PP QUI ĐỔI NGUYÊN TỬ

Trong các đề thi thường gặp một số bài toán hóa vô cơ phức tạp về hỗn hợp nhiều chất như sắt và các oxit sắt hay muối sắt hoặc đồng với lưu huỳnh… hoặc các hợp chất khó xác định số oxi h

Trong các đề thi thường gặp một số bài toán hóa vô cơ phức tạp về hỗn hợp nhiều chất (như sắt và các oxit sắt hay muối sắt hoặc đồng với lưu huỳnh…) hoặc các hợp chất khó xác định số oxi hóa (như Cu2FeS2, Cu2FeS4…) tác dụng với dung dịch HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng Để giải các bài toán dạng này có nhiều phương pháp, nhưng phương pháp tối ưu nhất và tiết kiệm thời gian nhất có thể nói đến là” phương pháp quy đổi”, nó giúp giảm bớt lượng thời gian đẻ làm bài, từ

đó đem kết quả cao hơn trong mỗi kỳ thi Sau đây là các bước giải và một số dạng thường gặp

I CÁC BƯỚC GIẢI

Bước 1:

Quy đổi hợp chất về các nguyên tố tạo thành hỗn hợp, Đặt ẩn số thích hợp cho

số mol nguyên tử các nguyên tố

Bước 2:

Lập các phương trình dựa vào các Định luật bảo toàn như bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron Lập phương trình dựa vào các dữ kiện khác của bài toán

II CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP

1 Dạng bài tập về sắt và các oxit sắt tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng

Ví dụ 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí, sau một thời gian thu được

m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp này trong dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được 4,2 lít khí SO2 duy nhất (đktc) Giá trị m là:

A 15 g B 15,6 g C 18,2 g D 20 g

Bài giải:

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng:

Fe + O2 → X (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4)

X + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

- Cả quá trình phản ứng:

Chất nhường e là Fe và chất nhận e là O và S+6

Ta có:

2

SO

n = 0,1875mol; nFe = 0,225mol

Gọi số mol oxi trong oxit là x(mol), ta có:

- Chất khử: Fe0 → Fe3+ +3e

0,225mol 3 x 0,225mol

- Chất oxi hóa:

O0 + 2e → O2- S+6 +2e → S+4

x(mol) 2x(mol) 2 x 0,1875 0,1875mol

- Tổng số mol e nhường: 0,675mol

- Tổng số mol e nhận: (2x + 0,375)mol

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI NGUYÊN TỬ TRONG

GIẢI TOÁN HÓA HỌC Tạp chí hóa học và ứng dụng số 18(198) / 2013 NGUYỄN VŨ LÂN

Trường THPT Nguyễn Công Phương, huyện Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Nam

www.Giasunhatrang.edu.vn

Áp dụng định luật bảo toàn e, ta có:

0,675 = 2x + 0,375 → x = 0,15mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

m = mFe + m0 = 12,6 + 0,15 x 16 = 15gam

→ Chọn đáp án A

Ví dụ 2: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm: Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 1,344 lít NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc)

và dung dịch X Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối khan Giá trị của m là:

A 38,72 g B 35,5 g C 49,09 g D 34,36 g

Bài giải:

Xem 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe; FeO; Fe2O3; Fe3O4 là hỗn hợp của x(mol) Fe0 và y(mol) O0

mhỗn hợp = 56x +16y = 11,36 (1)

- Các quá trình oxi hóa – khử:

Fe0 → Fe3+ +3e O0 + 2e → O2-

x 3x y 2y

N+5 + 3e → N+2

0,18 0,06

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

ne = 2y + 0,18 = 3x → 3x – 2y = 0,18 (2)

Giải hệ (1) và (2): x = 0,16 ; y = 0,15

Ta có:

3 3

Fe(NO )

n = nFe = x = 0,16mol

3 3

Fe(NO )

m = 0,16 x 242 = 38,72 gam

→ Chọn đáp án A

Ví dụ 3: Nung hỗn hợp A gồm 2 kim loại Fe x(mol) và Cu 0,15mol trong không

khí một thời gian, thu được 63,2 gam hỗn hợp B gồm 2 kim loại trên và các oxit của chúng Hòa tan hết hỗn hợp B bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc) Giá trị của x là:

A 0,6mol B 0,4mol C 0,5mol D 0,7mol

Bài giải: Hỗn hợp B có thể gồm Cu dư, Fe dư và CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4

Xem B là hỗn hợp của x(mol) Fe0-; 0,15mol Cu0 và y(mol) O0-

mB = 56x + 0,15 x 64 + 16y = 63,2

→ 56x + 16y = 53,6 (1)

Fe0 → Fe+3 + 3e Cu0 → Cu+2 + 2e

x 3x 0,15 0,3

O0 + 2e → O2- S+6 +2e → S+4

y 2y 0,6 0,3

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

ne = 3x + 0,3 = 0,6 + 2y

→ 3x – 2y = 0,3 (2)

Giải hệ (1) và (2): y = 0,9; x = 0,7

→ Chọn đáp án D

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4) với số mol mỗi chất là 0,1mol, hòa tan hết X vào dung dịch Y gồm HCl và H2SO4 loãng dư, thu dung

dịch Z Nhỏ từ từ dung dịch NaNO3 2M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO Thể tích dung dịch NaNO3 2M cần dùng và thể tích khí thoát ra (đktc) là:

A 25ml; 1,12 lít B 0,5 lít; 22,4 lít

C 50ml; 2,24 lít D 50ml; 1,12 lít

Bài giải:

Quy hỗn hợp 0,1mol Fe2O3 và 0,1mol FeO thành 0,1mol Fe3O4

Hỗn hợp X gồm: (Fe3O4 0,2mol; Fe 0,1mol) tác dụng với dung dịch Y

Fe3O4 + 8H+ → Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O

0,2 → 0,2 0,4mol

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2↑

0,1 → 0,1mol

Dung dịch Z : (Fe2+: 0,3mol; Fe3+: 0,4mol) + NaNO3

3Fe2+ +NO3 + 4H+ = 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O

0,3 0,1 0,1mol

VNO = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

3

NaNO

n = nNaNO3= 0,1mol

→ Vdung dịch NO3 = 0,1 : 2 = 0,05 lít (hay 50ml)

→ Chọn đáp án C

2 Dạng bài tập về hỗn hợp muối sắt hoặc đồng với lưu huỳnh

Ví dụ 1: Cho 18,4 gam hỗn hợp X gồm Cu2S, CuS, FeS2 và FeS tác dụng hết với HNO3 đặc nóng dư, thu được V lít khí chỉ có NO2 là sản phẩm khử duy nhất (đktc) và dung dịch Y Cho toàn bộ Y vào một lượng dư dung dịch BaCl2, thu được 46,6 gam kết tủa, còn khi cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch NH3 dư, thu được 10,7 gam kết tủa Giá trị của V là:

A 38,08 lít B 11,2 lít C 24,64 lít D 16,8 lít

Bài giải:

Quy đổi hỗn hợp X thành x(mol) Fe; y(mol) Cu và z(mol) S

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

mx = mCu + mS = 56x +64y + 32z = 18,4 (1)

Ta có sơ đồ bài toán:

X{Fe0, Cu0, S0} + HNO3 → dung dịch Y {Fe3+, Cu2+,

2-4

SO } + khí NO2

Y + BaCl2 → 46,6 gam ↓BaSO4

Y + dung dịch NH3 dư → 10,7 gam ↓Fe(OH)3

Số mol S = số mol BaSO4 = 0,2

Số mol Fe = Fe(OH)3 = 0,1 thế vào (1)

→ Số mol Cu trong hỗn hợp X: y = 0,1

Ta có các quá trình cho nhận e như sau :

Fe0 → Fe+3 + 3e Cu0 → Cu+2 + 2e

0,1 0,3 0,1 0,2

S0 → S+6 +6e

0,2 1,2

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

NO

n = a = 0,2 + 0,3 + 1,2 = 1,7mol

N + 1e → N

a a

→ VNO2là 38,08 lít → Chọn đáp án A

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp A: S, FeS, FeS2 trong HNO3 dư, được 0,48mol NO2 và dung dịch B Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào B, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là:

Bài giải:

Quy đổi hỗn hợp thành x(mol) Fe và y(mol) S

Ta có sơ đồ bài toán:

A {Fe0, S0} + HNO3 → dung dịch B {Fe3+,

2-4

SO } + khí NO2

B + Ba(OH)2 → m gam ↓{BaSO4, Fe(OH)3}

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

56x + 32y = 3,76 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

3x + 6y = 0,48 x 1 (II)

Giải (I) và (II) → x = 0,03; y = 0,065

→ m↓ = 0,065 x 233 + 0,015 x 160 = 17,545 gam

→ Chọn đáp án A

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 6,48 gam hỗn hợp chất rắn X gồm: Cu, CuS, FeS;

FeS2; FeCu2S2; S thì cần 2,52 lít O2 và thấy thoát ra1,568 lít SO2 Mặt khác cho 6,48 gam X tác dụng với dung dịch HNO3 đặc nóng dư, thu được V lít NO2 là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch A Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được m gam kết tủa Biết thể tích các khí đo ở đktc Giá trị của V

và m là:

A 12,316 lít và 24,34 gam

B 13,216 lít và 23,44 gam

C 16,312 lít và 23,34 gam

D 11,216 lít và 24,44 gam

Bài giải:

Quy đổi hỗn hợp X thành x(mol) Cu; y(mol) Fe và z(mol) S

Áp dụng Định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

64x + 56y +32z = 6,48 (1)

Khi đốt cháy:

X + O2 → x(mol) CuO; y/2(mol) Fe2O3; z(mol) SO2

Áp dụng Định luật bảo toàn nguyên tố oxi và lưu huỳnh, ta có:

2

O

n = 1/2 x (x + 3 x y/2 +2z) = 2,52 : 22,4 = 0,1125

→ 2x + 3y +4z = 0,45 (2)

nS = nSO2= z = 1,568 : 22,4 = 0,07 (3)

Giải hệ (1), (2), (3):

x = 0,04; y = 0,03, z = 0,07

- Khi cho X tác dụng với dung dịch HNO3 đặc nóng:

Cu, Fe, S (+HNO3) → dung dịch A [Cu2+ + Fe3+ + S+6(

2-SO )] + NO2↑

NO

n = ne = 2x + 3y + 6z

= 2 x 0,04 + 3 x 6 x 0,07 = 0,59mol

→

2

NO

V = 0,59 x 22,4 = 13,216 lít

Dung dịch A (Cu2+; Fe3+;

2-4

SO ) [+Ba(OH)2]

→ Kết tủa gồm [Cu(OH)2; Fe(OH)3; BaSO4]

→ m = mkết tủa =

2 Cu(OH)

m +

3 Fe(OH)

m +

4 BaSO m

= 0,04 x 98 + 0,03 x 107 + 0,07 x 233 = 23,44 gam

→ Chọn đáp án B

3 Dạng bài tập về xác định công thức của oxit sắt

Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 20,88 gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng, thu được dung dịch X và 3,248 lít SO2 là sản phẩm khử duy nhất (đktc) Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan Giá trị m là:

A 52,2 gam B 48,4 gam C 54,0 gam D 58,0 gam

Bài giải:

Công thức oxit sắt: FexOy

Ta quy đổi như sau:

20,88 gam FexOy ↔ [Fe: a(mol), O: b(mol)]

→ 56a + 16b = 20,88 (I)

Ta xét các quá trình oxi hóa - khử

Fe0 → Fe3+ +3e O0 + 2e → O2-

a 3a b 2b

S+6 +2e → S+4(SO2)

2 x 0,145 0,145

Áp dụng Đinh luật bảo toàn electron, ta có:

3a = 2b + 0,29 (II)

Từ (I) và (II), ta có:

a = b = 0,29mol → oxit sắt là FeO

Ta có: 2FeO ↔ Fe2(SO4)3

0,29mol 0,29/2mol

→ mFe (SO )2 4 3= 0,145 x 400 = 58 gam

→ Chọn đáp án D

4 Dạng bài tập về phản ứng nhiệt nhôm

Cho hỗn hợp A có khối lượng m gam gồm bột Al và oxit FexOy, tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp A trong điều kiện không có không khí được hỗn hợp B Nghiền nhỏ và trộn đều hỗn hợp B rồi chia làm hai phần không bằng nhau

- Phần 1 có khối lượng 14,49 gam được hòa tan hết trong dung dịch HNO3 đun nóng, được dung dịch C và 3,696 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc)

- Phần 2 tác dụng với lượng dư NaOH, đun nóng thấy giải phóng 0,336 lít khí H2

(đktc) và còn lại 2,52 gam chất rắn

Các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m và công thức oxit sắt:

A 12,32 gam và FeO B 13,92 gam và Fe2O3

C 19,32 gam và Fe 3 O 4 D 11,32 gam và Fe2O3

Bài giải:

Xem phần 1 của hỗn hợp B gồm a(mol) Al ; bx(mol) Fe và by(mol) O

- Phần 1: Áp dụng Định luật bảo toàn khối lượng:

mphần 1 = 27a + 56bx + 16by = 14,49 (I)

Áp dụng Định luật bảo toàn electron:

3a + 3bx – 2by = 3 x 0,165 (II)

- Giả sử phần 2 gấp n lần phần 1:

→ Phần 2 gồm: an(mol) Al0; bxn(mol) Fe0 và byn(mol) O0

- Phần 2 của hỗn hợp B tác dụng với dung dịch NaOH có khí H2 bay ra, vậy còn

Al dư và phần chất rắn không tan là Fe

ne = (3a – 2by) x n = 2nH2= 0,015 x 2 (III)

→ mFe = 56bx x n = 2,52 (IV)

Lấy (II) chia cho [(III) + 3/56(IV)] → n = 1/3

Thay n = 1/3 vào (III):

3a – 2by = 0,09 (V)

Giải hệ phương trình (I); (II); (V):

bx = 0,135; by = 0,18; a = 0,15

→ x/y = bx/by = 0,135 : 0,18 = 3/4 → Fe3O4

mhỗn hợp = mphần 1 + mphần 2 = mphần 1 + 1/3 x mphần 1

= 4/3 x mphần 1 = 4/3 x 14,49 = 19,32 gam

→ Chọn đáp án C