Phương pháp quy đổi trong hóa học cực hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12
Phương pháp giải
1. Nội dung
Quy đổi là phương pháp biến đổi toán học đưa bài toán ban đầu với một hỗn hợp các chất phức tạp trở thành một bài toán đơn giản hơn, qua đó làm các phép tính trở nên ngắn gọn, dễ dàng.
2. Phạm vi sử dụng
Khi gặp các bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng bản chất chỉ gồm 2 (hoặc 3) nguyên tố:
+ Bài toán về hỗn hợp hợp chất của Fe, Cu, …
+ Bài toán về hỗn hợp đồng đẳng, thủy phân hóa, hiđro hóa, ankan hóa, …
Lưu ý:
Số electron nhường, nhận không đổi
- 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.
- Khi giả định hỗn hợp các chất thành một chất thì chất đó có thể không có thực, hệ số của các nguyên tử trong công thức có thể không phải là số tự nhiên mà có thể là số thập phân dương.
- Phương pháp quy đổi mặc dù được coi là phương pháp rất hay dùng để giải quyết một số bài toán liên quan đến Fe và hợp chất của Fe... Tuy nhiên, nếu chỉ áp dụng phương pháp quy đổi thì ta không thể giải toán nên khi áp dụng phương pháp quy đổi ta cần phải kết hợp với các phương pháp khác như:
+ Định luật bảo toàn khối lượng
+ Định luật bảo toàn nguyên tố
+ Định luật bảo toàn electron
+ Định luật bảo toàn điện tích
Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,002 mol FeS2 và 0,003 mol FeS vào lượng dư dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được Fe2(SO4)3, SO2 và H2O. Hấp thụ hết lượng SO2 trên bằng 1 lượng vừa đủ dung dịch KMnO4 thu được dung dịch X có pH = 2. Thể tích của dung dịch X là:
A. 2,00 lit.
B. 1,150 lit.
C. 1,114 lit.
D. 2,281it
Bài giải:
Cách 1: Quy đổi số oxi hóa
Sau toàn bộ quá trình, số oxi hóa cuối cùng của lưu huỳnh là +4 (trong SO2).
Giả sử S trong FeS2 và FeS đều là S+4.
Khi đó, có các quá trình nhường và nhận electron như sau:
Cách 2: Quy đổi hỗn hợp các chất
Quy đổi hỗn hợp ban đầu thành Fe và S.
⇒ Đáp án đúng là D
Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 bằng H2SO4 đặc, nóng dư thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 (đktc). Thành phần phần trăm về khối lượng của oxi trong hỗn hợp X và khối lượng muối trong dung dịch Y 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:
Quy đổi hỗn hợp X thành Fe (a mol) và O (b mol)
Các quá trình nhường và nhận electron:
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: 56a + 16b = 49,6 (1)
Theo định luật bảo toàn electron ta có: 0,4.2 + 2b = 3a (2)
(1) và (2) => a = 0,7; b = 0,65 (mol)
⇒ Đáp án đúng là A
Ví dụ 3: Cho l00ml dung dịch A chứa NaOH 0,1M và NaAlO2 0,3M. Thêm từ từ dung dịch HCl 0,1M vào dung dịch A cho đến khi kết tủa tan trở lại 1 phần. Đem nung kết tủa đến khối lượng không đổi thì thu được l, 02g chất rắn. Thể tích dung dịch HCl 0,1M đã dùng là:
A. 0,6 lít
B. 0,5 lít
C. 0,55 lít
D. 0,70 lít
Bài giải:
Ta quy đổi hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp NaOH (0,04 mol) và Al (OH)3 (0,03 mol)
⇒ V = 0,7 lít
⇒ Đáp án đúng là D
Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm 2 ankin là đồng đẳng kế tiếp có số nguyên tử C nhỏ hơn 5 và ancol etylic. Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol X cần dùng 28 lít O2 (đktc). Mặt khác, cho 28g X và bình đựng Na dư, thấy thoát ra 11,2 lít khí (đktc). Phần trăm khối lượng của ancol etylic trong hỗn hợp X là:
A. 32,86%
B. 65,71%
C. 16,43%
D. 22,86%
Bài giải:
Quy đổi 28g hỗn hợp X thành: C2H5OH (a mol); C2H2 (b mol); CH2 (c mol)
(CH2 không phải là 1 chất chỉ là nhóm nên nó chỉ có thành phần khối lượng mà không được tính vào số mol hỗn hợp).
⇒ 46a + 26b + 14c = 28 (1)
Khi cho X qua bình đựng Na dư, ancol bị giữ lại phản ứng và sinh ra 0,5mol H2 và hỗn hợp ankin không phản ứng thoát ra
⇒ 0,5a + b = 11,2: 22,4 = 0,5 mol (2)
Ta có, trong 0,3 mol hỗn hợp X có: ka mol C2H5OH; kb mol C2H2 và kc mol CH2 (k là tỉ lệ khối lượng của 0,3 mol X với 28g X)
⇒ k (a+b) = 0,3 mol
Viết phương trình đốt cháy ta có:
n O2 = k (3a + 2,5b + 1,5c) = 0,125 mol
Từ (1), (2), (3) ⇒ a = 0,2 mol; b = 0,4 mol; c = 0,6 mol
%m ancol = (0,2.46/28).100% = 32,86%
⇒ Đáp án đúng là A
Ví dụ 5: X, Y, Z là ba axit cacboxylic đơn chức cùng dãy đồng đẳng (MX < MY < MZ). T là este tạo bởi X, Y, Z với một ancol no, ba chức, mạch hở E. Đốt cháy hoàn toàn 26,6g hỗn hợp M gồm X, Y, Z T (trong đó Y và Z có cùng số mol) bằng lượng vừa đủ khí O2, thu được 22,4 lít CO2 (đktc) và 16,2g H2O. Mặt khác, đun nóng 26,6g M với lượng dư dung dịch AgNO3/NH3, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 21,6g Ag. Mặt khác, cho 13,3g M phản ứng hết với 400ml dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch N. Cô cạn dung dịch N thu được m gam chất rắn khan. Gía trị m gần nhất với:
A. 24,74
B. 38,04
C. 16,74
D. 25,10g
Bài giải:
Vì M phản ứng với AgNO3/NH3 sinh ra Ag nên X là HCOOH. Mà X, Y, Z cùng dãy đồng đẳng nên chúng là 3 axit no, đơn chức, mạch hở.
Ta có: Este = axit + ancol – H2O
Do đó, ta quy đổi hỗn hợp M thành:
Ghép CH2: Vì MX < MY < MZ nên Y ít nhất là CH3COOH, Z ít nhất là C2H5COOH
⇒ X: HCOOH: 0,1 mol;
Y: CH3COOH: 0,15 mol
Z: C2H5COOH: 0,15 mol
C3H2: O, 05
Bảo toàn nguyên tố C thấy: CH2 = 0 mol ⇒ CH2 đã được ghép hết đi vào hết axit
⇒ m axit = 0,4.46 + 0,45.14 = 24,7g
⇒ m rắn = ½ (24,6 + 0,8.40 – 0,4.18) = 24,75g
⇒ Đáp án đúng là A
Bài tập tự luyện
Bài 1: Hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 có khối lượng là 38,4 gam. Hòa tan X trong dung dịch HCl dư thu được dung dịch Y chứa 25,4 gam muối FeCl2. Khối lượng muối FeCl3 trong dung dịch Y là:
A. 24,375 g.
B. 48,75 g.
C. 32,5 g.
D. 16,25 g.
Các phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp X vào dung dịch HCl:
Sản phẩm muối tạo thành chỉ gồm FeCl2 và FeCl3
Quy đổi hỗn hợp X ban đầu thành hỗn hợp gồm FeO và Fe2O3.
Ta có:
⇒Đáp án B
Bài 2: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp X ở dạng bột gồm S, FeS, FeS2 trong dung dịch HNO3 thu được 0,48 mol NO2 và dung dịch D. Cho dung dịch D tác dụng với Ba (OH)2 dư, lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi thu được m gam hỗn hợp rắn. Giá trị của m là:
A. 11,65 gam.
B. 12,815 gam.
C. 13,98 gam.
D. 17,545 gam.
Quy hỗn hợp thành hỗn hợp gồm Fe (a mol)và S (b mol)
=> 56a + 32b = 3,76
Bảo toàn eletron
⇒Đáp án D
Bài 3: Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeCl2, FeCl3 trong H2SO4 đặc nóng, thoát ra 4,48 lít khi SO2 duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Thêm NH3 dư vào Y thu được 32,1 gam kết tủa. Giá trị m là:
A. 16,8.
B. 17,75.
C. 25,675.
D. 34,55.
Ta quy đổi hỗn hợp thành hỗn hợp chứa Fe (a mol) và Cl (b mol):
⇒Đáp án D
Bài 4: Cho 169 gam oleum vào 200 gam dung dịch H2SO4 49,6% ta được dung dịch mới có nồng độ 80%. Công thức của oleum là:
A. H2SO4.2SO3.
B. H2SO4.4SO3.
C. H2SO4.5SO3.
D. H2SO4.3SO3.
Quy đổi oleum thành H2SO4 có nồng độ x% (x > 100)
⇒ Đáp án D
Bài 5: Cho 61,2g hỗn hợp X gồm Cu và Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, đun nóng, khuấy đều. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 lít NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc), dung dịch Y và 2,4g kim loại. Cô cạn Y thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:
A. 137,1.
B. 151,5.
C. 97,5.
D. 108,9.
Quy đổi X thành các đơn chất: Cu (x mol); Fe (l, 5y mol); O2 (y mol) => 64x + 116y = 61,2 - 2,4 = 58,8
Bảo toàn electron ta có: ne cho = ne nhận
⇒Đáp án B
Bài 6: Cho 39,2 gam hỗn họp M gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, CuO và Cu tác dụng vừa đủ với HNO3 nồng độ a (mol/lít), thu được 0,2 mol NO (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của a là:
A. 2,0.
B. 1,5.
C. 3,0.
D. 1,0.
Coi hỗn hợp gồm Fe (x mol); Cu (y mol) và 0,45 mol O
=> 56x + 64y + 7,2 = 39,2
⇒Đáp án A
Bài 7: Hỗn hợp X gồm Mg, MgS và S. Hòa tan hoàn toàn m gam X trong HNO3 đặc, nóng thu được 2,912 lít khí N2 duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Thêm Ba (OH)2 dư vào Y được 46,55 gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 4,8 gam.
B. 7,2 gam.
C. 9,6 gam.
D. 12,0 gam.
Quy hỗn hợp thành hỗn hợp gồm Mg (a mol) và S (b mol)
⇒Đáp án C
Bài 8: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 27,8 gồm butan, metylxiclopropan, but-2-en, etylaxetilen và đivinyl. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là:
A. 34,50 g.
B. 36,66 g.
C. 37,20 g.
D. 39,90 g.
Các chất tham gia cấu tạo X trong phân tử đều có 4C.
Ta quy hỗn hợp đầu thành hỗn hợp C (0,6 mol) và H (a mol)
⇒Đáp án B
Bài 9: Cho 13,35 gam hỗn hợp X gồm CH2NH2CH2COOH và CH3CHNH2COOH tác dụng với V ml dung dịch NaOH 1M thu được dung dịch Y. Biết dung dịch Y tác dụng vừa đủ với 250 ml dung dịch HCl 1M. Giá trị của V là:
A. 100 ml
B. 150 ml
C. 200 ml.
D. 250 ml.
⇒Đáp án A
Bài 10: Cho 20,15 gam hỗn hợp X gồm CH2NH2COOH và CH3CHNH2COOH tác dụng với 200 ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch Y. Y tác dụng vừa đủ với 450 ml dung dịch NaOH 1M. Phần trăm khối lượng của mỗi chất trong X là:
A. 55,83% và 44,17%.
B. 58,53% và 41,47%.
C. 53,58% và 46,42%.
D. 52,59% và 47,41%
Quy hỗn hợp Y thành X (x mol) và HC1 (0,2 mol)
Gọi a, b lần lượt là số mol CH2NH2COOH và CH3CHNH2COOH
Đáp án A