skkn kĩ năng giải nhanh bài toán hóa học bằng phương pháp quy đổi

Vì vậy người giáo viên dạy hoá học phải đảm bảo tính khoa học, pháthuy được tính tự giác và tính tích cực của học sinh qua các tiết học, qua cácdạng câu hỏi, bài tập làm cho học sinh hứn

TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

KỸ NĂNG GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Hóa học là môn khoa học tự nhiên không kém phần quan trọng góp phầnxây dựng con người mới, được trang bị đầy đủ thế giới quan khoa học và kiếnthức khoa học phục vụ cho công cuộc cách mạng khoa học công nghệ đầu thế

kỉ 21 Vì vậy người giáo viên dạy hoá học phải đảm bảo tính khoa học, pháthuy được tính tự giác và tính tích cực của học sinh qua các tiết học, qua cácdạng câu hỏi, bài tập làm cho học sinh hứng thú trong học tập, yêu thích bộmôn hóa học

Bài tập hoá học rất đa dạng và phong phú Trong phân phối chương trình,

số tiết bài tập lại hơi ít so với nhu cầu cần nắm kiến thức của học sinh, nênviệc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là cần thiết Việc làmnày rất có lợi cho học sinh, trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tậpcủa chuyên đề hóa học, bước đầu nắm được phương pháp giải và từ đó có thểphát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự, đặc biệt là cácbài tập trắc nghiệm tính toán phức tạp

Giải nhanh bài toán Hóa học là một mục tiêu quan trọng của mỗi thí sinhtrong các kỳ thi Đại học – Cao đẳng, đặc biệt là khi hình thức thi đã thay đổi

từ tự luận sang trắc nghiệm Sự thay đổi này cũng tạo ra một động lực quantrọng đòi hỏi phải có sự thay đổi tương ứng về nhận thức và phương pháptrong cả việc dạy và học của giáo viên và học sinh Trong số các phương phápgiải toán Hóa học thì quy đổi là phương pháp nhanh, hiệu quả và có nhiềuphát triển thú vị trong thời gian gần đây Phương pháp Quy đổi tập hợp cácphương pháp tư duy sáng tạo, dựa vào những giả định Hóa học và Toán họcphi thực tế giúp tính nhanh các giá trị lượng chất của một hỗn hợp phức tạp

Xuất phát từ đó, cùng một số kinh nghiệm sau những năm công tác, tôi

mạnh dạn nêu ra chuyên đề “Kĩ năng giải nhanh bài toán Hóa học bằng phương pháp quy đổi ”

II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận

Phương pháp này dựa trên cơ sở:

- Bài toán liên quan đến hỗn hợp các chất là một trong những bài toán phổbiến nhất trong chương trình Hóa Học phổ thông, hầu hết các bài toán thườnggặp đều ít nhiều có các dữ kiện liên quan đến một hỗn hợp chất nào đó, có thể làhỗn hợp kim loại và các oxit, hỗn hợp các oxit, hỗn hợp kim loại và hợp chấtsunfua của chúng, hỗn hợp các muối, hỗn hợp các hiđrocacbon, đặc biệt là cácbài toán lên quan đến sắt…đa số những bài toán như vậy đều có thể vận dụngđược phương pháp quy đổi để giải toán

- Có những bài toán nếu áp dụng những phương pháp khác thì sẽ giải rất phứctạp nhưng áp dụng phương pháp quy đổi hợp lí, đúng cách, trong nhiều trườnghợp sẽ giúp tốc độ làm bài tăng lên đáng kể, điều này đặc biệt quan trọng khilàm bài thi trắc nghiệm như hiện nay

- Qui đổi là phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu làmột hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trởnên dễ dàng, thuận tiện

- Khi áp dụng phương pháp qui đổi phải tuân thủ 2 nguyên tắc sau:

+ Bảo toàn nguyên tố (tức là tổng số mol mỗi nguyên tố ở hỗn hợp đầu

và hỗn hợp mới phải bằng nhau)

+ Bảo toàn số oxi hóa (tổng số số oxi hóa của các nguyên tố ở hai hỗnhợp phải bằng nhau)

- Ở đây tôi trình bày phương pháp giải với giả định là học sinh đã thànhthạo phương pháp bảo toàn electron và một số phương pháp khác

2 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài

Đề tài này được trình bày theo từng phần:

- Các hướng quy đổi thường gặp và lấy ví dụ minh họa cho từng dạng, hướngdẫn giải chi tiết

- Các bài tập vận dụng: Cung cấp hệ thống bài tập tự luyện nhằm giúp các emhọc sinh tự ôn luyện để nắm vững nội dung cũng như cách thức áp dụngphương pháp

II.1 Các hướng qui đổi và những chú ý

- Một bài toán có thể có nhiều hướng quy đổi khác nhau, trong đó có 3hướng chính:

+ Qui đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp 2 hoặc chỉ 1 chất

Trong trường hợp này thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như ban đầu, tachuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn (cũng của các nguyên tố đó), thường

là hỗn hợp 2 chất, thậm chí là 1 chất duy nhất

Ví dụ: Với hỗn hợp các chất Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta có thể chuyển thànhcác tổ hợp sau: (Fe và FeO), (Fe và Fe3O4), (Fe và Fe2O3), (Fe3O4 và FeO),(Fe2O3 và FeO), (Fe3O4 và Fe2O3), hoặc FeaOb

+ Qui đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng

Thông thường ta gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng bản chất chỉ gồm 2(hoặc 3) nguyên tố Do đó, có thể qui đổi thẳng hỗn hợp đầu về hỗn hợp chỉgồm 2 (hoặc 3) chất là các nguyên tử tương ứng

Ví dụ:

Hỗn hợp (Fe, FeS, FeS2, Cu, CuS, Cu2S, S) Hỗn hợp (Fe, Cu, S)

+ Qui đổi tác nhân oxi hóa trong các phản ứng oxi hóa khử

Do việc qui đổi nên trong một số trường hợp số mol một chất có thể có giá trị âm để tổng số mol của mỗi nguyên tố được bảo toàn Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường và kết quả cuối cùng vẫn thõa mãn.

- Phương án qui đổi tốt nhất là qui đổi thẳng về các nguyên tử tươngứng của các nguyên tố tạo nên hợp chất ban đầu

- Khi quy đổi hỗn hợp X về một chất là FexOy thì oxit FexOy tìmđược chỉ là oxit giả định không có thực.

II.1.1 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ một chất

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 dungdịch HNO3 dư, thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất.Giá trị của m là

A 11,2 gam B 10,2 gam C 7,2 gam D 6,9 gam

Hướng dẫn giải: Ta có thể quy đổi theo các cách sau

 Quy đổi hỗn hợp X về hai chất Fe ( a mol, chính là số mol Fe còn dư) và

Fe 2 O 3 (b mol)

n Fe ban đầu = = 0,15 mol

Các quá trình oxi hóa khử:



Vậy: mX = mFe +

mX = × 56 + × 160 = 11,2 gam

 Đáp án A.

 Quy đổi hỗn hợp X về hai chất FeO (a mol) và Fe2O 3 (b mol):

Theo định luật bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố ta có:

 Nhận xét: Quy đổi hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 về hỗn hợp haichất 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, dư thu được 4,48 lít khí NO2 (đktc) Cô cạn dung dịch sau phảnứng thu được 145,2 gam muối khan Giá trị của m là

A 35,7 gam B 46,4 gam C 15,8 gam D 77,7 gam.

Hướng dẫn giải

Ta có: = = 0,2 mol

= = 0,6 mol

Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất FeO (a mol) và Fe2O3 (b mol)

Theo định luật bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố ta có:



 mX = 0,272 + 0,2160 = 46,4 gam

 Đáp án B.

Ví dụ 3: Nung m gam sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X.

Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 dư thu được 0,56 lít khí NO (sản phẩmkhử duy nhất, ở đktc) Giá trị m là

← 

 m = mFe ban đầu = (a+2b)56 = 2,52 gam

 Đáp án A

phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sảnphẩm khử duy nhất, đktc) và dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu được mgam muối khan Giá trị của m là

Ví dụ 5: Hòa tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3,

Fe3O4 bằng H2SO4 đặc, nóng, dư thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2

(đktc) Tính:

a) Thành phần phần trăm khối lượng oxi trong hỗn hợp X

A 40,24% B 30,7% C 20,97% D 37,5%

b) Khối lượng muối trong dung dịch Y

A 160 gam B.140 gam C 120 gam D 100 gam

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X về hai chất Fe (a mol) và Fe2O3 (b mol)

= = 0,4 mol Theo định luật bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng ta có:

Ví dụ 6: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thìcần vừa đủ 0,05 mol H2 Mặt khác, hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Xtrong dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư thì thu được thể tích khí SO2 (sản phẩmkhử duy nhất ở đktc) là

A 25 ml và 1,12 lít B 0,5 lít và 22,4 lít

C 50 ml và 2,24 lít D 50 ml và 1,12 lít

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4

 Hỗn hợp X được quy đổi thành hỗn hợp gồm: 0,1 mol Fe và 0,2 mol

Ví dụ 8: Để hòa tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3

(trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V ml dung dịchHCl 1M Giá trị V là

 = 4 0,04 mol

 = 2 = 20,04 = 0,08 mol

 Vdung dịch HCl = = 0,08 lít = 80 ml

 Đáp án A

và CaCO3 trong dung dịch HCl dư, thu được 2,688 lít khí CO2 (đktc) Khốilượng muối NaCl tạo thành trong dung dịch sau phản ứng là:

A 1,94 gam B 1,49 gam C 1,68 gam D 1,17 gam

Hướng dẫn giải

Ta nhận thấy đề bài yêu cầu tìm khối lượng muối NaCl tạo thành trongdung dịch sau phản ứng, mà muối ban đầu có chứa Na là duy nhất muốiNaHCO3

Mặt khác MK + MH = MCa = 40 nên ta quy đổi hỗn hợp gồm KHCO3 vàCaCO3 thành một chất là CaCO3 tức là quy đổi hỗn hợp X thành hỗn hợp gồm

2 chất là NaHCO3 (a mol) và CaCO3 (b mol)

Theo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố ta có:

Ví dụ 10: Hỗn hợp X gồm propan, propen và propin có tỉ khối hơi so với

H2 là 21,2 Khi đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X, tổng khối lượng CO2 và H2Othu được là m gam Giá trị của m là

A 37,20 gam B 37,92 gam C 38,64 gam D 40,80 gam

Ta có hệ:

← 

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

= 0,2 3 = 0,6 mol = = 0,64 mol  m = 0,6 44 + 18 0,64 = 37,92 gam

 Đáp án B

II.1.2 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử hoặc đơn chất tương ứng.

Ví dụ 1: Nung m gam bột đồng trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp rắn

X gồm Cu, CuO, Cu2O Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc, nóng, dư thoát

ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) Giá trị của m là

A 9,6 B 14,72 C 21,12 D 22,4

Hướng dẫn giải

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

= = 0,2 molTheo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron ta có:

← 

Vậy: m = 0,35 64 = 22,4 gam

 Đáp án D

và S bằng dung dịch HNO3 dư, thoát ra 20,16 lít khí NO (sản phẩm khử duynhất, đktc) và dung dịch Y Thêm dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch Y thuđược m gam kết tủa Giá trị m là

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm Mg, MgS và S Hòa tan hoàn toàn m gam X

trong dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thu được 2,912 lít khí N2 (sản phẩm khửduy nhất, đktc) và dung dịch X Thêm dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch

X thu được 46,6 gam kết tủa Giá trị m là

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn 6,48 gam hỗn hợp chất rắn X gồm: Cu, CuS,

FeS, FeS2, FeCu2S2, S thì cần vừa đủ 2,52 lít O2 và thu được 1,568 lít SO2 Mặtkhác, cũng cho 6,48 gam hỗn hợp X trên tác dụng với dung dịch HNO3 đặc,nóng, dư thu được V lít NO2 ( sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch A Chodung dịch A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu đựơc m gam kết tủa Cácthể tích đo ở đktc Giá trị V và m lần lượt là

= = 0,07 mol Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

nS = 0,07 mol =

 = 0,07 233 = 16,31 gam

Theo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron ta có hệ :

(Ở đây chúng ta cũng cần lưu ý chỉ số O trong phân tử O2 là 2, Fe bị oxi hóa hoàn toàn bởi O 2 tạo ra Fe 2 O 3 , S bị oxi hóa thành S +4 )

← 

Lưu ý: Khi cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch HNO3 dư thì thu được Cu2+,

Fe3+ và để áp dụng định luật bảo toàn electron cho đúng chứ không giốngtrong trường hợp đốt cháy

= 2 + 3 0,03 + 0,07 6 = 0,59 mol

 = 0,59 22,4 = 13,216 lít

Vậy: Đáp án A

HNO3, thu được 0,05 mol NO và 0,03 mol N2O, dung dịch D không chứa ion

NH4+ Cô cạn dung dịch D thu được 37,95 gam hỗn hợp muối khan Nếu hòatan lượng muối này trong dung dịch xút dư thì thu được 6,42 gam kết tủa màu

đỏ nâu Tính m và xác định FexOy?

A 6,49; FeO B 6,65; Fe3O4

C 7,29; Fe2O3 D 7,29; FeO

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X thành các nguyên tố tương ứng sau: Al, Fe và O (a mol)

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

= nFe = = = 0,06 mol

Theo định luật bảo toàn electron ta có: (Ở đây chúng ta cũng cần lưu ý chỉ

số N trong phân tử N 2 O là 2, sau khi quy đổi thì O và HNO 3 là chất oxi hóa)

II.1.3.Quy đổi tác nhân oxi hóa

Ví dụ 1: Nung m gam bột đồng trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp rắn X

gồm Cu, CuO, Cu2O Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng,

dư, thấy thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (ở đktc) Giá trị của m là

Hướng dẫn giải

Ở đây ta thay vai trò oxi hóa của H2SO4 đặc bằng [O], nghĩa là ta thay vaitrò nhận electron của S+6 bằng [O] ta có:

Cu X CuO CuO

= = 0,2 molTheo định luật bảo toàn electron :

nO (2) =

 nO(2) = 0,2 mol

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

mCuO = mX + mO(2) = 24,8 + 0,2 16 = 28,0 gam

Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với Cu :

nCu = nCuO = = 0,35 mol

 m = 64 0,35 = 22,4 gam

 Đáp án D

Ví dụ 2: Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển

thành hỗn hợp A có khối lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Chohỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng, dư thu được 6,72lít khí SO2 (đktc) Giá trị của a là:

A 56 gam B 11,2 gam C 22,4 gam D 25,3 gam

= nFe = = 0,05 mol

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

= mA + mO(2)

Câu 1 Cho 13,92 gam hỗn hợp X gồm Cu và một oxit sắt vào dung dịch

HNO3 loãng dư thu được 2,688 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc) Côcạn dung dịch sau phản ứng thu được 42,72 gam muối khan Công thức của oxitsắt là

A FeO B Fe3O4 C Fe2O3 D FeO hoặc Fe3O4

dịch H2SO4 đặc, nóng, dư thấy thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) và dungdịch Y Thêm dung dịch NH3 dư vào dung dịch Y thu được 32,1 gam kết tủa.Giá trị m là

A 16,8 B 17,75 C 25,675 D 34,55

Câu 3 Nung a mol Fe trong không khí một thời gian thu được 16,08 gam hỗn

hợp X gồm 4 chất rắn Hòa tan hết lượng hỗn hợp X trên bằng dung dịch HNO3

loãng, thu được 672ml khí không màu hóa nâu ngoài không khí (sản phẩm khửduy nhất, đktc) Giá trị của a là

Câu 4 Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 bằng dungdịch HNO3 đặc, nóng thu được 2,24 lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, đktc)

Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 72,6 gam muối khan Giá trị m là

A 17,85 gam B.23,2 gam C 7,9 gam D.38,85 gam

Câu 5 Cho hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 với số mol bằng nhau Lấy mgam X cho phản ứng với CO nung nóng, sau phản ứng trong bình còn lại 16,8gam hỗn hợp rắn Y Hòa tan hoàn toàn Y bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng vừa

đủ thu được 3,36 lít khí SO2 duy nhất (ở đktc) Giá trị m và số mol H2SO4 đãphản ứng lần lượt là

A 19,20 và 0,87 B 19,20 và 0,51

C 18,56 và 0,87 D 18,56 và 0,51

Câu 6 Nung m gam Fe trong 6,72 lít O2 (đktc), sau một thời gian thu đượchỗn hợp X gồm 4 chất rắn Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X thu được vào dungdịch HNO3 đặc, nóng thu được 6,72 lít NO2 (đktc, sản phẩm khử duy nhất) Giátrị của m là

đun nóng Sau phản ứng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc) và còn lại 1,46gam kim loại chưa tan Nồng độ của dung dịch HNO3 đã dùng là

Sau một thời gian thu được 44,64 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3

Hòa tan hết X bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu được 3,136 lít khí NO (đktc).Giá trị của m là

Câu 9 Đốt cháy 6,72 gam bột Fe trong không khí thu được m gam hỗn hợp

X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 và Fe dư Để hòa tan X cần dùng vừa hết 255 ml dungdịch chứa HNO3 2M, thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, đktc) Giátrị m, V lần lượt là

A 8,4 và 3,36 B 8,4 và 5,712

C 10,08 và 3,36 D 10,08 và 5,712

loãng dư thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí B gồm NO và N2O có tỉ khối hơi sovới H2 bằng 19 Mặt khác, nếu cho hỗn hợp đó tác dụng với khí CO dư thì saukhi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 9,52 gam Fe Giá trị của V là

Câu 11 Hòa tan hoàn toàn 34,8 gam một oxit sắt dạng FexOy trong dung dịch

H2SO4 đặc, nóng Sau phản ứng thu được 1,68 lít khí SO2 (đktc) FexOy là

Câu 12 Hòa tan hết 44,08 gam một oxit sắt FexOy bằng dung dịch HNO3

loãng, thu được dung dịch X Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch X, thuđược kết tủa Đem nung lượng kết tủa này trong không khí ở nhiệt độ cao đếnkhối lượng không đổi, thu được một oxit kim loại Dùng H2 để khử hoàn toànoxit này thì thu được 31,92 gam chất rắn là một kim loại Oxit FexOy là

Câu 13 Trộn 5,6 gam bột sắt với 2,4g bột lưu huỳnh rồi đun nóng (trong điều

kiện không có oxi) thu được hỗn hợp rắn M Cho M tác dụng với lượng dư dungdịch HCl thấy giải phóng hỗn hợp khí X và còn một phần không tan Y Để đốtcháy hoàn toàn X và Y cần vừa đủ V lít khí oxi (đktc) Giá trị V là