SKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá họcSKKN Áp dụng phương pháp qui đổi để giải một số bài tập Hoá học
Trang 1LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bài tập hóa học có rất nhiều dạng và ngày càng đa dạng với nhiều phương pháp giải khác nhau Trong một bài có thể kết hợp nhiều phương pháp và có thể cùng lúc giải bằng nhiều phương pháp, tùy thuộc vào từng bài tập Đặc biệt, hiện nay Học sinh thi dạng trắc nghiệm, cần phải biết kết hợp nhiều phương pháp và chọn lọc cách giải ngắn nhất và chính xác nhất Có rất nhiều bài tập hóa học cần đến và nhất thiết phải sử dụng phương pháp quy đổi trong giải bài tập Đây là vấn đề mới, Học sinh còn lúng túng, có Em vẫn chưa biết phương pháp này Do
đó, Tôi chọn đề tài này nhằm giúp Học sinh biết cách nhận dạng bài tập giải có
áp dụng quy đổi và cách quy đổi như thế nào là ưu việt nhất
MỤC TIÊU Giúp Học sinh có cách hệ thống nhanh cách giải bài tập có áp dụng phương pháp quy đổi, nhằm giải nhanh bài tập hóa học
Cùng Đồng nghiệp và Học sinh nghiên cứu sâu hơn phương pháp quy đổi
và phương pháp khác giải bài tập nhanh trắc nghiệm
NỘI DUNG -Chủ yếu Học sinh biết giải các bài toán hỗn hợp đơn giản (đối với Học sinh từ lớp 8 đến lớp 12) có kết hợp định luật bảo toàn khối lượng hoặc nguyên tố
-Đối với Học sinh từ lớp 10 (sau khi học phản ứng oxi hóa khử), có thể áp dụng Bảo toàn electron hay dạng quy đổi tác nhân oxihoa
- Tùy theo trình độ Học sinh mà có phép Quy đổi phù hợp để giải được bài tập
- Các bài tập dạng hỗn hợp nhiều chất cần phải dùng bước quy đổi
Trang 2CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Nguyên tắc chung
Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu
là một dạng phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, nhanh chóng hơn
Khi áp dụng phương pháp quy đổi phải tuân thủ 3 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 hoá: (tổng số số oxi hóa của các nguyên tố ở hai hỗn hợp phải bằng nhau)
+Bảo toàn về khối lượng: Tổng khối lượng của hỗn hợp đầu và hỗn hợp quy đổi phải bằng nhau
1.2 Nhận dạng và hướng quy đổi:
1.2.1.Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp ít chất hơn hay một chất
- Xem đề cho bao nhiêu dữ kiện thì quy đổi về hỗn hợp có bấy nhiêu chất
Ví dụ: với hỗn hợp các chất gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3
+Nhận xét: Trong hỗn hợp có 3 chất có khả năng tăng số oxihoa, chỉ có
Fe2O3 có số oxihoa cao nhất, nên chúng ta sẽ cố định Fe2O3 kết hợp với mỗi chất còn lại sẽ có 3 hỗn hợp mới như sau: (Fe và Fe2O3); (FeO và Fe2O3); (Fe3O4 và
Fe2O3) thì bài tập giải sẽ nhanh hơn hỗn hợp cùng có hai chất khử (Fe và FeO) hay (Fe và Fe3O4) hay (FeO và Fe3O4) hay một chất FexOy ( cân bằng sẽ khó hơn)
+Khi làm nên chọn dạng hỗn hợp dễ cân bằng là: (Fe và Fe2O3); (FeO và
Fe2O3)
1.2.2 Quy đổi hỗn hợp về một chất
Thường gặp trong hóa hữu cơ:
1.2.2.1 Hỗn hợp nhiều chất có cùng công thức tổng quát khi đốt cháy tính sản phẩm CO2 và nước Quy đổi về một chất tổng quát hoặc chọn một chất làm chất đại diện
Ví dụ : Đốt cháy 0,2 mol hỗn hợp X gồm propan, propen và propin có tỉ khối hơi so với H2 là 21,2
-Nhận xét cả 3 chất đều có 3C và số nguyên tử H khác nhau và có dữ kiện tìm M
- Nên quy đổi 3 chất thành một chất C3Hx
Trang 31.2.2.2 Hỗn hợp nhiều chất chứa mỗi chất có phản ứng trên mạch cacbon hay nhóm chức như nhau
Ví dụ : Hỗn hợp X gồm một axit cacboxylic đơn chức, mạch hở, trong gốc hidrocacbon có một liên kết đôi và hai anđêhit no mạch hở tác dung hoàn toàn với H2 dư, thu được hỗn hợp Y Cho Y tác dụng Na dư, thu được 2,24 lít H2(đktc) Hỗn hợp X có thể làm mất màu dung dịch chứa x gam brom Giá trị của
x là
-Nhận dạng: Trong mỗi chất của hỗn hợp X đều có một nối pi tác dụng với
H2 cũng như tác dụng với brom
- Từ đó quy đổi hỗn hợp về một chất axit hay andehit đều được
1.2.3 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử hoặc đơn chất tương ứng
Thông thường ta gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng về bản chất chỉ gồm 2 (hoặc 3) nguyên tố Do đó, có thể quy đổi thẳng hỗn hợp đầu về hỗn hợp chỉ gồm 2 (hoặc 3) chất là các nguyên tử tương ứng
Ví dụ ; (Fe, FeS, FeS2, Cu, CuS, Cu2S) quy đổi thành hh(Cu, Fe, S) -Nếu gặp hổn hợp O2 và O3 thường quy đổi về O
- Nếu gặp hỗn hợp hydrocacbon thường quy đổi về hỗn hợp C và H
- Nếu gặp hỗn hợp các hợp chất có nhóm chức thường quy đổi về C, H, O hay là nhóm chức tương ứng
1.2.4 Quy đổi tác chất oxi hóa
Thường gặp các bài tập qua hai hay nhiều giai đoạn oxi hóa Tùy theo câu hỏi
mà chúng ta có cách quy đổi tác chất oxi hóa cho phù hợp
1.2.5 Quy đổi một chất thành hỗn hợp
Thường gặp các bài tập về polime, biến đổi polime về hỗn hợp các monome
Trang 4CHƯƠNG 2 CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP 2.1 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành hỗn hợp ít chất hơn hay một chất
2.1.1.Qui đổi hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4
2.1.1.1 Trường hợp mỗi chất có số mol không bằng nhau:
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 dung dịch H2SO4 đặc, nóng có dư, thu được 1,12 lít khí SO2 (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
Cách giải 1: Không theo qui đổi: Đặt x, y,z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO,
(mol)(0,15-0,1/3) 0,35/3
m=0,1:3.56 +0,35:6.160=11,2 g Chọn A
1,5 phút
hh2/
FeO (x mol)
Fe2O3 (y mol)
BTe x=2.0,05=0,1 BTNT (Fe): 0,1x +2y=0,15 y=0,025 m=0,1.72+0,025.160= 11,2
1,5 phút
hh3
Fe3O4 (xmol)
Fe2O3 (y mol)
BTe: x=2.0,05=0,1 BTNT (Fe): 3x +2y =0,15 3.0,1 +2y =0,15
y= -0,075
2 ( dễ sai khi xác
Trang 5Nên m =232.0,1 +160.(-0,075)=11,2 định số
oxh) hh4
1 (dễ sai khi nhận O
là chất khử)
HH có 2 chất
khử
Thường học sinh viết pt rất mất thời gian cân bằng
-Nếu xác định sự tăng giảm số oxh thì làm nhanh nhưng vẫn chậm hơn cách biết đổi trên Vì phải xác định sự tăng số oxh trên 2 chất
BTNT: x +y =0,15 (2) Giải (1) và (2): x=- 0,025; y = 0,175
BTNT: ax =0,15 (2) Giải (1) và (2): ax=0,15 và ay=0,175
5
Hs dễ sai khi chọn số electron cho và khi giải gặp nhiều
ẩn số Kết luận: -Qua phân tích trên, nên qui đổi hỗn hợp vế Fe và Fe2O3 hoặc FeO và Fe2O3 thời gian từ 1,00 đến 1,15 phút dễ thực hiện, ít sai Cách quy đổi tốt nhất là đưa về hỗn hợp tạo nên các nguyên tố đó như biến hỗn hợp trên về
Trang 6hỗn hợp các nguyên tố Fe và O, thời gian giải rất nhanh chỉ 1,00 phút là xong nhưng phải chú ý số mol electron của Oxi nhận phải để cùng vế với số e nhận từ HNO3 hay H2SO4 đặc, nóng Không nên biến đổi về hỗn hợp hai chất cho phản ứng oxi hóa khử hay biến đổi về một chất FexOy vì mất nhiều thời gian và gặp phức tạp khi giải
- Trong một vài phương pháp Qui đổi, có 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 thỏa mãn
*Áp dụng:
Ví dụ 2: Cho 11,36 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 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 Y Cô cạn dung dịch Y thu được m gam muối khan Giá trị của m là
Hướng dẫn giải Nhận xét: Đề yêu cầu tính khối lượng muối Do đó chỉ cần tìm được số mol sắt, sẽ biết được số mol muối theo bảo toàn nguyên tố
Do đó qui đổi hỗn hợp thành Fe (x mol) và O (y mol)
n NO = = 0,06 mol
Theo BTe: 3x=2y +3.0,06 (1)
Khối lượng hh: 56x + 16y = 11,36 (2)
Trang 7Ví dụ 3: 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 Chọn cách qui đổi hỗn hợp thành Fe (x mol) và O (y mol)
Trang 8- Khi các chất hữu cơ có dạng Cn(H2O)m
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm propanđial, fomanđehit, metyl fomat cần dùng vừa đủ 4,48 lít O2 (đktc) thu được 2,7 gam H2O Giá trị của m là:
A 6,2 B 4,3 C 2,7 D 5,1
Trang 9Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm: HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 và
CH3CH(OH)COOH Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X cần V lít O2 (đktc) sau phản
ứng thu được CO2 và H2O Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào nước vôi trong dư
được 30 gam kết tủa Vậy giá trị của V tương ứng là
Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 68,4 gam hỗn hợp gồm Glucozơ, Saccarozơ và tinh
bột thu được 39,6 gam nước và V (lít) khí CO2 ở (đktc) Giá trị V (lít) là:
A 53,76 B 14,66 C 49,28 D 26,88
Giải: Biến đổi hỗn hợp thành C và H2O Khi đốt chỉ có C cháy:
C + O2→CO2Nên số mol O2 = số mol C=(68,4 -39,6):12= 2,4 mol
2 2, 4.22, 4 53, 76
O
Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm tinh bột, xenlulozơ, glucozơ
và saccarozơ cần 2,52 lít O2 (đktc), thu được 1,8 gam nước Giá trị của m là:
A 3,15 B 5,25 C 3,60 D 6,20
Giải: : Biến đổi hỗn hợp thành C và H2O Khi đốt chỉ có C cháy:
C + O2→CO2Nên số mol C= số mol O2= 2,52 : 22,4=0,1125 mol
Khối lượng hỗn hợp m= 0,1125.12 +1,8=3,15gam Chọn A
2.2 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành hỗn hợp các nguyên tố tạo nên
các hợp chất
Ví dụ 1: Cho 34,4 gam hỗn hợp gồm Cu; CuO và Cu2O tác dụng hết với
dung dịch H2SO4 đặc nóng có dư thu được 7,84 lít khí SO2 (đktc) và dung dịch
A Cô cạn dung dịch A được m gam chất rắn Tính m (gam)
A.68 gam B 60 gam C 80 gam D 120 gam
Hướng dẫn giải
Số mol SO2= 0,35 mol
Qui đổi hỗn hợp X gồm Cu (x mol) và O (y mol)
Cu→Cu2+ +2e và S+6 +2e →S+4 ; O +2e→O-2
Theo Bảo toàn electron và khối lượng hỗn hợp, ta có hệ phương trình:
+O2
Trang 102x-2y =2.0,35
64x + 16y = 34,4
Giải hệ, ta được: x= 0,5 và y= 0,15
BTNT: số mol Cu = số mol CuSO4 =0,5 mol
Khối lượng muối =0,5.160 =80 gam Chọn C
Ví dụ 2: Nung 44,8 gam hỗn hợp bột đồng và sắt trong oxi thu được 53,6 gam hỗn hợp rắn X gồm Cu, CuO, Cu2O, Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc, nóng, dư thoát ra 8,96 lít khí SO2duy nhất (đktc) Cô cạn phần dung dịch được m gam chất rắn là:
A 9,6 B 136 C 21,12 D 216
Giải Qui đổi hỗn hợp X gồm Fe (x mol); Cu(y mol); O (z mol)
Khối lượng muối= 0,2.400 + 0,35.160 =136 g
Ví dụ 3: Hòa tan hết m gam hỗn hợp A gồm Al và FexOy bằng dung dịch 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 hòa tan 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?
Trang 11Hướng dẫn 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)
Ví dụ 4: Cho 20,80 gam hỗn hợp Fe, FeS, S, FeS2, T/d với dd HNO3 đặc nóng
dư thu được V lít NO2 (đktc) và dd A Cho A T/d với dd Ba(OH)2 dư thu được 91,30 gam kết tủa Tính V
A.53,76 lít B 22,4 lít C.6,72 lít D 4,48 lít
Hướng Dẫn Hỗn hợp ban đầu là Fe và S Gọi x và y là số mol của Fe và S, số mol của NO2 là
Trang 12A 19,38 lít B.28 lít C.35,84 lít D 16,8 lít
Hướng dẫn Quy đổi hh thành O, m O m(O2O3)
ml dung dịch HCl 1M vào dung dịch A được 5,46 g kết tủa m có giá trị là :
A 7,21 gam B 8,2 gam C 8,58 gam D 8,74 gam
Giải:
0,135 mol H2
Dd Ba(AlO2)2 a mol 5,46g↓ Rắn Al dư (b -2a)mol
0,54 g( 0,02 mol)
→ 0,11= 2a +3(2a -n↓) = 2a +3(2a -0,07) →a=0,04→b=0,1
Theo Bte: 2.0,04+3.2.0,04 = 2.0,135+2c →c=0,025
→m = 137 0,04 +27 0,1 +16 0,025 = 8,58 gam Chọn C
2.3.Quy đổi tác chất oxi hóa :
Ví dụ 1: Nung 44,8 gam hỗn hợp bột đồng và sắt trong oxi thu được 53,6 gam hỗn hợp rắn X gồm Cu, CuO, Cu2O, Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc, nóng, dư thoát ra 8,96 lít khí SO2duy nhất (đktc) Cô cạn phần dung dịch được m gam chất rắn là:
Trang 13A 83,2 B 136 C 92 D 87,6
Hướng dẫn giải:
53, 6 44,8
0, 55 16
O
n mol; nSO2 =0,4 mol
Qui đổi tác nhân oxihoa O2 là H2SO4 đặc, xem qua 2 giai đoạn phản ứng
Mối liên hệ: 2nO= 2nSÒ2n SO2 n O 0, 55 mol
2.4 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về một chất
Khi hỗn hợp có khối lượng phân tử bằng nhau hay cùng có loại nhóm chức phản ứng như nhau không ảnh hưởng khối lượng hỗn hợp
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 50 gam hỗn hợp CaCO3 ,KHCO3 và tạp chất không phản ứng , bởi dung dịch KHSO4 dư thu được 8,96 lít khí CO2 (đktc) Tính %tạp chất?
H2 (đktc) Hỗn hợp X có thể làm mất màu dung dịch chứa x gam brom Giá trị của x là
A 16,0 gam B 8,0 gam C 32,0 gam D 12,0 gam
Trang 14Hướng dẫn giải Nhận xét: Mỗi chất trong X khi tác dụng vời H2 theo tỉ lệ 1:1 tạo ra mỗi chất trong Y, cũng tác dụng với Na tạo khí H2 đều theo tỉ lệ 2:1 Nên đổi hỗn hợp thành một chất RCOOH hay RCHO
Mối liên hệ giữa H 2 và Br 2 :
Số mol Br2 = số mol H2 = 0,2 mol
2 0, 2.160 32
Br
Ví dụ 3: 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 H2O thu 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
Hướng dẫn giải Quy đổi hỗn hợp thành C3Hx
Hướng dẫn Quy đổi hỗn hợp thành CnHm(OH)n
Trang 152.5 Quy đổi một chất thành hỗn hợp nhiều chất đơn giản
Ví dụ: Khi đốt cháy hoàn toàn một polime X (tạo thành từ phản ứng đồng trùng hợp giữa buta-1,3- đien và acrilo nitrin) với lượng oxi vừa đủ thấy tạo thành một hỗn hợp khí ở nồng độ áp suất xác định chứa 59,1 % CO2 về thể tích
Tỉ lệ số mol hai loại monome là
Hướng dẫn Quy đổi thành hh hai chất ban đầu: C4H6(x mol) và C3H3N (y mol)
Ví dụ 1: Một hỗn hợp X gồm CH3OH, CH2=CHCH2OH, CH3CH2OH,
C3H5(OH)3.Cho 25,4 gam hỗn hợp X tác dụng với Na dư thu được 5,6 lít H2(đktc) Mặt khác đem đốt cháy hoàn toàn 25,4 gam hỗn hợp X thu được m gam
CO2 và 27 gam H2O Giá trị của m là
A 61,6 gam B 52,8 gam C 44 gam D 55 gam
Trang 16Do đó số mol CO2 = số mol C = 1,2 mol
Lượng CO2 = 1,2 44 = 52,8 gam
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 29,6 gam hỗn hợp X gồm CH3COOH ,CxHyCOOH
và (COOH)2 thu được 0,8 mol H2O và m gam CO2 Cũng cho 29,6 gam X tác dụng với lượng dư NaHCO3 thu được 0,5 mol CO2 Giá trị của m là
Ta cũng nhận xét: nO = 2nCOOH = 2nCO2= 2.0,5 =1 mol
Khi đốt hỗn hợp: nH= 2nH2O= 2.0,8 = 1,6 mol
nCÒ2 = nC = (29,6 -1 16 – 1,6.1): 12 = 1 mol Chọn D
3 Bài toán áp dụng:
Bài 1: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ Khối B- 2008) Nung m gam bột sắt trong oxi
thu đựơc 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0.56 lít NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Giá trị m là:
A 2.52 gam B 1.96 gam C 3.36 gam D 2.10 gam
Bài 2: ( Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A- 2010) Cho 11.36 gam hỗn hợp
gồm Fe, FeO, Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 phản ứng hết với dung dịch HNO 3 loãng dư thu được 1.344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở dktc) và dung d?ch X Cô cạn dung dịch X sau phản ứng được m gam muối khan Giá trị m là:
A 34.36 gam B 35.50 gam C 49.09 gam D 38.72 gam
Bài 3**: Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Hoà tan m gam hỗn hợp X bằng HNO3 dư, thu được 2,24 lít khí
NO 2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Giá trị m là:
A 11.2 gam B 25.2 gam C 43.87 gam D 6.8 gam