Ví dụ: hỗn hợp chứa FeO, Fe3O4, Fe2O3 hoặc hỗn hợp chứa Fe, FeS và FeS2, Cho nên đối với những bài tập tính toán dạng này mà chúng ta dùng quá trình trao đổi electron thì sẽ rất là phức
Trang 1Trong đời sống hằng ngày chúng ta thường xuyên dùng phép quy đổi để tiện cho việc thanh toán như quy giá trị của hàng hóa ra tiền để trả tiền chứ không như đổi hàng hóa ở thời trung cổ, đối với những tài sản giá trị lớn như nhà, đất, … thì quy ra giá trị vàng hoặc đôla để thanh toán
Trong hóa học ở nhiều trường hợp phản ứng có những trường hợp có những quá trình phản ứng diễn ra rất phức tạp như trong phản ứng oxi hóa - khử chẳng hạn có nhiều phản ứng mà tất cả các chất trong cùng một hợp chất, hỗn hợp đều đóng vai trò là chất oxi hóa hoặc khử
Ví dụ: hỗn hợp chứa FeO, Fe3O4, Fe2O3 hoặc hỗn hợp chứa Fe, FeS và FeS2,
Cho nên đối với những bài tập tính toán dạng này mà chúng ta dùng quá trình trao đổi electron thì sẽ rất là phức tạp, hay là trong những phản ứng cháy của polime, hoặc những phản ứng trong dung dịch Nếu giải theo cách thông thường thì rất mất nhiều thời gian, thậm chí còn không giải được
Vì thế nảy sinh ra vấn đề là phải “quy đổi” để làm đơn giản hơn, thuận lợi hơn Phương pháp quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toàn ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện
Vậy với phương pháp quy đổi thì việc giải toán trở nên tương đối là đơn giản Nhưng nếu chúng ta không biết cách áp dụng và hiểu rõ về bản chất của các phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch thì việc áp dụng phương pháp này sẽ không tránh khỏi những sai xót
Những sai xót đó tôi đã gặp ở chính các em học sinh mà tôi dạy, và nay tôi xin trao đổi cùng với các bạn:
Chúng ta cùng nhau xét ví dụ sau
Ví dụ:
Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe2O3 và Fe3O4 trong HCl dư, sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl2 Hỏi số gam FeCl3 thu được là bao nhiêu?
H
Hớng dẫn:ớng dẫn:ớng dẫn:
Với bài toán này thì chúng ta biết rằng hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe2O3 và Fe3O4 có thể có nhiều hướng quy
đổi: (Fe và Fe2O3); (Fe và FeO); (Fe và Fe3O4); (FeO và Fe3O4); (FeO và Fe2O3); (Fe3O4 và Fe2O3) hoặc thậm chí là chỉ một chất FexOy
Nhưng trong các phương pháp quy đổi ở trên thì việc hiểu sai bản chất của phản ứng sẽ dẫn tới kết quả khác nhau
1) Cách quy đổi 01Cách quy đổi 01Cách quy đổi 01: Quy đổi hỗn hợp X về: FeO và Fe3O4
Ta có:
2
2 2
y
FeO FeCl
Fe O FeCl FeCl
Gọi x và y lần lượt là số mol của FeO và Fe3O4 => ta có: 72x + 232y = 11,2 gam (*)
Mặt khác ta có:
FeCl
Từ (*) và (2*) =>
3
0, 075
2.0, 025.(56 35, 5.3) 8,125
m
=
=
2) Cách quy đổi 02Cách quy đổi 02Cách quy đổi 02 : Quy đổi hỗn hợp X về : FeO và Fe2O3
Ta có
2
2 2
FeO FeCl
→
Gọi x và y lần lượt là số mol của FeO và Fe2O3 => ta có 72x + 160y = 11,2 gam (*)
Mặt khác
FeCl
Từ (*) và (2*) => y = 0,025 mol =>
FeCl
3) Cách quy đổi 03Cách quy đổi 03Cách quy đổi 03: Quy đổi hỗn hợp X về: Fe3O4 và Fe2O3
Ta có
2
2
2
2
x
Fe O FeCl FeCl
→
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe3O4 và Fe2O3 => ta có 232x + 160y = 11,2 gam (*)
Mặt khác
FeCl
Trang 2Từ (*) và (2*) => y = -0,075 mol =>
FeCl
FeCl
4) Cách quy đổi 04Cách quy đổi 04Cách quy đổi 04 : Quy đổi về FexOy
FexOy => (3x-2y)FeCl2 + (2y-2x)FeCl3
Ta có
FeCl
x y
Fe O
x
Vậy : Fe6O7 => 4FeCl2 + 2FeCl3
Ta có
FeCl
FeCl
FeCl
5) Cách quy đổi 05Cách quy đổi 05Cách quy đổi 05: Quy đổi hỗn hợp X về: Fe và Fe2O3
2
2 2
→
→
Gọi x và y lần l−ợt là số mol của Fe và Fe2O3 => ta có 56x + 160y = 11,2 gam
Ta có
FeCl
n = = x => y = 0,035 mol => =>
FeCl
6) Cách qCách qCách quy đổi uy đổi uy đổi 060606 : Quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe3O4
2
2 2
y
Fe O FeCl FeCl
→
Gọi x và y lần l−ợt là số mol của Fe và Fe3O4 => 56x + 232y = 11,2 gam (*)
Mặt khác
FeCl
Từ (*) và (2*) =>
3
3
7 44
2 .(56 35,5.3) 10,341 8,125
220
gam
FeCl
m
=
=
Tại sao ở hai ph
Tại sao ở hai ph−−−−ơng án quy đổi vềơng án quy đổi vềơng án quy đổi về : Fe và Fe: Fe và Fe2 22 2O33 3 3 và Fe và Fevà Fe và Fe3 33 3O4 44 4 lại có kết quả sai nhlại có kết quả sai nhlại có kết quả sai nh−−−− vậyvậyvậy ????
Liệu chúng ta có sai lầm nào trong quá trình giải với hai cách quy đổi này hay không?
2
2
+
Ta căn cứ vào ý nghĩa của dãy điện hóa, cặp chất nào càng ở xa nhau thì khả năng xảy ra phản ứng sẽ mạnh
Vậy thì khi đó giữa hai phản ứng : 2
2
2
2 Fe++ Fe → 3 Fe+ thì phản ứng nào sẽ xảy
ra đầu tiên?
2 Fe++ Fe → 3 Fe+ sẽ phải xảy ra đầu tiên rồi
Khi đó bài toán trên với hai tr Khi đó bài toán trên với hai tr−−−−ờng hợp quy đổi trên ta sẽ tính toán nhờng hợp quy đổi trên ta sẽ tính toán nhờng hợp quy đổi trên ta sẽ tính toán nh−−−− sau:sau:sau:
7) 5”) Cách quy đổi 05Cách quy đổi 05Cách quy đổi 05:
Quy đổi hỗn hợp X về: Fe và Fe2O3
3
2
2
HCl
y y
+
→
+ →
Gọi x và y lần l−ợt là số mol của Fe và Fe2O3
=> ta có 56x + 160y = 11,2 gam
Ta có
FeCl
3
0,1 mol => y =
120
7 mol
=>
3
0,1
7
FeCl
8) 6”) Cách quy đổi 06Cách quy đổi 06Cách quy đổi 06 :
Quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe3O4
2
2
y
Fe O FeCl FeCl
Fe + Fe Fe +
+ → Gọi x và y lần l−ợt là số mol của Fe và Fe3O4
=> ta có 56x + 232y = 11,2 gam (*)
Ta có
FeCl
n = => 3x + y = 0,1 mol (2*)
Từ (*) và (2*) => 0, 01875
0, 04375
=
=
3 2 2 162,5 8,125 gam
FeCl
Trang 3Ngoài ra chúng ta còn có thể quy đổi về hỗn hợp chỉ chứa Fe và O.
Ngoài ra chúng ta còn có thể quy đổi về hỗn hợp chỉ chứa Fe và O
Gọi a và b lần lượt là số mol của Fe và O => 56x + 16y = 11,2 (*)
Khi đó để thu được FeCl2 và FeCl3 thì:
2
3
2
2
2 3
(1)
(3) (2) b b
+
ư +
ư →
+ →
Ta có
FeCl
Theo định luật bảo toàn electron ta có : 0,2 + 3.(a – 0,1) = 2b <=> 3a – 2b = 0,1 (2*)
Từ (*) và (2*) = ta có a = 0,15 mol và b = 0,175 mol =>
FeCl
FeCl
- & & & - Riêng với trường hợp quy đổi thành Fe và FeO thì việc cho hai chất này tác dụng với HCl không thể tạo ra FeCl3 Vì khi đó thì bài toán sai hoàn toàn về bản chất hóa học
Nhưng theo các bạn thì liệu rằng có thể làm được bài này hay không?
Chúng ta có thể đưa ra lựa chọn chất có khả năng biến thành Fe3+ được không? Nếu chúng ta xác định được chất có khả năng tạo ra Fe3+ thì bài toán có thể giải được?
Các bạn hãy cùng suy nghĩ ?
Ví dụ:
Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe2O3 và Fe3O4 trong HCl dư, sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl2 Hỏi số gam FeCl3 thu được là bao nhiêu?
Với cách quy đổi hỗn hợp X về Fe và FeO [???]
Với cách quy đổi hỗn hợp X về Fe và FeO [???]
Và nhằm khắc sâu hơn nữa về vấn đề hiểu bản chất của các phản ứng xảy ra và nhắm nhấn mạnh được hiệu quả của phương pháp quy đổi Tôi xin đưa ra một ví dụ như sau:
Ví dụ:
Ví dụ: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa hết vào trong 700ml dung dịch HCl 1M, thu
được 3,36 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Vậy là cùng với dạng toán là cho hỗn hợp sắt và các oxit tác dụng với dung dịch HCl dư thì ta cũng sẽ có một bài toán khác Nhưng có thể nói đây là bài toán sẽ có tác dụng nhấn mạnh được việc hiễu rõ bản chất của các phản ứng hóa học xảy ra
Với bài toán này tôi mong rằng các em học sinh cũng như các bạn đồng nghiệp cần phải chú ý tìm hiểu kỹ
về bản chất của một bài toán rồi hãy đưa ra phương pháp giải cho phù hợp
Tránh tình trạng hiểu sai bản chất để rồi dẫn tới đưa ra kết quả sai
Với học sinh học lớp 12 thì sau khi học xong dãy điện hóa của kim loại thì ta có được vị trí của các cặp oxi
2
2
+
Thì trong bài toán này sẽ cần phải lu ý điểm gì khi áp dụng các phương pháp giải :
Chúng ta đã biết rằng phản ứng giữa oxit với axit sẽ xảy ra đầu tiên khi cho hỗn hợp trên vào dung dịch axit HCl, sau đó theo dãy điện hóa của kim loại thì sẽ có phản ứng giữa Fe3+ với Fe rồi mới đến phản ứng của Fe tác dụng với HCl
Nếu chúng ta không lắm rõ được điều này thì việc giải toán và áp dụng các phương pháp giải sẽ sai lầm
Và tôi xin lấy vị dụ trên để chứng minh
Tr
Trưưưước tiên ớc tiên ớc tiên tôi xin đtôi xin đtôi xin đa ra cách làma ra cách làma ra cách làm của bài toáncủa bài toáncủa bài toán theo htheo htheo hưưưướng của phớng của phớng của phương pháp quy đổi đối với ví dụ trênương pháp quy đổi đối với ví dụ trênương pháp quy đổi đối với ví dụ trên
a)
a) HHHưưưướng quy đổi 01ớng quy đổi 01ớng quy đổi 01 ::::
Ta quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe2O3 với số mol lần lượt là a và b mol => 56a + 160b = 20 gam (*)
Ta có các phương trình phản ứng :
Fe2O3 + 6HCl => 2FeCl3 + 3H2O
b mol b mol
Sau đó, do vị trí của cặp oxi hóa – khử : 2 32
2
2
+
Nên sẽ có phản ứng : 2FeCl3 + Fe => 3FeCl2
b mol b mol
Trang 4Sau đó khi hết FeCl3 thì sẽ có tiếp phản ứng của: Fe + 2HCl => FeCl2 + H2 mol
a - b mol a - b mol Theo đề bài ta có: a – b = 0,15 mol (2*)
Từ (*) và (2*) => a = 11/54 và b = 29/540 mol
Vậy tổng số mol của nguyên tử Fe là: a + 2b = 14/45 mol =>
2 24,89 gam
Fe O
b)
b) HHHưưưướng quy đớng quy đớng quy đổi 02:ổi 02:ổi 02:
Ta quy đổi hỗn hợp về Fe và O với số mol lần lợt là a và b mol => 56a + 16b = 20 gam (*)
Trong phản ứng của hỗn hợp X với dung dịch HCl thì sau cùng chỉ thu được Fe2+ nên ta có:
2 2
2 2
2
2 2
2 2 0, 3
o
ư +
+
+ →
ư →
+ →
Từ (*) và (2*) => a = 14/45 và b = 29/180 =>
2 24,89 gam
Fe O
Đó là hai kết quả có được khi tiến hành theo phương pháp quy đổi phân tử và quy đổi nguyên tử
Qua đó chúng ta có thể thấy được hiệu quả của phương pháp quy đổi khi áp dụng vào việc giải toán
Còn với các hướng và cách quy đổi khác như: (Fe, FeO), (FeO, Fe2O3), thì nó sẽ khiến cho bài toán là phi thực tế
do không có khả năng tạo ra khí H2
Vậy việc hiểu bản chất hóa học xảy ra trong một bài toán là rất quan trọng, nó sẽ quyết định xem chúng ta giải bài toán đó đúng hay sai
Còn nếu ta xét bài toán theo phương pháp tăng giảm khối lượng thì như thế nào?
Ta có sơ đồ hóa bài toán:
0
2
3 4
2 3
dư
kk
HCl
Fe
H FeO
Fe O
Fe O
+
+
→
Ta có Fe + 2HCl => FeCl2 + H2
n = mol→n = mol→
2
pứ 0,15 0,3 số mol HCl phản ứng với oxit là: 0,4mol
Vậy khi đó O2ưthay bằng→ Clư
2 vậy khi đó số mol của O trong oxit là: 0,2 mol => mFe = 20 – 0,2.16 = 16,8 gam
=> nFe = 0,3 mol => Vậy khối lượng của Fe2O3 là: 0,15.160 = 24 gam
Qua đây ta nhận thấy rằng có hai kết quả khác nhau? Vậy cách nào là cách sai? Và sai ở điểm nào?
Ta phân tích chi tiết bài toàn the
Ta phân tích chi tiết bài toàn theo từng pho từng pho từng phưưưương trình:ơng trình:ơng trình:
Khi cho hỗn hợp X gồm: Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 vào dung dịch axit HCl thì sẽ có các phản ứng sau:
Fe2O3 + 6HCl => 2FeCl3 + 3H2O Fe3O4 + 8HCl => 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O FeO + 2HCl => FeCl2 + H2O
Sau đó, do vị trí của cặp oxi hóa – khử : 2 3
2 2
2
+
Vậy khi đó sẽ có phản ứng giữa : 2FeCl3 + Fe => 3FeCl2 sau đó mới có phản ứng Fe + 2HCl => FeCl2 + H2
Khi ta bỏ qua phản ứng giữa FeCl3 với Fe thì khi đó ta sẽ có cứ 2 O2- sẽ bị thay thế bởi 2Cl-
Mà quên đi lượng Fe đã tham gia phản ứng với muối FeCl3 khi đó kết quả của bài toán sẽ sai lệch đi một lượng
do thiếu lượng Fe tham gia phản ứng này Và ở bài toán này đã được khá nhiều tác giả giải và cho rằng cách trên là
đúng Họ cho rằng:
“Trong ví dụ này do sau phản ứng sắt khTrong ví dụ này do sau phản ứng sắt không thay đổi số oxi hóa hoàn toàn thành số oxi hóa cao nhất mà nó lại ông thay đổi số oxi hóa hoàn toàn thành số oxi hóa cao nhất mà nó lại bao gồm sắt có số oxi hóa là (+2) và (+3) Nên chúng ta sẽ không thể nào kết hợp đ
bao gồm sắt có số oxi hóa là (+2) và (+3) Nên chúng ta sẽ không thể nào kết hợp đưưưược phợc phợc phưưưương pháp bảo toàn ơng pháp bảo toàn electron với ph
electron với phưưưương pháp quy đổi để giảiơng pháp quy đổi để giải
Vậy ra cần chú ý rằng
Vậy ra cần chú ý rằng : Không phải: Không phải: Không phải bất cứ bài toán nào liên quan tới các oxit sắt cũng có thể giải bằng phbất cứ bài toán nào liên quan tới các oxit sắt cũng có thể giải bằng phbất cứ bài toán nào liên quan tới các oxit sắt cũng có thể giải bằng phưưưương ơng pháp quy đổi kết hợp với ph
pháp quy đổi kết hợp với phưưưương pháp bảo toàn electron.ơng pháp bảo toàn electron.ơng pháp bảo toàn electron
Chúng ta chỉ có thể áp dụng ph
Chúng ta chỉ có thể áp dụng phưưưương pháp quy đổi đơng pháp quy đổi đơng pháp quy đổi đưưưược khi mà sắt thay đổi nên trạng thái 1 số oxi hóa.ợc khi mà sắt thay đổi nên trạng thái 1 số oxi hóa.ợc khi mà sắt thay đổi nên trạng thái 1 số oxi hóa
Với bài toán này
Với bài toán này chúng ta cũng vẫn sẽ dùng phchúng ta cũng vẫn sẽ dùng phchúng ta cũng vẫn sẽ dùng phưưưương pháp quy đổi nhơng pháp quy đổi nhơng pháp quy đổi nhưưưưng kết hợp với phng kết hợp với phng kết hợp với phưưưương pháp bảo toàn khối ơng pháp bảo toàn khối llllưưưượng, bảo toàn ợng, bảo toàn ợng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn điện tíchnguyên tố và bảo toàn điện tích”
Như vậy là họ đã sai lầm và chưa hiểu rõ bản chất của các quá trình phản ứng xảy ra trong dung dịch
- & -
Trang 5Và từ hai kết quả trên, chúng ta có thể dễ dàng tính được số mol của axit tham gia phản ứng: 2b + 0,15.2 = 28/45 mol < 0,7 mol
Vậy khi đó ta không thể nói được : “vừa hết vào trong 700ml dung dịch HCl 1Mvừa hết vào trong 700ml dung dịch HCl 1Mvừa hết vào trong 700ml dung dịch HCl 1M” và dữ kiện này không cần dùng tới trong việc giải toán
Vậy bài toán ở trên viết đúng lại sẽ có dạng:
Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong 700ml dung dịch HCl 1M, thu được 3,36 lít H2 (ở
đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí
đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Khi đó thì với đề bài này chúng ta sẽ áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn điện tích để giải khi mà chúng ta tìm được lượng Fe hoặc lượng FeCl3 tham gia phản ứng với nhau
Và cũng từ bài toán trên, chúng ta có thể biến đổi thành nhiều bài toán khác tương đương:
Bài 1:
Bài 1: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong 700ml dung dịch HCl 1M, thu được V lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí
đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn Xác định giá trị V
Hướng dẫn:
Hướng dẫn:
Ta có
Ta quy đổi hỗn hợp X về hỗn hợp chỉ chứa Fe và O khi đó ta có các quá trình cho và nhận electron
2 2
2 2
2 2
2.0,3 2.0, 2 2
o
x
ư +
+
+ →
ư →
+ → Vậy khi đó ta sẽ dễ dàng tính được số mol axit phản ứng: 0,6 mol => axit còn dư sau phản ứng
Bài
Bài 222: : : Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa đủ trong V ml dung dịch HCl 1M, thu được 3,36 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn Xác định giá trị V
Đáp số: V = 622 ml
Bài 3:
Bài 3: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa đủ trong 800 ml dung dịch HCl a M, thu
được 3,36 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn Xác định giá trị a
Đáp số: a = 0,75M
Bài 4:
Bài 4: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan vừa đủ trong V ml dung dịch H2SO4 1M, thu được 3,36 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn Xác định giá trị V
Đáp số: V = 300 ml
Bài 5:
Bài 5: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong 300 ml dung dịch H2SO4 1M, thu được 3,36 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Đáp số: 93,9 gam
Bài
Bài 666:::: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 hòa tan trong 200 ml hỗn hợp Y gồm: H2SO4 1M và HCl 0,2M, thu được 3,36 lít H2 (ở đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa
và đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác định giá trị m
Đáp số: 70,6 gam
Ngoài ra các bạn có thể phát triển thêm thành nhiều dạng bài toán khác dựa trên cơ sở của bài toán gốc
Ngoài ra các bạn có thể phát triển thêm thành nhiều dạng bài toán khác dựa trên cơ sở của bài toán gốc
Bài viết này được tôi viết trong thời gian ngắn, ngay sau khi phát hiện những sai lầm của các em học sinh
và của một số bạn đồng nghiệp Nên sẽ không tránh khỏi những thiếu xót
Rất mong ghi nhận được những ý kiến đóng góp về bài viết này