CHUYÊN ĐỀ 6-PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI

CHUYÊN ĐỀ 6: PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI 1. Cơ sở lý thuyết 1. Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (Ví dụ: hỗn hợp gồm: Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 ...) (từ chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất như: Fe, FeO hoặc Fe, Fe2O3 hoặc….) một chất như: FexOy hoặc…) ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp. 2. Có thể quy đổi hỗn hợp 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 hoá khử nhất, để đơn giản trong việc tính toán. 3. Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số âm như số mol âm, khối lượng 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 thoả mãn. 4. Khi quy đổi hỗn hợp về một chất là FexOy thì Oxit FexOy tìm được chỉ là oxit giả định không có thực( ví dụ như: Fe15O16 Fe7O8…) 5. Khi quy đổi hỗn hợp các chất về nguyên tử thì tuân theo các bước như sau: Bước 1: quy đổi hỗn hợp các chất về cac nguyên tố tạo thành hỗn hợp đó Bước 2: đặt ẩn số thích hợp cho số mol nguyên tử các nguyên tố trong hỗn hợp. Bước 3: Lập các phương trình dựa vào các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron… Bước 4: lập các phương trình dựa vào các giả thiết của bài toán nếu có. Bước 5: giải các phương trình và tính toán để tìm ra đáp án. 6. Một số bài toán hoá học có thể giải nhanh bằng phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn e… song phương pháp quy đổi cũng tìm ra đáp án rất nhanh, chính xác và đó là phương pháp tương đối ưu việt, kết quả đáng tin cậy, có thể vận dụng vào các bài tập trắc nghiệm để phân loại học sinh2. Ví dụ: Bài toán 1: Nung gam bột sắt trong oxi thu đựơc gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0.56 lít NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị là: A. 2.52 gam B. 1.96 gam. C. 3.36 gam. D. 2.10 gam. Bài giải: Cách 1: Quy hỗn hợp chất rắn về hai chất Fe, Fe2O3 Fe 4HNO3 Fe(NO3)3 NO 2H2O 0,025mol 0,025mol 0,025 .56 1,6gam mFe 56(0,025 0,02) 2,52 gam đúng Chú ý: Nếu mFe 56.(0,035) 1,96g B sai Cách 2: Quy hỗn hợp chất rắn về hai chất FeO, Fe2O3 3FeO 10HNO3 3Fe(NO3)3 NO 5H2O 3.0,025 0,025 mFeO 3.0,025 72 5,4g 5,4 -2,4g mFe 56 .(0,075 (-0,03)) 2,52 gam đúng Chú ý: Kết quả âm ta vẫn tính bình thường vì đây là phương pháp quy đổi Nếu mFe 56.0,06 3,36g sai Cách 3: Quy hỗn hợp chất rắn về mặt chất là Fex Oy 3FexOy (12x 2y)HNO3 2Fe(NO3)3 +(3x-2y)NO (6x -y)H2O 0,025mol NO0, 56n 0, 025mol22, 4 23Fe Om 23Fe trong Fe )1, 6n 2. 0, 02mol160 23Fe trong Fe )1, 6n 0, 01mol160 Fe FeO )5, 4n 0, 075mol72 23Fe Om 23Fe Fe )2.( 2, 4) 4, 8n 0, 03mol160 160 23Fe Fe )n 0, 015mol 3.0, 0253x 2y xyFe O3 3.0, 025n56x 16y 3x 2y 32Fe Ox3m 200y2  đúng Chú ý: Nếu sai Cách 4: áp dụng công thức giải nhanh. => đúng Bài toán 2: Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A- 2010). Cho 11.36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thu được 1.344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch sau phản ứng được gam muối khan. Giá trị là: A. 34.36 gam. B. 35.50 gam. C. 49.09 gam D. 38.72 gam. Bài giải. Cách 1: Quy đổi hỗn hợp về hai chất: Fe, Fe2O3 Hoà tan hỗn hợp với HNO3 loãng dư 1,344 lít NO Fe 4HNO3 Fe(NO3)3 NO 2H2O (1) 0,06mol 0,6mol 0,06mol Fe2O3 2Fe(NO3)3 (2) 0,05 0,1mol Từ (1) mFe 56 0,06 3,36 mX 242 (0,06 0,1) 38,72g đúng Cách 2: Quy hỗn hợp về hai chất: FeO, Fe2O3 3FeO 10HNO3 3Fe(NO3)3 NO 5H2O 0,18 0,18mol 0,06 Fe2O3 2Fe(NO3)3 -0,01 -0,02 mFeO 12,96g; đúng Cách 3: Quy hỗn hợp về một chất FexOy 3FexOy (12x 2y)HNO3 3xFe(NO3)3 (3x 2y)NO (6x-y)H2O Fe oxit )3.56.3m 2, 52g200 23Fe Fe3.2.56m 160 2,1g160 hh eFe7.m 56.n7.3 56.0, 025.3m 2, 52gam10 10 NO1, 344n 0, 06mol;22, 4 23Fe Om 11, 36 3, 36 8g 23Fe O8n 0, 05mol160 23Fe Om 1, 6g 3Fe NO )3m 242(0,18 0, 02) 38, 72g 0,06 150x 160y đúng Cách 4. áp dụng phương pháp quy đổi nguyên tử Ta xem 11.36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 là hỗn hợp của mol Fe và mol O. Ta có: mHH =56x+16y =11,36 (1). Mặt khác quá trình cho và nhận electron như sau áp dụng ĐLBT ta được: Giải hệ (1) và (2) => x=0,16 mol, y=0,15 mol. đúng Cách 5: áp dụng công thức giải nhanh. => đúng Cách 6. Lấy các đáp án đem chia cho khối lượng mol của muối là 242 thì các số đều lẽ nhưng chỉ có đáp án là số không lẽ là 0,16 Bài toán 3: Nung 8.4 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Hoà tan gam hỗn hợp bằng HNO3 dư, thu được 2.24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị là: A. 11.2 gam. B. 25.2 gam. C. 43.87 gam D. 6.8 gam. Bài giải. Cách 1: Sử dụng phương pháp quy đổi, Quy đổi hỗn hợp về hai chất Fe và Fe2O3 hoà tan hỗn hợp vào dung dịch HNO3 dư ta có: Fe 6HNO3 Fe(NO3)3 3NO2 3H2O: 3.0, 063x 2y 3.x.0, 063x 2y xyFe O11, 36 0, 06.3n56x 16y 3x 2y 16y 15 33Fe NO )3.16.0, 06m .242 38, 72g3.16 2.15 03Fe 3e Fex 3x 02O 2e Oy 2y 52N 3e N...0,18 0, 06 en 2y 0,18 3x, 3x 2y 0,18 (2)  3Fe NO Fe Fe NO )n 0,16mol 0,16.242 38, 72gam  3hh eFeFe NO Fe Fe NO )7.m 56.n7.11, 36 56.0, 06.3m 8, 96gam10 108, 96n 0,16mol 0,16.242 38, 72gam56  2NOn 0,1mol0,1/3 0,1 Số mol của nguyên tử Fe tạo oxit Fe2O3 là: Vậy đúng Chú ý: Nếu sai Nếu sai Nếu không cân bằng pt mX 0,05 (56 80) 6,8 sai Tất nhiên mX 8,4 do vậy là đáp án vô lý) Cách 2: Quy đổi hổn hợp về hai chất FeO và Fe2O3 FeO 4HNO3 Fe(NO3)3 NO2 2H2O 0,1 0,1 Ta có: đúng Chú ý: Vẫn có thể quy đổi hỗn hợp 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). Cách 3: Quy hỗn hợp về một chất FexOy: FexOy (6x 2y) HNO3 xFe(NO3)3 (3x 2y) NO2 (3x -y) H2O mol 0,1mol áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố sắt: Vậy công thức quy đổi là: Fe6O7 (M 448) và mX 0,025 448 11,2g đúng Nhận xét: Quy đổi hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 về hỗn hợp hai chất FeO, Fe2O3 là đơn giản nhất. Fe8, 0,1 0, 35n (mol)56 3 23Fe Fe1 0, 35nn2 2.3 23X Fe Fe O0,1 0, 35 33, 6m .56 .160 11, 2g3 3 23Fe Fe X0, 35 0, 35n (56 160) 25, 2g33 23Fe Fe X0, 35 0, 35n 2n 2. (56 320) 43, 87g33 2Fe NO Fe8, 4n 0,1mol 0,1 0, 05mol56 Fe8, 4n 0,15mol56 22Fe 2FeO0,15mol0,1 0,1mol 22 3hX4Fe 3O 2Fe Om 0,1.72 0, 025.160 11, 2g0, 05 0, 025mol  0,13x 2y Fe8, 0,1.x 6n56 3x 2y 7  67Fe O0,1n 0, 025mol3.6 2.7Cách 4: áp dụng công thức giải nhanh. trong đó mFe là khối lượng sắt, mhh là khối lượng của hỗn hợp các chất rắn sắt và ôxit sắt, ne là số mol trao đổi. Công thức này được chứng minh trong các phương pháp bảo toàn e.. Ta có; =>A đúng Bài toán 4: Nung gam Fe trong không khí, sau một thời gian ta thu được 11,2 gam hỗn hợp chất rắn gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. Hoà tan hết 11,2g hỗn hợp chất rắn vào dung dịch HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị là: A: 7,28gam B: 5,6gam C: 8,40gam D: 7,40gam Bài giải: Cách 1: Tương tự như ví dụ 1, đối với cách Quy về hỗn hợp về hai chất Fe và Fe2O3: Số mol của nguyên tử Fe tạo oxit Fe2O3 là: Vậy mX mFe 8,4 đúng Cách 2: Tương tự cách quy đổi hỗn hợp về FeO và Fe2O3 8,4 Cách 3: Tương tự cách quy đổi hỗn hợp về FexOy 8,4 Cách 4: áp dụng công thức giải nhanh. => đúng Bài toán 5: Hoà tan hết gam hỗn hợp gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4 trong dung dịch HNO3 đặc nóng thu được 4,48 lít khí màu nâu duy nhất (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 145,2gam muối khan, giá trị là: A: 78,4g B: 139,2g C: 46,4g D: 46,256g Bài giải: áp dụng phương pháp quy đổi: Quy hỗn hợp về hỗn hợp hai chất Cách 1: Quy hỗn hợp về chất Fe và Fe2O3: Hoà tan hỗn hợp vào dung dịch HNO3 đặc nóng dư. hh Fe eFe hh7.m 56.n 10.m 56.nmm10 7  Fe ehh10.m 56.n10.8, 56.0,1.m 11, 2gam77 2Fe 6HNO Fe( NO 3NO 3H O0,10,13 23Fe Fe Om 0,1 0,1n mol n56 56 3    23Fe Om 0,1 0,111, 56. .1603 56 3  hh eFe7.m 56.n7.11, 56.0,1m 8, 4gam10 10 Ta có: Fe 6HNO3 Fe(NO3)3 3NO2 3H2O (1) 0,2/3 0,2/3 0,2 Fe2O3 6HNO3 2Fe(NO3)3 3H2O (2) Ta có: Từ pt (2): đúng Nếu sai Cách 2: Quy hỗn hợp về hỗn hợp chất FeO và Fe2O3 ta có: mX 0,2 (72 160) 46,4gam đúng Chú ý: Nếu từ (4) không cân bằng mX 0,2 (72 160) 78,4 gam sai Cách 3: Quy hỗn hợp về một chất là FexOy: FexOy (6x -2y) HNO3 xFe(NO3)3 (3x 2y)NO2 (3x y) H2O 0,6 0,2 áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: 6y= 8x Fe3O4 đúng Chú ý: Nếu mhh 0,6 232 139,2 sai Cách 4: áp dụng công thức giải nhanh. => mFe 0,6.56=33,6 gam => đúng 2NO4, 48n 0, 2mol22, 4 33Fe NO )145, 2n 0, 6mol242 muèi khan 3Fe Fe NO )1 0, 0, 8n 0, (mol)2 3  223Fe Fe OhX0, 0, 8m .56 .160 46, 4g33 223Fe Fe OhXm 0, 66.56 0, 266.160 46, 256g 22 2FeO 4HNO Fe(NO NO 2H (3)0,2 0,2 0,2Fe 6HNO 2Fe(NO +3H (4)0,2mol 0,4mol 33Fe NO )145, 2n 0, 6mol242 23Fe On 0, 4mol 0, 23x 2y 0, 0, 63x 2y x x3y4 2h0, 2m .232 46, 4g3.3 4.2 33Fe Fe NO )145, 2n 0, 6mol242 Fe ehh10.m 56.n10.33, 56.0, 2m 46, 4gam77 Bài toán 6: Hoà tan hoàn toàn 49.6 gam hh gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 bằng H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch và 8.96 lít khí SO2(đktc). Thành phần phần trăm về khối lượng của oxi trong hỗn hợp và khối lượng muối trong dung dịch lần lượt là: A. 20.97% và 140 gam. B. 37.50% và 140 gam. C. 20.97% và 180 gam D.37.50% và 120 gam. Bài giải: Cách 1: Quy hỗn hợp về hai chất FeO và Fe2O3 ta có: 49,6gam noxi (X) 0,8 3.(-0,05) 0,65mol và đúng Chú ý: Nếu sai Tương tự quy đổi về hai chất khác… Cách 2. áp dụng phương pháp quy đổi nguyên tử Ta xem 49,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 là hỗn hợp của mol Fe và mol O. Ta có: mHH =56x+16y =49,6 (1). Mặt khác quá trình cho và nhận electron như sau áp dụng ĐLBT ta được: Giải hệ (1) và (2) => x=0,7 mol, y=0,65 mol. Cách 3: áp dụng công thức giải nhanh. 22 22FeO 4H SO Fe (SO SO 4H O0, 0, 0, 4molFe 3H SO Fe (SO 3H O0, 05 0, 05   2323Fe OFe Om 49, 0, 8.72 8g8n 0, 05mol160  O0, 65.16.100%m 20, 97%49, 6 3Fe (SO )m [0, 0, 05)).400 140gam 3Fe (SO )m (0, 0, 05).400 180g 03Fe 3e Fex 3x 02O 2e Oy 2y 64S 2e S...0, 0, 4 en 2y 0,18 3x, 3x 2y 0, (2)  32 3Fe (SO FeFe (SO )0, 65.16 1%O 100% 20, 97%, 0, 35mol249, 2m 0, 35.400 140gam dung  => đúng Bài toán 7: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3, cần 0,05 mol H2. Mặt khác hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thu được thể tích ml SO2 (đktc). Giá trị V(ml) là: A.112 ml B. 224 ml C. 336 ml D. 448 ml. Bài giải: Cách 1: Quy đổi hỗn hợp về hỗn hợp hai chất FeO và Fe2O3 với số mol là x, Ta có: (1) Fe2O3 3H2 2Fe 3H2O (2) 3y 2y Từ (1) và (2) ta có: 2FeO H2SO4 Fe2(SO4)3 SO2 4H2O (3) 0,02mol 0,01mol Vậy 0,01 22,4 0,224 lít hay 224ml đúng Chú ý: Nếu (3) không cân bằng: 0,02 22,4 0,448 lít 448ml sai Cách 2: áp dụng công thức giải nhanh. mFe môxit mO =2,24 gam => đúng Bài toán 8: Hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 với số mol mỗi chất là 0.1 mol hoà tan hết vào dung dịch gồm HCl, H2SO4 loãng) dư thu được dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dd cho tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát ra đktc thuộc phương án nào: A. 50 ml và 6.72 lít B. 100 ml và 2.24 lít. C. 50 ml và 2.24 lít D. 100 ml và 6.72 lít. hh eFe7.m 56.n7.49, 56.0, 4.2m 39, 2gam10 10 49, 39, 2%O .100 20, 97%49, 6 3Fe (SO Fe Fe (SO )1 39, 2n 0, 35mol, 0, 35.400 140gam2 56.2 0t22FeO Fe O  3y 0, 05 0, 02mol72x 160y 3, 04 0, 01mol   2SOV 2SOV On 0, 05mol, 0, 05.16 0, 8gam e210.22, 7.3, 04n 0, 01mol, Vso 0, 01.22, 0, 224lit 224ml56.2 Bài giải: Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4 Hỗn hợp gồm: Fe3O4 mol: Fe(0,2mol) dung dịch Fe3O4 8H+ Fe2+ 2Fe3+ 4H2O (1) 0,2mol 0,2 0,4mol Fe 2H+ Fe2+ H2 (2) 0,1 0,1 D2 (Fe2+: 0,3mol; Fe3+: 0,4mol) Cu(NO3)2 (3) (4) 0,3 0,1 0,1 VNO 0,1 22,4 2,24 lít; lít (hay 50ml) đúng Chú ý: Nếu sai Từ (4) nếu không cần bằng: VNO 0,3 22,4 6,72 lít sai Bài toán 9: Nung mol Fe và 0,15 mol Cu trong không khí một thời gian thu được 63,2 gam hỗn hợp chất rắn. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp chất rắn trên bằng H2SO4 đặc, nóng, dư thu được dung dịch và 6,72 lít khí SO2(đktc). Giá trị của mol là: A. 0,7 mol B. 0,3 mol C. 0,45 mol D. 0,8 mol Bài giải. Xem hỗn hợp chất rắn là hỗn hợp của mol Fe 0,15 mol Cu và mol O. Ta có: mHH=56x 64.0,15 +16y=63,2 56x+16y=53,6 (1) Mặt khác quá trình cho và nhận electron như sau áp dụng ĐLBT ta được: Giải hệ (1) và (2) => x=0,7 mol, y=0,9 mol. đúng 23323Fe NO 4H 3Fe NO 2H O  323Cu NO )NO1n 0, 05mol2 232d Cu NO )0, 05n 0, 051 23Cu NO Cu NO )NOn 0,1mol 100ml 2Fe 3e Fe Cu 2e Cux 3x 0,15 0, 3  02O 2e Oy 2y 64S 2e S...0, 0, 3 en 3x 0, 0, 2y, 3x 2y 0, (2) 