Tài liều dành cho mọi đối tượng hóa học, kiến thức mới, phương pháp mới. Nâng cao tư duy cho người học hóa. Tài liệu được biên soạn kĩ càng
Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học DÙNG TRỤC OXI HÓA ðỂ GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC Gv: Chu Anh Tuấn – Trường THPT Số Nghĩa Hành (ðăng tạp chí Hóa học ứng dụng số 16/2015) I THỰC TRẠNG CỦA VẤN ðỀ Hóa học 12 THPT, ñối với toán trắc nghiệm sắt hợp chất sắt tác dụng với chất khử CO, H2, Al hay chất oxi hóa HNO3, H2SO4 ñặc, nóng yêu cầu tìm khối lượng muối, thể tích khí, nồng ñộ dung dịch Trong trình giải ña số học sinh thường sử dụng phương trình phản ứng, trình phản ứng, bán phản ứng kết hợp với kiện toán cho ñể lập phương trình hay lập hệ phương trình sau ñó biện luận suy kết Với phương pháp ñó tồn thường phát sinh như: giải dài dòng, phương trình trình thường nhiều ñó phải biện luận theo ñiều kiện toán ñể chọn nghiệm theo yêu cầu toán, dẫn ñến kết thường sai gây ức chế cho người học, không tạo ñược hứng thú khả tư học sinh ðể tạo hứng thú học tập khả tư kỹ ñể giải nhanh tập trắc nghiệm khách quan ta sử dụng trục oxi hóa biễu diễn mối liên hệ biến ñổi số oxi hóa nguyên tố phương pháp bảo toàn mol electron, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng Với cách giải giúp ta có kết xác nhất, thời gian làm ñược rút ngắn Chính ñể ñạt ñược hiệu cao trình dạy học, ñã ñưa vấn ñề vào nghiên cứu II GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Yêu cầu kiến thức - Hệ thống lại kiến thức có liên quan ñến toán sắt hợp chất sắt tác dụng với chất khử CO, H2, Al hay chất oxi hóa khư HNO3, H2SO4 ñặc, nóng Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học - Biết cách biểu diễn thay ñổi số oxi hóa nguyên tố thành trục oxi hóa tương tự trục tọa ñộ (Ox) toán học - Chuẩn bị kiến thức phản ứng oxi hóa – khử, phương pháp bảo toàn mol electron, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng - Sử dụng trục oxi hóa cần lưu ý số nội dung sau: + Mức oxi hóa thấp: mức oxi hóa thấp nhất, hay mức oxi hóa thấp nguyên tố chất hay nhiều nhiều nguyên tố chất có (kí hiệu min) + Mức oxi hóa tối ña: mức oxi hóa cao nguyên tố chất hay nhiều nguyên tố chất có (kí hiệu max) + Mức oxi hóa trung gian: mức oxi hóa nằm khoảng mức oxi hóa thấp mức oxi hóa tối ña nguyên tố chất hay nhiều nguyên tố chất có (kí hiệu T.g) + Biết cách biểu diễn trục oxi hóa trường hợp cụ thể ñể áp dụng cho bào toán cho phù hợp Dạng 1: Các chất ban ñầu trạng thái mức oxi hóa cực ñại (Fe3+, Cu2+, Zn2+ ) tác dụng với chất khử (CO, H2, Al) sản phẩm thu ñược tác dụng với HNO3 hay H2SO4 ñặc, nóng, dư sử dụng hình a = 2n CO(pu) +2n H2 +3n Al (1) Các công thức sử dụng: b = n NO2 +3n NO + 8n N2O + 10n N2 + 2n SO2 + 8n H2S (2) nCO ( pu ) = nCO2 Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học ðại lượng coi Dạng 2: Các chất ban ñầu trạng thái mức oxi hóa trung gian (Fe2+, Cu+ ) tác dụng với chất khử (CO, H2, Al) sản phẩm thu ñược tác dụng với HNO3 hay H2SO4 ñặc, nóng, dư sử dụng hình Các công thức sử dụng: a = 2n CO(pu) +2n H2 +3n Al (1)(n COpu =n CO2 ) b = n NO2 +3n NO + 8n N2O + 10n N2 + 2n SO2 + 8n H2S (2) c = 3n Al + 3n Fe + 2n Cu (3)(mol e cho) hay c = n +3n + 8n + 10n + 2n + 8n (4)(mol e thu) NO NO N2O N2 SO2 H 2S ðại lượng coi ðối với số tập học sinh cần phải xây dựng thêm giả thiết phụ, ẩn phụ ñể giải ví dụ cho a, yêu cầu tính b chưa có c lúc cần phải xác ñịnh ẩn c sau ñó hoàn thành yêu cầu ñề (ví dụ câu 1, dạng phần tập vận dụng) Hay tìm số mol kim loại Al, Fe, Cu ñể xác ñịnh tổng số mol electron cho (c) sau ñó tiếp tục áp dụng công thức ñể tính toán Một số tập áp dụng Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học Dạng 1: Các chất ban ñầu trạng thái mức oxi hóa cực ñại (Fe3+, Cu2+, Zn2+ ) tác dụng với chất khử (CO, H2, Al) sản phẩm thu ñược tác dụng với HNO3 hay H2SO4 ñặc, nóng, dư sử dụng hình Ví dụ Cho m gam Fe2O3 tác dụng với 2,24 lít khí CO (ñktc) thu ñược m1 gam hỗn hợp X gồm chất Cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 ñặc nóng, dư thu ñược V lít khí NO2 (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (1) a = 2n CO = 2.0,1 = 0, 2mol ⇒ a=b=0,2mol ⇒ V=4,48lít b = n NO2 Ví dụ Cho m gam Fe2O3 tác dụng với khí CO (ñktc) thu ñược m1 gam hỗn hợp X gồm chất khí Y Dẫn khí Y qua dung dịch nước vôi có dư thu ñược 15 gam kết tủa Lấy hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 có dư thu ñược V lít khí NO (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (1) a = 2n CO2 = 2.0,15 = 0, 3mol ⇒ a=b=0,3mol ⇒ V=0,3/3 22,4 = 2,24 lít (D) b = 3n NO Ví dụ Cho m gam Fe2O3, CuO, ZnO, Al2O3 tác dụng với 5,6 lít khí CO (ñktc) thu ñược m1 gam hỗn hợp X Cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 ñặc nóng, dư thu ñược V lít khí NO (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 1,344 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (1) a = 2n CO = 2.0, 25 = 0, 5mol ⇒ a=b=0,3mol ⇒ V=0,5/3 22,4 = 1,344 lít (B) b = 3n NO Ví dụ Cho m gam Fe2O3 tác dụng với V lít khí CO (ñktc) thu ñược m1 gam hỗn hợp X gồm chất Cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 ñặc nóng, dư thu ñược 4, 48 lít khí NO2 (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành C 1,12 lít D 2,24 lít Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (1) a = 2n CO ⇒ a=b=0,2mol ⇒ V=2,24lít (D) b = n NO2 = 0, 2mol Ví dụ Cho m gam Fe2O3, CuO, ZnO, Al2O3 tác dụng với 5,6 lít khí CO 1,68 lít H2 (ñktc) thu ñược m1 gam hỗn hợp X Cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 ñặc nóng, dư thu ñược V lít hỗn hợp khí NO N2 theo tỉ lệ mol 1:1 (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 1,344 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (1) a = 2n CO + 2nH = 2.0, 25 + 2.0, 075 = 0, 65mol ⇒ x=0,05mol ⇒ V=2,24lít (C) b = 3n NO + 10nN2 = 0, 65mol nNO = nN2 = x Dạng 2: Các chất ban ñầu trạng thái mức oxi hóa trung gian (Fe2+, Cu+ ) tác dụng với chất khử (CO, H2, Al) sản phẩm thu ñược tác dụng với HNO3 hay H2SO4 ñặc, nóng, dư sử dụng hình Ví dụ Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với 2,24 lít khí CO (ñktc) thu ñược hỗn hợp Y gồm chất Mặt khác cho m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 ñặc nóng, dư thu ñược 2,24 lít khí NO2 (ñktc) Nếu cho hỗn hợp Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược V lít NO (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (2) a = 2n CO(pu) = 2.0,1 = 0, 2mol b = n NO2 = 0,1mol c = 3n NO ⇒ c=a+b=0,2+0,1=0,3 ⇒ VNO=0,3/3.22,4 = 2,24 lít (D) Ví dụ Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, Zn, ZnO, CuO, Cu tác dụng với 3,36 lít khí CO (ñktc) thu ñược hỗn hợp Y gồm chất Mặt khác cho m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch H2SO4 ñặc Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học nóng, dư thu ñược 3,36 lít khí SO2 (ñktc) Nếu cho hỗn hợp Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược V lít NO (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (2) a = 2n CO(pu) = 2.0,13 = 0,3mol b = 2n SO2 = 2.0,16 = 0,3mol c = 3n NO ⇒ c=a+b=0,3+0,3=0,6 ⇒ VNO=0,6/3.22,4 = 4,48 lít (A) Ví dụ Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, Zn, ZnO, CuO, Cu tác dụng với V lít khí CO H2 (ñktc) thu ñược hỗn hợp Y gồm chất Mặt khác cho m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch H2SO4 ñặc nóng, dư thu ñược 3,36 lít khí SO2 (ñktc) Nếu cho hỗn hợp Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược 4,48 lít NO (ñktc) Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (2) a = 2n CO + 2n H = 2(n CO +n H2 ) b = 2n SO2 = 2.0,16 = 0,3mol c = 3n NO =3.0,2=0,6mol ⇒ c=a+b ⇒ a = c - b =0,6-0,3=0,3 ⇒ VNO+VH2 = 22,4.(0,3/2) = 3,36 lít (D) Ví dụ Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, Zn, ZnO, CuO, Cu tác dụng với 3,36 lít khí CO H2 (ñktc) thu ñược hỗn hợp Y gồm chất Mặt khác cho m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch H2SO4 ñặc nóng, dư thu ñược 3,36 lít khí SO2 (ñktc) Nếu cho hỗn hợp Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược V lít hỗn hợp NO N2O (ñktc) có tỉ lệ mol 1:1 Giá trị V A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Hướng dẫn: Áp dụng công thức ứng với hình vẽ (2) Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học a = 2(n CO +n H2 )= 2.0,15=0,3 mol b = 2n SO2 = 2.0,125 = 0, 25mol c = 3n NO + 8n N2O = a + b=0,55mol n = n N 2O = x NO ⇒ V=22,4.2x=22,4.2.0,05=2,24lít (D) Một số tập vận dụng Dạng 1: Các chất ban ñầu trạng thái mức oxi hóa cực ñại (Fe3+, Cu2+, Zn2+ ) tác dụng với chất khử (CO, H2, Al) sản phẩm thu ñược tác dụng với HNO3 hay H2SO4 ñặc, nóng, dư sử dụng hình Câu Cho luồng khí CO ñi qua ống sứ ñựng 16 gam Fe2O3 nung nóng Sau thời gian thu ñược hỗn hợp X gồm chất rắn Cho X tác dụng với H2SO4 ñặc nóng, dư thu ñược dung dịch Y Khối lượng muối khan dung dịch Y là: A 48 gam B 40 gam C 32 gam D 20 gam Câu Cho luồng CO ñi qua ống sứ ñựng m gam Fe2O3 nung nóng Sau thời gian thu ñược 13,92 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 Fe2O3 Hoà tan hết X HNO3 ñặc nóng ñược 5,824 lít NO2 (ñkc) Giá trị m là: A 18,08 gam B 16,0 gam C 11,84 gam D 9,76 gam Câu (ðề thi thử ðH KHTN) Trộn 0,54 g bột Al với Fe2O3 CuO, tiến hành phản ứng nhiệt nhôm ñiều kiện không khí, thu ñược hỗn hợp chất rắn X Hòa tan X dung dịch HNO3 thu ñược 0,896 lít hỗn hợp khí Y gồm NO2 NO ñktc Tỷ khối hỗn hợp Y so với H2 là: A 21 B 23 C 19 D 17 Câu Trộn m gam bột Al với Fe2O3 nung nóng ñiều kiện không khí thời gian ñược hỗn hợp rắn X gồm Fe2O3, Fe3O4, FeO, Fe, Al2O3 Al dư Hòa tan hoàn toàn X dd HNO3 ñặc, nóng ñược 6,72 lít khí NO2 (ñkc) Giá trị m là: A 2,7g B 4,05g Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành C 8,1g D 5,4g Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học Câu Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, CuO, MgO, Al2O3, ZnO FeO vào dung dịch HNO3 ñặc, nóng thu ñược 3,36 lít NO2 (ñktc) Mặt khác nung m gam hỗn hợp X với khí CO dư thu ñược chất rắn Y hỗn hợp khí Z Cho Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu ñược 15 gam kết tủa Cho chất rắn Y vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược V lít khí NO (sản phẩm khử nhất, ñktc) Giá trị V là: A 4,48 lít B 3,36 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Câu (ðề thi thử ðH Vinh) Dẫn luồng khí CO ñi qua hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3, Al2O3 ZnO ñun nóng, sau thời gian thu ñược chất rắn X hỗn hợp khí Y Cho Y lội chậm qua bình ñựng dung dịch Ba(OH)2 dư, kết thúc phản ứng thu ñược 49,25gam kết tủa Cho toàn X phản ứng với lượng dư dung dịch H2SO4 ñặc nóng, kết thúc phản ứng thu ñược V lít khí SO2 (sản phẩm khử nhất, ñktc) Giá trị V A 6,72 B 4,48 C 3,36 D 5,60 Dạng 2: Các chất ban ñầu trạng thái mức oxi hóa trung gian (Fe2+, Cu+ ) tác dụng với chất khử (CO, H2, Al) sản phẩm thu ñược tác dụng với HNO3 hay H2SO4 ñặc, nóng, dư sử dụng hình Câu ðể khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3) cần 0,05 mol H2 Mặt khác hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y dung dịch H2SO4 ñặc thu ñược thể tích khí SO2 (sản phẩm khử nhất) ñiều kiện tiêu chuẩn là: A 224ml B 448ml C 336ml D 112ml Câu ðể khử hoàn toàn 8,64 g hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 cần 0,05 mol CO Mặt khác hòa tan hoàn toàn hỗn hợp dung dịch HNO3 loãng dư thu ñược V lít NO (sản phẩm khử nhất, ñktc) Giá trị V A 2,688 B 2,389 C 4,704 D 3,316 Câu Hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 Fe3O4 Cho khí CO qua m gam X nung nóng, sau thời gian thu ñược hỗn hợp chất rắn Y hỗn hợp khí Z Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học Cho toàn Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư, ñến phản ứng hoàn toàn, thu ñược gam kết tủa Mặt khác, hòa tan hoàn toàn Y dung dịch H2SO4 ñặc, nóng (dư), thu ñược 1,008 lít khí SO2 (ñktc, sản phẩm khử nhất) dung dịch chứa 18 gam muối Giá trị m A 6,80 B 13,52 C 7,12 D 5,68 Câu Thổi luồng khí CO qua hỗn hợp Fe Fe2O3 nung nóng thu ñược khí B chất rắn D Cho B qua nước vôi dư thấy tạo gam kết tủa Hoà tan D H2SO4 ñặc nóng dư thấy tạo 0,18 mol khí SO2 24 gam muối Phần trăm số mol Fe Fe2O3 hỗn hợp ban ñầu A 45%; 55% B 80%; 20% C 75%; 25% D 66,67%; 33,33% Câu (ðề thi thử ðH Vinh) Cho nước ñi qua than nóng ñỏ thu ñược 0,8mol hỗn hợp khí X gồm CO, CO2 H2 Cho toàn X phản ứng hết với CuO dư, ñun nóng thu ñược hỗn hợp chất rắn Y Hòa tan hết Y dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược 0,4mol khí NO (sản phẩm khử nhất) Tỉ khối X so với H2 A 3,9375 B 10,0 C 8,0 D 7,875 Câu (ðề thi thử ðH SPHN) Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, CuO, MgO, Al2O3, ZnO FeO vào dung dịch HNO3 ñặc, nóng thu ñược 3,36 lít NO2 (ñktc) Mặt khác nung m gam hỗn hợp X với khí CO dư thu ñược chất rắn Y hỗn hợp khí Z Cho Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu ñược 15 gam kết tủa Cho chất rắn Y vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược V lít khí NO (sản phẩm khử nhất, ñktc) Giá trị V là: A 2,24 lít B 1,12 lít C 3,36 lít D 4,48 lít Câu (ðề thi thử ðH SPHN) Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, CuO, MgO, FeO Fe3O4 vào dung dịch H2SO4 ñặc, nóng thu ñược 0,672 lít SO2 (ñktc) Mặt khác cho khí CO (dư) ñi qua m gam hỗn hợp X nung nóng thu ñược chất rắn Y hỗn hợp khí Z Cho Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành Trang Sử dụng trục oxi hóa giải nhanh toán hóa học ñược gam kết tủa Cho chất rắn Y vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược V lít (ñktc) hỗn hợp khí T gỗm NO N2O Tỉ khối T so với H2 18,5 (biết sản phẩm không tạo NH4NO3) Giá trị V là: A 0,896 lít B 0,448 lít C 1,12 lít D 2,24 lít Câu (ðề thi thử ðH SPHN) Trộn 21,6 gam bột Al với m gam hỗn hợp X (gồm FeO, Fe2O3 Fe3O4) ñược hỗn hợp Y Nung Y nhiệt ñộ cao ñiều kiện không khí ñến phản ứng hoàn toàn thu ñược hỗn hợp chất rắn Z Cho Z tác dụng với dung dịch NaOH dư thu ñược 6,72 lít khí Nếu cho Z tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược 19,04 lít NO (sản phẩm khử nhất) Biết thể tích khí ño ñktc Giá trị m A 58,6 B 62,0 C 50,8 D 46,0 Câu (ðề thi thử ðH Vinh) Cho 13,12 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4, Fe2O3 vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu ñược sản phẩm khử gồm hai khí NO, N2O tích V lít (ñktc) có tỉ khối so với H2 18,5 Mặt khác cho lượng X tác dụng với khí CO dư sau phản ứng hoàn toàn thu ñược 9,8 gam Fe Giá trị V là: A 0,448 B 3,136 C 2,24 D 3,36 Câu 10 (ðề thi thử ðH Vinh) Cho 8,96 lít hỗn hợp khí H2 CO (ñktc) ñi qua ống sứ ñựng 0,2 mol Al2O3 0,3 mol CuO nung nóng ñến phản ứng hoàn toàn thu ñược chất rắn X X phản ứng vừa ñủ 0,5 lít dung dịch HNO3 có nồng ñộ a M (sản phẩm khử khí NO nhất) Giá trị a A 2,00 B 4,00 Chu Anh Tuấn-Gv THPT Số Nghĩa Hành C 3,67 D 2,80 Trang 10