Mô đun 5 : PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI

I. Khái niệm
Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán hóa học từ các dữ kiện ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó các phép tính trở nên đơn giản và thuận tiện hơn.
Nguyên tắc của phương pháp quy đổi là dựa trên nguyên tắc bảo toàn nguyên tố và bảo toàn điện tích (bảo toàn số oxi hóa).
II. Phân loại: Có nhiều dạng quy đổi khác nhau:
1) Quy đổi phân tử
- Quy đổi hỗn hợp gồm nhiều chất thành hỗn hợp ít chất hơn hoặc chỉ có một chất tương đương
- Quy đổi một chất thành nhiều chất.
2) Quy đổi thành nguyên tử
Là phương pháp quy đổi hỗn hợp nhiều chất phức tạp thành các nguyên tử hoặc đơn chất tương ứng.
3) Quy đổi tác nhân oxi hóa (hoặc khử)
Thay tác nhân oxi hóa (hoặc khử) này bằng tác nhân oxi hóa (hoặc khử) khác (quy về số mol electron trao đổi như nhau).
Trong bài viết này tôi xin chỉ trình bày hai cách quy đổi đó là quy đổi nguyên tử và quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành hỗn hợp ít chất hơn (thường là 2 hoặc 1 chất tương đương).
III. Áp dụng:
1. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành ít chất hơn:
Loại này thường áp dụng cho các bài toán hỗn hợp Fe và các oxit.
Đây là cách quy đổi hiện nay được áp dụng rộng rãi và đã được đưa ra ở các số báo trước. Vậy cơ sở của việc quy đổi này là gì? Có phải khi nào cũng có thể đưa bài toán hỗn hợp này thành 2 chất tương đương không?
a) Cơ sở của việc quy đổi:
Ta đã biết 1 mol Fe3O4 có thể đưa về 1 mol FeO và 1 mol Fe2O3. Như vậy hỗn hợp Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 có thể xem là hỗn hợp X chỉ gồm Fe (x mol); FeO (y mol); Fe2O3 (z mol). Khi đó trong nhiều bài toán ta có thể đưa về 2 chất bất kì trong 3 chất đó (dĩ nhiên cũng có thể đưa về Fe3O4 và một chất còn lại )
* Để đưa hỗn hợp X về Fe và Fe2O3 ta làm như sau:
Cứ 3FeO
Fe.Fe2O3
1Fe và 1 Fe2O3. (bảo toàn Fe và O)
Như vậy y mol FeO tương đương với

Vậy hỗn hợp X có thể xem là gồm
. Như vậy trường hợp quy đổi này không xuất hiện số âm.
* Để đưa hỗn hợp X về Fe và FeO ta làm như sau:
Ghép z mol Fe với z mol Fe2O3 ta có z mol (Fe.Fe2O3)
3z mol FeO. Khi đó số mol Fe còn là (x – z) mol. Khi đó hỗn hợp X trở thành hỗn hợp gồm: (x – z) mol Fe; (y + 3z) mol FeO. Trong trường hợp này nếu x < z thì bài toán giải sẽ xuất hiện số mol Fe âm. Việc tính toán sẽ không ảnh hưởng gì vì khi đó lượng sắt và oxi tính toán được trong hỗn hợp sẽ bù trừ cho nhau.
* Để đưa về hỗn hợp X về FeO và Fe2O3 ta làm như sau:
Ghép x mol Fe với x mol Fe2O3 ta có x mol (Fe.Fe2O3)
3x mol FeO. Khi đó số mol Fe2O3 còn là (z – x) mol. Khi đó hỗn hợp X trở thành hỗn hợp gồm: (y + 3x) mol FeO; (z - x) mol Fe2O3. Trong trường hợp này nếu x > z thì bài toán giải sẽ xuất hiện số mol Fe2O3 âm. Việc tính toán sẽ không ảnh hưởng gì vì khi đó lượng sắt và oxi tính toán được trong hỗn hợp sẽ bù trừ cho nhau.
b) Một số ví dụ:
Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là
A. 11,2. B. 10,2. C. 7,2. D. 9,6.
Hướng dẫn giải
( Quy hỗn hợp X về hai chất Fe và Fe2O3:
Hòa tan hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư ta có
Fe + 6HNO3 (( Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

(((((((((( 0,1 mol
( Số mol của nguyên tử Fe tạo oxit Fe2O3 là

(

Vậy:

(
= 11,2 gam
Đáp án A.
Chú ý: có thể kết hợp với bảo toàn nguyên tố để giải bài toán này:




mO = 0,