Trong các đề thi thường gặp một số bài toán hóa vô cơ phức tạp về hỗn hợp nhiều chất (như sắt và các oxit sắt hay muối sắt hoặc đồng với lưu huỳnh…) hoặc các hợp chất khó xác định số oxi hóa (như Cu 2 FeS 2 , Cu 2 FeS 4 …) tác dụng với dung dịch HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng. Để giải các bài toán dạng này có nhiều phương pháp, nhưng phương pháp tối ưu nhất và tiết kiệm thời gian nhất có thể nói đến là” phương pháp quy đổi”, nó giúp giảm bớt lượng thời gian đẻ làm bài, từ đó đem kết quả cao hơn trong mỗi kỳ thi. Sau đây là các bước giải và một số dạng thường gặp. I. CÁC BƯỚC GIẢI Bước 1: Quy đổi hợp chất về các nguyên tố tạo thành hỗn hợp, Đặt ẩn số thích hợp cho số mol nguyên tử các nguyên tố. Bước 2: Lập các phương trình dựa vào các Định luật bảo toàn như bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron. Lập phương trình dựa vào các dữ kiện khác của bài toán. II. CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP 1. Dạng bài tập về sắt và các oxit sắt tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng Ví dụ 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí, sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 . Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp này trong dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng dư, thu được 4,2 lít khí SO 2 duy nhất (đktc). Giá trị m là: A. 15 g B. 15,6 g C. 18,2 g D. 20 g Bài giải: Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: Fe + O2 → X (Fe, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ) X + H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2 + H 2 O - Cả quá trình phản ứng: Chất nhường e là Fe và chất nhận e là O và S +6 . Ta có: 2 SO n = 0,1875mol; n Fe = 0,225mol Gọi số mol oxi trong oxit là x(mol), ta có: - Chất khử: Fe 0 → Fe 3+ +3e 0,225mol 3 x 0,225mol - Chất oxi hóa: O 0 + 2e → O 2- S +6 +2e → S +4 x(mol) 2x(mol) 2 x 0,1875 0,1875mol - Tổng số mol e nhường: 0,675mol - Tổng số mol e nhận: (2x + 0,375)mol ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI NGUYÊN TỬ TRONG GIẢI TOÁN HÓA HỌC Tạp chí hóa học và ứng dụng số 18(198) / 2013 NGUYỄN VŨ LÂN Trường THPT Nguyễn Công Phương, huyện Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Nam www.Giasunhatrang.edu.vn GIASUNHATRANG.EDU.VN Áp dụng định luật bảo toàn e, ta có: 0,675 = 2x + 0,375 → x = 0,15mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m = m Fe + m 0 = 12,6 + 0,15 x 16 = 15gam → Chọn đáp án A Ví dụ 2: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm: Fe, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 phản ứng hết với dung dịch HNO 3 loãng dư, thu được 1,344 lít NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối khan. Giá trị của m là: A. 38,72 g B. 35,5 g C. 49,09 g D. 34,36 g Bài giải: Xem 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe; FeO; Fe 2 O 3 ; Fe 3 O 4 là hỗn hợp của x(mol) Fe 0 và y(mol) O 0 . m hỗn hợp = 56x +16y = 11,36 (1) - Các quá trình oxi hóa – khử: Fe 0 → Fe 3+ +3e O 0 + 2e → O 2- x 3x y 2y N +5 + 3e → N +2 0,18 0,06 Áp dụng định luật bảo toàn electron: n e = 2y + 0,18 = 3x → 3x – 2y = 0,18 (2) Giải hệ (1) và (2): x = 0,16 ; y = 0,15 Ta có: 3 3 Fe(NO ) n = n Fe = x = 0,16mol 3 3 Fe(NO ) m = 0,16 x 242 = 38,72 gam → Chọn đáp án A. Ví dụ 3: Nung hỗn hợp A gồm 2 kim loại Fe x(mol) và Cu 0,15mol trong không khí một thời gian, thu được 63,2 gam hỗn hợp B gồm 2 kim loại trên và các oxit của chúng. Hòa tan hết hỗn hợp B bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng dư, thu được 6,72 lít khí SO 2 (đktc). Giá trị của x là: A. 0,6mol B. 0,4mol C. 0,5mol D. 0,7mol Bài giải: Hỗn hợp B có thể gồm Cu dư, Fe dư và CuO, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 . Xem B là hỗn hợp của x(mol) Fe 0- ; 0,15mol Cu 0 và y(mol) O 0- . m B = 56x + 0,15 x 64 + 16y = 63,2 → 56x + 16y = 53,6 (1) Fe 0 → Fe +3 + 3e Cu 0 → Cu +2 + 2e x 3x 0,15 0,3 O 0 + 2e → O 2- S +6 +2e → S +4 y 2y 0,6 0,3 Áp dụng định luật bảo toàn electron: n e = 3x + 0,3 = 0,6 + 2y → 3x – 2y = 0,3 (2) Giải hệ (1) và (2): y = 0,9; x = 0,7 → Chọn đáp án D. Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm (Fe, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ) với số mol mỗi chất là 0,1mol, hòa tan hết X vào dung dịch Y gồm HCl và H 2 SO 4 loãng dư, thu dung GIASUNHATRANG.EDU.VN dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch NaNO 3 2M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch NaNO 3 2M cần dùng và thể tích khí thoát ra (đktc) là: A. 25ml; 1,12 lít B. 0,5 lít; 22,4 lít C. 50ml; 2,24 lít D. 50ml; 1,12 lít Bài giải: Quy hỗn hợp 0,1mol Fe 2 O 3 và 0,1mol FeO thành 0,1mol Fe 3 O 4 . Hỗn hợp X gồm: (Fe 3 O 4 0,2mol; Fe 0,1mol) tác dụng với dung dịch Y. Fe 3 O 4 + 8H + → Fe 2+ + 2Fe 3+ + 4H 2 O 0,2 → 0,2 0,4mol Fe + 2H + → Fe 2+ + H 2 ↑ 0,1 → 0,1mol Dung dịch Z : (Fe 2+ : 0,3mol; Fe 3+ : 0,4mol) + NaNO 3 3Fe 2+ +NO 3 + 4H + = 3Fe 3+ + NO↑ + 2H 2 O 0,3 0,1 0,1mol V NO = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít 3 NaNO n = 3 NaNO n = 0,1mol → V dung dịch NO3 = 0,1 : 2 = 0,05 lít (hay 50ml) → Chọn đáp án C. 2. Dạng bài tập về hỗn hợp muối sắt hoặc đồng với lưu huỳnh Ví dụ 1: Cho 18,4 gam hỗn hợp X gồm Cu 2 S, CuS, FeS 2 và FeS tác dụng hết với HNO 3 đặc nóng dư, thu được V lít khí chỉ có NO 2 là sản phẩm khử duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Cho toàn bộ Y vào một lượng dư dung dịch BaCl 2 , thu được 46,6 gam kết tủa, còn khi cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch NH 3 dư, thu được 10,7 gam kết tủa. Giá trị của V là: A. 38,08 lít B. 11,2 lít C. 24,64 lít D. 16,8 lít Bài giải: Quy đổi hỗn hợp X thành x(mol) Fe; y(mol) Cu và z(mol) S. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: m x = m Cu + m S = 56x +64y + 32z = 18,4 (1) Ta có sơ đồ bài toán: X{Fe 0 , Cu 0 , S 0 } + HNO 3 → dung dịch Y {Fe 3+ , Cu 2+ , 2- 4 SO } + khí NO 2 Y + BaCl 2 → 46,6 gam ↓BaSO 4 Y + dung dịch NH 3 dư → 10,7 gam ↓Fe(OH) 3 Số mol S = số mol BaSO 4 = 0,2 Số mol Fe = Fe(OH) 3 = 0,1 thế vào (1) → Số mol Cu trong hỗn hợp X: y = 0,1 Ta có các quá trình cho nhận e như sau : Fe 0 → Fe +3 + 3e Cu 0 → Cu +2 + 2e 0,1 0,3 0,1 0,2 S 0 → S +6 +6e 0,2 1,2 Áp dụng định luật bảo toàn electron: 2 NO n = a = 0,2 + 0,3 + 1,2 = 1,7mol GIASUNHATRANG.EDU.VN N +5 + 1e → N +4 a a → 2 NO V là 38,08 lít → Chọn đáp án A. Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp A: S, FeS, FeS 2 trong HNO 3 dư, được 0,48mol NO 2 và dung dịch B. Cho dung dịch Ba(OH) 2 dư vào B, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là: A. 17,545 gam B. 18,355 gam C. 15,145 gam D. 2,4 gam Bài giải: Quy đổi hỗn hợp thành x(mol) Fe và y(mol) S. Ta có sơ đồ bài toán: A {Fe 0 , S 0 } + HNO 3 → dung dịch B {Fe 3+ , 2- 4 SO } + khí NO 2 B + Ba(OH) 2 → m gam ↓{BaSO 4 , Fe(OH) 3 } Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: 56x + 32y = 3,76 (I) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x + 6y = 0,48 x 1 (II) Giải (I) và (II) → x = 0,03; y = 0,065 → m↓ = 0,065 x 233 + 0,015 x 160 = 17,545 gam → Chọn đáp án A. Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 6,48 gam hỗn hợp chất rắn X gồm: Cu, CuS, FeS; FeS 2 ; FeCu 2 S 2 ; S thì cần 2,52 lít O 2 và thấy thoát ra1,568 lít SO 2 . Mặt khác cho 6,48 gam X tác dụng với dung dịch HNO 3 đặc nóng dư, thu được V lít NO 2 là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch Ba(OH) 2 dư, thu được m gam kết tủa. Biết thể tích các khí đo ở đktc. Giá trị của V và m là: A. 12,316 lít và 24,34 gam B. 13,216 lít và 23,44 gam C. 16,312 lít và 23,34 gam D. 11,216 lít và 24,44 gam Bài giải: Quy đổi hỗn hợp X thành x(mol) Cu; y(mol) Fe và z(mol) S. Áp dụng Định luật bảo toàn khối lượng, ta có: 64x + 56y +32z = 6,48 (1) Khi đốt cháy: X + O 2 → x(mol) CuO; y/2(mol) Fe 2 O 3 ; z(mol) SO 2 Áp dụng Định luật bảo toàn nguyên tố oxi và lưu huỳnh, ta có: 2 O n = 1/2 x (x + 3 x y/2 +2z) = 2,52 : 22,4 = 0,1125 → 2x + 3y +4z = 0,45 (2) n S = 2 SO n = z = 1,568 : 22,4 = 0,07 (3) Giải hệ (1), (2), (3): x = 0,04; y = 0,03, z = 0,07 - Khi cho X tác dụng với dung dịch HNO 3 đặc nóng: Cu, Fe, S (+HNO 3 ) → dung dịch A [Cu 2+ + Fe 3+ + S +6 ( 2- 4 SO )] + NO 2 ↑ GIASUNHATRANG.EDU.VN 2 NO n = n e = 2x + 3y + 6z = 2 x 0,04 + 3 x 6 x 0,07 = 0,59mol → 2 NO V = 0,59 x 22,4 = 13,216 lít Dung dịch A (Cu 2+ ; Fe 3+ ; 2- 4 SO ) [+Ba(OH) 2 ] → Kết tủa gồm [Cu(OH) 2 ; Fe(OH) 3 ; BaSO 4 ] → m = m kết tủa = 2 Cu(OH) m + 3 Fe(OH) m + 4 BaSO m = 0,04 x 98 + 0,03 x 107 + 0,07 x 233 = 23,44 gam → Chọn đáp án B 3. Dạng bài tập về xác định công thức của oxit sắt Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 20,88 gam một oxit sắt bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng, thu được dung dịch X và 3,248 lít SO 2 là sản phẩm khử duy nhất (đktc). Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan. Giá trị m là: A. 52,2 gam B. 48,4 gam C. 54,0 gam D. 58,0 gam Bài giải: Công thức oxit sắt: Fe x O y Ta quy đổi như sau: 20,88 gam Fe x O y ↔ [Fe: a(mol), O: b(mol)] → 56a + 16b = 20,88 (I) Ta xét các quá trình oxi hóa - khử Fe 0 → Fe 3+ +3e O 0 + 2e → O 2- a 3a b 2b S +6 +2e → S +4 (SO 2 ) 2 x 0,145 0,145 Áp dụng Đinh luật bảo toàn electron, ta có: 3a = 2b + 0,29 (II) Từ (I) và (II), ta có: a = b = 0,29mol → oxit sắt là FeO. Ta có: 2FeO ↔ Fe 2 (SO 4 ) 3 0,29mol 0,29/2mol → 2 4 3 Fe (SO ) m = 0,145 x 400 = 58 gam → Chọn đáp án D. 4. Dạng bài tập về phản ứng nhiệt nhôm Cho hỗn hợp A có khối lượng m gam gồm bột Al và oxit Fe x O y , tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp A trong điều kiện không có không khí được hỗn hợp B. Nghiền nhỏ và trộn đều hỗn hợp B rồi chia làm hai phần không bằng nhau. - Phần 1 có khối lượng 14,49 gam được hòa tan hết trong dung dịch HNO 3 đun nóng, được dung dịch C và 3,696 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc). - Phần 2 tác dụng với lượng dư NaOH, đun nóng thấy giải phóng 0,336 lít khí H 2 (đktc) và còn lại 2,52 gam chất rắn. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m và công thức oxit sắt: A. 12,32 gam và FeO B. 13,92 gam và Fe 2 O 3 C. 19,32 gam và Fe 3 O 4 D. 11,32 gam và Fe 2 O 3 Bài giải: GIASUNHATRANG.EDU.VN Xem phần 1 của hỗn hợp B gồm a(mol) Al 0 ; bx(mol) Fe 0 và by(mol) O 0 . - Phần 1: Áp dụng Định luật bảo toàn khối lượng: m phần 1 = 27a + 56bx + 16by = 14,49 (I) Áp dụng Định luật bảo toàn electron: 3a + 3bx – 2by = 3 x 0,165 (II) - Giả sử phần 2 gấp n lần phần 1: → Phần 2 gồm: an(mol) Al 0 ; bxn(mol) Fe 0 và byn(mol) O 0 . - Phần 2 của hỗn hợp B tác dụng với dung dịch NaOH có khí H 2 bay ra, vậy còn Al dư và phần chất rắn không tan là Fe. n e = (3a – 2by) x n = 2 2 H n = 0,015 x 2 (III) → m Fe = 56bx x n = 2,52 (IV) Lấy (II) chia cho [(III) + 3/56(IV)] → n = 1/3 Thay n = 1/3 vào (III): 3a – 2by = 0,09 (V) Giải hệ phương trình (I); (II); (V): bx = 0,135; by = 0,18; a = 0,15 → x/y = bx/by = 0,135 : 0,18 = 3/4 → Fe 3 O 4 m hỗn hợp = m phần 1 + m phần 2 = m phần 1 + 1/3 x m phần 1 = 4/3 x m phần 1 = 4/3 x 14,49 = 19,32 gam. → Chọn đáp án C. GIASUNHATRANG.EDU.VN . gặp. I. CÁC BƯỚC GIẢI Bước 1: Quy đổi hợp chất về các nguyên tố tạo thành hỗn hợp, Đặt ẩn số thích hợp cho số mol nguyên tử các nguyên tố. Bước 2: Lập các phương trình dựa vào các Định. số mol e nhường: 0,675mol - Tổng số mol e nhận: (2x + 0,375)mol ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI NGUYÊN TỬ TRONG GIẢI TOÁN HÓA HỌC Tạp chí hóa học và ứng dụng số 18(198) / 2013 NGUYỄN VŨ LÂN. quy đổi , nó giúp giảm bớt lượng thời gian đẻ làm bài, từ đó đem kết quả cao hơn trong mỗi kỳ thi. Sau đây là các bước giải và một số dạng thường gặp. I. CÁC BƯỚC GIẢI Bước 1: Quy đổi hợp