Phương pháp quy đổi trong hóa học

Gửi bởi: Phạm Thọ Thái Dương 24 tháng 3 2020 lúc 16:48:06

Mục lục

* * * * *

Phương pháp giải

1. Nội dung

Quy đổi là phương pháp biến đổi toán học đưa bài toán ban đầu với một hỗn hợp các chất phức tạp trở thành một bài toán đơn giản hơn, qua đó làm các phép tính trở nên ngắn gọn, dễ dàng.

2. Phạm vi sử dụng

Khi gặp các bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng bản chất chỉ gồm 2 ( hoặc 3) nguyên tố:

+ Bài toán về hỗn hợp hợp chất của Fe, Cu,…

+ Bài toán về hỗn hợp đồng đẳng, thủy phân hóa, hiđro hóa, ankan hóa,…

Chú ý:

Số electron nhường, nhận không đổi

- Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số âm đó là do sự bù trừ khối lượng của các chất trong hỗn hợp. Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường và kết quả cuối cùng vẫn thỏa mãn.

- Khi giả định hỗn hợp các chất thành một chất thì chất đó có thể không có thực, hệ số của các nguyên tử trong công thức có thể không phải là số tự nhiên mà có thể là số thập phân dương.

- Phương pháp quy đổi mặc dù được coi là phương pháp rất hay dùng để giải quyết một số bài toán liên quan đến Fe và hợp chất của Fe ... Tuy nhiên nếu chỉ áp dụng phương pháp quy đổi thì ta không thể giải toán nên khi áp dụng phương pháp quy đổi ta cần phải kết hợp với các phương pháp khác như:

+ Định luật bảo toàn khối lượng

+ Định luật bảo toàn nguyên tố

+ Định luật bảo toàn electron

+ Định luật bảo toàn điện tích

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,002 mol FeS₂ và 0,003 mol FeS vào lượng dư dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thu được Fe₂(SO₄)₃, SO₂ và H₂O. Hấp thụ hết lượng SO₂ trên bằng 1 lượng vừa đủ dung dịch KMnO₄ thu được dung dịch X có pH = 2. Thể tích của dung dịch X là

A. 2,00 lit.

B. 1,150 lit.

C. 1,114 lit.

D. 2,281it

Giải

Cách 1: Quy đổi số oxi hóa

Sau toàn bộ quá trình, số oxi hóa cuối cùng của lưu huỳnh là +4 (trong SO₂).

Giả sử S trong FeS₂ và FeS đều là S⁺⁴.

Khi đó, có các quá trình nhường và nhận electron như sau:

Cách 2: Quy đổi hỗn hợp các chất

Quy đổi hỗn hợp ban đầu thành Fe và S.

⇒Đáp án D

Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ bằng H₂SO₄ đặc, nóng dư thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO₂ (đktc). Thành phần phần trăm về khối lượng của oxi trong hỗn hợp X và khối lượng muối trong dung dịch Y lần lượt là:

A. 20,97% và 140 gam.

B. 37,50% và 140 gam.

C. 20,97% và 180 gam

D. 37,50% và 120 gam.

Giải

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

Các quá trình nhường và nhận electron:

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: 56a + 16b = 49,6 (1)

Theo định luật bảo toàn electron ta có: 0,4.2 + 2b = 3a(2)

(1) và (2) => a = 0,7; b = 0,65 (mol)

⇒Đáp án A

Ví dụ 3: Cho l00ml dung dịch A chứa NaOH 0,1M và NaAlO₂ 0,3M. Thêm từ từ dung dịch HCl 0,1M vào dung dịch A cho đến khi kết tủa tan trở lại 1 phần. Đem nung kết tủa đến khối lượng không đổi thì thu được l,02g chất rắn. Thể tích dung dịch HCl 0,1M đã dùng là:

A. 0,6 lít

B. 0,5 lít

C. 0,55 lít

D. 0,70 lít

Giải

Ta quy đổi hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp NaOH (0,04 mol) và Al(OH)₃ (0,03 mol)

⇒V = 0,7 lít ⇒Đáp án D

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm 2 ankin là đồng đẳng kế tiếp có số nguyên tử C nhỏ hơn 5 và ancol etylic. Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol X cần dùng 28 lít O₂ (đktc). Mặt khác, cho 28g X và bình đựng Na dư, thấy thoát ra 11,2 lít khí (đktc). Phần trăm khối lượng của ancol etylic trong hỗn hợp X là:

A. 32,86%

B. 65,71%

C. 16,43%

D. 22,86%

Giải:

Quy đổi 28g hỗn hợp X thành: C₂H₅OH (a mol); C₂H₂ (b mol); CH₂ ( c mol)

( CH₂ không phải là 1 chất chỉ là nhóm nên nó chỉ có thành phần khối lượng mà không được tính vào số mol hỗn hợp)

⇒46a + 26b + 14c = 28 (1)

Khi cho X qua bình đựng Na dư, ancol bị giữ lại phản ứng và sinh ra 0,5mol H₂ và hỗn hợp ankin không phản ứng thoát ra

⇒0,5a + b = 11,2 : 22,4 = 0,5 mol (2)

Ta có trong 0,3 mol hỗn hợp X có: ka mol C₂H₅OH; kb mol C₂H₂ và kc mol CH₂ (k là tỉ lệ khối lượng của 0,3 mol X với 28g X)

⇒k(a+b) = 0,3 mol

Viết phương trình đốt cháy ta có n O₂ = k(3a + 2,5b + 1,5c) = 0,125 mol

Từ (1)(2)(3) ⇒a = 0,2 mol; b = 0,4 mol; c = 0,6 mol

%m ancol = (0,2.46/28).100% = 32,86%

⇒Đáp án A

Ví dụ 5: X, Y, Z là ba axit cacboxylic đơn chức cùng dãy đồng đẳng (M_X < M_Y < M_Z). T là este tạo bởi X, Y, Z với một ancol no, ba chức, mạch hở E. Đốt cháy hoàn toàn 26,6g hỗn hợp M gồm X, Y, Z T ( trong đó Y và Z có cùng số mol) bằng lượng vừa đủ khí O₂, thu được 22,4 lít CO₂ ( đktc) và 16,2g H₂O. Mặt khác, đun nóng 26,6g M với lượng dư dung dịch AgNO₃/NH₃, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 21,6g Ag. Mặt khác, cho 13,3g M phản ứng hết với 400ml dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch N. Cô cạn dung dịch N thu được m gam chất rắn khan. Gía trị m gần nhất với:

A. 24,74

B. 38,04

C. 16,74

D. 25,10g

Giải:

Vì M phản ứng với AgNO₃/NH₃ sinh ra Ag nên X là HCOOH. Mà X, Y, Z cùng dãy đồng đẳng nên chúng là 3 axit no, đơn chức, mạch hở.

Ta có: Este = axit + ancol – H₂O

Do đó ta quy đổi hỗn hợp M thành: