Bài học

Đọc bảng số liệu và đồ thị phản ứng

Em sẽ làm được gì?

Từ một bảng số liệu hoặc đồ thị thể tích khí theo thời gian, em sẽ tập đọc ra xu hướng, nhận ra điểm phản ứng dừng (plateau) và điểm gãy (kink), rồi chuyển thông tin đó thành phép tính mol — đây là kỹ năng mở đầu của mọi bài toán "cho số liệu thí nghiệm" ở mức HSG.

Cần nhớ trước

Em cần nắm chắc $n=\dfrac{V}{24{,}79}$ (khí, đkc 25°C/1 bar), phản ứng kim loại + acid, và khái niệm tốc độ phản ứng (Hóa 8: phản ứng nhanh dần rồi chậm dần khi chất phản ứng cạn). Quy ước cả khóa: đkc 25°C, 1 bar, $V_m=24{,}79$ L/mol.

Em cần nắm chắc $n=\dfrac{V}{24{,}79}$ (khí, đkc 25°C/1 bar), phản ứng kim loại + acid, và khái niệm tốc độ phản ứng (Hóa 8: phản ứng nhanh dần rồi chậm dần khi chất phản ứng cạn). *Quy ước cả khóa: đkc 25°C, 1 bar, $V_m=24{,}79$ L/mol.*

Đề HSG ngày càng hiếm khi cho thẳng "thu được V lít khí" — thay vào đó nó cho một bảng số liệu đo theo thời gian rồi bắt em tự tìm ra lúc nào phản ứng kết thúc. Đây không phải bài toán mới, mà là bài toán quen thuộc giấu sau một lớp đọc-hiểu dữ liệu. Benchmark chuẩn lớp 9: "Cho 3,25 g Zn vào dung dịch HCl dư, tính V khí (đkc)" — cho thẳng số liệu, tính một bước. Bài HSG hôm nay: cho bảng đo khí theo thời gian, em phải tự nhận ra số liệu nào là "số liệu cuối cùng" thì mới tính đúng — rõ ràng khó hơn vì phải qua bước đọc-hiểu trước khi tính.

Đề HSG ngày càng hiếm khi cho thẳng "thu được V lít khí" — thay vào đó nó cho **một bảng số liệu đo theo thời gian** rồi bắt em tự tìm ra lúc nào phản ứng kết thúc. Đây không phải bài toán mới, mà là bài toán quen thuộc **giấu sau một lớp đọc-hiểu dữ liệu**. Benchmark chuẩn lớp 9: "Cho 3,25 g Zn vào dung dịch HCl dư, tính V khí (đkc)" — cho thẳng số liệu, tính một bước. Bài HSG hôm nay: cho **bảng đo khí theo thời gian**, em phải tự nhận ra số liệu nào là "số liệu cuối cùng" thì mới tính đúng — rõ ràng khó hơn vì phải qua bước đọc-hiểu trước khi tính.

Ba điều cần đọc trong một đồ thị hóa học

Một đồ thị đại lượng (khí, khối lượng, kết tủa…) theo thời gian hoặc theo lượng chất thêm vào luôn kể một câu chuyện qua ba dấu hiệu:

Xu hướng — đường đi lên (chất đang sinh ra), đi xuống (chất đang mất đi), hay nằm ngang (không đổi).
Điểm dừng / đường nằm ngang cuối (plateau) — giá trị không đổi dù thời gian trôi thêm hoặc thêm chất thêm vào, nghĩa là phản ứng đã kết thúc vì một chất đã hết.
Điểm gãy (kink) — chỗ độ dốc đổi đột ngột, thường đánh dấu một chất trong hỗn hợp đã phản ứng hết, phản ứng tiếp theo mới bắt đầu hoặc tốc độ đổi khác.

Một đồ thị đại lượng (khí, khối lượng, kết tủa…) theo thời gian hoặc theo lượng chất thêm vào luôn kể một câu chuyện qua ba dấu hiệu: 1. **Xu hướng** — đường đi lên (chất đang sinh ra), đi xuống (chất đang mất đi), hay nằm ngang (không đổi). 2. **Điểm dừng / đường nằm ngang cuối (plateau)** — giá trị không đổi dù thời gian trôi thêm hoặc thêm chất thêm vào, nghĩa là **phản ứng đã kết thúc** vì một chất đã hết. 3. **Điểm gãy (kink)** — chỗ độ dốc đổi đột ngột, thường đánh dấu **một chất trong hỗn hợp đã phản ứng hết**, phản ứng tiếp theo mới bắt đầu hoặc tốc độ đổi khác.

Luôn đọc đủ bốn bước — bỏ qua bước tìm plateau là nguyên nhân phổ biến nhất của đáp số sai.

Bẫy thường gặp

Bẫy thường gặp: lấy nhầm số liệu ở một thời điểm giữa chừng (khi phản ứng chưa xong) để tính "tổng lượng chất đã phản ứng". Chỉ số liệu tại plateau (hoặc tại điểm gãy, tùy câu hỏi) mới phản ánh đúng tổng lượng.

Worked examples

Ví dụ

Ví dụ 1 — Đọc plateau để tính nồng độ acid

1
Cho một lượng kẽm dư vào 50 mL dung dịch HCl, đo thể tích khí $H_2$ (đkc) theo thời gian:

t (phút) 0 1 2 3 4 5
$V_{H_2}$ (mL) 0 620 992 1240 1240 1240

Tính nồng độ mol của dung dịch HCl ban đầu.
Cho một lượng kẽm **dư** vào 50 mL dung dịch HCl, đo thể tích khí $H_2$ (đkc) theo thời gian: | t (phút) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |---|---|---|---|---|---|---| | $V_{H_2}$ (mL) | 0 | 620 | 992 | 1240 | 1240 | 1240 | Tính nồng độ mol của dung dịch HCl ban đầu.
2
Từ $t=3$ phút trở đi, $V_{H_2}$ không đổi ở 1240 mL ⇒ đây là plateau. Vì kẽm dư, phản ứng dừng lại do HCl đã phản ứng hết — plateau phản ánh đúng tổng lượng khí sinh ra từ toàn bộ lượng HCl ban đầu.
Từ $t=3$ phút trở đi, $V_{H_2}$ không đổi ở 1240 mL ⇒ đây là **plateau**. Vì kẽm **dư**, phản ứng dừng lại do **HCl đã phản ứng hết** — plateau phản ánh đúng tổng lượng khí sinh ra từ toàn bộ lượng HCl ban đầu.
3
$n_{H_2} = \dfrac{1{,}240}{24{,}79} \approx 0{,}05$ mol.
$n_{H_2} = \dfrac{1{,}240}{24{,}79} \approx 0{,}05$ mol.
4
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ . Vì HCl phản ứng hết nên $n_{HCl\ ban\ đầu} = 2 n_{H_2} = 0{,}1$ mol.
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$. Vì HCl phản ứng hết nên $n_{HCl\ ban\ đầu} = 2 n_{H_2} = 0{,}1$ mol.
5
$C_{M}(HCl) = \dfrac{0{,}1}{0{,}05} = 2$ M. Chìa khóa của bài: nhận ra vì kẽm dư nên plateau = HCl hết, không phải kẽm hết — đọc sai vai trò "chất dư" sẽ suy luận sai chiều.
$C_{M}(HCl) = \dfrac{0{,}1}{0{,}05} = 2$ M. Chìa khóa của bài: nhận ra *vì kẽm dư nên plateau = HCl hết*, không phải kẽm hết — đọc sai vai trò "chất dư" sẽ suy luận sai chiều.

t (phút)	0	1	2	3	4	5
$V_{H_2}$ (mL)	0	620	992	1240	1240	1240

Ví dụ

Ví dụ 2 — Đồ thị hai đoạn dốc của hỗn hợp hai kim loại

1
Hỗn hợp Mg và Fe (tổng khối lượng $m$ gam) tác dụng với dung dịch HCl dư. Đo $V_{H_2}$ (đkc) theo thời gian:

t (phút) 0 1 2 3 4 5
$V_{H_2}$ (mL) 0 495,8 800 1100 1239,5 1239,5

Biết đoạn $t=0\to1$ dốc hơn hẳn các đoạn sau (ứng với Mg phản ứng, hoạt động mạnh hơn Fe) và tại $t=1$ có một điểm gãy đánh dấu Mg đã phản ứng hết. Tính khối lượng mỗi kim loại và phần trăm khối lượng Mg trong hỗn hợp.
Hỗn hợp Mg và Fe (tổng khối lượng $m$ gam) tác dụng với dung dịch HCl **dư**. Đo $V_{H_2}$ (đkc) theo thời gian: | t (phút) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |---|---|---|---|---|---|---| | $V_{H_2}$ (mL) | 0 | 495,8 | 800 | 1100 | 1239,5 | 1239,5 | Biết đoạn $t=0\to1$ dốc hơn hẳn các đoạn sau (ứng với Mg phản ứng, hoạt động mạnh hơn Fe) và tại $t=1$ có một **điểm gãy** đánh dấu Mg đã phản ứng hết. Tính khối lượng mỗi kim loại và phần trăm khối lượng Mg trong hỗn hợp.
2
Tại điểm gãy, toàn bộ Mg đã phản ứng hết (Mg hoạt động mạnh hơn Fe nên phản ứng trước và nhanh hơn). $n_{H_2}$ do Mg sinh ra $=\dfrac{495{,}8}{24{,}79}=0{,}02$ mol $\Rightarrow n_{Mg}=n_{H_2}=0{,}02$ mol (vì $Mg+2HCl\rightarrow MgCl_2+H_2$ , tỉ lệ 1:1) $\Rightarrow m_{Mg}=0{,}02\times24=0{,}48$ g.
Tại điểm gãy, toàn bộ Mg đã phản ứng hết (Mg hoạt động mạnh hơn Fe nên phản ứng trước và nhanh hơn). $n_{H_2}$ do Mg sinh ra $=\dfrac{495{,}8}{24{,}79}=0{,}02$ mol $\Rightarrow n_{Mg}=n_{H_2}=0{,}02$ mol (vì $Mg+2HCl\rightarrow MgCl_2+H_2$, tỉ lệ 1:1) $\Rightarrow m_{Mg}=0{,}02\times24=0{,}48$ g.
3
Từ $t=4$ , $V_{H_2}$ không đổi ở 1239,5 mL ⇒ đây là tổng khí của cả hai kim loại vì HCl dư nên cả Mg và Fe phản ứng hết. $n_{H_2\ tổng}=\dfrac{1239{,}5}{24{,}79}=0{,}05$ mol.
Từ $t=4$, $V_{H_2}$ không đổi ở 1239,5 mL ⇒ đây là tổng khí của **cả hai** kim loại vì HCl dư nên cả Mg và Fe phản ứng hết. $n_{H_2\ tổng}=\dfrac{1239{,}5}{24{,}79}=0{,}05$ mol.
4
$n_{H_2}$ do Fe sinh ra $=0{,}05-0{,}02=0{,}03$ mol $\Rightarrow n_{Fe}=0{,}03$ mol ( $Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2$ , tỉ lệ 1:1) $\Rightarrow m_{Fe}=0{,}03\times56=1{,}68$ g.
$n_{H_2}$ do Fe sinh ra $=0{,}05-0{,}02=0{,}03$ mol $\Rightarrow n_{Fe}=0{,}03$ mol ($Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2$, tỉ lệ 1:1) $\Rightarrow m_{Fe}=0{,}03\times56=1{,}68$ g.
5
Tổng khối lượng $m=0{,}48+1{,}68=2{,}16$ g. $\%m_{Mg}=\dfrac{0{,}48}{2{,}16}\times100\%\approx22{,}2\%$ . Mấu chốt là tách plateau thành hai phần dựa vào điểm gãy — bỏ qua điểm gãy sẽ chỉ tính được tổng, không tách được thành phần.
Tổng khối lượng $m=0{,}48+1{,}68=2{,}16$ g. $\%m_{Mg}=\dfrac{0{,}48}{2{,}16}\times100\%\approx22{,}2\%$. Mấu chốt là **tách plateau thành hai phần** dựa vào điểm gãy — bỏ qua điểm gãy sẽ chỉ tính được tổng, không tách được thành phần.

t (phút)	0	1	2	3	4	5
$V_{H_2}$ (mL)	0	495,8	800	1100	1239,5	1239,5

Luyện phản xạ

Sai lầm thường gặp

Trước khi đọc bất kỳ con số nào, hãy tự hỏi "chất nào dư, chất nào hết?" — đây là câu hỏi quyết định con số ở plateau đại diện cho cái gì. Nhầm vai trò dư/hết là lỗi gốc rễ của phần lớn đáp số sai trong dạng bài này.

Ghi nhớ

Đọc đồ thị hóa học theo đúng bốn bước — xu hướng, plateau, điểm gãy, rồi mới đổi ra mol. Luôn xác định trước chất nào dư/hết để biết plateau đại diện cho đại lượng nào; với hỗn hợp, điểm gãy là chìa khóa tách riêng từng thành phần.

Không phải đồ thị nào cũng chỉ có "tăng rồi dừng". Bài tiếp theo xét một dạng đồ thị phức tạp và rất hay gặp trong đề HSG Hóa 9: đồ thị khi nhỏ từ từ một dung dịch vào dung dịch khác, có đoạn nằm ngang lúc đầu không sinh khí rồi mới dốc lên — đọc sai thứ tự nhỏ vào sẽ đọc sai toàn bộ đồ thị.