Phương pháp giải hoá học: Đại số

Chủ nhật - 29/09/2013 03:48

Phương pháp đại số giúp chúng ta giải được nhiều bài toán hóa học phức tạp, và là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay, bởi vì phương pháp đại số có đường lối rất rõ ràng, học sinh đễ thực hiện.

Nhược điểm của phương pháp này là: trong một số trường hợp dẫn đến những biến đổi phức tạp , nặng nề về phương diện toán học, làm mất đi những tính chất đặc trưng của hóa học, làm giảm khả năng tư duy hóa học của học sinh. Phương pháp đại số có thể chia ra một số bước như sau:

Bước 1: Viết tất cả các phương trình phản ứng có thể xảy ra.

Bước 2: Đổi các giả thiết không cơ bản sang giả thiết cơ bản.

Bước 3: Đặt ẩn số cho lượng các chất tham gia hoặc tạo thành trong phương trình, dựa vào tương quan giữa các ẩn đó trong các phương trình phản ứng đẻ lập ra các phương trình đại số, biểu thị các dữ kiện đã cho.

Bước 4: Giải phương trình hay hệ phương trình và biện luận kết quả (nếu cần), rồi chuyển kết quả cơ bản sang dạng không cơ bản (Tùy theo yêu cầu của bài ra).

Ví dụ: Để m gam bột Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được 12 gam hỗn hợp A

gồm Fe và các oxit Fe. Cho hỗn hợp tan hoàn toàn trong HNO3 thu được 2,24 l NO duy nhất. Tính m.

Giải

Phương pháp đại số:

Fe + 4HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

3FeO + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

3Fe3O4 + 28HNO3 -> 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

Fe2O3 + 6HNO3 -> 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Đặt số mol Fe,FeO,Fe3O4,Fe2O3 lần lượt là a,b,c,d. Ta có các PT sau:

mA = 56a + 72b + 232c + 160d = 12 (1)

nFe = a + b + 3c + 2d = m/56 (2)

nO trong oxit = b + 4c + 3d = (12-m)/16 (3)

nNO = a + b/3 + c/3 = 0,1 (4)

Có 4 phương trình 5 ẩn số nên phải biện luận

Nhận xét trước khi giải hệ phương trình đại số trên:

- Có 5 ẩn số nhưng chỉ có 4 phương trình. Như vậy không đủ số phương trình để tìm ra các ẩn số, do đó cần giải kết hợp với biện luận.

- Đầu bài chỉ yêu cầu tính khối lượng sắt ban đầu, như vậy không cần phải đi tìm đầy đủ các ẩn x, y, z, t. Ở đây có 2 phương trình, nếu biết giá trị của nó ta dễ dàng tính được khối lượng sắt ban đầu đó là phương trình (2) và (3).

+ Tìm được giá trị của (2), đó là số mol Fe. Nhân giá trị đó với nguyên tử khối của Fe là 56 ta được m.

+ Tìm được giá trị của (3), đó là số mol nguyên tử O trong oxit. Nhân giá trị đó với nguyên tử khối của O là 16 ta được khối lượng của oxi trong các oxit sắt. Lấy khối lượng hỗn hợp B trừ đi khối lượng oxi ta được khối lượng sắt ban đầu, tức m.

- Thực hiện các phép tính trên:

+ Tìm giá trị của phương trình (2):

Chia (1) cho 8 được: 7x + 9y + 29z + 20t = 1,5 (5)

Nhân (4) với 3 được: 3x + y + z = 0,3 (6)

Cộng (5) với (6) được: 10x + 10y + 30z + 20t = 1,8 (7)

Chia (7) cho 10 được: x + y + 3z + 2t = 0,18

Vậy: m = 56.0,18 = 10,08g

+ Tìm giá trị của phương trình (3):

Nhân (5) với 3 được: 21x + 27y + 87z + 60t = 4,5 (8)

Nhân (6) với 7 được: 21x + 7y + 7z = 2,1 (9)

Lấy (8) trừ đi (9) được: 20y + 80z + 60t = 2,4 (10)

Chia (10) cho 20 được: y + 4z + 3t = 0,12

m = 12 – (0,12.16) = 10,08g

Qua việc giải bài toán trên bằng phương pháp đại số ta thấy việc giải hệ phương trình đại số nhiều khi rất phức tạp, thông thường HS chỉ lập được phương trình đại số mà không giải được hệ phương trình đó.

Về mặt hóa học, chỉ dừng lại ở chỗ HS viết xong các phương trình phản ứng hóa học và đặt ẩn để tính theo các phương trình phản ứng đó (dựa vào mối tương quan tỉ lệ thuận) còn lại đòi hỏi ở HS nhiều về kĩ năng toán học. Tính chất toán học của bài toán lấn át tính chất hóa học, làm lu mờ bản chất hóa học. Trên thực tế, HS chỉ quen giải bằng phương pháp đại số, khi gặp một bài toán là chỉ tìm cách giải bằng phương pháp đại số, mặc dù thường bế tắc. Ta hãy giải bài toán trên bằng những phương pháp mang tính đặc trưng của hóa học hơn, đó là phương pháp bảo toàn khối lượng và phương pháp bảo toàn electron.

Sách giải st