ĐẶT VẤN ĐỀ Hình thức kiểm tra đánh giá bằng trắc nghiệm không còn lạ lẫm với các em học sinh, nhưng thi trắc nghiệm yêu cầu học sinh trong một khoảng thời gian ngắn các em phải giải q
Trang 1Chuyên đề: PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT
GV thực hiện: Nguyễn Thị Trúc Nguyên
A ĐẶT VẤN ĐỀ
Hình thức kiểm tra đánh giá bằng trắc nghiệm không còn lạ lẫm với các em học sinh, nhưng thi trắc nghiệm yêu cầu học sinh trong một khoảng thời gian ngắn các em phải giải quyết một số lượng bài tập tương đối lớn Hầu như với khoảng thời gian đó các em khó có thể giải quyết tốt các bài toán có trong đề Muốn làm tốt được
đề thi đòi hỏi học sinh phải trang bị cho mình những kinh nghiệm giải quyết bài toán nhanh và gọn
Để giải quyết làm được điều đó đòi hỏi các em phải biết vận dụng linh hoạt các định luật bảo toàn, có các mẹo thay thế chất để có thể chuyển đổi từ hỗn hợp phức tạp thành dạng đơn giản hơn, một trong số dạng bài toán hoá phức tạp hay gặp trong các đề tốt nghiệp, thi đại học là các bài toán về sắt và các oxit sắt
Thông thường những bài tập về sắt thường khá phức tạp và xảy ra theo nhiều phương trình phản ứng khác nhau Các em thường khó khăn trong việc phán đoán và giải quyết những bài toán về sắt Tôi làm chuyên đề này với mong muốn giúp các em giải quyết những khó khăn gặp phải khi đối diện với những bài tập về sắt
B NỘI DUNG
1 Cơ sở lí thuyết.
Định luật bảo toàn khối lượng: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo
thành sau phản ứng
Định luật bảo toàn nguyên tố: Tổng khối lượng một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của
nguyên tố đó sau phản ứng Nội dung định luật có thể hiểu là tổng số mol của một nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng
Định luật bảo toàn electron: Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng số mol
electron mà chất oxi hóa nhận về
Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán này cần lưu ý:
Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian
Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron
2 Thí dụ minh họa.
2.1 Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương:
Trong số oxit sắt thì ta coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi
Nếu cho số mol FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe3O4.
Nếu số mol của FeO và Fe2O3 không bằng nhau thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe2O3
Hỗn hợp gồm Fe, S , FeS và FeS2 có thể coi như hỗn hợp gồm Fe và S vì trong
hợp chất thì tổng số oxi hóa bằng 0
Như vậy hỗn hợp từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương
Ví dụ 1: Để hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 (trong đó số mol FeO bằng số mol
Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dd HCl 1M Giá trị của V là
Cách giải thông thường:
FeO + 2HCl FeCl2 + H2O
x 2x
Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O
x 6x
Fe3O4 + 8HCl FeCl2 + 2FeCl3 + 3H2O
y 8y
Gọi x là số mol FeO
số mol x cung là số mol của Fe2O3
Gọi y là số mol của Fe3O4
72x + 160x + 232y = 2,32
232x + 232y = 2,32
x + y = 0,01 (1)
HCl
n 8x + 8y = 8 0,01 = 0,08 mol
0,08
Giải nhanh:
Vì nFeO = nFe O Coi như hỗn hợp chỉ có Fe3O4.
Trang 23 4
2,32
Ta có: n + = 2 n O 2 0,04 0,08 mol
0,08
Ví dụ 2: Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với dd HCl (dư) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y Cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 Giá trị của m là :
Cách giải thông thường:
FeO + 2HCl FeCl2 + H2O
x 2x x
Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O
y 6y 2y
Fe3O4 + 8HCl FeCl2 + 2FeCl3 + 3H2O
z 8z z 2z
Gọi x, y, z lần lượt là số mol của FeO, Fe2O3 và Fe3O4 có trong 9,12 gam hỗn hợp
72x + 160y + 232z = 9,12 (1)
7,62
Từ (1) 160(y + z) + 72(x +z) = 9,12
y + z = 0,03
3
FeCl
m 162,5 (2y + 2z) = 162,5 2 0,03 = 9,75 gam
Giải nhanh:
Coi như hỗn hợp gồm FeO và Fe2O3
2 HCl
FeCl a mol FeO a mol
72a + 160b = 9,12
b = 0,03 7,62
127
mFeCl3 162,5 2 0,03 = 9,75 gam
Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp: S, FeS, FeS2 trong HNO3 dư được 0,48 mol NO2 duy nhất và dung dịch
X Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là:
A 17,545gam B 18,355gam C 15,145gam D 2,4000gam
Giải nhanh:
Coi như hỗn hợp chỉ gồm Fe và S
0 3
2+
2
Ba 2
NO 0,48 mol
Fe 2a mol
S b mol
Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron
6+
Fe Fe + 3e NO + 1e + 2H NO + H O
2a mol 6a mol 0,48 mol 0,48 mol
b mol 6b mol
112a + 32b = 3,76 a = 0,015
mrắn = 160 0,015 233 0,065 17,545 gam
2.2 Dạng đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa
Khi đốt cháy sắt trong không khí sẽ tạo ra hỗn hợp sản phẩm Nếu học sinh
viết phương trình hóa học và lập hệ phương trình để giả quyết thì se gặp vô vàn khó khăn Đề giải dạng bài tập này ta vận dụng định luật bào toàn khối lượng và bào toàn electron
Ví dụ 1: Nung m gam bột Fe trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn A Hòa tan hoàn toàn A trong dung dịch
HNO3 dư thu được 0,56 lít (đktc) NO (duy nhất) Giá trị m là:
Trang 3A 2,22gam B 2,26gam. C 2,52gam. D 2,32gam.
Giải nhanh theo định luật:
HNO3
a mol b mol
Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron
Fe Fe + 3e NO + 3e + 4H NO + 2H O
a mol 3a mol 0,075 mol 0,025 mol
2 2
O + 4e 2O bmol 4b mol
3a = 4b + 0,075 b = 0,015
mFe = 0,04556 = 2,25 gam
Giải nhanh theo công thức kinh nghiệm: mrắn = 80nFe - 8ne nhận
Ví dụ 2: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3
và Fe3O4 Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Tính m?
Giải nhanh theo định luật:
2 4
H SO
2
m
Fe + O 2 gam X 0,1875 mol SO
0,225 mol b mol
Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron
Fe Fe + 3e SO + 2e + 4H SO + 2H O
0,225mol 0,675mol 0,375 mol 0,1875 mol
2 2
O + 4e 2O bmol 4b mol
0,675 = 4b + 0,375 b = 0,075
mrắn = 12,6 + 0,07532 = 15 gam
Giải nhanh theo công thức kinh nghiệm: mrắn = 80nFe - 8ne nhận
mrắn
Ví dụ 3: Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau phản ứng thu được 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3
và Fe3O4 Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 loãng thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO2 có tỉ khối so với H2 là 19 Tính m và thể tích HNO3 1M đã dùng?
A 16,8gam và 1,15 lít B 14gam và 1,15 lít
Giải nhanh theo định luật:
2
Y 2
NO x mol
NO y mol
HNO3
Fe + O 2 gam X 5,6 lit Y
a mol b mol
x + y = 0,25
x = 0,125 30x + 46y
x + y
Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron
Trang 43+ +
Fe Fe + 3e NO + 3e + 4H NO + 2H O
a mol 3a mol 0,375 mol 0,5 mol 0,125 mol
+
NO + 1e + 2H NO + H O 0,125 mol 0,25 mol 0,125 mol
2 2
O + 4e 2O bmol 4b mol 2b mol
3a = 4b + 0,125 + 0,375 b = 0,1
mFe = 0,356 = 16,8 gam
n = 4n + 2n + 2n = 4 0,125 + 2 0,125 + 2 2 0,1 = 1,15 mol
1,15
Bài tập tương tự.
Ví dụ 4: Nung x mol Fe trong không khí thu được 16,08 gam hỗn hợp rắn A Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn A trong
dung dịch HNO3 dư thu được 0,972 lít (đktc) khí NO Giá trị của x là:
Ví dụ 5: Để m gam bột sắt (A) trong không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp rắn B có khối lượng 12 gam.
Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO3 thấy sinh ra 2,24l khí NO duy nhất ở đktc Giá trị m là:
Ví dụ 6: Nung m gam Fe trong không khí thu được 104,8 gam hỗn hợp rắn A Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn A trong
dung dịch HNO3 dư thu được 12,096 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và NO2 có tỉ khối hơi so với H2 là 20,334 Giá trị của m là:
2.3 Dạng khử không hoàn toàn Fe 2 O 3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh là HNO 3 hoặc H 2 SO 4 đặc nóng:
Ví dụ 1: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Tính m ?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
3 o
CO
2 3 t
3 3
2 3
Fe O
Fe(NO )
Fe O , Fe
Trong trường hợp này xét quá trình đầu và cuối ta thấy chất nhường e là CO, chất nhận e là HNO3 Nhưng nếu biết tổng số mol Fe trong oxit ta sẽ biết được số mol Fe2O3 Bởi vậy ta dùng chính dữ kiện bài toán hòa tan X trong HNO3 đề tính tổng số mol Fe
Giải bằng định luật bảo toàn electron
2
NO
Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là a và b ta có: 56a + 16b = 10,44 (1)
Quá trình nhường e: Quá trình nhận e:
Fe Fe + 3e NO + e + 2H NO + H O
a mol 3a mol 0,195 mol 0,195 mol
2
O + 2e O bmol 2b mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3a = 2b + 0,195 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ 56a 16b 10,44
3a 2b 0,195
Giải hệ trên ta có a = 0,15 và b = 0,1275
Như vậy nFe = 0,15 mol nên nFe O2 3 0,075 mol m = 12 gam
Giải nhanh:
Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron
Trang 52 +4
+
C C + 2e NO + 1e + 2H NO + H O
a mol 2a mol 0,195mol 0,195 mol
2a = 0,195 a = 0,0975
Ta có nO n = 0,0975CO
m = 10,44 + 0,097516 = 12 gam
Ví dụ 2: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 cần 0,05
mol H2 Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn là
A 448 ml B 224 ml C 336 ml D 112 ml.
Giải nhanh:
Sơ đồ phản ứng:
Thực chất phản ứng khử các oxit trên là
H2 + O H2O 0,05 0,05 mol Coi hỗn hợp ban đầu có 0,05 mol O và 3,04 0,05.16
Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron
Fe Fe3+ + 3e O + 2e O-2
0,04 0,12 (mol) 0,05 0,1 (mol)
2a mol a mol
0,12 = 0,1 + 2a a = 0,01 mol.Vậy: VSO2 224 ml.
Bài tập tương tự
Ví dụ 3: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3) Hòa tan 4,64 gam trong dung dịch H2SO4 loãng dư được 200 ml dung dịch X Tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1M cần thiết
để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X?
C KẾT LUẬN
Trong đề thi đại học số lượng câu hỏi về sắt và hợp chất sắt luôn chiếm một tỉ lệ nhất định và đặc biệt là những bài toán về phần sắt có độ khó đặc trưng riêng, độ phức tạp cao
Do kinh nghiệm còn hạn chế nên các phương pháp giải nhanh chưa được phong phú và đa dạng dể đáp ứng nhu cầu của các em học sinh
Mong nhận được đóng góp của các GV để chuyên đề hoàn thiện hơn, có thể sử dụng vào giảng dạy
