Phần

Dựng mạng lưới phản ứng và chọn đường đi ngắn nhất

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em dựng được một mạng lưới nhiều chất liên hệ với nhau qua nhiều phản ứng, và biết chọn con đường ít bước nhất khi có hơn một cách đi.

Kiến thức cần có

Cần bài trước (suy luận từ dấu hiệu) và các PTHH nền: nhiệt phân carbonate, oxide bazơ + nước, base + acid, phản ứng trao đổi giữa hai muối.

Mở rộng dành cho HSG. Một chuỗi phản ứng lớp 8 thường là một hàng mũi tên nối tiếp — mỗi chất chỉ có một đường đến chất kế tiếp. Thực tế phong phú hơn: cùng một chất có thể sinh ra bằng nhiều cách khác nhau. Việc dựng cả mạng lưới rồi so sánh các con đường không nằm trong YCCĐ, nhưng nó chỉ dùng lại đúng các PTHH em đã học — cái mới là góc nhìn, không phải phản ứng mới.

**Mở rộng dành cho HSG.** Một chuỗi phản ứng lớp 8 thường là một hàng mũi tên nối tiếp — mỗi chất chỉ có một đường đến chất kế tiếp. Thực tế phong phú hơn: cùng một chất có thể sinh ra bằng nhiều cách khác nhau. Việc dựng cả mạng lưới rồi so sánh các con đường không nằm trong YCCĐ, nhưng nó chỉ dùng lại đúng các PTHH em đã học — cái mới là góc nhìn, không phải phản ứng mới.

Câu hỏi mở đầu

Nếu trong tay chỉ có dung dịch CaCl₂, em có bao nhiêu cách để lấy lại được kết tủa trắng CaCO₃ ban đầu?

Bốn chất, năm mũi tên

Gọi A = CaCO₃, B = CaO, C = Ca(OH)₂, D = CaCl₂. Bốn chất này liên hệ với nhau qua năm phản ứng quen thuộc: A→B (nung), B→C (cộng nước), C→D (cộng acid HCl), C→A (cộng CO₂ vừa đủ), và D→A (cộng dung dịch Na₂CO₃, một phản ứng trao đổi giữa hai muối tan tạo muối mới không tan). Mỗi mũi tên là một PTHH đã học, nhưng khi vẽ chung một sơ đồ, ta thấy C và D đều có đường dẫn về A — đây chính là điểm khác với một chuỗi thẳng.

Đường trực tiếp qua CO2 ngắn hơn đường vòng qua CaCl2 và Na2CO3.

Đào sâu: khi nào một mũi tên không tồn tại

Không phải muốn nối hai chất nào cũng được — mỗi mũi tên phải là một phản ứng có thật, thỏa điều kiện xảy ra (sinh khí, kết tủa, hoặc nước với acid–base). Ví dụ, không có mũi tên trực tiếp từ B = CaO về D = CaCl₂ mà không qua C, vì CaO không phản ứng thẳng với dung dịch HCl để... thực ra CaO vẫn phản ứng được với HCl ( $CaO+2HCl\to CaCl_2+H_2O$ ), nên B→D cũng là một mũi tên hợp lệ, chỉ là ta chưa vẽ nó ở trên. Bài học ở đây: một mạng lưới không cố định số mũi tên, việc của em là kiểm tra từng cặp chất xem phản ứng giữa chúng có thật hay không, chứ không suy diễn tùy tiện.

Không phải muốn nối hai chất nào cũng được — mỗi mũi tên phải là một phản ứng có thật, thỏa điều kiện xảy ra (sinh khí, kết tủa, hoặc nước với acid–base). Ví dụ, không có mũi tên trực tiếp từ B = CaO về D = CaCl₂ mà không qua C, vì CaO không phản ứng thẳng với dung dịch HCl để... thực ra CaO vẫn phản ứng được với HCl ($CaO+2HCl\to CaCl_2+H_2O$), nên B→D cũng là một mũi tên hợp lệ, chỉ là ta chưa vẽ nó ở trên. Bài học ở đây: một mạng lưới không cố định số mũi tên, việc của em là kiểm tra từng cặp chất xem phản ứng giữa chúng có thật hay không, chứ không suy diễn tùy tiện.

Ngược lại, không có mũi tên D→C nếu chỉ dùng nước, vì CaCl₂ không tự thủy phân thành Ca(OH)₂. Muốn đi từ D về C cần một base mạnh hơn tác dụng vào — nội dung này rơi ra ngoài mạng lưới bốn chất đang xét, nên bài không yêu cầu em tìm đường đó.

Chuẩn Hướng dẫn giải cho bài mạng lưới

Khi đề hỏi "chọn đường ngắn nhất", Hướng dẫn giải phải liệt kê đủ các đường khả thi trước, viết PTHH cho từng đường, đếm số bước, rồi mới kết luận đường nào ngắn hơn và vì sao. Không được chỉ đưa ra một đường rồi coi như đó là đường duy nhất.

Error-log

Lỗi thường gặp: vẽ mũi tên cho một phản ứng không có thật (ví dụ D→C chỉ bằng nước); quên rằng CO₂ phải "vừa đủ" ở mũi tên C→A, nếu dư sẽ tạo muối tan Ca(HCO₃)₂ và không còn kết tủa; và nhầm đường nhiều bước là đường "chắc chắn hơn" trong khi HSG luôn ưu tiên đường ít bước nếu cả hai đều hợp lệ.

Ví dụ áp dụng

Ví dụ

Ví dụ 1 — Hoàn thành mạng lưới bốn chất

1
Viết PTHH cho cả năm mũi tên của mạng lưới A=CaCO3, B=CaO, C=Ca(OH)2, D=CaCl2 mô tả ở trên: A→B, B→C, C→D, C→A, D→A.
2
Một mạng lưới chỉ có giá trị khi mọi mũi tên đều được kiểm chứng bằng PTHH thật; thiếu một mũi tên nghĩa là sơ đồ chưa hoàn chỉnh.
3
Ghép lại đúng loại phản ứng cho từng cặp chất: nhiệt phân, oxide + nước, base + acid, base + oxide acid, muối + muối.
4
$A\to B$ : $CaCO_3\xrightarrow{t^\circ}CaO+CO_2$ . $B\to C$ : $CaO+H_2O\to Ca(OH)_2$ . $C\to D$ : $Ca(OH)_2+2HCl\to CaCl_2+2H_2O$ . $C\to A$ : $Ca(OH)_2+CO_2\to CaCO_3\downarrow+H_2O$ (CO2 vừa đủ). $D\to A$ : $CaCl_2+Na_2CO_3\to CaCO_3\downarrow+2NaCl$ . Vậy cả năm mũi tên đều là phản ứng có thật, mạng lưới hoàn chỉnh.
$A\to B$: $CaCO_3\xrightarrow{t^\circ}CaO+CO_2$. $B\to C$: $CaO+H_2O\to Ca(OH)_2$. $C\to D$: $Ca(OH)_2+2HCl\to CaCl_2+2H_2O$. $C\to A$: $Ca(OH)_2+CO_2\to CaCO_3\downarrow+H_2O$ (CO2 vừa đủ). $D\to A$: $CaCl_2+Na_2CO_3\to CaCO_3\downarrow+2NaCl$. Vậy cả năm mũi tên đều là phản ứng có thật, mạng lưới hoàn chỉnh.
5
Mỗi PTHH đều cân bằng đúng số nguyên tử hai vế và đúng loại phản ứng đã học ở Foundation Course 9–10.
6
Có thể thêm chất thứ năm là Ca(NO3)2 bằng mũi tên C + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O, mở rộng mạng lưới thêm một nhánh.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Định lượng theo con đường được chọn

1
Có 100 g dung dịch Ca(OH)2 7,4%. Nếu đi theo đường 2 bước (qua CaCl2 rồi Na2CO3) để thu lại kết tủa CaCO3, cần bao nhiêu gam Na2CO3 nguyên chất và thu được bao nhiêu gam CaCO3?
2
Đường ngắn (qua CO2) không cần thêm hóa chất rắn để cân, nên đề chọn đường dài hơn để luyện tính toán qua hai phản ứng liên tiếp.
3
Theo dõi mol Ca(OH)2 xuyên suốt hai bước, vì tỉ lệ mol Ca(OH)2 : CaCl2 : Na2CO3 : CaCO3 đều là 1:1:1:1.
4
$m(Ca(OH)_2)=100\times7{,}4\%=7{,}4$ g, $n=7{,}4/74=0{,}10$ mol. Bước 1: $Ca(OH)_2+2HCl\to CaCl_2+2H_2O$ , nên $n(CaCl_2)=0{,}10$ mol. Bước 2: $CaCl_2+Na_2CO_3\to CaCO_3\downarrow+2NaCl$ , nên $n(Na_2CO_3)=n(CaCO_3)=0{,}10$ mol. Suy ra $m(Na_2CO_3)=0{,}10\times106=10{,}6$ g và $m(CaCO_3)=0{,}10\times100=10{,}0$ g. Vậy cần 10,6 g Na2CO3 và thu được 10,0 g CaCO3.
$m(Ca(OH)_2)=100\times7{,}4\%=7{,}4$ g, $n=7{,}4/74=0{,}10$ mol. Bước 1: $Ca(OH)_2+2HCl\to CaCl_2+2H_2O$, nên $n(CaCl_2)=0{,}10$ mol. Bước 2: $CaCl_2+Na_2CO_3\to CaCO_3\downarrow+2NaCl$, nên $n(Na_2CO_3)=n(CaCO_3)=0{,}10$ mol. Suy ra $m(Na_2CO_3)=0{,}10\times106=10{,}6$ g và $m(CaCO_3)=0{,}10\times100=10{,}0$ g. Vậy cần 10,6 g Na2CO3 và thu được 10,0 g CaCO3.
5
Đi đường ngắn (C→A trực tiếp) với cùng 0,10 mol Ca(OH)2 cũng cho đúng 10,0 g CaCO3 — hai đường khác số bước nhưng cùng một kết quả cuối, vì cả hai đều bảo toàn nguyên tố Ca.
6
Nếu dung dịch Ca(OH)2 chỉ có 3,7 g Ca(OH)2 (bằng một nửa), mọi khối lượng trong lời giải giảm đúng một nửa.

Luyện tập có hướng dẫn

Tự luyện và challenge checkpoint

Lỗi thường gặp

Đừng vẽ một mũi tên mà không kiểm tra phản ứng có thật; đừng quên so sánh số bước trước khi kết luận đường nào ngắn hơn; đừng nhầm "đường dài hơn" là "đường sai" — cả hai có thể cùng đúng, chỉ khác hiệu quả.

Chốt bài: Em vừa học cách dựng một mạng lưới nhiều chất từ các PTHH đã biết và so sánh các con đường phản ứng khác nhau. Chương sau chuyển sang một kỹ năng khác: thiết kế thí nghiệm để nhận biết các chất khi chưa có nhãn.