Phương pháp quy đổi trong hóa học vô cơ hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12

Phương pháp giải

Các dạng bài thường gặp:

+ Các bài toán liên quan tới hỗn hợp oxit kim loại, muối sunfua, …

Ví dụ minh họa

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

Bài giải:

Trong trường hợp này ta có thể quy đổi hỗn hợp X 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 hoặc thậm chí chỉ một chất Fe_xO_y)

Do đó ta có thể giải bài tập theo một trong những cách như sau:

Cách 1: Quy đổi hỗn hợp X thành Fe và Fe₂O₃

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O3 tác dụng với dung dịch HNO3 thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

Cách 2:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

Cách 3: Quy đổi hỗn hợp ban đầu về hỗn hợp gồm Fe và O.

Các quá trình nhường và nhận electron:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án A.

Ví dụ 2: 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.

D. 0,02.

Bài giải:

Quy hỗn hợp A gồm (FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃) thành hỗn hợp (FeO, Fe₂O₃)

Ta có các phản ứng:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án D.

Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 14,52 gam hỗn hợp X gồm NaHCO₃, KHCO₃ và MgCO₃ trong dung dịch HCl dư, thu được 3,36 lít khí CO₂ (đktc). Khối lượng muối KCl tạo thành trong dung dịch sau phản ứng là

A. 8,94 gam.

B. 16,7 gam.

C. 7,92 gam.

D. 12,0 gam.

Bài giải:

Nhận thấy MgCO₃ và NaHCO₃ đều khối lượng mol là 84.

Ta quy đổi hỗn hợp thành hh chỉ gồm NaHCO₃ (a mol) và KHCO₃ (b mol)

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án A.

Ví dụ 4: 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

Bài giải:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

Quy đổi hỗn hợp X thành Cu (a mol) và S (b mol).

Các quá trình nhường và nhận electron:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

Bảo toàn khối lượng ta có: 64a + 32b = 30,4

Bảo toàn electron: 2a + 6b = 3.0,9

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án C

Ví dụ 5: 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.

Bài giải:

Quy hỗn hợp thành hỗn hợp gồm Mg (a mol) và S (b mol)

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án C

Bài tập tự luyện

Bài 1: 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, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:

A. 49,09.

B. 34,36.

C. 35,50.

D. 38,72.

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Quy đổi hỗn hợp thành hỗn hợp Fe (a mol) và O (b mol) ⇒ 56a + 16b = 11,36

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án D

Bài 2: Cho 11,36g hỗn hợp 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) ở đktc và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Gía trị của m là:

A. 38,72

B. 35,50

C. 49,09

D. 34,36

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Quy đổi hỗn hợp thành Fe và Fe₂O₃

Bảo toàn e: 3n_Fe = 3n_NO ⇒ n_Fe = n_NO = 0,06 mol

⇒ n_Fe2O3 = (11,36-0,06.56)/160 = 0,05 mol

Bảo toàn Fe: n_{Fe (NO3)3} = n_Fe + 2n_Fe2O3 = 0,06 + 0,1 = 0,16 mol

m_{Fe (NO3)3} = 0,16.242 = 38,72g

⇒ Đáp án A

Cách 2: Quy đổi hốn hợp thành Fe (x mol) và O (y mol)

⇒ 56x + 16y = 11,36g (1)

Viết quá trình cho nhận e và bảo toàn e ta có:

3n_Fe = 2 n_O + 3n_NO ⇒ 3x = 2y + 0,18

⇒ 3x – 2y = 0,18 (2)

Từ (1)(2) ⇒ x = 0,16; y = 0,15

m_{Fe (NO3)3} = 0,16.242 = 38,72 (g)

⇒ Đáp án A

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 2,44g hỗn hợp bột X gồm Fe_xO_y và Cu bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư. Sau phản ứng thu được 0,504 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 6,6g hỗn hợp muối sunfat. Phần trăm khối lượng của Cu trong X là:

A. 39,34%

B. 65,57%

C. 26,23%

D. 13,11%

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe (a mol); O (b mol); Cu (c mol)

⇒ 56a + 16b + 64c = 2,44g (1)

Muối thu đươc là Fe₂(SO₄)₃ (a/2mol); CuSO₄ (c mol)

m muối = m Fe₂(SO₄)₃ + m CuSO₄ = 200a + 160c = 6,6 (2)

Viết quá trình cho nhận e và bảo toàn e:

3n Fe + 2n Cu = 2n NO + 2n SO₂

⇒ 3a + 2c – 2b = 0,045 (3)

Từ (1)(2)(3) ⇒ a = 0,025; b = 0,025; c = 0,01

⇒ %m Cu = 0,01.64/2,44.100% = 26,23%

⇒ Đáp án C

Bài 4: Nung 8,4g 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. Gía trị của m là:

A. 11,2g

B. 10,2g

C. 7,2g

D. 6,9g

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X về hai chất FeO và Fe₂O₃:

n Fe = n FeO + 2n Fe₂O₃ = 0,15 mol

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án B

Bài 5: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp: S, FeS, FeS₂ trong HNO₃ dư được 0,48 mol NO₂ và dung dịch X. Cho dung dịch Ba (OH)₂ dư vào X, 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

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Phương pháp chung của loại bài tâp này là dùng quy đổi

Quy đổi hỗn hợp trên về 2 nguyên tố là Fe và S

Coi hỗn hợp gồm x mol Fe và y mol S. Ta có: 56x + 32y = 3,76 (1)

Các quá trình cho nhận electron:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ 3x + 6y = 0,48 mol (2)

Từ (1)(2) ⇒ x = 0,03 mol; y = 0,065 mol

m c/rắn = 0,5.0,03.160 + 0,065.233 = 17,545g

⇒ Đáp án A

Bài 6: Cho 38,4 gam hh Fe, FeO, Fe₃O₄ tác dụng với 2,4 mol HNO₃ (dư) trong dung dịch, thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc) và dung dịch X. Dung dịch X phản ứng với 1400 ml dung dịch NaOH 1M thu được 42,8 gam kết tủa. Giá trị của V là

A. 8,96

B. 6,72

C. 11,2

D. 3,36

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Quy đổi hỗn hợp ban đầu thành Fe và FeO với số mol lần lượt là x và y mol

PTHH xảy ra:

Fe + 4HNO₃ → Fe (NO₃)₃ + 2H₂O + NO

3FeO + 10HNO₃ → 3 Fe (NO₃)₃ + 5H₂O + NO

Dư HNO₃ nên khi tác dụng với NaOH nó sẽ phản ứng với NaOH trước còn dư mới phản ứng với Fe (NO₃)₃

HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O

Fe (NO₃)₃ + 3NaOH → Fe (OH 3NaNO₃

Nên kết tủa có 0,4 mol Fe (OH)₃ nên lượng NaOH phản ứng với HNO₃ là 0,2 mol

Suy ra HNO₃ của X là 0,2 mol

Lượng HNO₃ phản ứng với hỗn hợp rắn đầu là 2,2 = 4x + 10/3. y

Và 38,4 =56x + 72y nên x=y= 0,3 mol

Nên số mol NO là: 0,4 mol ⇒ V=8,96 lít

⇒ Đáp án A

Bài 7: Hòa tan hoàn toàn 17,04 g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ trong 660 mol dd HCl 1M dư thu được dd A và 1,68 lít H₂ đktc. Cho AgNO₃ dư vào A thấy thoát ra 0,336 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và tạo thành m g kết tủa. Giá tri của m là

A. 102,81g

B. 94,02g

C. 99,06 g

D. 94,71g

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Quy đổi hỗn hợp thành Fe và O với số mol là x và y → 56x + 16y =17,04 g

n NO =0,015 mol → n H⁺ (A)=0,06 mol

Bảo toàn số mol H⁺ có n HCl = 2nH₂ +2n O + n H⁺(A) → n O = y = (0,66 -0,06-2.0,075):2=0,225 mol

⇒ x =0,24 mol

Khi cho AgNO₃ vào dd A thì tạo ↓ AgCl và Ag

Bảo toàn số mol Cl thì AgCl: 0,66 mol

Bảo toàn e cho toàn bộ quá trình thì 3x =2.0,075 + 2.0,225 +3.0,015+ n Ag→ n Ag=0,075 mol

⇒ m =0,075.108 +0,66.143,5=102,81 g

⇒ Đáp án A

Bài 8: Cho m gam Fe tác dụng với oxi một thời gian, thu được 14,64 gam hỗn hợp rắn X. Hòa tan toàn bộ X trong V lít dung dịch HNO₃ 0,2M, thu được dung dịch Y chỉ chứa muối và 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵, ở đktc). Cho dung dịch NaOH dư vào Y, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 20,94 gam kết tủa. giá trị của V là

A. 3,0.

B. 3,5.

C. 2,5.

D. 4,0.

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Quy đổi rắn X thành hỗn hợp ban đầu gồm Fe và O

Gọi x, y, z lần lượt là số mol Fe³⁺, Fe²⁺ và số mol O

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án A

Bài 9: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ trong 400ml dung dịch HNO₃ 3M (dư) đun nóng, thu được dung dịch Y và V lít khí NO (đktc, là sản phẩm khử duy nhất của NO^3-). Cho 350ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y thu được 21,4 gam kết tủa. Giá trị của V là

A. 3,36 lít.

B. 5,04 lít.

C. 5,60 lít.

D. 4,48 lít.

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

Khi cho hỗn hợp gồm Fe và Fe₂O₃ tác dụng với dung dịch HNO₃ thì chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa từ 0 lên +3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: (2)

⇒ Đáp án D

Bài 10: Hòa tan m gam hỗn hợp A gồm Fe_xO_y, Fe và Cu bằng dung dịch chứa 1,8 mol HCl và 0,3 mol HNO₃ sau phản ứng thu được 5,824 lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X chứa (m+60,24) gam chất tan. Cho a gam Mg vào dung dịch X, kết thúc phản ứng thu được (m-6,04) gam rắn và hỗn hợp Y gồm hai khí (trong đó có một khí hóa nâu trong không khí) có tỉ khối so với He bằng 4,7. Giá trị a gần nhất với:

A. 23,0

B. 24,0

C. 21,0

D. 22,0

Hiển thị đáp án

Hướng dẫn giải:

n HCl = 1,8 (mol); n HNO₃ = 0,3 (mol); n NO = 0,26 (mol)

Quy đổi A thành Fe (a) Cu (b); O (c) mol

Bảo toàn e ta có: 3a + 2b = 2c + 0,26.3 (1)

M_Y = 18,8 ⇒ 2 khí đó là H₂ và NO. Vậy trong dd X phải có H₂ dư

Dd X chứa: Fe³⁺ (a); Cu²⁺ (b); Cl^- (1,8), NO₃- (0,3 – 0,26 = 0,04); H⁺ dư = (2,1 – 0,26.4 -2c)

⇒ 56a + 64b + 35,5.1,8 + 62.0,04 + 1,06 – 2c = (56a + 64b + 16c) + 60,24

⇒ c = 0,4 (mol)

Vậy H⁺ dư = 0,26 (mol)

m Fe+Cu = m A – m O = m – 6,4. Nhưng khi cho Mg vào X thì thu được m – 6,04 gam chất rắn

⇒ Đã có Mg dư 6,4 – 6,04 = 0,36 gam. Vậy Fe³⁺, Cu²⁺ đã bị đẩy ra hết

M_Y = 18,8 (g/mol) dùng quy tắc đường chéo ⇒ nNO = 3/2 nH₂.

Đặt n NO = 3x; n H₂ = 2x; n NH⁴⁺ = y (mol)

Có H₂ thoát ra nên NO₃- hết, bảo toàn N: 3x + y = 0,04 (3)

n H⁺ = 4.3x + 2.2x + 10y = 0,26 (4)

Từ (3) và (4) ⇒ x = y = 0,01 (mol). Từ (1) ⇒ 3a + 2b = 1,58

Bảo toàn e: 2n Mg = 3a + 2b + 3.3x + 2.2x + 8y

⇒ n Mg = (1,58 + 13.0,01 + 8.0,01): 2 = 0,895

⇒ m Mg ban đầu = 0,895.24 + 0,36 = 21,84 (g) ≈ 22 (g)

⇒ Đáp án D

Bài trước: Phương pháp quy đổi trong hóa học hữu cơ hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12 Bài tiếp: Phương pháp tăng giảm khối lượng trong hóa học cực hay, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12