Cách giải bài toán quy đổi trong hóa học

Bạn đang xem tài liệu "Phương pháp giải Hóa học - Phương pháp 8: Các dạng quy đổi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Ph­¬ng ph¸p 8 Ph­¬ng ph¸p quy ®æi

1. CƠ SƠ CỦA PHƯƠNG PHÁP
2. Nguyên tắc chung Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trở nên dàng, thuận tiện. Khi áp dụng phương pháp quy đổi phải tuân thủ 2 nguyên tắc sau :
3. Bảo toàn nguyên tố.
4. Bảo toàn số oxi hoá.
5. Các hướng quy đổi và chú ý [l] Một bài toán có thể có nhiều hướng quy đổi khác nhau, trong đó có 3 hướng chính : Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ một chất. Trong trường hợp này thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như ban đầu, ta chuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn [cũng của các nguyên tố đó], thường là hỗn hợp 2 chất, thậm chí là 1 chất duy nhất. Ví dụ, với hỗn hợp các chất gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta có thể chuyển thành các tổ hợp sau : [Fe và FeO], [Fe và Fe3O4], [Fe và Fe2O3], [FeO và Fe3O4], [FeO và Fe2O3], [Fe3O4 và Fe2O3] hoặc FexOy. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng. quy đổi Thông thường ta gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng về bản chất chỉ gồm 2 [hoặc 3] nguyên tố. Do đó, có thể quy đổi thẳng hỗn hợp đầu về hỗn hợp chỉ gồm 2 [hoặc 3] chất là các nguyên tử tương ứng. Ví dụ ; [Fe, FeS, FeS2, Cu, CuS, Cu2S] [Cu, Fe, S]. Khi thực hiện phép quy đổi phải đảm bảo :
6. Số electron nhường, nhận là không đổi [ĐLBT electron].
7. Do sự thay đổi tác nhân oxi hoá ® có sự thay đổi sản phẩm cho phù hợp. OXH2 OXH1 Thông thường ta hay gặp dạng bài sau : Kim loại Hỗn hợp sản phẩm trung gian Sản phẩm cuối
8. O2 Ví dụ : Quá trình OXH hoàn toàn Fe thành Fe3+ [2]
9. HNO3 [1]
10. O2 Fe Fe3+ FexOy Ở đây, vì trạng thái đầu [Fe] và trạng thái cuối [Fe3+] ở hai quá trình là như nhau, ta có thể quy đổi hai tác nhân OXH O2 và HNO3 thành một tác nhân duy nhất là O2
11. HNO3 [2] Do việc quy đổi nên trong một số trường hợp số mol một chất có thể có giá trị âm để tổng số mol mỗi nguyên tố là không đổi [bảo toàn]. [3] Trong quá trình làm bài ta thường kết hợp sử dụng các phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron, kết hợp với việc sơ đồ hoá bài toán để tránh viết phương trình phản ứng, qua đó rút ngắn thời gian làm bài. [4] Phương án quy đổi tốt nhất, có tính khái quát cao nhất là quy đổi thẳng về các nguyên tử tương ứng. Đây là phương án cho lời giải nhanh, gọn và dễ hiểu biểu thị đúng bản chất hoá học. II. CÁC DẠNG BÀI TOÁN THƯỜNG GẶP Ví dụ 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0,56 lít ở đktc NO [là sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị của m là:
12. 2,52 B. 2,22 C. 2,62 D. 2,32 Giải: Sơ đồ hoá bài toán:
13. dung dịch HNO3 [0,56 lít, đktc] Khí NO Dung dịch Fe3+ Fe m gam 3,0 gam Có: nNO = 0,025mol Trong trường hợp này ta có thể quy đổi hỗn hợp ban đầu về các hỗn hợp khác đơn giản gồm hai chất [Fe và Fe2O3; FeO và Fe2O3 ; Fe3O4 và Fe2O3; Fe và FeO; Fe và Fe3O4 ; FeO và Fe3O4 hoăc thậm chí chỉ một chất FexOy ở đây tác giả chỉ trình bày hai phương án tối ưu nhất Phương án 1: Quy đổi hỗn hợp X thành Theo bảo toàn khối lượng: 56x +160y = 3,0 [1] Các quá trình nhường nhận electron: Fe ® Fe3+ +3e N+5 + 3e ® N+2 x 3x 0,075 0,025 Theo bảo toàn electron: 3x = 0,075 x = 0,025 [2] Từ [1] và [2] ; Vậy X gồm Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe: SnFe = nFe + 2 = 0,045 molm =56.0,045= 2,52Đáp án A Phương án 2: Quy đổi hỗn hợp X thành Theo bảo toàn khối lượng: 56x+72y = 3,0 [3] Các quá trình nhường nhận của eletron: Fe0 ® Fe3+ + 3e ; Fe+2 ® Fe3++ 1e ; N+5 + 3e ® N+2 x 3x y y 0,075 0,025 Theo bảo toàn eletron: 3x + y = 0,075 [4] Từ [3] [4] ; Vậy X gồm: Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe: SnFe = nFe +nFeO = 0,045 mol m = 56.0,045 = 2,52 Đáp án A. Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 30,4 gam rắn X gồm cả CuS Cu2S và S bằng HNO3 dư, thoát ra 20,16 lít khí NO duy nhất [đktc] và dung dịch Y. Thêm Ba[OH]2 dư vào Y thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là
14. 81,55. B. 104,20. C. 110,95. D. 115.85. Giải: Qui đổi hỗn hợp X thành Theo bảo toàn khối lượng: 64x+96y= 30,4[5] +2 Khí NO Sơ đồ hoá bài toán: Dung dịch Y 30,4 gam +2 +6 Cu[OH]2 BaSO4 +Ba[OH]2 dư Cu2+ SO42- [20,16 lít , đktc] +5
15. HNO3 dư X m gam Các quá trình nhường nhận electron Cu0 ® Cu2+ + 2e ; CuS ® Cu2+ + S+6 + 8e ; N+5 + 3e ® N+2 x 2x y 8y 2,7 ® 0,9 Theo bảo toàn eletron: 2x +8y = 2,7 [6] Từ [5],[6] X gồm Theo bảo toàn nguyên tố: m = 98.0,3 + 233.0,35 m=110,95 Đáp án C Ví dụ 3: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là
16. 18,60 gam. B. 18,96 gam. C. 19,32 gam. D. 20,40 gam. Giải: Sơ đồ đốt cháy: Tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là: M = 44. 0,3 +18. [0,06. 4 + 0,042]= 18,96 gam Đáp án B @Tương tự có thể quy đổi hỗn hợp X thành [C3H8 và C3H6] hoặc [C3H6 và C3H4] cũng thu được kết quả trên Ví dụ 4: Nung m gam bột Cu trong Oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O. Hoà tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất [đktc]. Giá trị của m là
17. 9,6. B. 14,72. C. 21,12. D. 22,4. Giải: Sơ đồ hoá bài toán Khí SO2 [0,2 mol] Dung dịch Cu2+ Cu Quy đổi hỗn hợp X thành Theo bảo toàn khối lượng: 64x +80y = 24,8 [9] Các quá trình nhường nhận eletron: x= 0,2 [10] Cu ® Cu2+ + 2e ; S+6 + 2e ® S+4 ĐLBT e x 2x 0,4 0,2 Từ [9] và [10] ; Vậy X gồm: Theo bảo toàn nguyên tố đối với Cu : Đáp án D @Tương tự có thể quy đổi hỗn hợp X thành [Cu và Cu2O] hoặc [CuO và Cu2O]
18. Quy đổi nhiều hợp chất về các nguyên tử hoặc đơn chất tương ứng Ví dụ 5: [Làm lại ví dụ 1] Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 [dư], thoát ra 0,56 lít [ở đktc] NO [là sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị của m là
19. 2,52. B. 2,22. C. 2,62. D. 2,32. Giải: Quy đổi hỗn hợp X thành: NO: 0,025 mol Fe3+: x mol O2-: y mol Sơ đồ hoá bài toán: Fe Theo bảo toàn khối lượng: 56x + 16y =3,0 [11] Các quá trình nhường nhận electron: Fe ® Fe+3 + 3e ; O0 + 2e ® O-2 ; N+5 + 3e ® N+2 X 3x y 2y 0,075 0,025 Từ [11] và [12] Vậy X gồm m = 56.0,045 = 2,52 ® Đáp án A. Ví dụ 6: Trộn 5,6 gam bột mắt với 2,4 gam bột lưu huỳnh rồi đun nóng [trong điều kiện không có không khí] thu được hỗn hợp rắn M. Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl thấy giải phóng hỗn hợp khí X và còn lại một phần không tan Y. Để đốt cháy hoàn toàn X và Y cần vừa đủ V lít khí oxi [đktc]. Giá trị của V là
20. 2,8. B. 3,36. C. 4,48. D. 3,08. Giải: Nhận thấy: Hỗn hợp khí X gồm H2S và H2, phần không tan Y là S Hỗn hợp H2 và H2S có thể quy đổi thành H2 và S, như vậy đốt X và Y coi như đốt H2 và S, vì vậy số mol H2 bằng số mol Fe 2H2 + O2 ® 2H2O S + O2 ® SO2 Đáp án A. Ví dụ 7: [Làm lại ví dụ 2] Hoà tan hoàn toàn 30,4 gam rắn X gồm Cu, CuS, Cu2S và S bằng HNO3 dư, thoát ra 20,16 lít khí NO duy nhất [đktc] và dung dịch Y. Thêm Ba[OH]2 dư vào Y thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là
21. 81,55. B. 104,20. C. 110,95. D. 115,85. Giải: Quy đổi hỗn hợp X thành Theo bảo toàn khối lượng: 64x + 32y =30,4 [13] Khí NO Dung dịch Y Sơ đồ hóa bài toán: +6 \ +2 Cu[OH]2 BaSO4 +Ba[OH]2 dư Cu2+ SO42- dư m gam Các quá trình nhường, nhận electron: Cu0 ® Cu+2 + 2e ; S ® S+6 + 6e ; N+5 + 3e ® N+2 x 2x y 6y 2,7 ¬ 0,9 Theo bảo toàn electron: 2x+6y =2,7 [14] Từ [13],[14] X gồm Theo bảo toàn nguyên tố: m = 98.0,3 + 233.0,35 m= 110,95 Đáp án C. Ví dụ 8: [Làm lại ví dụ 3] Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X. tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là
22. l8,60 gam. B. 18,96 gam. C. 19,32 gam. D. 20,40 gam. Quy đổi hỗn hợp X thành nH = 4,24 - 0,3. 12 = 0,64 mol Sơ đồ cháy: Tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là: m= 44. 0,3 + 18. 0,32 = 18,96 gam Đáp án B. Ví dụ 9: [Làm lại ví dụ 4] Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O. Hoà tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất [đktc]. Giá trị của m là A.9,6 B.14,72. C.21,12. D. 22,4. Giải: Quy đổi hỗn hợp X thành Theo bảo toàn khối lượng: 64x + 16y =24,8 [15] SO2 [0,2 mol] Cu2+ O2- Sơ đồ hóa bài toán : m gam 24,8 gam Các quá trình nhường, nhận electron: Cu ® Cu+2 + 2e ; O0 + 2e ® O-2 ; S+6 + 2e ® S+4 x 2x y 2y 0,4 0,2 Theo bảo toàn electron: x – y =0,2 [16] Từ [15],[16] Vậy X gồm m= 64.0,35 =22,4 Đáp án D.
23. Quy đổi một chất thành nhiều chất. Ví dụ 10: Khi đốt cháy hoàn toàn một polime X [tạo thành từ phản ứng đồng trùng hợp giữa buta-1,3-đien và acrilo nitrin] với lượng oxi vừa đủ thấy tạo thành một hỗn hợp khí ở nồng độ áp suất xác định chứa 59,1 % CO2 về thể tính. Tỉ lệ số mol hai loại monome là
24. B. C. D. Giải: Quy đổi polime thành 2 monome ban đầu C4H6 ® 4CO2 + 3H2O x 4x 3x C3H3N ® 3CO2 + 1,5 H2O + 0,5 N2 y 3y 1,5y 0,5y Ta có: Đáp án C
25. Quy đổi tác nhân oxi hóa Ví dụ 11: [Làm lại ví dụ 1] Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 [dư], thoát ra 0,56 lít [đktc] NO [là sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị của m là:
26. 2,52 B. 2,22 C. 2,62 D. 2,32 Giải: Sơ đồ hóa bài toán: NO [0,025 mol] dd Fe3+ dd HNO3 m gam 3,0 gam Thay vai trò oxi hóa của HNO3 bằng [O], ta có: [] [*] m gam 3 gam Ở đây ta đã thay vai trò nhận electron của N+5 bằng O: N+5 + 3e ® N+2 O0 + 2e ® O-2 0,075 0,025 Theo nguyên tắc quy đổi, số electron do N+5 nhận và O0 nhận phải như nhau: 2nO[] = 0,075 nO[] = 0,0375 Theo bảo toàn khối lượng: Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe: nFe = 2 m = 56.0,045 = 2,52 gam Đáp án A. Ví dụ 12: [Làm lại ví dụ 4] Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O. Hoà tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất [đktc]. Giá trị của m là
27. 9,6 B. 14,72. C. 21,12. D. 22,4. Giải: Sơ đồ hóa bài toán: Khí SO2 [0,2 mol] Dung dịch Cu2+ m gam 24,8 gam Thay vai trò oxi hóa của H2SO4 bằng [O]: [] [*] m gam 24,8 gam Ở đây ta thay vai trò nhận electron của S+6 bằng O: S+6 + 2e ® S+4 O0 + 2e ® O-2 0,4 0,2 Theo nguyên tắc quy đổi: nO[] =0,2 mol. Theo bảo toàn khối lượng: mCuO =mX + mO[] = 24,8 + 16.0,2 =28 gam Đáp án D. III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 1 : Để hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 [trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3] cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 1M. Giá trị của V là
28. 0,08. B. 0,16. C. 0,18. D. 0,23. Câu 2 : Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng [dư], thu được 1,344 lít khi NO [sản phẩm khử duy nhất ở đktc] và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan Giá trị của m là
29. 49,09. B. 38,72. C. 35,50. D. 34,36. Câu 3 : Oxi hoá chậm m gam Fe ngoài không khí thu được 12 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 và Fe dư. Hoà tan hoàn toàn X trong HNO3 thu được 2,24 lít NO [chất khử duy nhất, đo ở đktc] . Giá trị m là
30. 7,57. B. 7,75. C. 10,08. D. 10,80. Câu 4 : Đốt cháy 6,72 gam bột Fe trong không khí dư được m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 và Fe dư. Để hoà tan X cần dùng vừa hết 255ml dung dịch chứa HNO3 2M thu được V lít khí NO2 [Sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc]. Giá trị của m, V lần lượt là
31. 8,4 và 3,360. B. 8,4 và 5,712.
32. 10,08 và 3,360. D. 10,08 và 5,712. Câu 5 : Hỗn hợp X gồm Mg, MgS và S. Hoà tan hoàn toàn m gam X trong HNO3 đặc, nóng thu được 2,912 lít khí N2 duy nhất [đktc] và dung dịch Y. Thêm Ba[OH]2 dư vào Y được 46,55 gam kết tủa. Giá trị của m là
33. 4,8. B. 7,2. C. 9,6. D. 12,0. Câu 6 : Cho 18,5 gam hỗn hợp gồm Fe và Fe3O4 vào 200ml HNO3 đun nóng. Sau phản ứng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất [đktc], dung dịch X và còn lại 1,46 gam kim loại chứa tan. Nồng độ mol của dung dịch HNO3 đã dùng là
34. 2,7M. B. 3,2M. C. 3,5M. D. 2,9M. Câu 7 : Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeCl2 , FeCl3 trong H2SO4 đặc nóng, thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất [đktc] và dung dịch Y . Thêm NH3 dư vào Y thu được 32,1 gam kết tủa. Giả trị m là
35. 16,8. B. 17,75. C. 25,675. D. 34,55. Câu 8 : Hoà tan hoàn toàn 34,8 gam một oxit sắt dạng FexOy trong dung dịch H2SO4 đặc nóng. Sau phản ứng thu được 1,68 lít khí SO2 [sản phẩm khử duy nhất đo ở đktc]. Oxit FexOy là
36. FeO. B. Fe3O4 C. FeO hoặc Fe3O4 D. Fe2O3 Câu 9 : Hoà tan hoàn toàn 25,6 gam chất rắn X gồm Fe , FeS, FeS2 và S bằng dung dịch HNO3 dư, đktc ra V lít khí NO duy nhất [đktc] và dung dịch Y . Thêm Ba[OH]2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa. Giá trị của V là
37. 17,92. B. 19,04. C. 24,64. D. 27,58. Câu 10 : Cho hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 , Fe3O4 với số mol bằng nhau. Lấy a gam X cho phản ứng với CO nung nóng sau phản ứng trong bình còn lại 16,8 lít hỗn hợp rắn Y. Hoà tan hoàn toàn Y trong H2SO4 đặc, nóng thu được 3,36 lít khí SO2 duy nhất [đktc]. Giá trị của a và số mol H2SO4 đã phản ứng lần lượt là
38. 19,20 và 0,87. B. 19,20 và 0,51.
39. 18,56 và 0,87. D. 18,56 và 0,51. Câu 11 : Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 27,8 gồm butan, metylxiclopropan, but-2-en, etylaxetilen và đivinyl. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là
40. 34,50 gam. B. 36,66 gam. C. 37,20 gam. D. 39,90 gam. Câu 12 : Hoà tan hoàn toàn 14,52 gam hỗn hợp X gồm NaHCO3 , KHCO3 và MgCO3 trong dung dịch HCl dư, thu được 3,36 lít khí CO2 [đktc]. Khối lượng muối KCl tạo thành trong dung dịch sau phản ứng là
41. 8,94 gam. B. 16, 7 gam. C. 7,92 gam. D. 12,0 gam. Câu 13 : Cho 13,92 gam hỗn hợp X gồm Cu và một oxit sắt vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được 2,688 lít khí NO [sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc]. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 42,72 gam muối khan. Công thức của oxit sắt là
42. FeO. B. Fe3O4 C. Fe2O3 D. Fe3O4 hoặc FeO. Câu 14 : Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 , Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl [dư]. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y ; cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 . Giá trị của m là
43. 4,875 . B. 9,60. C. 9,75. D. 4,80. ĐÁP ÁN 1A 2B 3C 4A 5C 6B 7D 8B 9C 10D 11B 12A 13A 14C