ðề bài (Theo câu I.2, ðề tuyển sinh vào ðHQGHN năm 1998) : ðể m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3. Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit nitric thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO (ñktc). Tính khối lượng m của A. Hướng dẫn giải : Sơ ñồ các biến ñổi xảy ra theo bài toán : Các phương trình phản ứng xảy ra trong toàn bộ bài toán : ðể m gam sắt (A) ngoài không khí thành hỗn hợp B : 2Fe + O2 ot→ 2FeO (a) 3Fe + 2O2 ot→ Fe3O4 (b) 4Fe + 3O2 ot→ 2Fe2O3 (c) Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3, giải phóng khí NO duy nhất : Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (d) 3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (e) 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O (f) Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (g)
Trang 1Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI CHO MỘT BÀI TOÁN HÓA HỌC
ðề bài (Theo câu I.2, ðề tuyển sinh vào ðHQGHN năm 1998) :
ðể m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit nitric thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO (ñktc) Tính khối lượng m của A
Hướng dẫn giải :
Sơ ñồ các biến ñổi xảy ra theo bài toán :
Các phương trình phản ứng xảy ra trong toàn bộ bài toán :
ðể m gam sắt (A) ngoài không khí thành hỗn hợp B :
Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3, giải phóng khí NO duy nhất :
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (d) 3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (e) 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O (f) Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (g)
Cách 1 (Phương pháp bảo toàn electron) :
Theo ñịnh luật bảo toàn electron ta có : Σenhường = Σenhận (*)
Ta có : Σenhường = m
56×3
Σenhận = 12 m 2
16− × + 2, 24 3
22, 4×
Theo (*) ⇒ m = 10,08 (gam)
sinh ñã làm quen với phương pháp bảo toàn electron ñều có thể làm ñược !
Cách 2 (Phương pháp ñại số) :
Gọi x, y, z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 trong 12 gam B
Theo các dữ kiện của bài toán ta có :
Khối lượng của B : 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1)
Trang 2Số mol của Fe ban ñầu : x + y + 3z + 2t = m
56 (2)
Số mol của oxi trong B : y + 4z + 3t = 12 m
16
−
(3)
Số mol của NO sinh ra : x + y
Từ (1), (2), (3) và (4) ⇒ m = 10,08 gam
và quá nặng về mặt toán học, khó trong quá trình tìm giá trị của m bằng biến ñổi
Cách 3 (Phương pháp bảo toàn khối lượng) :
Theo ñịnh luật bảo toàn khối lượng ta có : mB + maxit = mmuối + mNO +
2
H O m
⇒ m = 10,08 gam
(Chú ý : n axit = 3n muối + n NO = m
56××××3 + 0,1)
phải tìm ra ñược số mol của axit và số mol của nước Thường thì học sinh sẽ không biết tính số mol hai chất này như thế nào (?), ñặc biệt là số mol của nước !
Cách 4 (Phương pháp bảo toàn nguyên tố):
Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố ñối với oxi ta có :
⇒ (12 − m) + 0,1 × 16 × 3 = 0,1 × 16 + 16 × 0,1 3m
56
2
⇒ m = 10,08 gam
Cách 5 (Phương pháp tách công thức) :
Do Fe3O4 = FeO.Fe2O3 nên ta có thể thay Fe3O4 bằng FeO và Fe2O3
Khi ñó hỗn hợp B gồm có : Fe, FeO và Fe2O3
Có số mol tương ứng : x y z
Các phương trình :
+) Số mol của Fe ban ñầu : x + y + 2z = m
56 (6) +) Số mol của oxi trong B : x + y
3 = 0,1 (7) +) Số mol của NO sinh ra : y + 3z = 12 m
16
Trang 3Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học Giải tương tự phương pháp ñại số với (5), (6), (7) và (8) ta cũng ñược m = 10,08 gam
Cách 6 (Phương pháp ghép công thức) :
Cách 6.1. Ta có thể coi hỗn hợp B thu ñược chỉ có Fe và Fe2O3
Do ñó hỗn hợp B gồm có : Fe Fe2O3
Có số mol tương ứng : x y
Vậy ta có các phương trình :
Giải ra ta ñược y = 0,04 ⇒ n
Fe
∑ = 0,18 mol ⇒ m = 10,08 gam
Cách 6.2. Cũng có thể coi hỗn hợp B thu ñược gồm có FeO và Fe2O3
x y
+) Số mol của NO sinh ra : x + 2y = m
56
(12)
Giải (9), (10) và (11) cũng thu ñược : m = 10,08 gam
Cách 6.3. Cũng có thể coi hỗn hợp B thu ñược gồm có Fe3O4 và Fe2O3
x y
Suy ra: 232x + 160y = 12 (12)
3x + 2y = m
56 (13)
x = 0,3 (14)
Giải (12), (13) và (14) ta cũng thu ñược : m = 10,08 gam
và việc giải bằng phương pháp này cũng rất dễ hiểu, các học sinh Trung học cơ sở cũng
âm ñể kéo số mol chất kia xuống như ñáp số cần có” (PGS TS Nguyễn Xuân Trường),
Cách 6.7. Do hỗn hợp B chỉ có hai nguyên tố là Fe và O nên ta có thể quy về một chất duy nhất là oxit dạng FexOy
Khi ñó phương trình phản ứng trở thành :
3FexOy + (12x – 2y)HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO↑ + (6x – y)H2O (h)
Ta có tỉ số : 56x m
16y =12 m− (**)
Trang 4Mà : 12 0,1 3
56x 16y 3x 2y
ừ
=
Vậy công thức quy ựổi của hóa học B là : Fe3O2 (!)
Thay vào (**) ta ựược : m = 10,08 gam
Cách 6.7Ỗ (Cách này mình ựề nghị, không biết ựã có ai làm chưa ?)
Phương trình : FexOy + (4 + 2y)H+ + NO
3− → xFe3+
+ NO↑ + (2 + y)H2O (hỖ) +) Ta tắnh ngay ựược số mol của FexOy :
12
+) Theo bảo toàn ựiện tắch : 4 + 2y Ờ 1 = 3x ⇔ 3x Ờ 2y = 3 (15)
Từ (14) và (15) ⇒ x = 1,8 ; y = 1,2
Lại có tổng số mol Fe : m 0,1x m = 56.0,1.1,8 = 10,08 gam
chế là phải cân bằng phương trình (hỖ), ựòi hỏi học sinh phải có kĩ năng cân bằng tốt
Cách 7 (đây là cách do bạn Vũ Khắc Ngọc ựề nghị)
Ta có thể coi các phản ứng hóa học diễn ra trong bài toán là 2 quá trình oxi hóa hoàn toàn Fe thành Fe3+ nối tiếp nhau bởi 2 tác nhân oxi hóa là O2 và HNO3 Có thể quy ựổi 2 tác nhân ựó
về một trong 2 tác nhân ựể ựơn giản hóa bài toán, ở ựây, ta thay thế quá trình oxi hóa của HNO3 bằng O2
Khi ựó hỗn hợp B sẽ chỉ có Fe2O3 với khối lượng là :
⇒ m = 0,09.2.56 = 10,08 gam
thể dùng ựể làm bài thi trắc nghiệm
Như vậy, với mỗi một bài toán (Hóa) chúng ta có thể giải bằng nhiều cách khác nhau, trên
ựây chỉ là một vắ dụ ựiển hình nhất Tùy theo khả năng của mỗi người có thể giải theo cách
này hay cách khác Tuy nhiên khi học Hóa, các em học sinh nên có sự tìm tòi, khám phá ra những cách giải khác, nhanh hơn, gọn hơn, hay hơn, qua ựó rèn luyện kĩ năng làm bài tập cũng như tạo ra hứng thú học tập đó là một cách học rất hiệu quả Chúc các em học tốt !
Một số bài tập tương tự (các bạn học sinh áp dụng giải như trên ựể rèn luyện thêm nhé !)
(B) khối lượng m gam gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 (hoặc biến thành hỗn hợp B gồm 4 chất rắn) Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit nitric thấy giải phóng ra 2,24 lắt khắ duy nhất NO (ựktc) Tắnh khối lượng m của B
Trang 5Tuyển chọn các phương pháp giải toán Hóa Học Các phương pháp giải cho một bài toán Hóa Học
(B) có khối lượng 13,6 gam Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit sunphuric ñặc nóng thấy giải phóng ra 3,36 lít khí duy nhất SO2 (ñktc) Tính khối lượng m của A
ð/s: m = 11,2 gam
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Dùng phương pháp quy ñổi ñể tìm nhanh ñáp số của bài toán hóa học, Nguyễn Xuân Trường, Tạp chí Hóa Học và Ứng dụng, số 4 (52) / 2006, trang 2 – 3
[2] Bài viết “Các phương pháp giải cho một bài toán hóa học”, trên blog của Lê Phạm Thành, http://blog.360.yahoo.com/blog-sp77Hxolc6eQEp1D586fpAXcPwfP?p=232
[3] Bài viết “Bài toán kinh ñiển của Hóa học: bài toán 9 cách giải”, trên blog của Vũ Khắc Ngọc, http://blog.360.yahoo.com/blog-xqI6JlYncKj8AtNZLm9wyH3bJA ?cq=1&p=92