a. Phương pháp đại số
1. Cách giải: Viết các phương trình phản ứng. Đặt ẩn số cho các đại lượng cần tìm. Tính theo các phương trình phản ứng và các ẩn số đó để lập ra phương trình đại số. Giải phương trình đại số (hoặc hệ phương trình) và biện luận kết quả (nếu cần).
2. Ví dụ:
Để m gam bột sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) có khối lượng 12 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO3 thấy sinh ra 2,24l khí NO duy nhất ở đktc. Tính m.
HƯỚNG DẪN GIẢI
Trong không khí sắt tác dụng với oxi tạo ra các oxit
2Fe + O2 ( 2FeO
4Fe + 3O2 ( 2Fe3O4
3Fe + 2O2 ( Fe2O3
Hỗn hợp B tác dụng với dd HNO3:
Fe + 4HNO3 ( Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
3FeO + 10HNO3 ( 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
3Fe3O4 + 28HNO3 ( 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
Fe2O3 + 6HNO3 ( 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Đặt số mol của Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 lần lượt là x, y, z, t ta có:
Theo khối lượng hỗn hợp B: 56x + 72y + 232z + 160t = 12 (1)
Theo số mol nguyên tử Fe: x + y + 3z + 2t = (2)
Theo số mol nguyên tử O trong oxit: y + 4z + 3t = (3)
Theo số mol NO: x + (4)
Nhận xét trước khi giải hệ phương trình đại số trên:
- Có 5 ẩn số nhưng chỉ có 4 phương trình. Như vậy không đủ số phương trình để tìm ra các ẩn số, do đó cần giải kết hợp với biện luận.
- Đầu bài chỉ yêu cầu tính khối lượng sắt ban đầu, như vậy không cần phải đi tìm đầy đủ các ẩn x, y, z, t. ở đây có 2 phương trình, nếu biết giá trị của nó ta dễ dàng tính được khối lượng sắt ban đầu đó là phương trình (2) và (3).
+ Tìm được giá trị của (2), đó là số mol Fe. Nhân giá trị đó với nguyên tử khối của Fe là 56 ta được m.
+ Tìm được giá trị của (3), đó là số mol nguyên tử O trong oxit. Nhân giá trị đó với nguyên tử khối của O là 16 ta được khối lượng của oxi trong các oxit sắt. Lấy khối lượng hỗn hợp B trừ đi khối lượng oxi ta được khối lượng sắt ban đầu, tức m.
- Thực hiện các phép tính trên:
+ Tìm giá trị của phương trình (2):
Chia (1) cho 8 được: 7x + 9y + 29z + 20t = 1,5 (5)
Nhân (4) với 3 được: 3x + y + z = 0,3 (6)
Cộng (5) với (6) được: 10x + 10y + 30z + 20t = 1,8 (7)
Chia (7) cho 10 được: x + y + 3z + 2t = 0,18
Vậy: m = 56.0,18 = 10,08g
+ Tìm giá trị của phương trình (3):
Nhân (5) với 3 được: 21x + 27y + 87z + 60t = 4,5 (8)
Nhân (6) với 7 được: 21x + 7y + 7z = 2,1 (9)
Lấy (8) trừ đi (9) được: 20y + 80z + 60t = 2,4