Chuyên đề Phương pháp quy đổi dùng trong hóa học
1. Nguyên tắc chung
Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu là một hỗn hợp
phức tạp vềdạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trởnên dàng, thuận tiện.
Khi áp dụng phương pháp quy đổi phải tuân thủ2 nguyên tắc sau :
+ Bảo toàn nguyên tố.
+ Bảo toàn sốoxi hoá.
nhiều chất nhưng về bản chất chỉ gồm 2 (hoặc 3) nguyên tố. Do đó, có thể quy đổi thẳng hỗn hợp đầu về hỗn hợp chỉ gồm 2 (hoặc 3) chất là các nguyên tử tương ứng. Ví dụ ; (Fe, FeS, FeS2, Cu, CuS, Cu2S) (Cu, Fe, S). Khi thực hiện phép quy đổi phải đảm bảo : * Số electron nhường, nhận là không đổi (ĐLBT electron). * Do sự thay đổi tác nhân oxi hoá → có sự thay đổi sản phẩm cho phù hợp. Thông thường ta hay gặp dạng bài sau : Kim loại Hỗn hợp sản phẩm trung gian Sản phẩm cuối Ví dụ : Quá trình OXH hoàn toàn Fe thành Fe3+ quy đổi OXH2 OXH1 CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 1 Fe Fe3+ FexOy Ở đây, vì trạng thái đầu (Fe) và trạng thái cuối (Fe3+) ở hai quá trình là như nhau, ta có thể quy đổi hai tác nhân OXH O2 và HNO3 thành một tác nhân duy nhất là O2 (2) Do việc quy đổi nên trong một số trường hợp số mol một chất có thể có giá trị âm để tổng số mol mỗi nguyên tố là không đổi (bảo toàn). (3) Trong quá trình làm bài ta thường kết hợp sử dụng các phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron, kết hợp với việc sơ đồ hoá bài toán để tránh viết phương trình phản ứng, qua đó rút ngắn thời gian làm bài. (4) Phương án quy đổi tốt nhất, có tính khái quát cao nhất là quy đổi thẳng về các nguyên tử tương ứng. Đây là phương án cho lời giải nhanh, gọn và dễ hiểu biểu thị đúng bản chất hoá học. II. CÁC DẠNG BÀI TOÁN THƯỜNG GẶP Ví dụ 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0,56 lít ở đktc NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là: A. 2,52 B. 2,22 C. 2,62 D. 2,32 Giải: Sơ đồ hoá bài toán: Fe [O] 2 3 3 4 Fe FeO X Fe O Fe O + → m gam 3,0 gam Có: nNO = 0,025mol Trong trường hợp này ta có thể quy đổi hỗn hợp ban đầu về các hỗn hợp khác đơn giản gồm hai chất (Fe và Fe2O3; FeO và Fe2O3 ; Fe3O4 và Fe2O3; Fe và FeO; Fe và Fe3O4 ; FeO và Fe3O4 hoăc thậm chí chỉ một chất FexOy ở đây tác giả chỉ trình bày hai phương án tối ưu nhất Phương án 1: Quy đổi hỗn hợp X thành moly :OFe molx :Fe 32 Theo bảo toàn khối lượng: 56x +160y = 3,0 (1) Các quá trình nhường nhận electron: Khí NO Dung dịch Fe3+ (0,56 lít, đktc) + O2 + HNO3 + O2 (1) (2) + dung dịch HNO3 CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 2 Fe → Fe3+ + 3e N+5 + 3e → N+2 x 3x 0,075 0,025 Theo bảo toàn electron: 3x = 0,075 ⇒ x = 0,025 (2) Từ (1) và (2) ⇒ = = 0,01y 0,025x ; Vậy X gồm 0,01mol:OFe 0,025mol:Fe 32 Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe: ΣnFe = nFe + 2 32OFen = 0,045 mol⇒m =56.0,045= 2,52 ⇒Đáp án A Phương án 2: Quy đổi hỗn hợp X thành moly :FeO molx :Fe Theo bảo toàn khối lượng: 56x+72y = 3,0 (3) Các quá trình nhường nhận của eletron: Fe0 → Fe3+ + 3e ; Fe+2 → Fe3++ 1e ; N+5 + 3e → N+2 x 3x y y 0,075 0,025 Theo bảo toàn eletron: 3x + y = 0,075 (4) Từ (3) (4) ⇒ = = 0,03y 0,015x ; Vậy X gồm: mol 0,03 :eO mol 0,015 :Fe F Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe: ΣnFe = nFe + nFeO = 0,045 mol ⇒m = 56.0,045 = 2,52 ⇒ Đáp án A. Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 30,4 gam rắn X gồm cả 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 A. 81,55. B. 104,20. C. 110,95. D. 115.85. Giải: Qui đổi hỗn hợp X thành moly :CuS mol x :Cu Theo bảo toàn khối lượng: 64x+96y= 30,4(5) Sơ đồ hoá bài toán: X 0 0 CuS uC + HNO3 dư +5 Khí NO (20,16 lít , đktc) m gam +2 Cu2+ SO42- + Ba(OH)2 dư Cu(OH)2 BaSO4 Dung dịch Y +2 30,4 gam +6 CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 3 Các quá trình nhường nhận electron Cu0 → Cu2+ + 2e ; CuS → Cu2+ + S+6 + 8e ; N+5 + 3e → N+2 x 2x y 8y 2,7 → 0,9 Theo bảo toàn eletron: 2x +8y = 2,7 (6) Từ (5),(6) ⇒ = −= 0,35y 0,05x ⇒ X gồm − mol 0,35:CuS mol 0,05:Cu Theo bảo toàn nguyên tố: == ==∑ mol 0,35n n 0,3molnn SBaSO CuCu(OH) 4 2 ⇒ m = 98.0,3 + 233.0,35 ⇒ m=110,95 ⇒ Đáp án C Ví dụ 3: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là A. 18,60 gam. B. 18,96 gam. C. 19,32 gam. D. 20,40 gam. Giải: Sơ đồ đốt cháy: → + OH CO HC HC 2 2 t, O 43 83 02 Tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là: M = 44.0,3 +18.(0,06. 4 + 0,042) = 18,96 gam ⇒ Đáp án B Tương tự có thể quy đổi hỗn hợp X thành (C3H8 và C3H6) hoặc (C3H6 và C3H4) cũng thu được kết quả trên Ví dụ 4: Nung m gam bột Cu trong Oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O. Hoà tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc). Giá trị của m là A. 9,6. B. 14,72. C. 21,12. D. 22,4. Giải: Sơ đồ hoá bài toán Cu → →+ đSOH 2 [O] 42 OCu CuO Cu X Quy đổi hỗn hợp X thành moly :CuO molx :Cu Theo bảo toàn khối lượng: 64x +80y = 24,8 (9) Khí SO2 (0,2 mol) Dung dịch Cu2+ CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 4 Các quá trình nhường nhận eletron: Cu → Cu2+ + 2e ; S+6 + 2e → S+4 ĐLBT e x 2x 0,4 0,2 Từ (9) và (10) ⇒ = = 0,15y 0,2x ; Vậy X gồm: mol 0,15 :CuO mol 0,2 :Cu Theo bảo toàn nguyên tố đối với Cu : Cu CuOn n 0,2 0,15 0,35mol m 64. 0,35 22,4= = + = ⇒ = =∑ ⇒ Đáp án D Tương tự có thể quy đổi hỗn hợp X thành (Cu và Cu2O) hoặc (CuO và Cu2O) 2. Quy đổi nhiều hợp chất về các nguyên tử hoặc đơn chất tương ứng Ví dụ 5: (Làm lại ví dụ 1) Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 0,56 lít (ở đktc) NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là A. 2,52. B. 2,22. C. 2,62. D. 2,32. Giải: Quy đổi hỗn hợp X thành: moly :O molx :Fe Sơ đồ hoá bài toán: Fe → → + + ONH dd 0 0 [O] 3 5 O Fe X Theo bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = 3,0 (11) Các quá trình nhường nhận electron: Fe → Fe+3 + 3e ; O0 + 2e → O-2 ; N+5 + 3e → N+2 X 3x y 2y 0,075 0,025 Từ (11) và (12) ⇒ ; 0,03y 0,045x = = Vậy X gồm mol 0,03 :Cu mol 0,045 :Fe m = 56.0,045 = 2,52 → Đáp án A. Ví dụ 6: Trộn 5,6 gam bột mắt với 2,4 gam bột lưu huỳnh 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 x = 0,2 (10) NO: 0,025 mol Fe3+: x mol O2-: y mol CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 5 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. Giải: Nhận thấy: Hỗn hợp khí X gồm H2S và H2, phần không tan Y là S Hỗn hợp H2 và H2S có thể quy đổi thành H2 và S, như vậy đốt X và Y coi như đốt H2 và S, vì vậy số mol H2 bằng số mol Fe 2H2 + O2 → 2H2O S + O2 → SO2 ⇒ 2,8lít).22,4nn 2 1(V SFeO2 =+= ⇒ Đáp án A. Ví dụ 7: (Làm lại ví dụ 2) Hoà tan hoàn toàn 30,4 gam rắn X gồm Cu, 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 A. 81,55. B. 104,20. C. 110,95. D. 115,85. Giải: Quy đổi hỗn hợp X thành moly :S mol x :Cu Theo bảo toàn khối lượng: 64x + 32y =30,4 (13) Sơ đồ hóa bài toán: → + + ONH 0 0 3 5 S uCX Các quá trình nhường, nhận electron: Cu0 → Cu+2 + 2e ; S → S+6 + 6e ; N+5 + 3e → N+2 x 2x y 6y 2,7 ← 0,9 Theo bảo toàn electron: 2x + 6y = 2,7 (14) +6 \ dư Khí NO Dung dịch Y Cu2+ SO42- +Ba(OH)2 dư Cu(OH)2 BaSO4 +2 m gam (20,16 lít, đktc) +2 CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 6 Từ (13), (14) ⇒ ⇒ = = 0,35y 0,3x X gồm mol 0,35 :S mol 0,3 :Cu Theo bảo toàn nguyên tố: == == 0,35molnn 0,3molnn SBaSO CuCu(OH) 4 2 ⇒ m = 98.0,3 + 233.0,35 ⇒ m = 110,95 ⇒ Đáp án C. Ví dụ 8: (Làm lại ví dụ 3) Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X. tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là A. l8,60 gam. B. 18,96 gam. C. 19,32 gam. D. 20,40 gam. Quy đổi hỗn hợp X thành moly :H mol 0,3 :C ⇒ nH = 4,24 - 0,3. 12 = 0,64 mol Sơ đồ cháy: → + OH CO H C 2 2t,O o2 Tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là: m = 44. 0,3 + 18. 0,32 = 18,96 gam ⇒ Đáp án B. Ví dụ 9: (Làm lại ví dụ 4) Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O. Hoà tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc). Giá trị của m là A.9,6 B.14,72. C.21,12. D. 22,4. Giải: Quy đổi hỗn hợp X thành moly :O mol x :Cu Theo bảo toàn khối lượng: 64x + 16y =24,8 (15) Sơ đồ hóa bài toán : → →+ đ SOH [O] 42 O Cu XCu m gam 24,8 gam Các quá trình nhường, nhận electron: SO2 (0,2 mol) Cu2+ O2- CAU LAC BO GIA SU THU KHOA 7 Cu → Cu+2 + 2e ; O0 + 2e → O-2 ; S+6 + 2e → S+4 x 2x y 2y 0,4 0,2 Theo bảo toàn electron: x – y =0,2 (16) Từ (15),(16) ⇒ = = 0,15y 0,35x Vậy X gồm mol 0,15 :O mol 0,35 :Cu ⇒ m= 64.0,35 =22,4 ⇒ Đáp án D. 3. Quy đổi một chất thành nhiều chất. Ví dụ 10: Khi đốt cháy hoàn toàn một polime X (tạo thành từ phản ứng đồng trùng hợp giữa buta-1,3-đien và acrilo nitrin) với lượng oxi vừa đủ thấy tạo thành một hỗn hợp khí ở nồng độ áp suất xác định chứa 59,1 % CO2 về thể tính. Tỉ lệ số mol hai loại monome là A. 5 3 B. 3 3 C. 3 1 D. 2 3 Giải: Quy đổi polime thành 2 monome ban đầu C4H6 → 4CO2 + 3H2O x 4x 3x C3H3N → 3CO2 + 1,5 H2O + 0,5 N2 y 3y 1,5y 0,5y Ta có: ⇒=⇒= + + 3 1 y x0,591 5y7x 3y4x Đáp án C 4. Quy đổi tác nhân oxi hóa Ví dụ 11: (Làm lại ví dụ
File đính kèm:
- C DE PHUONG PHAP QUI DOI lopk.pdf