Chuyên đề phương pháp quy đổi trong hóa học

PHÂN LOẠI Dạng 1: Quy đổi hỗn hợp gồm nhiều chất bằng hỗn hợp có ít chất hơn Áp dụng cho bài toán hỗn hợp gồm nhiều chất được tạo thành từ một số ít các thành phần hơn, đề bài cho số l

A LÝ THUYẾT

I CƠ SỞ VÀ ĐẶC ĐIỂM

Là phương pháp tư duy giải toán độc đáo, sáng tạo dựa trên những giả định không có thực để biến đổi tương đương các chất và hỗn hợp cho nhau hoặc các quá trình hóa học cho nhau

Chú ý: Phương pháp này nếu các tính toán ra giá trị âm thì vẫn được xem như là một điều bình thường

Ví dụ: ta có hỗn hợp gồm:

0,1 mol Fe

0,1 mol FeO Quy đổi hỗn hợp gồm {Fe: −0,35 mol FeO: 0,15 mol

0,4 mol Fe2O3

0,05 mol Fe3O4

Vì: nFe (vế trái) = 1,15 mol

Và nO (vế trái) = 1,5 mol

Chú ý:

Để giải toán hóa học bằng phương pháp quy đổi cần nắm vững các lí thuyết về các phương pháp bảo toàn (bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron…)

II ÁP DỤNG

Trong bài toán hỗn hợp phức tạp hoặc quá trình phản ứng, quá trình chuyển hóa bên trong phức tạp Chúng ta có thể tiến hành biến đổi phản ứng đó tương đương với một phản ứng khác; biến đổi hỗn hợp đó tương đương với hỗn hợp khác

Chú ý: đối với bài toán phức tạp nên sơ đồ hóa bài toán để nhận thấy trạng thái đầu tiên và trạng thái cuối cùng để có hướng giải quyết bài toán theo cách thích hợp

III PHÂN LOẠI

Dạng 1: Quy đổi hỗn hợp gồm nhiều chất bằng hỗn hợp có ít chất hơn

Áp dụng cho bài toán hỗn hợp gồm nhiều chất được tạo thành từ một số ít các thành phần hơn, đề bài cho số liệu ít hơn so với số ẩn

Một số ví dụ điển hình:

Hợp gồm (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4) Quy đổi→ hỗn hợp (Fe, O)

Hỗn hợp (Fe, FeS, FeS2) Quy đổi→ hỗn hợp (Fe, S)

Ví dụ:

Cho m gam bột Fe tác dụng với O2 một thời gian thì thu được hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4

có khối lượng 12 gam Cho X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, sau phản ứng thu được 2,24 lít NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Giá trị của m là:

A 6,72 gam B 10,08 gam C 5,6gam D 16,8 gam

GIẢI

Fe + O2 12 gam hỗn hợp X (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4) + HNO3 {2,24 lít NOFe(NO3)3

Coi hỗn hợp X gồm Fe và O

Gọi x là số mol Fe và y là số mol O

nNO = 2,24

22,4 = 0,1 mol

Các quá trình oxi hóa – khử xảy ra:

Quá trình nhường electron Quá trình nhận electron

0

Fe

+3

Fe + 3e N+5 + 3e N+2O

X 3x 0,3 mol 0,1 mol

O + 2e O2−

y 2y

Ta có hệ phương trình:

{mhỗn hợpn = mFe+ mO = 56x + 16y = 12 gam

e (cho hoặc nhận) = 3x = 2y + 0,3

 {x = 0,18y = 0,12 => mFe = 0,18.56 = 10,09 gam => Đáp án B

Dạng 2: Quy đổi hỗn hợp gồm ít chất thành hỗn hợp gồm nhiều chất hơn

Áp dụng cho bài toán mà chất chưa biết có cấu tạo phức tạp từ nhiều thành phần đã biết

Quy đổi chất đó bằng hỗn hợp gồm nhiều thành phần cấu tạo

Một số ví dụ điển hình:

Oxit sắt (FexOy) Quy đổi→ hỗn hợp (Fe, O)

Hợp chất của Fe và S (FexSy) Quy đổi→ hỗn hợp (Fe, S)

Polime đồng trùng hợp/đồng trùng ngưng Quy đổi→ hỗn hợp các monome ban đầu

Chú ý: quy đổi sao cho số ẩn bằng với số số liệu mà đề cho

Ví dụ 1:

Hòa tan hoàn toàn 34,8 gam một oxit sắt (FexOy) trong dung dịch H2SO4 đặc nóng, sau phản ứng thu được 1,68 lít khí SO2 (đktc) Oxit đó là:

GIẢI

Cách 1: Dùng phương pháp quy đổi

Coi oxit là hỗn hợp gồm Fe ( x mol) và O (y mol)

(đề bài có 2 số liệu là 34,8 gam và 1,68 lít nên quy đổi thành 2 ẩn là x và y 2 ẩn => 2 số liệu)

Ta có hệ phương trình:

{ mhỗn hợp = 56x + 16y = 34,8 gam

ne = 3x (của Fe nhường)= 2y (của O nhận)+ 2.1,6822,4 (của S nhận) => {

x = 0,45 mol

y = 0,6 mol

 nFe

nO = xy = 0,450,6 = 34=> Oxit sắt cần tìm là Fe3O4 => Đáp án C

Cách 2: Dùng công thức tính nhanh

Áp dụng công thức: mFe = 0,7.mhỗn hợp + 5,6.ne => mFe = 0,7.34,8 + 5,6.1,68

22,4 2 = 25,2 gam

 nFe = 25,2

56 = 0,45 mol

mO = 34,8 – 25,2 = 9,6 gam

 nO = 9,6

16 = 0,6 mol

 nFe

n O = x

y = 0,45

0,6 = 3

4 => Oxit sắt cần tìm là Fe3O4 => Đáp án C

Cách 3:

noxit = ne = 1,68

22,4 2 = 0,15 mol

 Moxit = m

n = 34,8

0,15 = 232 => Oxit sắt cần tìm là Fe3O4 => Đáp án C

Ví dụ 2:

Cho một oxit sắt tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được 2,24 lít khí SO2 ở điều kiện tiêu chuẩn và dung dịch chứa 120 gam muối Oxit đó là:

GIẢI

Cách 1: Quy đổi

Coi oxit là hỗn hợp của Fe (x mol) và O (y mol)

(Fe, O) + H→ Fe2(SO4)3 + SO2 ↑ 2SO4 đặc, to

nmuối = mM = 120400 = 0,3 mol => nFe = 0,3.2 = 0,6 mol (Bảo toàn nguyên tố Fe)

ne = 3.0,6 (Fe nhường)= 2y (O nhận)+ 0,1.2 (S nhận) => y = 0,8 mol

 nFe

nO = xy = 0,60,8 = 34=> Oxit sắt cần tìm là Fe3O4 => Đáp án C

Cách 2: Dùng công thức tính nhanh

nFe = 2nFe2(SO4)3 = 2.120

400 = 0,6 mol

 mFe = 0,6.56 = 33,6 gam

Áp dụng công thức: mFe = 0,7.mhỗn hợp + 5,6.ne

33,6 = 0,7 mhỗn hợp + 5,6.(0,1.2) => mhỗn hợp = 46,4 gam

 mO = 46,4 – 33,6 = 12,8 gam

 nO = 12,8

16 = 0,8 mol

 nFe

nO = xy = 0,60,8 = 34 => Oxit sắt cần tìm là Fe3O4 => Đáp án C

Cách 3:

noxit = ne = 2,24

22,4 2 = 0,2 mol

nFe = 2nFe2(SO4)3 = 2.120

400 = 0,6 mol

Số Fe (trong oxit) =0,6

0,2 = 3 => Oxit sắt cần tìm là Fe3O4 => Đáp án C

Ví dụ 3:

Đốt cháy hoàn toàn một loại cao su buna–N bằng O2 vừa đủ thì thu được hỗn hợp khí gồm 59,1% CO2 về thể tích Tỷ lệ số mắc xích của buta–1,3–đien và acrilonitrin trong loại cao su đã cho là:

GIẢI Hai monome ban đầu là:

 Buta–1,3–đien: CH2=CH–CH=CH2 (C4H6)

 Acrilonitrin: CH2=CH – CN (C3H3N)

Coi cao su buna–N là hỗn hợp gồm C4H6 (x mol) và C3H3N (y mol)

C4H6 + O2 4CO2 + 3H2O

x mol 4x mol 3x mol

C3H3N + O2 3CO2 + 32 H2O + 12 N2

y mol 3x mol 32x mol 12x

Giả sử có 1 mol hỗn hợp Ta có hệ phương trình:

{ %n mhỗn hợp = x + y = 1

CO2 = 4x+3y7x+5y =59,1100 => {x = 0,25 moly = 0,75 mol

 Tỷ lệ mắc xích: x

y = 0,25 0,75 = 1

3 => Đáp án C

Dạng 3: Quy đổi hỗn hợp về chất trung bình

Ví dụ 1:

Cho 15,84 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với H2 đun nóng thì tiêu tốn 0,22 mol Mặt khác cũng lượng hỗn hợp trên tác dụng với H2SO4 đặc nóng dư, sau phản ứng thu được V lít khí SO2 (đktc) Giá trị của V là:

GIẢI

 Hỗn hợp tác dụng H2:

 Oxit + H2 dư t° Kim loại + H2O

(Toàn bộ oxi trong oxit chuyển hết thành oxi trong nước)

 nO = nH2 = 0,22 mol => nFe = 15,84 − 16,022

56 = 0,22 mol

nFe = nO => Coi hỗn hợp ban đầu là FeO (Chất trung bình)

 ne = nFeO = 15,84

72 = 0,22 mol (=nFe) = 2nSO2(SO2 nhận 2e)

 nSO2 = 0,11 mol => VSO2 = 0,11.22,4 = 2,464 lít => Đáp án A

Ví dụ 2:

Hỗn hợp X gồm propan, propen và propin có tỉ khối so với hiđro là 21,2 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X thì tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là:

A 18,6 gam B 18,96 gam C 19,32 gam D 20,4 gam

GIẢI

M = 21,2.2 = 42,2 = 3.12 + H => H = 6,4

Coi hỗn hợp X là 1 chất duy nhất có CTPT là C3H6,4

C3H6,4 t° 3CO2 + 3,2H2O

 m = 0,3.44 + 0,32.18 = 18,96 gam => Đáp án B

Ví dụ 3:

Hòa tan hoàn toàn 14,52 gam hỗn hợp X gồm NaHCO3, KHCO3, MgCO3 bằng dung dịch HCl dư thu được 3,36 lít khí CO2 (đktc) Khối lượng KCl thu được sau phản ứng là:

A 8,94 gam B 16,17 gam C 7,92 gam D 12 gam

GIẢI Phản ứng: CO3 (HCO3−, CO32−) + H

+ CO2 0,15 mol 0,15 mol

X

M = mnhỗn hợp

hỗn hợp = 14,520,15 = 96,8

Áp dụng phương pháp sơ đồ đường chéo:

96,8

nKCl = nKHCO3 = 0,12 => mKCl = 0,12.74,5 = 8,94 gam => Đáp án A

(Bảo toàn nguyên tố K)

Dạng 4: Quy đổi phản ứng

Ví dụ 1:

Nung 8,4 gam sắt trong không khí một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Hòa tan m gam X trong dung dịch HNO3 thì thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) Giá trị của m là:

A 11,2 gam B 10,2 gam C 7,2 gam D 6,9 gam

GIẢI

nNO2 = 2,24

22,4 = 0,1 mol

Fe + O2 (Fe, O) + HNO3 Fe(NO3)3 + 0,1 mol e

+ O2

m = ?

Thay tác nhân phản ứng HNO3 bằng O2 sau phản ứng chỉ thu được Fe2O3

nFe2O3 = 1

2ne = 1

2.8,456 = 0,075 mol

 mFe2O3 = 0,075.160 = 12 gam

Oxi được nhận thêm = 1

2ne = 0,05 mol

 mO = 0,05.16 = 0,8 gam

 m = mFe2O3 – 0,8 = 12 – 0,8 = 11,2 gam => Đáp án A

Ví dụ 2:

Trong một bình kín chứa V lít NH3 và V’ lít O2 nung nóng có chất xúc tác để chuyển hóa thành NO, sau đó lại chuyển thành NO2 Lượng NO2 và O2 còn lại trong bình hấp thu vào nước vừa hết để tạo thành HNO3 Tỉ số V’/V là:

GIẢI

Cách 1: Viết các phương trình phản ứng:

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

2NO + O2 2NO2

4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3

V 14 V

  VO2 = 5

4 V + 1

2 V + 1

4 V = 2V = V’ => V′

V = 21 => Đáp án B

Cách 2: Quy đổi

NH3 + 2O2 HNO3 + H2O

(Toàn bộ N biến hết thành N trong HNO3; toàn bộ O2 biến hết thành O trong HNO3)

Chú ý: Đây là phương pháp quy đổi Thực tế phản ứng trên KHÔNG XẢY RA!

 VO2 = 2VNH3 hay V′

V = 21=> Đáp án B

B BÀI TẬP Câu 1 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 khí 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:

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

Câu 2 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 NO (là sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Giá trị của m là:

A 2,52 B 2,22 C 2,62 D 2,32

Câu 3 Hòa tan hoàn toàn 30,4 gam chất rắn X gồm 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:

Câu 4 Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O

Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) Giá trị của m là:

Câu 5 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:

Câu 6 Trộn 5,6 gam bột Fe với 2,4 gam bột S 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:

A 2,8 B 3,36 C 4,48 D 3,08

Câu 7 Để hòa tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng

số mol Fe2O3) cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 1M Giá trị của V là:

A 0,08 B 0,16 C 0,18 D 0,23

Câu 8 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 khí 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:

Câu 9 Hỗn hợp X gồm Mg, MgS và S Hòa 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:

Câu 10 Đốt cháy 6,72 gam bột Fe trong không khí dư được m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3,

Fe3O4 và Fe dư Để hòa tan X cần dùng vừa hết 255 ml dung dịch chứa HNO3 2M thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Giá trị của m và V lần lượt là:

A 8,4 và 3,36 B 8,4 và 5,712 C 10,08 và 3,36 D 10,08 và 5,712

Câu 11 Để một mẩu sắt ngoài không khí một thời gian bị oxi hóa thành hợp chất X gồm Fe và các

oxit của nó Cho m gam chất rắn trên vào dung dịch HNO3 loãng thu được khí NO duy nhất và dung dịch muối Y Cô cạn Y thu được 48,4 gam chất rắn Khối lượng sắt ban đầu là:

A 11,2 gam B 5,6 gam C 16,8 gam D 8,4 gam

Câu 12 Cho 18,5 gam hỗn hợp gồm Fe và Fe3O4 vào 200 ml 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 chưa tan Nồng độ mol/lít của dung dịch HNO3 đã dùng là:

Câu 13 Hòa 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 Giá trị m là:

Câu 14 Hòa tan hoàn toàn 25,6 gam chất rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằng dung dịch HNO3 dư

thu được V lít khí NO duy nhất ở đktc Thêm Ba(OH)2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa Giá trị của V là:

Câu 15 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 Hòa 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:

A 19,20 và 0,87 B 19,20 và 0,51 C 18,56 và 0,87 D 18,56 và 0,51

Câu 16 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 thì tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là:

A 34,50 gam B 36,66 gam C 37,20 gam D 39,90 gam

Câu 17 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 ở đktc) Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 42,72 gam muối khan Công thức của oxit sắt là:

A FeO. B Fe3O4 C Fe2O3 D Fe3O4 hoặc FeO

Câu 18 Để a gam bột Fe ngoài không khí sau một thời gian chuyển hóa thành hỗn hợp A có khối

lượng 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Cho hỗn hợp A phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc) Giá trị của a là:

A 56. B 11,2 C 22,4 D 25,3

Câu 19 Dẫn một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt

nóng Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được chất rắn B gồm 4 chất cân nặng 4,784 gam Khí đi ra khỏi ống sứ hấp thụ vào dung dịch Ca(OH)2 dư thì thu được 4,6 gam kết tủa Phần trăm khối lượng FeO trong hỗn hợp A là:

A 68,03% B 13,03%. C 31,03% D 68,97%

Câu 20 Để 10,08 gam bột sắt trong không khí sau một thời gian thu được hỗn hợp A có khối

lượng m gam gồm Fe, FeO, Fe3O4 Cho A tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 giải phóng 2,24 lít khí NO duy nhất (ở đktc) Giá trị m là:

Câu 21 Hòa tan hoàn toàn 2,44 gam hỗn hợp bột X gồm FexOy và Cu bằng dung dịch H2SO4 đặc

nóng dư Sau phản ứng thu được 0,504 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) và dung dịch chứa 6,6 gam hỗn hợp muối sunfat Phần trăm khối lượng của Cu trong hỗn hợp X là:

A 39,34% B 65,57% C 26,23%. D 13,11%

Câu 22 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 khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối sunfat Giá trị của m là:

Câu 23 Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl dư Sau khi

phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y Cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 Giá trị của m là:

A 9,75 B 8,75 C 7,80 D 6,50

Câu 24 Nung y mol Fe trong không khí một thời gian thu được 16,08 gam hỗn hợp A gồm 4 chất

rắn (Fe và các oxit Fe) Hòa tan hết lượng hỗn hợp A trên bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu được

672 ml khí NO duy nhất ở đktc và dung dịch muối Giá trị của y là:

A 0,21 B 0,232 C 0,426 D 0,368

Câu 25 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 khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) và dung dịch X Cô cạn dung dịch thu được m gam muối khan Giá trị của m là:

Câu 26 Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng HNO3 đặc nóng thu được 4,48

lít khí NO2 (đktc) Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 145,2 gam muối khan Giá trị của m là:

Câu 27 Hỗn hợp X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4 với số mol mỗi chất là 0,1 mol Hòa tan hết hỗn hợp X 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 ra khí NO Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát ra ở đktc là:

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