@  0,5V ≥ 0,6             (3)
+ Từ (1, 2, 3) Þ không có nghiệm phù hợp.
+ TH2: Ứng với 0,6 mol có có pư hòa tan kết tủa. Đồ thị như sau:
 

+ Từ đồ thị Þ  Þ V = 1,0 và x = 0,2.

VD7: Sục từ từ đến dư CO2 vào một cốc đựng dung dịch Ca(OH)2. KQ thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị như hình bên. Khi lượng CO2 đã sục vào dung dịch là 0,85 mol thì lượng kết tủa đã xuất hiện là m gam. Giá trị của m là A. 40 gam.                         B. 55 gam. C. 45 gam.                         D. 35 gam.	(Hình 1)
Giải + Từ đồ thị(hình 1) Þ a = 0,3 mol. + Dễ thấy kết tủa cực đại = 0,3 + (1 – 0,3): 2 = 0,65 mol. + Từ kết quả trên ta vẽ lại đồ thị(hình 2): Từ đồ thị này suy ra khi CO2 = 0,85 mol Þ x = 1,3 – 0,85 = 0,45 mol Þ m = 45 gam.	(Hình 2)

 

VD8: Sục CO2 vào 200 gam dung dịch Ca(OH)2 ta có kết quả theo đồ thị như hình bên. Tính C% của chất tan trong dung dịch sau pư?	(Hình 1)
Giải + Ta có Ca(OH)2 = 0,8 mol. + CO2 = 1,2 mol . + Từ đồ thị(hình 2) Þ x = CaCO3↓ = 1,6 – 1,2 = 0,4 mol + Bảo toàn caxi Þ Ca(HCO3)2 = 0,8 – 0,4 = 0,4 mol Þ C% = = 30,45%.

 
1. Thiết lập dáng của đồ thị
+ Khi sục từ từ CO₂ vào dung dịch chứa x mol NaOH và y mol Ca(OH)₂ thì xảy ra pư:
            CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O              (1)
            CO₃^2- + CO₂ +  H₂O → 2HCO₃^-                     (2)
   Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓                                (3)
+ Ta thấy: Số mol OH^- = (x + 2y) Þ CO₃^2- max = (0,5x + y)
+ Từ đó ta có đồ thị biểu thị quan hệ giữa số mol CO₃^2- và CO₂ như sau:

+ Mặt khác: số mol Ca²⁺ = y (mol)
Þ số mol CaCO₃(max) = y (mol)
Suy ra: Số mol kết tủa max = y (mol). Đồ thị của pư trên là:
2. Phương pháp giải
@ Dáng của đồ thị: Hình thang cân
@ Tọa độ các điểm quan trọng
+ Điểm xuất phát: (0,0)
+ Điểm cực đại(kết tủa cực đại): (Ca²⁺, …)[a là số mol của Ca(OH)₂] Þ kết tủa cực đại là a mol.
+ Điểm cực tiểu: (0, n_OH-
@ Tỉ lệ trong đồ thị: 1:1.
3. Bài tập ví dụ
a. Mức độ nhận biết
                                                              Giải
+ Theo giả thiết ta có số mol: Ca²⁺ = 0,15 mol Þ số mol kết tủa CaCO₃ cực đại = 0,15 mol.
+ Ta cũng có số mol OH^- = 0,4 mol.
+ Từ đồ thị và số mol của các ion ta suy ra:
            @ x = kết tủa cực đại = 0,15 mol.
            @ t = số mol OH^- = 0,4 mol.
            @ y = x = 0,15 mol
            @ t – z = y Þ 0,4 – z = 0,15 Þ z = 0,25 mol.
                                                                 Giải
+ Ta có: CO₂ = 0,02 mol; OH^- = 0,03 mol; Ba²⁺ = 0,012 mol Þ kết tủa max = 0,012 mol
+ Đồ thị: ? =  0,03 – 0,02 = 0,01 Þ m_{kết tủa}  = 1,97 gam.

b. Mức độ hiểu
Giải
+ Ta có : Ba²⁺ = 0,075 mol ; OH^- = 0,25 mol ; BaCO₃ ↓ = 0,06 mol ; BaCO₃ max = 0,075 mol.

+ Từ đồ thị Þ x = 0,06 mol và 0,25 – y = 0,06 Þ y = 0,19 mol
Giải
+ Ta có : CO₂ = 0,22 mol và CO₂ = 0,4 mol; OH^- = x + 0,5y ; Ca²⁺ = 0,5x Þ kết tủa max = 0,5x.
+ Đồ thị :

+ Từ đồ thị Þ x + 0,5y – 0,4 = 0,1 Þ x + 0,5y = 0,5 (1)
+ Nếu 0,5x > 0,2 Þ x + 0,5y – 0,22 = 0,2 Þ x + 0,5y = 0,42 (2). So sánh (1, 2) Þ vô lý
Þ 0,5x = 0,2 Þ x = 0,4 (3).
+ Thay x = 0,4 từ (3) vào (1) Þ y = 0,2.
c. Mức vận dụng
 

VD5: Sục CO2 vào dung dịch hỗn hợp gồm Ca(OH)2 và KOH ta quan sát hiện tượng theo đồ thị hình bên (số liệu tính theo đơn vị mol). Giá trị của x là A. 0,12 mol.                     B. 0,11 mol. C. 0,13 mol.                     D. 0,10 mol.

Giải
Từ đồ thì suy ra: AD = 0,15; AE = CD = BE = 0,5 – 0,45 = 0,05.
Þ x = DE = AD – AE = 0,15 – 0,05 = 0,1 mol.
Giải
+ Vì kết tủa cực đại = 0,6 mol Þ y = 0,6.
+ Tổng số mol OH^- = 1,6 Þ 0,1 + x + 2y = 1,6 Þ x = 0,3 mol.
+ Từ đồ thị Þ 1,6 – z = 0,2 Þ z = 1,4 mol.
 
Giải
+ Ta có: Ba(OH)₂ = 0,1 mol; NaOH = 0,2 mol Þ Ba²⁺ = 0,1 mol và OH^- = 0,4 mol.
Þ BaCO₃ max = 0,1 mol.
+ Để kết tủa max thì số mol CO₃^2- ≥ 0,1 mol. Theo giả thiết ta có đồ thị:

+ Theo sơ đồ Þ  x = 0,1; 0,4 – y = x Þ y = 0,3.
+ Để kết tủa lớn nhất thì: x ≤ CO₂ ≤ y hay 0,1 ≤ CO₂ ≤ 0,3 (mol) Þ 2,24 ≤ V ≤ 6,72 (lít)