BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC – NHỮNG SAI LẦM TRONG GIẢI TOÁN HÓA

BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC – NHỮNG SAI LẦM TRONG GIẢI TOÁN HÓA
Ngô Xuân Quỳnh
Trường THPT Nam Sách II – Hải Dương
Hóa học là một môn khoa học, nó đòi hỏi sự chính xác và đúng bản chất. Việc hiểu sai bản chất của
quá trình phản ứng diễn ra trong một quá trình phản ứng sẽ khiến ta giải sai kết quả bài toán hóa học.
Trong quá trình giảng dạy hóa học của nước ta hiện nay, chưa có sự thống nhất về kiến thức, có
những kiến thức ở cấp bậc này thì đúng, nhưng khi nên cấp bậc cao hơn lại trở thành sai.
Ví dụ: muối FeCl
3
ở lớp 8, 9, 10 thì không làm đổi màu quỳ tím, nhưng khi học xong chương về điện
li ở hóa học 11 thì nó lại có khả năng làm cho quỳ tím hóa đỏ.
Hoặc khi cho hỗn hợp Fe và Fe
2
O
3
vào dung dịch axit HCl. Với các em học sinh cấp 2, lớp 10 và lớp
11 thì đều cho rằng quá trình phản ứng của nó diễn ra đồng thời. Nhưng khi hết phần dãy điện hóa trong
chương trình hóa học 12 thì nó lại không diễn ra đồng thời mà theo một thứ tự.
Ban đầu là Fe
2
O
3
+ 6H
+

→
2Fe
3+
+ 3H
2
O, sau đó thì Fe + 2Fe

3+

→
3Fe
2+
nếu như mà hết Fe
3+
thì mới có phản ứng Fe + 2H
+

→
Fe
2+
+ H
2
.
Vì thế việc giúp các em học sinh hiểu rõ các bản chất xảy ra trong quá trình tìm hiểu kiến thức và
chọn lựa các bài tập phù hợp với lượng kiến thức của các em học sinh rất là quan trọng.
(Và có một vấn đề cần đặt ra, là ta có nên thống nhất lượng kiến thức ở giữa các cấp bậc hay không?)
Trong file tài liệu: “NHỮNG SAI LẦM GẶP PHẢI TRONG GIẢI TOÁN VÀ HIỆU QUẢ CỦA
PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI” mà tôi đã gửi tới quý báo cách đây mấy tháng. (tôi xin đính kèm lại trong bài
viết này). Có một vấn đề mà tôi nhận được hồi âm của một em sinh viên tên là Phương – người Hưng Yên -
khoa hóa – trường Đại học sư phạm Hà Nội – K57. Em có đưa ra về vấn đề về phương pháp bài toán:
Bài toán: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O

4
trong HCl dư, sau phản ứng
thấy tạo ra 12,7 gam FeCl
2
. Hỏi số gam FeCl
3
thu được là bao nhiêu?
1) Cách quy đổi 01: Quy đổi hỗn hợp X về: FeO và Fe
3
O
4
Ta có:
{
{
{
{
{
2
3 4 2 3
2
2
x
x
y
y y
FeO FeCl
Fe O FeCl FeCl

→




→ +



Gọi x và y lần lượt là số mol của FeO và Fe
3
O
4
=> ta có: 72x + 232y = 11,2 gam (*)
Mặt khác ta có:
2
FeCl
n x y
= +
= 0,1 mol (2*)
Từ (*) và (2*) =>
3
0,075
2.0,025.(56 35,5.3) 8,125
0,025
FeCl
x mol
m
y mol
=

→ = + =


=

gam
2) Cách quy đổi 02 : Quy đổi hỗn hợp X về : FeO và Fe
2
O
3
Ta có
{
{
{
{
2
2 3 3
2
2
x
x
y y
FeO FeCl
Fe O FeCl

→



→




Gọi x và y lần lượt là số mol của FeO và Fe
2
O
3
=> ta có 72x + 160y = 11,2 gam (*)
Mặt khác
2
FeCl
n x
=
= 0,1 mol (2*)
2009 – 2010 ® NGÔ XUÂN QUỲNH – ADMIN: HOAHOC.ORG Page 1
Từ (*) và (2*) => y = 0,025 mol =>
3
2.0,025.(56 35,5.3) 8,125
FeCl
m
= + =
gam
3) Cách quy đổi 03: Quy đổi hỗn hợp X về: Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
Ta có
{
{

{
{
{
3 4 2 3
2
2 3 3
2
2
2
x
x x
y y
Fe O FeCl FeCl
Fe O FeCl

→ +



→



Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe
3
O
4
và Fe
2
O

3
=> ta có 232x + 160y = 11,2 gam (*)
Mặt khác
2
FeCl
n x
=
= 0,1 mol (2*)

Từ (*) và (2*) => y = -0,075 mol =>

3
2 2
FeCl
n x y
= +
= 0,1.2 + 2.(-0,075) = 0,05mol
=>
3
8,125
FeCl
m
=
gam
4) Cách quy đổi 04 : Quy đổi về Fe
x
O
y
Fe
x

O
y
=> (3x-2y)FeCl
2
+ (2y-2x)FeCl
3
Ta có
2
FeCl
n
=
0,1 mol
=>
6 7
0,1 0,1 6
(56 16 ) 11,2
3 2 3 2 7
x y
Fe O
x
n mol x y Fe O
x y x y y
= → + = => = →
− −
Vậy : Fe
6
O
7
+ 14HCl => 4FeCl
2

+ 2FeCl
3
+ 7H
2
O
Ta có
2
FeCl
n
=
0,1 mol
=>
2
FeCl
n
=
0,05mol
=>
3
8,125
FeCl
m
=
gam
5) Cách quy đổi 05: Quy đổi hỗn hợp X về: Fe và Fe
2
O
3
{
{

{
{
2
2 3 3
2
2
x
x
y y
Fe FeCl
Fe O FeCl

→



→



Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe
2
O
3
=> ta có 56x + 160y = 11,2 gam
Ta có
2
FeCl
n x
= =

0,1 mol
=> y = 0,035 mol =>
3
2.0,035.162,5 11,375 8,125
FeCl
m
= = ≠
gam gam
6) Cách quy đổi 06 : Quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe
3
O
4
{
{
{
{
{
2
3 4 2 3
2
2
x
x
y
y y
Fe FeCl
Fe O FeCl FeCl

→




→ +



Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe
3
O
4
=> 56x + 232y = 11,2 gam (*)
Mặt khác
2
FeCl
n x y
= + =
0,1 mol (2*)
Từ (*) và (2*) =>
3
3
7
44
2. .(56 35,5.3) 10,341 8,125
7
220
220
FeCl
x mol
m
y mol


=


→ = + = ≠


=


gam
Tại sao ở hai phương án quy đổi về : Fe và Fe
2
O
3
và Fe và Fe
3
O
4
lại có kết quả sai như vậy ?
Liệu chúng ta có sai lầm nào trong quá trình giải với hai cách quy đổi này hay không?
Ta chú ý về vị trí của các cặp oxi hóa – khử trong dãy điện hóa của các kim loại:
2009 – 2010 ® NGÔ XUÂN QUỲNH – ADMIN: HOAHOC.ORG Page 2
2 3
2
2
2

Fe H Fe
Fe H Fe

+ + +
+
Ta căn cứ vào ý nghĩa của dãy điện hóa (hóa học 12), 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
2Fe H Fe H
+ + ↑
+ → +
và
3 2
2 3Fe Fe Fe
+ +
+ →
thì phản ứng nào sẽ xảy ra đầu tiên?
Phản ứng:
3 2
2 3Fe Fe Fe
+ +
+ →
sẽ xảy ra đầu tiên và sau khi hết Fe
3+
thì mới có phản ứng
Fe + 2H
+
=> Fe
2+
+ H
2

Nhận xét;
+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
thì khi có khí H
2
thoát ra, dd thu được chỉ gồm có Fe
2+
.
+ Thứ tự phản ứng: Oxit sắt + axit; Sắt (III) + Sắt; Sắt + axit (chỉ xét với dd axit HCl và H
2
SO
4
loãng)
Khi đó bài toán trên với hai trường hợp quy đổi trên ta sẽ tính toán như sau:
5”) Cách quy đổi 05:
Quy đổi hỗn hợp X về: Fe và Fe
2
O
3
{
{ {
{
{
3 3 2

2 3
2 2 0,1
2 2 3
HCl
y y x
y
Fe O Fe Fe Fe Fe
+ + +
→ + →
Do có sự hình thành Fe
3+
nên Fe phản ứng hết
Fe
3+
dư
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe
2
O
3
=> ta có 56x + 160y = 11,2 gam
2
FeCl
n
=
0,1 mol
=> x =
3
0,1
mol
=> y =

120
7
mol
=>
3
0,1
2 .162,5 8,125
120 3
FeCl
m
 
= =
 ÷
 
7
-2 gam
6”) Cách quy đổi 06 :
Quy đổi hỗn hợp X về : Fe và Fe
3
O
4
{
{
{
{
{
{
3 2
3 4 2 3
2 3

2
2 2 3
y x x
y
y y
Fe O FeCl FeCl Fe Fe Fe
+ +
→ + + →
Do có sự hình thành Fe
3+
nên Fe phản ứng hết Fe
3+
dư
Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe và Fe
3
O
4
=> ta có 56x + 232y = 11,2 gam (*)
Ta có
2
FeCl
n
=
0,1 mol
=> 3x + y = 0,1 mol (2*)
Từ (*) và (2*) =>
0,01875
0,04375
x mol
y mol

=


=

( )
3
2 2 .162,5 8,125
FeCl
m y x→ = − = gam
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 => 56a + 16b = 11,2 (*)
Khi đó để thu được FeCl
2
và FeCl
3
thì:
{
{
{
{
{
{
{
{
2
2
0,1 0,2 0,1
2
3

0,1 3( 0,1) 0,1
2
2
3
b b
a a a
Fe e Fe
O e O
Fe e Fe
+
−
+
− − −
− →
+ →
− →
(1)
(3)
(2)
2
FeCl
n
=
0,1 mol
=>
( ) ( )
/(1) /(1)
/(1) /(2)
0,2 0,1 0,1 3 0,1
Fe Fe

e Fe Fe e
n a n a mol
= = → = − → = −
vµ n n
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
=>
3
0,15 0,1
FeCl
n
= −
= 0,05mol
=>
3
8,125
FeCl
m
=
gam
Trong quá trình này, không có quá trình thay đổi số oxi hóa của H
+
: 2H
+
+ 2e => H
2

Vì ở đây có sự hình thành của muối sắt (III). Muốn có khí H
2
thì ở đây không có muối sắt (III)

2009 – 2010 ® NGÔ XUÂN QUỲNH – ADMIN: HOAHOC.ORG Page 3
Theo em Phương thì bài toán của tôi đưa ra cách giải với sự quy đổi hỗn hợp về chỉ có Fe và O là sai.
Ở đây, em Phương cho rằng phải có sự tham gia sự thay đổi số oxi hóa của H
+
là :
2
2H 2e H
+
+ →
Vậy theo các bạn thì ý kiến của em Phương là như thế nào ? Em Phương đúng hay là tôi đưa ra cách làm
đúng. Rất mong nhận được sự trao đổi của các bạn đồng nghiệp trong cả nước.
Và một nữa vấn đề hiểu sai bản chất của quá trình phản ứng lại được thể hiện trong một số sách tham
khảo. Ví dụ như bài toán: Hỗn hợp X gồm (Fe, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
, FeO) với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hòa tan
hết vào dung dịch Y gồm (HCl và H
2
SO
4
loãng) dư thu được dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO
3
)
2
1M

vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO
3
)
2
cần dùng và thể tích khí thoát
ra ở đktc thuộc phương án nào?
A. 25 ml; 1,12 lít. B. 0,5 lít; 22,4 lít. C. 50 ml; 2,24 lít. D. 50 ml; 1,12 lít.
<Trích bài 2 – trang 179 – Cuốn “Phương pháp giải nhanh các bài toán hóa học trọng tâm” của tác giả:
ThS. Nguyễn Khoa Thị Phương – Xuất bản năm 2008>
Với lời giải của tác giả
Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe
2
O
3
và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe
3
O
4
.
Hỗn hợp X gồm: (Fe
3
O
4
0,2 mol; Fe 0,1 mol) tác dụng với dung dịch Y
Fe
3
O
4
+ 8H
+

→ Fe
2+
+ 2Fe
3+
+ 4H
2
O
0,2 → 0,2 0,4 mol
Fe + 2H
+
→ Fe
2+
+ H
2
↑

0,1 → 0,1 mol
Dung dịch Z: (Fe
2+
: 0,3 mol; Fe
3+
: 0,4 mol) + Cu(NO
3
)
2
:
3Fe
2+
+ NO
3

−
+ 4H
+
→ 3Fe
3+
+ NO
↑
+ 2H
2
O
0,3 0,1 0,1 mol
⇒ V
NO
= 0,1×22,4 = 2,24 lít.
3 2
3
Cu(NO )
NO
1
n n 0,05
2
−
= =
mol
⇒
3 2
dd Cu(NO )
0,05
V 0,05
1

= =
lít (hay 50 ml). (Đáp án C)
Phương pháp mà tác giả đưa ra ở trên theo tôi là sai. Cái sai của tác giả ở đây là do tác giả đã quên
mất về vị trí của cặp oxi hóa – khử:
2 3
2
2
2Fe H Fe
Fe H Fe
+ + +
+
Với vị trí của các cặp oxi hóa – khử như vậy thì theo các bạn giữa hai phản ứng :
2
2
2Fe H Fe H
+ + ↑
+ → +
và
3 2
2 3Fe Fe Fe
+ +
+ →
2009 – 2010 ® NGÔ XUÂN QUỲNH – ADMIN: HOAHOC.ORG Page 4
Phản ứng nào sẽ xảy ra trước ?
Với vị trí của các cặp oxi hóa – khử như trên thì phản ứng:
3 2
2 3Fe Fe Fe
+ +
+ →
sẽ xảy ra đầu tiên

và sau khi hết Fe
3+
thì mới có phản ứng Fe + 2H
+
=> Fe
2+
+ H
2

Bài toán này được giải lại như sau: Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe
2
O
3
và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe
3
O
4
.
Hỗn hợp X gồm: (Fe
3
O
4
0,2 mol; Fe 0,1 mol) tác dụng với dung dịch Y
Fe
3
O
4
+ 8H
+
→ Fe

2+
+ 2Fe
3+
+ 4H
2
O
0,2 → 0,2 0,4 mol
Fe + 2Fe
3++
→ 3Fe
2+

Ban đầu 0,1 0,4
Sau p.ứng 0 0,2 0,3 mol
Dung dịch Z: (Fe
2+
: 0,5 mol; Fe
3+
: 0,2 mol) + Cu(NO
3
)
2
:
3Fe
2+
+ NO
3
−
+ 4H
+

→ 3Fe
3+
+ NO
↑
+ 2H
2
O
0,5 0,5/3 0,5/3 mol
⇒ V
NO
= 0,5/3×22,4 = 3,733 lít.
3 2
3
Cu(NO )
NO
1
n n 0,083
2
−
= =
mol
⇒
3 2
dd Cu(NO )
0,083
V 0,083
1
= =
lít (hay 83 ml).
Chú ý: Thứ tự phản ứng của hỗn hợp chứa các oxit sắt và sắt khi phản ứng với dung dịch axit HCl hoặc

H
2
SO
4
loãng: Oxit sắt + axit sau đó tới Sắt (III) + Sắt cuối cùng là Sắt + axit
MỘT SỐ BÀI TẬP TƯƠNG TỰ
Bài 1: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
hòa tan trong lượng dư dung dịch HCl 1M, thu
được 0,224 lít H
2
(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
Đáp số: m = 22,4 g
Bài 2: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
hòa tan vừa đủ trong 600ml dung dịch HCl aM,
thu được V lít H

2
(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 và a .
Đáp số: V = 2,24 lít và a = 1M
Bài 3: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
hòa tan vừa đủ trong V ml dung dịch HCl 1M,
thu được 2,24 lít H
2
(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 V và m.
Đáp số: V = 600 ml và m = 24 gam
Bài 4: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
hòa tan vừa đủ trong V ml dung dịch H
2
SO
4

1M, thu được 2,24 lít H
2
(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 g chất rắn. Xác định giá trị V và m.
Đáp số: V = 300 ml và m = 24 gam
2009 – 2010 ® NGÔ XUÂN QUỲNH – ADMIN: HOAHOC.ORG Page 5
Bài 5: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
hòa tan trong 300 ml dung dịch H
2
SO
4
1M, thu
được 2,24 lít H
2
(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 6: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4

và Fe
2
O
3
hòa tan trong 200 ml hỗn hợp Y gồm: H
2
SO
4
1M và HCl 0,1M, thu được 2,24 lít H
2
(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: 63,4 gam
Bài 7: (Trích ví dụ 01 – Trang 38 – 16 phương pháp và kĩ thuật giải nhanh – Tác giả: Phạm Ngọc Bằng)
Hòa tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe
2
O
3
vào dung dịch HCl dư, sau phản ứng thu được dung
dịch D. Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa . Lọc kết tủa, rửa sạch và đem
nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn Y. Giá trị m
A. 16,0 gam B. 30.4 gam C. 32,0 gam D. 48,0 gam
Trên cơ sở đó ta có thể phát triển thành một số dạng bài tập khác tương tự có độ phức tạp hơn như:
Bài 8: Hòa tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe
2
O
3

vào dung dịch HCl dư, sau phản ứng thu được
dung dịch D và V lít khí (ở điều kiện tiêu chuẩn). Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư thu
được kết tủa . Lọc kết tủa, rửa sạch và đem nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi được m
gam chất rắn Y. Giá trị m và V là
A.16,0 gam và 2,24 lít C. 32,0 gam và 4,48 lít
B.32,0 gam và 2,24 lít D. 48,0 gam và 4,48 lít
Khi đọc bài này, làm tôi nhớ tới một câu nói mà tôi đã được biết:
“Làm bác sĩ nếu sai thì chỉ gây tử vong một người. Nhưng nếu làm giáo dục mà sai thì
sẽ làm hỏng cả một thế hệ”.
“Nguyên lý một nhà giáo dục là phải biết chịu thua trẻ em, để rồi sau đó tìm cách thắng lại, mà
phải làm sao để thắng được cái lý của chúng, chứ không phải thắng cái lý của mình”
2009 – 2010 ® NGÔ XUÂN QUỲNH – ADMIN: HOAHOC.ORG Page 6