phương pháp quy đổi trong hóa học, hay và mới

CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP Phương pháp quy đổi là một phương pháp rất hay trong giải toán hóa học , nhờ nó mà đôi khi một bài toán rất khó lại trở lên rất đơn giản .Để hiểu được phương pháp

PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI- PHẦN 1

I CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP Phương pháp quy đổi là một phương pháp rất hay trong giải toán hóa học , nhờ nó mà đôi khi

một bài toán rất khó lại trở lên rất đơn giản Để hiểu được phương pháp này các em lưu ý một số điểm sau :

Khi quy đổi một hỗn hợp nhiều chất ( thường hỗn hợp có từ 3 chất trở lên nhưng số lượng nguyên tố ít hơn số lượng chất )

Ví dụ 1: Thường gặp là hỗn hợp X gồm: Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3 số chất là 4 , số nguyên tố là 2( Fe và O ) nên để bài toán đơn giản ta thường quy đổi hỗn hợp X thành hỗn hợp gồm 2 chất hoặc 3 chất như ( Fe và O ) ; (Fe và Fe2O3) ; (Fe và Fe3O4); (FeO và Fe2O3) ; (Fe3O4 và Fe2O3) hoặc hỗn hợp gồm 3 chất như ( Fe , FeO , Fe2O3 ) … Việc quy đổi thành hỗn hợp mới là gì thì tùy theo cấu trúc bài bài cho nhưng một điều tất nhiên là ta sẽ quy đổi thành hỗn hợp mới sao cho việc giải toán trở lên đơn giản nhất Trong hợp này tất nhiên việc quy đổi 4 chất thành 3 chất sẽ không hay bằng quy đổi thành 2 chất

Ví dụ 2:Hỗn hợp X gồm ( Fe, FeS , FeS2 , S) ta có thể quy đổi thành hỗn hợp gồm ( Fe và S ) ; (Fe và FeS ) ; …

Kết luận : Vậy có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kỳ cặp chất nào, thậm chí quy đổi về một chất

Tuy nhiên ta nên chọn cặp chất nào đơn giản có ít phản ứng oxi hoá khử nhất, để đơn giản trong việc tính toán

 Khi áp dụng phương pháp quy đổi chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng của hỗn hợp và các sản phẩm được tạo thành

Ví dụ : 11,36 gam ( Fe , FeO ,Fe3O4 , Fe2O3) + HCl -> FeCl2 + FeCl3 + H2(0,1 mol) + H2O Nếu ta quy đổi hỗn hợp thành (Fe và O ) thì:

11,36 gam (Fe và O ) + HCl -> FeCl2 + FeCl3 + H2(0,1 mol) + H2O

Nếu chúng ta hiểu là do quy đổi thành Fe nên phản ứng chi tạo muối FeCl2 không có muối FeCl3

là sai !

 Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số âm ( như số mol âm,

khối lượng âm …) đó là do sự bù trừ khối lượng của các chất trong hỗn hợp, trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường và kết quả cuối cùng vẫn thoả mãn

 Phương pháp quy đổi mặc dù được coi là phương pháp rất hay dùng để giải quyết một số bài

toán liên quan đến Fe và hợp chất của Fe … Tuy nhiên nếu chỉ áp dụng phương pháp quy đổi thì

ta không thể giải toán nên khi áp dụng phương pháp quy đổi ta cần phải kết hợp với các phương pháp khác như :

+Định luật bảo toàn khối lượng

+Định luật bảo toàn khối lượng

+Định luật bảo toàn electron

+Định luật trung hòa điện tích

+Công thức tính nhanh :

Đối với bài tập về Fe và hợp chất của Fe chúng ta thường dùng công thức

Hỗn hợp X ( Fe và oxit sắt ) + HNO3 hoặc H2SO4 đặc -> Muối Fe3+ + sản phẩm khử + H2O

=> mFe(X) = 0,7mX + 56.ne với ne = số e trao đổi n sản phẩm khử

Ví dụ 1: Hỗn hợp X ( Fe và oxit sắt ) + HNO3 -> Muối Fe3+ + NO + H2O

Số oxi hóa của N giảm 3 ( từ N+5 trong HNO3 giảm xuống N+2 trong NO)

=> mFe(X) = 0,7mX + 56.3.nNO

Ví dụ 2: Hỗn hợp X ( Fe và oxit sắt ) + HNO3 -> Muối Fe3+ + NO2 + H2O

Số oxi hóa của N giảm 1 ( từ N+5 trong HNO3 giảm xuống N+4 trong NO2)

=> mFe(X) = 0,7mX + 56.1.nNO2

Ví dụ 3: Hỗn hợp X ( Fe và oxit sắt ) + H2SO4 -> Muối Fe3+ + SO2 + H2O

Số oxi hóa của S giảm 2 ( từ S+6 trong H2SO4 giảm xuống S+4 trong SO2)

=> mFe(X) = 0,7mX + 56.2.nSO2

II BÀI TẬP MINH HỌA Bài 1: Cho m gam X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 vào 400 ml dung dịch HCl 2M , sau phản ứng thu được 2,24l H2 (đktc), dung dịc Y, và 2,8 gam Fe không tan Giá trị m là

A.30,0 B.31,6 C.27,2 D.24,4

Giải

nHCl = 0,4.2 =0,8(mol) ; nH2 = 2,24/22,4 =0,1(mol)

Cách 1: Dùng phương pháp quy đổi Do sau phản ứng có Fe dư ( 2,8 gam ) nên sau phản ứng chỉ

có muối FeCl2 Do đó để cho bài toán đơn giân ta quy đổi hỗn hợp ban đầu thành (Fe và FeO ): Các phản ứng :

Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2

0,1mol < -0,2 mol < - 0,1(mol)

=> nHCl phản ứng với FeO = 0,8-0,2 =0,6(mol)

FeO + 2HCl -> FeCl2 + H2 O

0,3mol < - 0,6 mol

=> m = mFe dư + mFe phản ứng + mFeO = 2,8 + 0,1.56 + 0,3.72 = 30(gam)

=> Đáp án A

Chú ý chúng ta có thể tính nhanh không cần viết phương trình nếu sử dụng định luật bảo toàn electron và định luật bảo toàn nguyên tố

Theo bảo toàn e ta có : nFe pư = nH2 = 0,1 mol

Theo bảo toàn nguyên tố H => 2nH2O = nHCl - 2nH2 = 0,8 -2.0,1 =0,6 => nH2O = 0,3(mol)

=> Theo bảo toàn nguyên tố O => nFeO = nH2O = 0,3(mol)

=> m = mFe dư + mFe phản ứng + mFeO = 2,8 + 0,1.56 + 0,3.72 = 30(gam)

=> Đáp án A

Cách 2: Dùng phương pháp quy đổi kết với với định luật bảo toàn nguyên tố , Định luật bảo toàn nguyên tố , Định luật bảo toàn electron Do sau phản ứng có Fe dư ( 2,8 gam ) nên sau

phản ứng chỉ có muối FeCl2 Do đó để cho bài toán đơn giân ta quy đổi hỗn hợp ban đầu thành (Fe và O):

Bài trên chúng ta có thể còn nhiều cách quy đổi , các em hãy thử làm các cách khác để xem thế nào nhé!

trên em cũng có thể giải ra bằng phương pháp bảo toàn khối lượng nhé!

Bài 2: Chia m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 làm hai phần bằng nhau Phần một, tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ, thu được dung dịch chứa 24,15 gam chất tan, đồng thời thấy thoát ra V lít H2 Hoà tan phần hai bằng dung dịch HNO3 loãng dư, thu được dung dịch chứa 39,93 gam muối và 1,5V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Biết các thể tích đo ở điều kiện tiêu chuẩn Giá trị của m và V lần lượt là

A 25,20 và 1,008 B 24,24 và 0,672

C 24,24 và 1,008 D 25,20 và 0,672

Giải : Đối với bài toán này chúng ta dùng phương pháp quy đổi hỗn hợp đã cho thành ( Fe và O ) và kết

hợp với các phương pháp khác như : Định luật bảo toàn nguyên tố , Định luật bảo toàn

electron

+ Đặt V lít <=> a mol Vậy 1,5V lít <=> 1,5a mol

+Ta chỉ xét 1/2 hỗn hợp X Ta có sơ đồ phản ứng

=> Đáp án B

Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 34,8 gam hỗn hợp X ( Gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3) cần tối thiểu Vml dung dịch H2SO4 25 % (d=1,2 g/ml), sau phản ứng thu được hỗn hợp hai muối có số mol bằng nhau Giá trị của V là

A.300 B.216 C.196 D.240

Giải

Nếu chúng ta để ý đối với bài này chỉ tạo ra hai muối FeSO4 và Fe2(SO4)3 và Fe3O4 = FeO +

Fe2O3 Chính vì vậy ta quy đổi Fe3O4 thành FeO và Fe2O3 Vậy hỗn hợp X chỉ gồm (FeO và Fe2O3

)

Theo bài ra ta đặt : nFeSO4 = nFe2(SO4)3 = a (mol)

Ta có :

FeO + H2SO4 -> FeSO4 + H2O

a mol < - a mol < - a mol

Fe2O3 + 3H2SO4 -> Fe2(SO4)3 + 3 H2O

a mol < - 3a mol < - a mol

Ta có : mX = mFeO + mFe2O3 =72a + 160a =34,8 => a = 0,15(mol)

=> nH2SO4 = a +3a =4a = 4.0,15 =0,6(mol) => mH2SO4 = 0,6.98 =58,8(gam)

=> m dung dịch H2SO4 = 58,8.100/25 =235,2(gam )

Áp dụng công thức tính khối lượng riêng cho dung dịch ta có : d =m/V ( d là khối lượng riêng của dung dịch , m là khối lượng dung dịch , V là thể tích dung dịch )

=> V =235,2/1,2 =196(ml)

=> Đáp án C

Bài này chúng ta cũng có thể không cần viết phương trình vẫn tính được số mol H2SO4 theo định luật bảo toàn nguyên tố

Theo định luật bảo toàn nguyên tố Fe => nFeO = nFeSO4 và nFe2O3 = nFe2(SO4)3 Theo bài ra ta lại

có :nFeSO4=nFe2(SO4)3

=> nFeO =nFe2O3 => nFeO =nFe2O3 = 34,8/(72+160) =0,15(mol)

Bảo toàn nguyên tố S => nH2SO4 = nFeSO4 + 3nFe2(SO4)3 =0,15+3.0,15 =0,6(mol)

Bài 4: Cho 26 gam hỗn hợp rắn A gồm Ca, MgO, Na 2O tác dụng hết với V ml dung dịch HCl 1M (vừa đủ) thu được dung dịch A trong đó có 23,4 gam NaCl Giá trị của V là

A 1200 B 1080 C 720 D 900.

Giải

Nếu chúng ta để ý kĩ một chút sẽ thấy Ca =MgO =40 Do đó ta quy đổi MgO thành Ca Vậy hỗn

hợp A chỉ gồm Na2O và Ca

+nNaCl = 23,4/58,5 = 0,4(mol) => Bảo toàn nguyên tố Na => 2nNa2O = nNaCl =0,4 => nNa2O

=0,2(mol) => mCa = 26-mNa2O =26-0,2.62 =13,6(gam)

=> nCa = 13,6 /40 =0,34(mol)

Na2O + 2HCl -> 2NaCl + H2O

0,2 mol > 0,4 mol

Ca + 2 HCl -> CaCl2 + H2

0,34 mol -> 0,68 mol

=> nHCl = 0,4 + 0,68 =1,08(mol)

=> V = 1,08/1 =1,08 lít = 1080 ml => Đáp án B

Ta cũng có thể tính HCl bằng phương pháp bảo toàn nguyên tố :

Bảo toàn nguyên tố Ca => nCaCl2 = nCa =0,34(mol)

Bảo toàn nguyên tố Cl => nHCl = nNaCl + 2nCaCl2 = 0,4 + 2.0,34 =1,08(mol)

Bài 5: Đốt cháy hoàn toàn một hỗn hợp X (glucozơ, fructozơ, metanal và etanoic) cần 3,36 lít O2

(điều kiện chuẩn) Dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư, sau phản ứng hoàn toàn thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:

A 10,0 B 12,0 C 15,0 D 20,5

Giải : glucozơ : C6H12O6 -> (CH2O)6

fructozơ : CH O > (CHO)

etanoic : C2H4O2 -> (CH2O)2

Dễ thấy tất cả các chất trên đều có công thức đơn giản nhất là CH2O Do vậy ta dùng phương pháp quy đổi , quy đổi hỗn hợp thành 1 chất duy nhất là CH2O

+nO2 pư = 3.36/22,4 =0,15(mol)

Phản ứng đốt cháy CH2O : CH2O + O2 -> CO2 + H2O

0,15(mol) -> 0,15(mol)

CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O

0,15(mol) -> 0,15(mol)

=> mCaCO3 = 0,15.100 = 15(gam) => Đáp án C

Hoặc không viết phương trình có thể tính CaCO3 bằng cách bảo toàn nguyên tố C => nCaCO3

= nCO2 =0,15(mol)

Bài 6:Đốt cháy hoàn toàn 29,6 gam hỗn hợp X gồm CH3COOH, CxHyCOOH và (COOH)2 thu được 0,8 mol H2O và m gam CO2 Cũng 29,6 gam X tác dụng với lượng dư NaHCO3 thu được 0,5 mol CO2 Giá trị của m là

A 44 B 22 C 11 D 33.

Giải : Nhận xét : Rất dễ thấy 3 chất này đều có chung nhóm chức -COOH Hơn nữa X tác dụng với NaHCO3 thực chất là phản ứng của nhóm -COOH Do đó ta quy đổi hỗn hợp trên thành

( COOH ; còn C và H trong gốc hidrocacbon như CH3 - ; CxHy ta quy thành C và H ).Vậy X là

( C , H , COOH) Kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố , Bảo toàn khối lượng

Phản ứng của nhóm -COOH với NaHCO3

-COOH + NaHCO3 -> -COONa + CO2 + H2O

Từ phản ứng => nCOOH = nCO2 = 0,5(mol)

Sơ đồ phản ứng :

=> Đáp án A

Bài 7: Nung m gam bột sắt trong oxi thu đựơc 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hoà tan hết hỗn hợp X

trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0,56 lít NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Giá trị m là:

A 2.52 gam B 1.96 gam C 3.36 gam D 2.10 gam

Giải

Fe + O2 -> Chất rắn X => Việc xác định thành phần chất rắn X là rất khó mà lại không cần thiết .Nhưng chắc chắn chất rắn X sẽ chứa 2 nguyên tố Fe và O Vậy ta quy đổi chất rắn X thành (Fe

và O ) và sử dụng phương pháp bảo toàn e ta sẽ giảdduwwocj bài này

=> Đáp án A

Đối với dạng toán : Hỗn hợp X ( Fe và oxit sắt ) + HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc -> Muối Fe 3+ + sản phẩm khử + H 2 O

Trên thực tế khi làm trắc nghiệm để giải ra kết quả nhanh nhất chúng ta thường dùng công thức tính nhanh mFe =0, 7.m hh + 5,6n e

=> mFe = 0,7.3+56.3.0,025 =2,52 (gam)

Thế nên trong chuyên đề phương pháp quy đổi này thầy không đề cập nhiều đến dạng toán này

vì thầy sẽ dành riêng một chuyên đề "Công thức giải nhanh cho bài tập về Fe và hợp chất của chúng "

+Đối với bài này các em có thể tự quy đổi thành ( Fe và FeO ) ; (Fe và Fe2O3) ; (FeO và Fe2O3) rồi giải thử nhé các em Mục đích để rèn luyện kĩ năng về phương pháp này thôi !

Chú ý : Nếu gặp dạng toán như trên các em có thể giải hệ sau :

Bài 8 :Đốt 24 gam hỗn hợp X gồm Fe và Cu trong không khí thu được m gam hỗn hợp chất rắn

Y gồm Fe, Cu, CuO, Fe3O4 Cho hỗn hợp Y vào dd H2SO4 đặc, nóng thu được 6,72 lít SO2 (đktc)

và dd có chứa 72 gam muối sunfat Giá trị của m là

A 25,6 B 28,8 C 27,2 D 26,4

Giải

Ta quy đổi hỗn hợp Y thành ( Fe , Cu ,O) và áp dụng định luật bảo toàn e + Định luật bảo toàn nguyên tố

Bài 9 :Hoà tan hết m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeS , FeS2, và S bằng HNO3 nóng dư thu được 9,072 lít khí màu nâu duy nhất (đktc, sản phẩm khư duy nhất ) và dung dịch Y Chia dung dịch Y thành 2 phần bằng nhau

-Phần 1 cho tác dụng với dung dịch BaCl2 dư thu được 5,825 gam kết tủa trắng

-Phần 2 tan trong dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Z, nung Z trong không khí đến khối lượng không đổi được a gam chất rắn.Giá trị của m và a lần lượt là:

A 5,52 gam và 2,8 gam B 3,56 gam và 1,4 gam

C 2,32 gam và 1,4 gam D 3,56 gam và 2,8 gam

Giải

+Ta quy đổi hỗn hợp X thành (Fe và S) kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố +

Phương pháp bảo toàn e

+Khí màu nâu là NO2 => nNO2 = 9,072/22,4 =0,405(mol)

+Kết tủa trắng là BaSO4 => nBaSO4 = 5,825/233 =0,025(mol)

Sơ đồ phản ứng :

=> Đáp án B

Bài 10 :Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch chứa đồng thời Na2CO3

0,5M, KOH 0,25M và NaOH 0,5M thu được dung dịch X Cho dung dịch BaCl2 dư vào dung dịch X, sau phản ứng thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

A 19,70 B 11,82 C 29,55 D 9,85

Giải : +nCO2 = 4,48/22,4 =0,2(mol)

+nNa2CO3 = 0,2.0,5 =0,1(mol)

+nKOH =0,25.0,2 =0,05(mol)

+nNaOH =0,2.0,5 =0,1(mol)

Giải giải bài này ta dùng phương pháp quy đổi Ta quy đổi Na2CO3 thành NaOH và CO2 như sau :

Na2CO3 -> 2 NaOH +CO2 ( đây là phương trình không có thật , nó dùng để quy đổi Na2CO3

thành NaOH và CO2 thôi)

0,1 mol -> 0,2 mol - -> 0,1 mol

=> Tổng số mol CO2 = nCO2( ban đầu ) + nCO2( quy đổi ) =0,2+0,1 =0,3(mol)

và Tổng số mol OH- = nNaOH(quy đổi ) + nNaOH ( ban đầu ) + nKOH = 0,2+0,1+0,05 =0,35(mol)

Sau khi quy đổi ta sẽ dùng công thức tính nhanh cho dạng toán CO2 + OH

-=> Đáp án D

Bản quyền bài viết thuộc về http://hoctothoa.com