Chuyên đề Qui đổi các hỗn hợp nhiều chất về số lượng chất ít hơn

QUI ĐỔI HỖN HỢP NHIỀU CHẤT VỀ SỐ LƯỢNG CHẤT ÍT HƠN
Một số bài toán hóa học có thể giải nhanh bằng các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tử, bảo toàn khối lượng song phương pháp quy đổi cũng tìm ra đáp số rất nhanh và đó là phương pháp tương đối ưu việt, có thể vận dụng vào các bài tập trắc nghiệm để phân loại học sinh.
Các chú ý khi áp dụng phương pháp quy đổi:
1. Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (hỗn hợp X) (từ ba chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất hay chỉ còn một chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp.
2. Có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kỳ cặp chất nào, thậm chí quy đổi về một chất. Tuy nhiên ta nên chọn cặp chất nào đơn giản có ít phản ứng oxi hóa khử nhất để đơn giản việc tính toán.
3. Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số âm đó là do sự bù trừ khối lượng của các chất trong hỗn hợp. Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường và kết quả cuối cùng vẫn thỏa mãn.
4. Khi quy đổi hỗn hợp X về một chất là FexOy thì oxit FexOy tìm được chỉ là oxit giả định không có thực.
Ví dụ 1: Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam chất rắn X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là
	PA. 11,2 gam.	B. 10,2 gam.	C. 7,2 gam.	D. 6,9 gam.
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 ¾® Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
 	¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 0,1 mol
Þ Số mol của nguyên tử Fe tạo oxit Fe2O3 là
	 ® 
Vậy:	
Þ	 = 11,2 gam.
· Quy hỗn hợp X về hai chất FeO và Fe2O3:
	FeO + 4HNO3 ¾® Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
	 0,1 ¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 0,1 mol
ta có:	
	= 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 (cụ thể là ta phải đặt ẩn số mol mỗi chất, lập hệ phương trình, giải hệ phương trình hai ẩn số).
· Quy hỗn hợp X về một chất là FexOy:
	FexOy + (6x-2y)HNO3 ¾® Fe(NO3)3 + (3x-2y) NO2 + (3x-y)H2O
 	 mol ¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 0,1 mol.
Þ	 ® mol.
Vậy công thức quy đổi là Fe6O7 (M = 448) và
	 = 0,025 mol.
Þ	mX = 0,025´448 = 11,2 gam.
Nhận xét: Quy đổi hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 về hỗn hợp hai chất là FeO, Fe2O3 là đơn giản nhất.
Ví dụ 2: 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
	A. 35,7 gam.	PB. 46,4 gam.	C. 15,8 gam.	D. 77,7 gam.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất FeO và Fe2O3 ta có
	FeO + 4HNO3 ¾® Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
 	0,2 mol ¬¾¾¾¾ 0,2 mol ¬ 0,2 mol
	Fe2O3 + 6HNO3 ¾® 2Fe(NO3)3 + 3H2O
	0,2 mol ¬¾¾¾¾¾ 0,4 mol
	 = 0,6 mol.
Þ	mX = 0,2´(72 + 160) = 46,4 gam. (Đáp án B)
Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 (đktc).
	a) Tính phần trăm khối lượng oxi trong hỗn hợp X.
	A. 40,24%.	B. 30,7%.	PC. 20,97%.	D. 37,5%.
b) Tính khối lượng muối trong dung dịch Y.
	A. 160 gam.	PB.140 gam.	C. 120 gam.	D. 100 gam.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp X về hai chất FeO, Fe2O3, ta có:
Þ	= 49,6 - 0,8´72 = -8 gam « (-0,05 mol)
Þ	nO (X) = 0,8 + 3´(-0,05) = 0,65 mol.
Vậy: a) 	 = 20,97%. (Đáp án C)
 b) 	= [0,4 + (-0,05)]´400 = 140 gam. (Đáp án B)
Ví dụ 4: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thì cần 0,05 mol H2. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) là.
	PA. 224 ml.	B. 448 ml.	C. 336 ml.	D. 112 ml.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất FeO và Fe2O3 với số mol là x, y, ta có:
	FeO + H2 Fe + H2O
	 x y
	Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
	 x 3y
	 ® 
	2FeO + 4H2SO4 ¾® Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
	 0,02 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾® 0,01 mol
Vậy:	= 0,01´22,4 = 0,224 lít (hay 224 ml). (Đáp án A)
Ví dụ 5: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư) thoát ra 0,56 lít NO (ở đktc) (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là
	PA. 2,52 gam.	B. 2,22 gam.	C. 2,62 gam.	D. 2,32 gam.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp chất rắn X về hai chất Fe, Fe2O3:
	Fe + 4HNO3 ¾® Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
	0,025 ¬ 0,025 ¬ 0,025 mol
Þ	= 3 - 56´0,025 = 1,6 gam
Þ	 = 0,02 mol
Þ	mFe = 56´(0,025 + 0,02) = 2,52 gam. (Đáp án A)
Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm (Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO) với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hòa tan hết 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 ngưng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát ra ở đktc thuộc phương án nào?
	A. 25 ml; 1,12 lít.	B. 0,5 lít; 22,4 lít.
	PC. 50 ml; 2,24 lít. 	D. 50 ml; 1,12 lít.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4. 
Hỗn hợp X gồm: Fe3O4 0,2 mol; Fe 0,1 mol + dung dịch Y
	Fe3O4 + 8H+ ¾® Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O
	 0,2 ® 0,2 0,4 mol
	Fe + 2H+ ¾® Fe2+ + H2­ 
	0,1 ® 0,1 mol
Dung dịch Z: (Fe2+: 0,3 mol; Fe3+: 0,4 mol) + Cu(NO3)2:
	3Fe2+ + NO3- + 4H+ ¾® 3Fe3+ + NO­ + 2H2O
	 0,3 0,1 0,1 mol
Þ	VNO = 0,1´22,4 = 2,24 lít.
	= 0,05 mol.
Þ	 = 0,05 lít (hay 50 ml). (Đáp án C)
Ví dụ 7: Nung 8,96 gam Fe trong không khí được hỗn hợp A gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3. A hòa tan vừa vặn trong dung dịch chứa 0,5 mol HNO3, bay ra khí NO là sản phẩm khử duy nhất. Số mol NO bay ra là.
	A. 0,01.	B. 0,04.	C. 0,03.	PD. 0,02.
Hướng dẫn giải
	mol
Quy hỗn hợp A gồm (FeO, Fe3O4, Fe2O3) thành hỗn hợp (FeO, Fe2O3) ta có phương trình:
	2Fe + O2 ¾® 2FeO
	 x ® x
	4Fe + 3O2 ¾® 2Fe2O3
	 y ® y/2
	3FeO + 10HNO3 ¾® 3Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
 	 x ® 10x/3 ® x/3
	Fe2O3 + 6HNO3 ® 2Fe(NO3)3 + 3H2O
	 y/2 ® 3y
Hệ phương trình:
	 Þ 
	mol. (Đáp án D)