Phương pháp quy ẩn kết hợp phản ứng phụ

www.nguoithay.org PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP BẰNG CÁCH KẾT HỢP GIỮA QUY ẨN VỚI DÙNG PHẢN ỨNG PHỤ Dạng 1: Dùng phản ứng phụ để chuyển thành hỗn hợp phản ứng Bài 1: Hỗn hợp X gồm MgO, CaO, Mg Ca Hòa tan 21,44 gam hỗn hợp X dung dịch HCl vừa đủ thu 6,496 lít H2 (đktc) dung dịch Y có 24,70 gam MgCl2 x gam CaCl2 Giá trị x bao nhiêu? Với tập bình thường giải sau: Gọi số mol chất MgO, CaO, Mg Ca a, b, c, d mol Ta có: n 6,496 H2 = 22 ,4 = 0,29 mol; ∑n MgCl2 = 24 ,7 = 0,26 mol 95 Phương trình phản ứng xảy sau: MgO + 2HCl  → MgCl2 + H2O CaO + 2HCl  → CaCl2 + H2O Mg + 2HCl  → MgCl2 + H2 ↑ Ca + 2HCl  → CaCl2 + H2 ↑  c + d = 0,2  d − a = 0,0  a = d − 0,0  →  → Từ ta có  (1)    a + c = 0,2  c = 0,2 6− d  c = 0,2 6− d Mặt khác khối lượng hỗn hợp X 21,44 gam nên: 40a + 56b + 24c + 40d = 21,44 (2) Thế hệ phương trình (1) vào (2) ta có 40(d - 0,03) + 56b + 24(0,29-d) + 40d = 21,44 ⇒ 56d + 56b = 15,68 Vậy d + b = 0,28 Hay n CaCl2 = b + d = 0,28 Vậy x = mCaCl2 = 0,28x111 = 31,08 gam Đáp số: 31,08 gam www.nguoithay.org Nhận xét: Với phương pháp rõ ràng dài nặng mặt toán học không nhiều học sinh vận dụng để giải Sau dùng phản ứng phụ để chuyển từ ẩn thành ẩn MgO CaO HCl + O → MgO, CaO → MgCl2 CaCl2 MgO, CaO, Mg, Ca  Hỗn hợp X Hỗn hợp Y Như tính khối lượng Y việc giải tập đơn giản Dựa vào bảo toàn khối lượng ta thấy mY = mX + mO Mặt khác dựa vào định luật bảo toàn elelectron ta có Số mol electron mà kim loại nhường số mol H+ nhận số mol O nhận ta có 2H+ + 2e  → H2 0,58 O + 2e  → O20,29 0,58 0,29 Vậy mY = 21,44 + 0,29.16 = 26,08 gam Mặt khác: Vậy n n MgCl MgCl = n MgO = 0,26 mol = n MgO = 26 ,08 − 0,26 x 40 = 0,28 mol 56 nên x = mCaCl2 = 0,28x111 = 31,08 gam Bài 2: Hỗn hợp X gồm Na, Ca, Na2O, CaO Hòa tan hết 51,3 gam hỗn hợp X thu 5,6 lít H2 (đktc) dung dịch kiềm Y có 28 gam NaOH Hấp thụ 17,92 lít khí SO (đktc) vào dung dịch Y thu m gam kết tủa Tính giá trị m? Phương pháp đại số: Gọi số mol chất Na, Ca, Na2O CaO a, b, c, d mol Theo ta có: n 5,6 H2 = 22 ,4 = 0,25 mol; ∑n Ta có phương trình phản ứng: Na2O + H2O  → 2NaOH CaO + H2O  → Ca(OH)2 Na + H2O  → NaOH + H2 ↑ Ca + 2H2O  → Ca(OH)2 + H2 ↑ NaOH = 28 = 0,7 mol 40 www.nguoithay.org 1  a + b = 0,2  a + 2b = 0,5 hay  2  a + 2c = 0,7  a + 2c = 0,7 Từ suy ra: a = 0,5 - 2b (3) c = 0,1 + b ⇒ Do khối lượng X 51,3 gam nên ta có: 23a + 40b + 62c + 56d = 51,3 Thế hệ (3) vào ta 23(0,5 – 2b) + 40b + 62(0,1 +b) + 56d = 51,3 ⇒ 56b + 56d = 33,6 Vậy b + d = 0,6 Hay ∑n Ca(OH)2 = nCa + nCaO = b + d = 0,6 mol Mặt khác nso2 = 0,8 mol Tổng số mol OH- = nNaOH + 2nCa(OH)2 = 0,7 + 0,6.2 = 1,9 mol Vì n n OH - 2> nên sau phản ứng dung dịch có ion SO3 ion OH- dư SO Nên: n SO32- = n SO2 = 0,8 mol Phương trình tạo kết tủa: 2- Ca2+ + SO3  → CaSO3 0,6 0,8 0,6 Vậy m = 0,6x120= 72 gam Phương pháp dùng phản ứng phụ quy ẩn: + O2 H 2O Na2O, CaO, Na, Ca  → Na2O, CaO   → NaOH Ca(OH)2 Hỗn hợp X Hỗn hợp Y 2H2O + 2e  → 2OH- + H2 ←  0,5 O + 2e  → O20,5  0,25 Mặt khác mY = mX + mO 0,25 Nên mY = 51,3 + 0,25x16 = 55,3 gam Mặt khác: số mol NaOH 0,7mol nên số mol Na2O 0,35 mol Vậy n Ca(OH) = n CaO = 55 ,3 − 0,35 x62 = 0,6 mol 56 www.nguoithay.org Tiếp theo ta giải tiếp phần n SO2 = 0,8 mol Tổng số mol OH- = nNaOH + 2x nCa(OH)2 = 0,7 + 0,6x2 = 1,9 mol Vì n n OH - > nên sau phản ứng dung dịch có ion SO Nên: n so 2− = nso2 = 0,8 mol Phương trình tạo kết tủa: 2− Ca2+ + SO3  → CaSO3 0,6 0,8 0,6 Vậy m = 0,6x120= 72 gam so 2− ion OH- dư www.nguoithay.org Dạng 2: Quy ẩn hỗn hợp phản ứng sau dùng phản ứng phụ Với dạng ta giải tập có phản ứng không hoàn toàn tạo nhiều chất sau có phản ứng thứ để tạo hợp chất khác Đặc biệt vận dụng tập kinh điển sắt tập sau: Bài 1: Nung nóng 18,9 gam Fe không khí sau thời gian thu m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư), thu 6,3 lít khí SO2 (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính m? Ta có sơ đồ phản ứng  FeO, Fe3O4 H SO4 dn  SO2 ↑ O2 ( kk ) Fe  →  →  Fe2 ( SO4 )3  Fe2O3và Fe Fe phản ứng với oxi cho sản phẩm oxit lượng sắt dư, sau hỗn hợp oxit phản ứng với H2SO4 đặc nóng đưa lên Fe+3 Như tất có phản ứng xảy ra, việc giải toán theo phương pháp thông thường nhiều thời gian Với toán quy ẩn hỗn hợp X từ ẩn ẩn: oxi sắt, phản ứng phụ phản ứng nhường electron nhận electron Ta biết : mX= mFe +mO tính khối lượng oxi coi toán giải Phản ứng phụ dùng phản ứng nhường electron Fe phản ứng nhận electron oxi H2SO4 đặc Giải: Ta có n SO2 = 0,28125 mol , nFe = 0,3375 mol Pư nhường e: Fe  → Fe3+ + 3e 0,3375 1,0125 Số mol e trao đổi: 1,0125mol Pư nhận e thu gọn : O + 2e  → O2a SO 2-4 2a a + 2e  → SO 0,5625 0,28125 Vậy theo định luật bảo toàn e ta có: 1,0125 = 2a + 0,5625 ⇒ a = 0,225 mol Vậy m = 18,9 + 0,225x16 =22,5 (gam) ĐS: 22,5 gam www.nguoithay.org Bài 2: Nung nóng m gam bột sắt không khí, sau phản ứng thu 30 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 loãng thu 8,4 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Tính m ? Nhận định: - Đây tập cho tập “ kinh điển ” tập khó đề thi đại học trường lớn trước - Bài tập có nhiều phương pháp để giải bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố kết hợp với phương trình phản ứng Với sơ đồ phản ứng sau:  NO2 ↑  FeO, Fe3O4 HNO3  Fe →   →  NO ↑  Fe2O3và Fe  Fe( NO ) 3  O2 ( kk ) Giải: Theo đề ta có: nNO = nNO = 0,1875mol Hỗn hợp X quy x mol Fe y mol O: có 56x + 16y =30 (1) Dùng phản ứng phụ trình nhường electron Fe nhận electron O HNO3 Ta có trình nhường nhận thu gọn là: Fe  → Fe3+ + 3e x 3x O + 2e  → O2y 2y N+5 + 3e  → N+2(NO) 0,5625 0,1875 N+5 + 1e  → N+4(NO) 0,1875 0,1875 Vậy theo định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,5625 + 0,1875 Hay: 3x – 2y = 0,75 (2) Kết hợp (1) (2) ta có: Từ (1) (2) ta có hệ 56 x + 16 y = 30  3x − y = 0, 75 www.nguoithay.org Giải hệ ta có x = 0,45 y = 0,3 Như nFe = 0,45 mol m = 25,2 gam Đáp số: 25,2 gam Bài 3: Hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 có khối lượng 52,2 gam Hòa tan hết X dung dịch HNO3 đặc, nóng Sau phản ứng thu 21,84 lít NO2 (sản phẩm khử đktc) dung dịch Y Cô cạn Y m gam chất rắn Tính m ? Nhận định: - Có phản ứng xảy có kiện - Tính m ta cần tính số mol Fe hỗn hợp X Với tập quy ẩn Fe O hỗn hợp X phản ứng phụ trình nhường electron Fe nhận electron O HNO3 Giải: Theo đề ta có: nNO2 = 0,975mol Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 52,2 (1) Pư nhường e: Fe  → Fe3+ + 3e x 3x Pư nhận e thu gọn : O + 2e  → O2y NO3- 2y y + 1e  → NO 0,975 0,975 Vậy theo định luật bảo toàn e ta có: 3x = 2y + 0,795 (2) Kết hợp (1) (2) ta có x = 0,75 y = 0,6375 Vậy m = 0,75.242 =181,5 gam Bài 4: Hòa tan hoàn toàn 7,52 gam hỗn hợp bột X gồm Fe, FeS FeS dung dịch HNO3 đặc nóng sau phản ứng thu 21,504 lít khí điều kiện tiêu chuẩn dung dịch Y Cho Y tác dụng với dung dịch Ba(OH) dư sau phản ứng thu m gam kết tủa Tính m? Nhận định: Với tập có tất phản ứng xảy ra, X tác dụng với HNO3 cho khí HNO3 đặc nóng nên khí thoát khí NO2 Dung dịch Y chứa Fe3+ SO42-, Y tác dụng với Ba(OH)2 cho kết tủa BaSO4 Fe(OH)3 Vậy cần tính số mol Fe S ta tính m www.nguoithay.org Với tập ta quy hỗn hợp ban đầu chứa Fe S, phản ứng phụ trình nhường electron Fe S trình nhận electron HNO3 Vậy nên: Giải: Đặt số mol Fe S X a b : 56a + 32b = 7,52 (1) Pư nhường e: Fe  → Fe3+ + 3e a 3a S  → S+6 + 6e b 6b Pư nhận e thu gọn : N+5 + 1e  → N+4(NO2) 0,96 0,96 Vậy theo định luật bảo toàn e ta có: 3a + 6b = 0,96 (2) 56a + 32b = 7,52 3a + 6b = 0,96 Kết hợp (1) (2) ta có  Từ đó: a = 0,06 b = 0,13 Ta có phương trình ion thu gọn: Fe3+ + 3OH-  → Fe(OH)3 ↓ 0,06 0,06 SO 2-4 + Ba2+  → BaSO4 ↓ 0,13 0,13 Vậy m = 0,06x107 + 0,13x233 = 36,71 gam Đáp số: 31,71 gam C KẾT LUẬN Trong giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi đặc biệt ôn thi đại học có nhiều trăn trở dạy phần Học sinh thường gặp nhiều khó khăn định hướng để tìm cách giải thường mắc phải lỗi tính toán nên thường không đưa đến kết theo thời gian định Sau nhiều lần định hướng theo phương pháp thấy học sinh vận dụng tốt, giải đơn giản đặc biệt bỏ phần tính toán nhiều Đó động lực để hoàn thành đề tài này, rât mong nhận quan tâm góp ý bạn đồng nghiệp ... quy ẩn hỗn hợp X từ ẩn ẩn: oxi sắt, phản ứng phụ phản ứng nhường electron nhận electron Ta biết : mX= mFe +mO tính khối lượng oxi coi toán giải Phản ứng phụ dùng phản ứng nhường electron Fe phản. .. www.nguoithay.org Dạng 2: Quy ẩn hỗn hợp phản ứng sau dùng phản ứng phụ Với dạng ta giải tập có phản ứng không hoàn toàn tạo nhiều chất sau có phản ứng thứ để tạo hợp chất khác Đặc biệt vận dụng... Fe2O3và Fe Fe phản ứng với oxi cho sản phẩm oxit lượng sắt dư, sau hỗn hợp oxit phản ứng với H2SO4 đặc nóng đưa lên Fe+3 Như tất có phản ứng xảy ra, việc giải toán theo phương pháp thông thường