Mođun 4: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
A. Bài tập rèn luyện kỹ năng
1. Trong 1 dd có chứa a mol Ca2+, b mol Mg2+, c mol Cl-, d mol NO3- . Biểu thức liên hệ giữa a, b, c, d là
A. 2a + 2b = c + d B. a + b = 2c + 2d C. a + 2b = b + d D. 2a + b = c + 2d
2. Thêm m gam kali vào 300 ml dd chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1M thu được dd X. Cho từ từ dd X vào 200ml dd Al2(SO4)3 0,1M thu được kết tủa Y. Để thu được kết tủa Y lớn nhất thì m có giá trị là
A. 1,59 B. 1,17 C. 1,71 D. 1,95
3. Dung dịch A chứa các ion: Al3+ 0,6mol, Fe2+ 0,3mol, Cl- a mol, SO42- b mol. Cô cạn dd A thu được 140,7g muối. Giá trị của a và b lần lượt là
A. 0,6 và 0,9 B. 0,9 và 0,6 C. 0,3 và 0,5 D. 0,2 và 0,3
4. Hòa tan hoàn toàn 2,81g hỗn hợp gồm Fe2O3, MgO, ZnO trong 500 ml dd H2SO4 0,1M (vừa đủ). Sau phản ứng cô cạn dd thì thu được số gam muối khan là
A. 6,81 B. 4,81 C. 3,81 D. 5,81
5. Dung dịch X chứa các ion Ca2+, Al3+, Cl-. Để kết tủa hết ion Cl- trong 100ml dd X cần dùng 700ml dd chứa ion Ag+ có nồng độ 1M. Cô cạn dd X thu được 35,55g muối. Nồng độ mol các cation trong dd lần lượt là
A. 0,4 và 0,3 B. 0,2 và 0,3 C. 1 và 0,5 D. 2 và 1
6. Một dd chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+, x mol Cl- và y mol SO42-. Tổng khối lượng các muối tan có trong dd là 5,435g. Giá trị của x và y lần lượt là
A. 0,03 và 0,02 B. 0,05 và 0,01 C. 0,01 và 0,03 D. 0,02 và 0,05 7. Chia hỗn hợp 2 kim loại A, B có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau:
- P1 tan hết trong dd HCl tạo ra 1,792 lit H2 (đkc)
- P2 nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 2,84g chất rắn. Khối lượng hỗn hợp 2 kim loại ban đầu là
A. 2,4g B. 3,12g C. 2,2g D. 1,8g
8. Dung dịch A chứa các ion Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0,1 mol Cl- và 0,2 mol NO3-. Thêm dần V ml dd Na2CO3 1M vào A đến khi được lượng kết tủa lớn nhất. Giá trị của V là
A. 150 B. 300 C. 200 D. 250
9. Dung dịch A chứa các ion CO32-, SO32-, SO42-, 0,1 mol HCO3- và 0,3 mol Na+. Thêm V lit dd Ba(OH)2 1M vào dd A đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất. Giá trị của V là
A. 0,15 B. 0,2 C. 0,25 D. 0,5
10. Hòa tan hoàn toàn 15,6 g hỗn hợp gồm Al và Al2O3 trong 500 ml dd NaOH 1M thu được 6,72 lit H2 (đkc) và dd D. Thể tích dd HCl 2M cần cho vào D để được kết tủa lớn nhất là
A. 0,175 lit B. 0,25 lit C. 0,255 lit D. 0,52 lit
11. Hòa tan hoàn toàn 10g hỗn hợp Mg và Fe trong dd HCl 4M thu được 5,6lit H2 (đkc) và dd D. Để kết tủa hoàn toàn các ion trong D cần 300 ml dd NaOH 2M. Thể tích dd HCl (lit) đã dùng là
A. 0,1 B. 0,12 C. 0,15 D. 0,2
12. Cho a gam hỗn hợp 2 kim loại Na, K vào nước được dd X và 0,224 lit H2 (đkc). Trung hòa hết dd X cần V lit dd H2SO4 0,1M. Giá trị của V là
A. 0,15 B. 0,1 C. 0,12 D. 0,2 A. 16g B. 32g C. 8g D. 24g
13. Một dd chứa 2 cation là Fe2+ 0,1 mol, Al3+ 0,2 mol và 2 anion Cl- x mol, SO42- y mol. Khi cô cạn dd thu được 46,9g chất rắn khan. Giá trị của x và y là
A. 0,02 Và 0,03 B. 0,03 và 0,03 C. 0,2 và 0,3 D. 0,3 và 0,2
14. Cho x gam hỗn hợp kim loại gồm Na, K, Ba vào nước dư được 500ml dd có pH = 13 và V lit khí (đkc). Giá trị của V là
A. 0,56 B. 1,12 C. 2,24 D. 5,6
15. Một dd chứa các ion: x mol M3+, 0,2 mol Mg2+, 0,3 mol Cu2+, 0,6 mol SO42-, 0,4mol NO3-. Cô cạn dd này thu được 116,8g hỗn hợp các muối khan. M là
16. Cho mẫu hợp kim Na-Ba tác dụng với nước dư thu được dd X và 3,36 lit H2 (đkc). Thể tích dd H2SO4 2M cần dùng để trung hòa dd X là
A. 150ml B. 75ml C. 60ml D. 30ml
17. Trộn 100ml dd AlCl3 1M với 200ml dd NaOH 1,8M thu được kết tủa A và dd D.
a. Khối lượng kết tủa A là
A. 3,12g B. 6,24g C. 1,06g D. 2,08g b. Nồng độ mol các chất trong dd D là
A. NaCl 0,2M và NaAlO2 0,6M B. NaCl 1M và NaAlO2 0,2M C. NaCl 1M và NaAlO2 0,6M D. NaCl 0,2M và NaAlO2 0,4M
18. Lấy m gam hỗn hợp 2 kim loại M và R có hoá trị không đổi, chia 2 phần bằng nhau. Phần 1 hoà tan vừa đủ trong 100 mL H2SO4 1 M. Phần 2 cho tác dụng với Cl2 dư thì được 9,5 gam muối clorua. Vậy m có giá trị là
A. 4,8 g B. 11,2 g C. 5,4 g D. 2,4 g
19. Dung dịch X gồm 0,02 mol Cu2+ , 0,03 mol K+, x mol Cl-, y mol SO42- đem cô cạn nhận được 5,435 gam muối khan. Vậy x và y có giá trị là:
A. 0,01 và 0,03 B. 0,02 và 0,05 C. 0,05 và 0,01 D. 0,03 và 0,02
20. Dung dịch X gồm a mol Na+, b mol HCO3-, c mol CO32-, d mol SO42-. Cần dùng 100 mL dung dịch Ba(OH)2 có nồng độ là x M để cho vào dung dịch X thì được lượng kết tủa lớn nhất. Biểu thức liên hệ giữa x với a, b là:
A. x = (3a + 2b)/0,2 B. x = (2a + b)/0,2 C. x = (a – b)/0,2 D. x = (a+b)/0,2
21. Dung dịch X gồm NaOH 0,2 M và Ba(OH)2 0,05 M. Dung dịch Y gồm Al2(SO4)3 0,4 M và H2SO4 x M. Trộn 0,1 L dung dịch Y với 1 L dung dịch X được 16,33 gam kết tủa. Vậy x có giá trị là
A. 0,2 M B. 0,2 M; 0,6M C. 0,2 M; 0,4M D. 0,2 M; 0,5M
Mô đun 5 : PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI
I. Khái niệm
Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán hóa học từ các dữ kiện ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó các phép tính trở nên đơn giản và thuận tiện hơn.
Nguyên tắc của phương pháp quy đổi là dựa trên nguyên tắc bảo toàn nguyên tố và bảo toàn điện tích (bảo toàn số oxi hóa).
II. Phân loại: Có nhiều dạng quy đổi khác nhau:
1) Quy đổi phân tử
- Quy đổi hỗn hợp gồm nhiều chất thành hỗn hợp ít chất hơn hoặc chỉ có một chất tương đương
- Quy đổi một chất thành nhiều chất.
2) Quy đổi thành nguyên tử
Là phương pháp quy đổi hỗn hợp nhiều chất phức tạp thành các nguyên tử hoặc đơn chất tương ứng.
3) Quy đổi tác nhân oxi hóa (hoặc khử)
Thay tác nhân oxi hóa (hoặc khử) này bằng tác nhân oxi hóa (hoặc khử) khác (quy về số mol electron trao đổi như nhau).
Trong bài viết này tôi xin chỉ trình bày hai cách quy đổi đó là quy đổi nguyên tử và quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành hỗn hợp ít chất hơn (thường là 2 hoặc 1 chất tương đương).
III. Áp dụng:
1. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành ít chất hơn:
Loại này thường áp dụng cho các bài toán hỗn hợp Fe và các oxit.
Đây là cách quy đổi hiện nay được áp dụng rộng rãi và đã được đưa ra ở các số báo trước.
Vậy cơ sở của việc quy đổi này là gì? Có phải khi nào cũng có thể đưa bài toán hỗn hợp này thành 2 chất tương đương không?
a) Cơ sở của việc quy đổi:
Ta đã biết 1 mol Fe3O4 có thể đưa về 1 mol FeO và 1 mol Fe2O3. Như vậy hỗn hợp Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 có thể xem là hỗn hợp X chỉ gồm Fe (x mol); FeO (y mol); Fe2O3 (z mol). Khi đó trong nhiều bài toán ta có thể đưa về 2 chất bất kì trong 3 chất đó (dĩ nhiên cũng có thể đưa về Fe3O4 và một chất còn lại )
* Để đưa hỗn hợp X về Fe và Fe2O3 ta làm như sau:
Cứ 3FeO Fe.Fe2O3 1Fe và 1 Fe2O3. (bảo toàn Fe và O) Như vậy y mol FeO tương đương với ymolưFeưvàyưmolưFe O2 3
3 3
Vậy hỗn hợp X có thể xem là gồm y y 2 3
(x )molưFeưvàư(z+ )ưmolưFe O
3 3 . Như vậy trường hợp
quy đổi này không xuất hiện số âm.
* Để đưa hỗn hợp X về Fe và FeO ta làm như sau:
Ghép z mol Fe với z mol Fe2O3 ta có z mol (Fe.Fe2O3) 3z mol FeO. Khi đó số mol Fe còn là (x – z) mol. Khi đó hỗn hợp X trở thành hỗn hợp gồm: (x – z) mol Fe; (y + 3z) mol FeO. Trong trường hợp này nếu x < z thì bài toán giải sẽ xuất hiện số mol Fe âm. Việc tính toán sẽ không ảnh hưởng gì vì khi đó lượng sắt và oxi tính toán được trong hỗn hợp sẽ bù trừ cho nhau.
* Để đưa về hỗn hợp X về FeO và Fe2O3 ta làm như sau:
Ghép x mol Fe với x mol Fe2O3 ta có x mol (Fe.Fe2O3) 3x mol FeO. Khi đó số mol Fe2O3
còn là (z – x) mol. Khi đó hỗn hợp X trở thành hỗn hợp gồm: (y + 3x) mol FeO; (z - x) mol Fe2O3. Trong trường hợp này nếu x > z thì bài toán giải sẽ xuất hiện số mol Fe2O3 âm. Việc tính toán sẽ không ảnh hưởng gì vì khi đó lượng sắt và oxi tính toán được trong hỗn hợp sẽ bù trừ cho nhau.
b) Một số ví dụ:
Ví dụ 1:Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là
A.
11,2. B. 10,2. C. 7,2. D. 9,6.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp X về hai chất Fe và Fe2O3:
Hòa tan hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư ta có Fe + 6HNO3 Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O 0,1
3 0,1 mol
Số mol của nguyên tử Fe tạo oxit Fe2O3 là
Fe
8,4 0,1 0,35
n 56 3 3 Fe O2 3
n 0,35
3 2
Vậy: mX mFemFe O2 3
mX 0,1 56 0,35 160
3 3
= 11,2 gam Đáp án A.
Chú ý: có thể kết hợp với bảo toàn nguyên tố để giải bài toán này:
2 3
Fe O Fe ®Çu Fe
1 0,35
n (n n )
2 3x2
2 3 2 3
O trongFe O Fe O
n 3n 3.0,35 0,175mol
3x2
mO = 0,175.16 = 2,8g
m = mFe + mO = 8,4 + 2,8 = 11,2 Đáp án A.
Quy hỗn hợp X về hai chất FeO và FeO:
3 3 3 2 2
FeO 4HNO Fe NO NO 2H O
0,1 0,1mol
2 3
FetrongFe O
n 8, 4 0,1 0,05mol
56 nFe O2 3 nFetrongFe O2 3 0,025mol Do đó:
2 FeO Fe O2 3
mh X m m 0,1.72 0, 025.160 11, 2 gam . (Đáp án A)
Chú ý: Vẫn có thể quy hỗn hợp X về hai chất (FeO và Fe3O4) hoặc (Fe và FeO), hoặc (Fe và Fe3O4) nhưng việc giải trở nên phức tạp hơn vì khi đó có 2 chất phản ứng với HNO3 sinh ra khí NO2
(khi đó ta phải đặt ẩn số mol mỗi chất, lập hệ phương trình, giải hệ phương trình hai ẩn số).
Ngoài ra cũng có thể quy đổi hỗn hợp trên về 1 "chất" tương đương.
Quy hỗn hợp X về một chất là FexOy (FexOy chỉ là công thức giả định) FexOy + (6x2y)HNO3 Fe(NO3)3 + (3x2y) NO2 + (3xy)H2O
0,1
3x 2y mol 0,1 mol.
Fe
8,4 0,1.x n 56 3x 2y
x 6 y7 mol.
Vậy công thức quy đổi là Fe6O7 (M = 448) và Fe O6 7
n 0,1
3 6 2 7
= 0,025 mol.
mX = 0,025448 = 11,2 gam.
Nhận xét: Quy đổi hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 về hỗn hợp hai chất là FeO, Fe2O3 sẽ tính toán đơn giản nhất.
Ví dụ 2:Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 thì cần 0,05 mol H2. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trên bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thì thu được V ml khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Giá trị của V là
A.
224. B. 448. C. 336. D. 112.
Hướng dẫn giải
* Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất FeO và Fe2O3 với số mol là x, y, ta có:
t0
2 2
FeO H Fe H O x y
t0
2 3 2 2
Fe O 3H 2Fe 3H O x 3y
x 3y 0,05
72x 160y 3,04
x 0,02 mol
y 0,01 mol
2FeO + 4H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O 0,02 0,01 mol
Vậy:VSO2= 0,0122,4 = 0,224 lít = 224 ml. (Đáp án A)
* Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất Fe và Fe2O3 ta có:
Fe2O3 + 3H2 to 2Fe + 3H2O 0,05/3 0,05
Fe 3,04 160.(0,05 / 3) 0,02
n mol
56 3
2 4 2 4 3 2 2
2Fe 6H SO Fe SO 3SO 6H O
0,02 0.01:mol
3
* Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất Fe và FeO ta có:
2 2
FeO H Fe H O 0,05 0,05:mol
Fe
3,04 0,05.72
n 0,01mol
56
Như vậy: SO2 FeO Fe
1 3 1 3
n n n 0,05 ( 0,01) 0,01mol
2 2 2 2
VSO2= 0,0122,4 = 0,224 lít = 224 ml. (Đáp án A)
Tương tự chúng ta cũng có thể quy đổi một số hỗn hợp khác ví dụ như hỗn hợp (Cu, S, Cu2S, CuS) hay hỗn hợp (Fe, S, FeS, FeS2) thành 2 chất bất kỳ trong số các chất đó; Tuy nhiên các hỗn hợp này nếu dùng phương pháp quy đổi nguyên tử sẽ đơn giản hơn.
1. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành các nguyên tử hoặc đơn chất riêng biệt:
Các dạng thường gặp:
- Hỗn hợp Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 có thể quy đổi thành Fe và O
- Hỗn hợp gồm (Fe, Cu, S, Cu2S, CuS, FeS, FeS2, CuFeS2, Cu2FeS2, ...) có thể quy về hỗn hợp chỉ gồm Cu, Fe và S.
Ví dụ 3:Giải VD1 bằng cách quy đổi hỗn hợp X thành Fe và O (x mol) Khi đó: Bảo toàn nguyên tố Fe ta có: Fe (trongX) Feban®Çu
n n 8, 4 0,15mol
56 Các quá trình oxi hóa - khử xảy ra:
Fe Fe 3e
0,15 0,45mol
O+2e O 2
x 2x
5 4
N 1e N (NO )2
0,1 0,1
Áp dụng bảo toàn electron ta có: 2x + 0,1 = 0,45 x = 0,175 mO = 2,8g Vậy m = 8,4 + 2,8 = 11,2
Ví dụ 4:Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp X ở dạng bột gồm S, FeS và FeS2 trong dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu được 0,48 mol NO2 (là sản phẩm khử duy nhất)và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc và nung kết tủa đến khối lượng không đổi, được m gam hỗn hợp rắn Z. Giá trị của m là
A. 11,650 B. 12,815 C. 17,545 D. 15,145
Giải:
Quy đổi hỗn hợp trên thành Fe (x mol) và S (y mol) ta có:
Khi phản ứng với HNO3:
Fe Fe 3e
x 3x
6
S S 6e
y 6y
5 4
N 1e N (NO )2
0,48 0,48
Từ đó ta có hệ phương trình:
56x 32y3x 6y 0, 483, 76 xy0,030,065
Mặt khác ta có: Chất rắn Z gồm Fe2O3 và BaSO4 nên theo bảo toàn nguyên tố Fe và S ta có:
2 3 4
Fe O Fe BaSO S
n 1n 0,015mol;n n 0,065mol
2 . Vậy m = 0,015.160 + 0,065.233 = 17,545 (Đáp
án C)