Việc hiểu sai bản chất của quá trình phản ứng diễn ra trong một quá trình phản ứng sẽ khiến ta giải sai kết quả bài toán hóa học.. Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết
Trang 1BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC – NHỮNG SAI LẦM TRONG GIẢI TOÁN HÓA
Ngô Xuân Quỳnh Trường THPT Nam Sách II – Hải Dương
Hóa học là một môn khoa học, nó đòi hỏi sự chính xác và đúng bản chất Việc hiểu sai bản chất của quá trình phản ứng diễn ra trong một quá trình phản ứng sẽ khiến ta giải sai kết quả bài toán hóa học
Trong quá trình giảng dạy hóa học của nước ta hiện nay, chưa có sự thống nhất về kiến thức, có những kiến thức ở cấp bậc này thì đúng, nhưng khi nên cấp bậc cao hơn lại trở thành sai
Ví dụ: muối FeCl3 ở lớp 8, 9, 10 thì không làm đổi màu quỳ tím, nhưng khi học xong chương về điện
li ở hóa học 11 thì nó lại có khả năng làm cho quỳ tím hóa đỏ
Hoặc khi cho hỗn hợp Fe và Fe2O3 vào dung dịch axit HCl Với các em học sinh cấp 2, lớp 10 và lớp
11 thì đều cho rằng quá trình phản ứng của nó diễn ra đồng thời Nhưng khi hết phần dãy điện hóa trong chương trình hóa học 12 thì nó lại không diễn ra đồng thời mà theo một thứ tự
Ban đầu là Fe2O3 + 6H+
2Fe3+ + 3H2O, sau đó thì Fe + 2Fe3+
3Fe2+ nếu như mà hết Fe3+
thì mới có phản ứng Fe + 2H+
Fe2+ + H2
Vì thế việc giúp các em học sinh hiểu rõ các bản chất xảy ra trong quá trình tìm hiểu kiến thức và chọn lựa các bài tập phù hợp với lượng kiến thức của các em học sinh rất là quan trọng
(Và có một vấn đề cần đặt ra, là ta có nên thống nhất lượng kiến thức ở giữa các cấp bậc hay không?)
Trong file tài liệu: “NHỮNG SAI LẦM GẶP PHẢI TRONG GIẢI TOÁN VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI” mà tôi đã gửi tới quý báo cách đây mấy tháng (tôi xin đính kèm lại trong bài
viết này) Có một vấn đề mà tôi nhận được hồi âm của một em sinh viên tên là Phương – người Hưng Yên -khoa hóa – trường Đại học sư phạm Hà Nội – K57 Em có đưa ra về vấn đề về phương pháp bài toán:
Bài toán: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe2O3 và Fe3O4 trong HCl dư, sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl2 Hỏi số gam FeCl3 thu được là bao nhiêu?
1) Cách quy đổi 01: Quy đổi hỗn hợp X về: FeO và Fe3O4
Ta có:
2
2 2
y
FeO FeCl
Fe O FeCl FeCl
Gọi x và y lần lượt là số mol của FeO và Fe3O4 => ta có: 72x + 232y = 11,2 gam (*)
Mặt khác ta có: n FeCl2 = 0,1 mol (2*) x y
Từ (*) và (2*) => 0,075 3 2.0,025.(56 35,5.3) 8,125
m
gam
2) Cách quy đổi 02 : Quy đổi hỗn hợp X về : FeO và Fe2O3
Ta có
2
2 2
FeO FeCl
Gọi x và y lần lượt là số mol của FeO và Fe2O3 => ta có 72x + 160y = 11,2 gam (*)
Mặt khác n FeCl2 = 0,1 mol (2*) x
Trang 2Từ (*) và (2*) => y = 0,025 mol => m FeCl3 2.0,025.(56 35,5.3) 8,125 gam
3) Cách quy đổi 03: Quy đổi hỗn hợp X về: Fe3O4 và Fe2O3
Ta có
2
2
2 2
x
Fe O FeCl FeCl
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe3O4 và Fe2O3 => ta có 232x + 160y = 11,2 gam (*)
Mặt khác n FeCl2 = 0,1 mol (2*) x
Từ (*) và (2*) => y = -0,075 mol =>
FeCl
n x y = 0,1.2 + 2.(-0,075) = 0,05mol=> m FeCl3 8,125 gam
4) Cách quy đổi 04 : Quy đổi về FexOy
FexOy => (3x-2y)FeCl2 + (2y-2x)FeCl3
(56 16 ) 11,2
x y
Fe O
x
Vậy : Fe6O7 + 14HCl => 4FeCl2 + 2FeCl3 + 7H2O
Ta có n FeCl2 0,1 mol => n FeCl2 0,05mol => m FeCl3 8,125 gam
5) Cách quy đổi 05: Quy đổi hỗn hợp X về: Fe và Fe2O3
2
2 2
Fe FeCl
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe2O3 => ta có 56x + 160y = 11,2 gam
Ta có n FeCl2 0,1 mol x => y = 0,035 mol => m FeCl3 2.0,035.162,5 11,375 gam 8,125 gam
6) Cách quy đổi 06 : Quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe3O4
2
2 2
y
Fe FeCl
Fe O FeCl FeCl
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe3O4 => 56x + 232y = 11,2 gam (*)
Mặt khác n FeCl2 x y 0,1 mol (2*)
3
7
44 2. .(56 35,5.3) 10,341 8,125
220
FeCl
m
gam
Tại sao ở hai phương án quy đổi về : Fe và Fe 2 O 3 và Fe và Fe 3 O 4 lại có kết quả sai như vậy ?
Liệu chúng ta có sai lầm nào trong quá trình giải với hai cách quy đổi này hay không?
Ta chú ý về vị trí của các cặp oxi hóa – khử trong dãy điện hóa của các kim loại:
Trang 32 2
2
Ta căn cứ vào ý nghĩa của dãy điện hóa (hóa học 12), cặp chất nào càng ở xa nhau thì khả năng xảy ra phản ứng sẽ mạnh
Vậy thì khi đó giữa hai phản ứng :
2 2 2
và 2Fe3 Fe 3Fe2
thì phản ứng nào sẽ xảy ra đầu tiên?
Phản ứng: 2Fe3 Fe 3Fe2
sẽ xảy ra đầu tiên và sau khi hết Fe3+ thì mới có phản ứng
Fe + 2H+ => Fe2+ + H2
Nhận xét;
+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 thì khi có khí H 2 thoát ra, dd thu được chỉ gồm có Fe 2+ + Thứ tự phản ứng: Oxit sắt + axit; Sắt (III) + Sắt; Sắt + axit (chỉ xét với dd axit HCl và H 2 SO 4 loãng)
Khi đó bài toán trên với hai trường hợp quy đổi trên ta sẽ tính toán như sau:
5”) Cách quy đổi 05:
Quy đổi hỗn hợp X về: Fe và Fe2O3
2 3
HCl
y
Do có sự hình thành Fe3+ nên Fe phản ứng hết
Fe3+ dư
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe2O3
=> ta có 56x + 160y = 11,2 gam
2
FeCl
n 0,1 mol => x =
3
0,1 mol => y =
120
7 mol
=> 3 2 0,1 .162,5 8,125
120 3
FeCl
7
6”) Cách quy đổi 06 :
Quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe3O4
2
y
Do có sự hình thành Fe3+ nên Fe phản ứng hết Fe3+ dư Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe3O4
=> ta có 56x + 232y = 11,2 gam (*)
Ta có nFeCl2 0,1 mol => 3x + y = 0,1 mol (2*)
Từ (*) và (2*) => 0,01875
0,04375
3 2 2 162,5 8,125
FeCl
Ngoài ra chúng ta còn có thể quy đổi về hỗn hợp chỉ chứa Fe và O.
Gọi a và b lần lượt là số mol của Fe và O => 56a + 16b = 11,2 (*)
Khi đó để thu được FeCl2 và FeCl3 thì:
2
2
2 3
(1)
(3) (2)
2
FeCl
n 0,1 mol => Fe/(1) 0, 2 /(1) 0,1 /(2) 0,1 Fe/(1) 3 0,1
Theo định luật bảo toàn electron ta có : 0,2 + 3.(a – 0,1) = 2b <=> 3a – 2b = 0,1 (2*)
Từ (*) và (2*) = ta có a = 0,15 mol và b = 0,175 mol
=> n FeCl3 0,15 0,1 = 0,05mol=> m FeCl3 8,125 gam
Trong quá trình này, không có quá trình thay đổi số oxi hóa của H+ : 2H+ + 2e => H2
Vì ở đây có sự hình thành của muối sắt (III) Muốn có khí H2 thì ở đây không có muối sắt (III)
Trang 4Theo em Phương thì bài toán của tôi đưa ra cách giải với sự quy đổi hỗn hợp về chỉ có Fe và O là sai
Ở đây, em Phương cho rằng phải có sự tham gia sự thay đổi số oxi hóa của H+ là :
2
2H 2e H
Vậy theo các bạn thì ý kiến của em Phương là như thế nào ? Em Phương đúng hay là tôi đưa ra cách làm đúng Rất mong nhận được sự trao đổi của các bạn đồng nghiệp trong cả nước
Và một nữa vấn đề hiểu sai bản chất của quá trình phản ứng lại được thể hiện trong một số sách tham
khảo Ví dụ như bài toán: Hỗn hợp X gồm (Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO) với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hòa tan hết vào dung dịch Y gồm (HCl và H2SO4 loãng) dư thu được dung dịch Z Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát
ra ở đktc thuộc phương án nào?
A 25 ml; 1,12 lít B 0,5 lít; 22,4 lít C 50 ml; 2,24 lít D 50 ml; 1,12 lít
<Trích bài 2 – trang 179 – Cuốn “Phương pháp giải nhanh các bài toán hóa học trọng tâm” của tác giả: ThS Nguyễn Khoa Thị Phương – Xuất bản năm 2008>
Với lời giải của tác giả
Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4
Hỗn hợp X gồm: (Fe3O4 0,2 mol; Fe 0,1 mol) tác dụng với dung dịch Y
Fe3O4 + 8H+ Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 0,2 0,2 0,4 mol
Fe + 2H+ Fe2+ + H2
0,1 0,1 mol Dung dịch Z: (Fe2+: 0,3 mol; Fe3+: 0,4 mol) + Cu(NO3)2:
3Fe2+ + NO3 + 4H+ 3Fe3+ + NO + 2H2O 0,3 0,1 0,1 mol
3
1
2
0,05
1
lít (hay 50 ml) (Đáp án C)
Phương pháp mà tác giả đưa ra ở trên theo tôi là sai Cái sai của tác giả ở đây là do tác giả đã quên
mất về vị trí của cặp oxi hóa – khử: 2 32
2
2
Với vị trí của các cặp oxi hóa – khử như vậy thì theo các bạn giữa hai phản ứng :
2 2 2
và 2Fe3 Fe 3Fe2
Phản ứng nào sẽ xảy ra trước ?
Trang 5Với vị trí của các cặp oxi hóa – khử như trên thì phản ứng: 2Fe3 Fe 3Fe2 sẽ xảy ra đầu tiên
và sau khi hết Fe3+ thì mới có phản ứng Fe + 2H+ => Fe2+ + H2
Bài toán này được giải lại như sau: Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4 Hỗn hợp X gồm: (Fe3O4 0,2 mol; Fe 0,1 mol) tác dụng với dung dịch Y
Fe3O4 + 8H+ Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 0,2 0,2 0,4 mol
Fe + 2Fe3++ 3Fe2+
Ban đầu 0,1 0,4
Sau p.ứng 0 0,2 0,3 mol
Dung dịch Z: (Fe2+: 0,5 mol; Fe3+: 0,2 mol) + Cu(NO3)2:
3Fe2+ + NO3 + 4H+ 3Fe3+ + NO + 2H2O 0,5 0,5/3 0,5/3 mol
3
1
2
1
lít (hay 83 ml)
Chú ý: Thứ tự phản ứng của hỗn hợp chứa các oxit sắt và sắt khi phản ứng với dung dịch axit HCl hoặc
H2SO4 loãng: Oxit sắt + axit sau đó tới Sắt (III) + Sắt cuối cùng là Sắt + axit
MỘT SỐ BÀI TẬP TƯƠNG TỰ Bài 1: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong lượng dư dung dịch HCl 1M, thu được 0,224 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Đáp số: m = 22,4 g
Bài 2: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa đủ trong 600ml dung dịch HCl aM, thu được V lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn Xác định giá trị V và a Đáp số: V = 2,24 lít và a = 1M
Bài 3: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa đủ trong V ml dung dịch HCl 1M, thu được 2,24 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa
và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị V và m Đáp số: V = 600 ml và m = 24 gam
Bài 4: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa đủ trong V ml dung dịch H2SO4
1M, thu được 2,24 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m g chất rắn Xác định giá trị V và m Đáp số: V = 300 ml và m = 24 gam
Bài 5: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong 300 ml dung dịch H2SO4 1M, thu được 2,24 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa
và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Trang 6Đáp số: 93,9 gam
Bài 6: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong 200 ml hỗn hợp Y gồm: H2SO4
1M và HCl 0,1M, thu được 2,24 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Đáp số: 63,4 gam
Bài 7: (Trích ví dụ 01 – Trang 38 – 16 phương pháp và kĩ thuật giải nhanh – Tác giả: Phạm Ngọc Bằng)
Hòa tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe2O3 vào dung dịch HCl dư, sau phản ứng thu được dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Lọc kết tủa, rửa sạch và đem nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn Y Giá trị m
Trên cơ sở đó ta có thể phát triển thành một số dạng bài tập khác tương tự có độ phức tạp hơn như:
Bài 8: Hòa tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe2O3 vào dung dịch HCl dư, sau phản ứng thu được dung dịch D và V lít khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Lọc kết tủa, rửa sạch và đem nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn Y Giá trị m và V là
Khi đọc bài này, làm tôi nhớ tới một câu nói mà tôi đã được biết:
“Làm bác sĩ nếu sai thì chỉ gây tử vong một người Nhưng nếu làm giáo dục mà sai thì
sẽ làm hỏng cả một thế hệ”.
“Nguyên lý một nhà giáo dục là phải biết chịu thua trẻ em, để rồi sau đó tìm cách thắng lại, mà phải làm sao để thắng được cái lý của chúng, chứ không phải thắng cái lý của mình”