(SKKN HAY NHẤT) bài tập về sắt và hợp chất của sắt trong chương trình THPT

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: “BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT TRONG CHƯƠNG TRÌNH THPT” LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A Đặt vân đề I Lý chọn đề tài Giúp học sinh nắm vững kiến thức hoá học, biết khai thác, vận dụng để giải vấn đề gặp phải thực tiễn học tập môn nhiệm vụ thường xuyên quan trọng trình giảng dạy mơn hố bậc phổ thơng trung học Bên cạnh việc khắc sâu kiến thức, cịn giúp học sinh tiếp cận với quy luật tự nhiên thực tiễn khách quan, có cách nhìn khoa học để nhận biết việc, hiên tượng Nhằm mục đích này, đồng thời để giúp học sinh tự nghiên cứu, tự học tập áp dụng cho trường hợp khác, giảng dạy khố bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, tơi tìm hiểu dạng tập thường gây khó khăn cho học sinh để ngiên cứu phương pháp thể cách đơn giản hiệu Trong số nguyên tố hợp chất học chương trình THPT, Sắt hợp chất sắt phần kiến thức phong phú, đa dạng Bài tập sắt phần quan trọng chương trình THPT, đặc biệt chương trình lớp 12 Nghiên cứu kỹ tập sắt vận dụng hiệu cho tập crôm điểm tương đồng hai kim loại có nhiều số oxi hoá Bài tập sắt thường xuyên gặp phải trường hợp biến đổi số oxi hoá Sự biến đổi số oxi hóa Sắt dạng phản ứng mà học sinh thường lúng túng xét trường hợp xảy Vì tơi tập trung tìm hiểu dạng tập Sắt hợp chất, phân loại theo nhóm tập phổ biến thường gặp chương trình học đề thi, hệ thống lại dạng tập đưa phương pháp giải loại tập nhằm giúp học sinh dễ hiểu, giải vấn đề nhanh, xác, đầy đủ gọn gàng Đồng thời giúp học sinh có khả tư độc lập để vận dụng trường hợp khác II Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu sở lí luận đề tài - Phân tích tính chất sắt hợp chất, phân loại toán sở thay đổi số oxi hóa sắt hợp chất - Hệ thống dạng toán hoá học tương ứng với dạng phản ứng, phân tích sai lầm có học sinh đưa cách giải hợp lý, đơn giản - Hình thành kĩ tư cho học sinh, giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tác với dạng tập ứng với phản ứng khác rút cách xét trường hợp phản ứng dạng tương tự III Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Các trường hợp phản ứng Sắt hợp chất, thay đổi số oxi hóa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Các dạng toán Sắt hợp chất, thay đổi số oxihóa chương trình hố học bậc THPT thi tuyển sinh vào trường Đại học hàng năm - Phạm vi nghiên cứu: Quá trình dạy học Hoá học trường THPT IV Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết Sắt hợp chất, thay đổi số oxi hóa - Tìm hiểu chương trình Hóa học phổ thơng, tài liệu hướng dẫn giải tập Hoá học, đề thi tuyển sinh Hệ thống, xếp dạng tập theo đặc điểm chung, đưa cách giải chung cho dạng B Giải quyết vấn đề 1- Sự chuyển hóa số oxi hóa Sắt Trong chương trình hố học bậc THPT, Sắt ngun tố xuất nhiều dạng tốn có nhiều số oxi hóa, biến đổi số oxi hóa phong phú, đa dạng khiến tập Sắt hợp chất có nhiều trường hợp phản ứng xảy Sự biến đổi số oxi hoá Sắt tập trung theo sơ đồ chuyển hóa Fe Fe2+ Fe3+ 1.1- Phản ứng khử hợp chất Sắt (III): 1.1.1- Đặc điểm chuyển hóa: Khi hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử yếu tạo hợp chất sắt (II) Khi hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử mạnh tạo hợp chất sắt (II) tạo đơn chất sắt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.1.2- Các phản ứng thường gặp 1.1.2.1- Hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử yếu: - Các kim loại từ Fe đến Cu 1.1.2.2- Hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử mạnh : - Phản ứng dung dịch muối Fe3+ với kim loại từ Mg đến Zn - Phản ứng khử Fe2O3 chất khử C, CO, H2, Al 1.2- Phản ứng oxi hóa Sắt: 1.2.1- Đặc điểm chuyển hóa: Khi sắt tác dụng với chất oxi hóa yếu tạo hợp chất sắt (II) Khi sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh tạo hợp chất sắt (II) hợp chất sắt (III) 1.2.2- Các phản ứng thường gặp 1.2.2.1- Sắt tác dụng với chất oxi hóa yếu: Phản ứng với phi kim: lưu huỳnh, Iot Phản ứng với dung dịch muối kim loại: từ sau Fe đến Cu 1.1.2.2- Sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh: - Phản ứng Fe với chất có tính oxi hố mạnh (Các halogen từ Flo đến Brom, dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, Hg(NO3)2, AgNO3) - Phản ứng Fe với oxi 1.3- Phản ứng hợp chất Sắt (II) 1.3.1- Đặc điểm chuyển hóa: Hợp chất sắt (II) có số oxi hố trung gian nên tính khử gặp chất oxi hố mạnh, thể tính oxi hố gặp chất khử mạnh 1.3.2- Các phản ứng thường gặp 1.3.2.1- Phản ứng thể tính khử Fe2+ với chất có tính oxi hố mạnh: Dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, Hg(NO3)2, AgNO3; F2, Cl2, Br2 ; (H2O + O2) 1.3.2.2- Phản ứng thể tính oxi hố hợp chất Fe 2+ với chất khử mạnh: Kim loại mạnh, CO, C, H2, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các trường hợp phản ứng sử dụng, phân loại theo nhiều cách, tuỳ thuộc nguyên tắc phân chia mục đích vận dụng dạng tập Có thể phân loại theo cách sau: 2- Phân loại tập sắt hợp chất sắt: 2.1- Bài toán phản ứng Fe với dung dịch chất có tính oxi hố mạnh (HNO 3, H2SO4 đặc nóng, AgNO3) 2.2- Bài toán phản ứng dung dịch muối Fe3+ với kim loại từ Mg đến Zn 2.3- Bài toán hỗn hợp sắt oxit 2.4- Bài tốn xác định cơng thức oxit 3- Các phương pháp thường áp dụng toán sắt hợp chất sắt: 3.1- Phương pháp bảo toàn khối lượng chất 3.2- Phương pháp bảo toàn electron 3.3- Phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử nguyên tố 3.4- Phương pháp bán phản ứng (phương trình ion-electron 3.5- Phương pháp tăng giảm khối lượng 4- Phân tích đặc điểm số phản ứng thường gặp 4.1- Phản ứng Fe với dung dịch axit có tính oxi hố mạnh Thí nghiệm 1: Cho bột sắt tác dụng với dung dịch HNO3 loãng Phản ứng, tượng: Khi cho từ từ bột sắt vào dung dịch HNO3 có khí do: Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O Khi HNO3 hết, dung dịch thu hoà tan thêm lượng bột sắt do: Fe + 2Fe(NO3)3 3Fe(NO3)2 Phản ứng Fe với H2SO4 đặc nóng xét tương tự Thí nghiệm 2: Cho bột sắt tác dụng với dung dịch AgNO3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phản ứng, tượng: Khi cho bột sắt vào dung dịch AgNO3 có kết tủa ra: Fe + 2AgNO3 Fe(NO3)2 + 2Ag Fe hết khối lượng kết tủa tiếp tục tăng, do: AgNO3 + Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 + Ag Đặc điểm toán: Khi sắt tác dụng với dung dịch chất có tính oxi hoá mạnh, sản phẩm thu gồm hợp chất sắt (II), hợp chất sắt (III) 4.2- Phản ứng dung dịch muối Fe3+ với kim loại 4.2.1- Phản ứng dung dịch muối Fe3+ với kim loại từ Mg đến Zn Thí nghiệm: Cho bột Mg tác dụng với dung dịch Fe(NO3)3 Phản ứng, tượng: Khi cho từ từ bột kim loại (từ Mg đến Zn) dung dịch muối Fe 3+, khơng có chất rắn thoát do: Mg + 2Fe3+ Mg2+ + 2Fe2+ Sau Fe3+ phản ứng hết, tiếp tục thêm bột Mg tạo chất rắn do: Mg + Fe2+ Mg2+ + Fe Đặc điểm: Các kim loại không tác dụng với H2O, mạnh Fe dãy điện hoá tham gia phản ứng với dung dịch muối Fe3+ Khi kim loại không tác dụng với H 2O, mạnh Fe dãy điện hố phản ứng với dung dịch muối Fe3+ có chất rắn thu có phản ứng hòa tan chất rắn 4.2.2- Phản ứng dung dịch muối Fe3+ với kim loại từ Fe đến Cu Phản ứng, tượng: Khi cho bột kim loại (từ Fe đến Cu) dung dịch muối Fe 3+, khơng có chất rắn thoát do: Cu + 2Fe3+ Cu2+ + 2Fe2+ Đặc điểm: Các kim loại yếu Fe dãy điện hố tham gia phản ứng với dung dịch muối Fe3+ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi kim loại yếu Fe dãy điện hoá phản ứng với dung dịch muối Fe 3+ có phản ứng hịa tan chất rắn 4.3- Phản ứng Fe với O2 Phản ứng: 2Fe + O2 2FeO 3Fe + 2O2 Fe3O4 2Fe + 3O2 2Fe2O3 Đặc điểm: Khi cho Fe tác dụng với O2, hỗn hợp thu gồm chất 4.4- Phản ứng Fe2O3 với chất khử (CO) Phản ứng: 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 FeO + CO Fe + CO2 Đặc điểm: Khi cho Fe2O3 tác dụng với chất khử, hỗn hợp thu gồm chất 4.5- Phản ứng hỗn hợp sắt oxit với dung dịch axit Phản ứng: Cho hỗn hợp X gồm sắt oxit sắt tác dụng với dung dịch HCl Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Fe3O4 + 8HCl 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O FeO + 2HCl FeCl2 + H2O Fe + 2HCl FeCl2 + H2 Fe + 2FeCl3 3FeCl2 Đặc điểm: - Thứ tự ưu tiên phản ứng: axit hòa tan oxit, chất phản ứng cuối Fe Nếu có chất rắn cịn dư sắt, có oxit LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Nếu có chất rắn dư, chắn có phản ứng Fe với Fe3+ - Nếu chất rắn tan hết, tùy yêu cầu đề: Nếu đề cho tính ơxi hóa Fe 3+ mạnh H+ tính khử hydro sinh mạnh Fe 2+ có phản ứng Fe với Fe3+ 4.6- Phản ứng hợp chất sắt (II) - Khác với nhiều hợp chất khác kim loại có tính ơxi hóa, hợp chất sắt (II) thể tính ơxi hóa tính khử tùy chất phản ứng 4.6.1- Tính ơxi hóa - Nếu gặp chất khử mạnh, hợp chất sắt (II) thể tính ơxi hóa: FeO + CO Fe + CO2 Mg Fe2+ Mg2+ + Fe + 4.6.2- Tính khử - Nếu gặp chất ơxi hóa mạnh, hợp chất sắt (II) thể tính khử: AgNO3 + Fe(NO3)2 3FeO + 10HNO3 4Fe(OH)2 Fe(NO3)3 + 3Fe(NO3)3 + NO + O2 + 2H2O Ag + 5H2O 4Fe(OH)3 5- Các tập áp dụng 5.1- Bài toán phản ứng sắt với dung dịch chất oxi hố mạnh Ví dụ 1: Một dung dịch chứa b mol H2SO4 hoà tan hết a mol Fe thu khí A 42,8 gam muối khan Nung lượng muối khan nhiệt độ cao điều kiện khơng có khơng khí đến khối lượng khơng đổi hỗn hợp khí B 1- Tính giá trị a, b (biết a 2,5  ) b 2- Tính dA/B Bài giải: Khi Fe phản ứng với H2SO4 thu khí A , A H2 SO2 Nếu A H2 , phản ứng tạo FeSO4: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Fe + H2SO4 a FeSO4 + H2 (*) b nFe Theo phản ứng (*):  nH SO4 a  a 1; Theo đề: nFe nH 2SO4  a 2,5  b Không phù hợp Nếu A SO2, phản ứng tạo Fe2(SO4)3: 2Fe + 6H2SO4 a (**) 3a Theo phản ứng (**): Theo đề: Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O nFe nH SO4  nFe nH 2SO4 a 2,5  b  a  3a Không phù hợp Vậy, trường hợp xảy Fe tác dụng với H2SO4 tạo Fe2(SO4)3 SO2, dư Fe tác dụng với Fe2(SO4)3 2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + Fe + Fe2(SO4)3 3FeSO4 Fe + 2H2SO4 FeSO4 3SO2 + 6H2O + SO2 + 2H2O Có thể coi phần Fe tác dụng tạo thành x mol Fe2(SO4)3 : 2Fe + 6H2SO4 2x Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (1) 6x x Một phần Fe tác dụng tạo thành y mol FeSO4: Fe + 2H2SO4 y FeSO4 2y + SO2 + 2H2O (2) y Số mol Fe phản ứng là: 2x + y = a Số mol H2SO4 phản ứng là: 6x + 2y = b Kết hợp ta hệ :  2x  y  a 6 x  y  b   a  2,5  b Giải hệ ta được: x = 0,2a ; y = 0,6a Theo đề tổng khối lượng muối thu nặng 42,8 gam 400x + 152y = 42,8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thay giá trị x y theo a vào ta a = 0,25; b = 0,6 Muối gồm 0,05 mol Fe2(SO4)3 0,15 mol FeSO4 nung khơng khí: 2Fe2(SO4)3 2Fe2O3 0,05 + 6SO2 0,15 4FeSO4 2Fe2O3 0,15 + 3O2 (3) O2 (4) 0,075 + 4SO2 0,15 + 0,0375 Khí B gồm 0,3 mol SO2 0,1125 mol O2 dB KK  0,3.64  0,1125 32  1,91 (0,3  0,1125).29 Ví dụ Cho hỗn hợp bột gồm 2,7 gam Al 5,6 gam Fe vào 550 ml dung dịch AgNO 1M Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu m gam chất rắn Tính giá trị m (biết thứ tự dãy điện hoá: Fe3+/Fe2+ đứng trước Ag+/Ag) Bài giải: Ta có: nAl = 2,7:27 = 0,1 mol; nFe= 5,6:56 = 0,1 mol; nAgNO3 = 0,55 mol Al + 0,1 Fe  3AgNO3 Al(NO3)3 + 3Ag 0,3 + 0,1 Fe(NO3)2 + 0,3 2AgNO3  Fe(NO3)2 + 0,2 2Ag 0,2  AgNO3 Fe(NO3)3 + 0,05 Chất rắn thu Ag  Ag 0,05 m = 108.(0,2 + 0,3 + 0,05) = 59,4g Nhận xét: Do sắt có khả thể số ơxi hóa +2 +3, nên dạng tập phản ứng Fe với chất oxi hóa mạnh phức tạp Với dạng tập này, cần ý khả phản ứng tạo sắt (II) hay sắt (III) 5.2- Bài toán phản ứng kim loại với dung dịch muối Fe3+ Phân tích trường hợp: cho hỗn hợp X gồm Zn Al tác dụng với dung dịch Y chứa FeCl3 Xác định phản ứng xảy Lưu ý: Ta có trường hợp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ 2: Cho 7,7 gam hỗn hợp X gồm Mg Zn tác dụng với dung dịch HCl dư thu 3,36 lít khí (đo điều kiện tiêu chuẩn) Cho 7,7 gam X tác dụng với 500 ml dung dịch FeCl3 0,4M thu chất rắn Y Tính khối lượng Y Bài giải: Gọi số mol Mg Zn tương ứng 7,7 gam X x, y (x, y > 0) Theo đề: 24x + 65y = 7,7 Mg + (*) 2HCl MgCl2 + x H2 (1) x Zn + 2HCl ZnCl2 + y H2 (1) y Theo đề: số mol H2= 0,15 x + y = 0,15 (**) Kết hợp (*) (**) ta có hệ : Giải hệ ta có: x = 0,05; y= 0,1 Khi cho X tác dụng với dung dịch FeCl3: Mg + 0,05 Zn 2FeCl3 MgCl2 + 2FeCl2 0,1 + 0,05 (3) 0,1 2FeCl3 ZnCl2 + 2FeCl2 0,1 (4) 0,1 Sau FeCl3 phản ứng hết, 0,05 mol Zn tác dụng với FeCl2 Zn 0,05 + FeCl2 ZnCl2 + Fe 0,05 (5) 0,05 Chất rắn Y gồm 0,05 mol Fe mY = 0,05 56 = 2,8 gam Ví dụ Tính thể tích dung dịch HNO 1M (lỗng) cần dùng để hịa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe 0,15 mol Cu (biết phản ứng tạo chất khử NO) Bài giải Ta có: Fe 0,15 + 4HNO3 0,6  Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 0,15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để VddHNO3 nhỏ phần Cu phản ứng với Fe(NO3)3 3Cu + 8HNO3 0,075  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 0,2 Cu + 2Fe(NO3)3 0,075  2Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2 0,15  nHNO = 0,6 + 0,2 = 0,8 (mol)  VHNO = 0,8 : = 0,8(l) Nhận xét: Thường toán kim loại tác dụng với dung dich muối sắt (III) thường với sắt tác dụng với dung dịch chất có tính oxi hóa mạnh thân Fe 3+ chất oxi hóa mạnh Với dạng tập này, cần ý khả phản ứng tạo sắt (II) hay sắt đơn chất tùy thuộc tỉ lệ mol chất lấy 5.3- Bài tốn xác định ơxit sắt 5.3.1- Ngun tắc: Xác định công thức FexOy: - Nếu =1  FexOy là: FeO - Nếu =  FexOy là: Fe2O3 - Nếu =  FexOy là: Fe3O4 - Nếu oxit sắt (FexOy) tác dụng với H2SO4 đặc, HNO3 đặc không giải phóng khí Fe2O3 5.3.2- Bài tốn minh họa: Ví dụ Đốt cháy hồn tồn 16,8 gam Fe khí O cần vừa đủ 4,48 lít O (điều kiện tiêu chuẩn) tạo thành ôxit sắt Xác định cơng thức phân tử oxit Bài giải: Ta có: nFe = 16,8 : 56 = 0,3 mol; nO2 = 4,48 : 22,4 = 0,2 mol Gọi oxit sắt cần tìm FexOy 2xFe + yO2 0,3  2FexOy 0,2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  2x 0,3 x  = = y 0, y =  CT cần tìm là: Fe3O4 Ví dụ 2: Hịa tan hồn tồn y gam oxit sắt H2SO4 đặc nóng thấy khí SO2 Trong thí nghiệm khác, sau khử hoàn toàn y gam oxit CO nhiệt độ cao hịa tan lượng sắt tạo thành H 2SO4 đặc nóng thu lượng khí SO2 nhiều gấp lần lượng khí SO2 thí nghiệm Xác định cơng thức oxit sắt Bài giải 2FemOn + (6m-2n) H2SO4  mFe2(SO4)3 + (6m-2n)H2O+ (3m-2n)SO2 y (3m  2n) 2(56m  16n) y 56m  16n nFe = my 56m  16n Số mol sắt bảo toàn phản ứng khử nên ta có: 2Fe + 6H2SO4  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2 3my 2(56m  16n) Theo đề ta có:  3my 2(56m  16n) m = 3(3m-2n)   y (3m  2n) = 2(56m  16n) m = = n Công thức oxit sắt là Fe3O4 Nhận xét: Ôxit sắt trường trường hợp, hóa trị sắt oxit khơng phải số nguyên Khi xác định oxit sắt cần xét tỉ lệ mol sắt oxi, chọn tỷ lệ thích hợp với ơxit đề cho Với tốn xác định oxit sắt, thường gặp phản ứng thể tính khử oxit tác dụng với chất ơxi hóa mạnh, phải viết dạng công thức tổng quát oxit 5.4- Bài toán hỗn hợp sắt oxit sắt 5.4.1- Đặc điểm toán: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thường toán hỗn hợp sắt oxit sắt với yêu cầu tổng quát, yêu cầu đề thường khơng địi hỏi tính thành phần chất hỗn hợp mà tính khối lượng hỗn hợp, khối lượng sắt, số mol chất oxi hóa, số mol sản phẩm khử hỗn hợp phản ứng 5.4.2- Phương pháp thường dùng + Phương pháp bảo toàn electron + Phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử nguyên tố + Phương pháp bán phản ứng (phương trình ion-electron) + Phương pháp quy đổi 5.4.3- Các dạng toán 5.4.3.1- Bài toán phản ứng Fe với O2 * Ví dụ sử dụng phương pháp bảo tồn electron: Ví dụ Đốt cháy x mol Fe oxi thu 5,04 gam hỗn hợp (A) gồm oxit sắt Hịa tan hồn tồn (A) dung dịch HNO thu 0,035 mol hỗn hợp (Y) gồm NO NO2 Tỷ khối Y H2 19 Tính x Bài giải Gọi z, t số mol NO NO2 Theo đề ta có hệ phương trình:  z  t  0, 035    30 z  46t  z  t  38  z  t  0, 035  z  0, 0175   z  t  t  0, 0175 Ta có sơ đồ biểu diễn trình nhường nhận e: Quá trình ôxi hóa: Fe - 3e x Fe+3 3x Các trình khử: O + 2e y 2y N+5 + e 0,0175 O-2 N+4 0,0175 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com N+5 + 3e 0,0525 N+2 0,0175 Vì tổng số mol e nhường tổng số mol e nhận nên ta có: 0,0525 + 0,0175 + 2y = 3x  3x - 2y = 0,07 Lại có: mhh = 56z + 16t = 5,04 3x  y  0, 07  x  0, 07   56 x  16 y  5, 04  y  0, 07 * Ví dụ dùng phương pháp quy đổi Các ý dùng phương pháp quy đổi - Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (hỗn hợp X - từ ba chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất hay chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố bảo toàn khối lượng hỗn hợp - Có thể quy đổi hỗn hợp X cặp chất chí quy đổi chất Tuy nhiên nên chọn cặp chất có phản ứng oxi hố khử để đơn giản tính tốn - Trong q trình tính tốn theo phương pháp quy đổi đôi ta gặp số âm bù trừ khối lượng chất hỗn hợp Trong trường hợp ta tính tốn bình thường kết cuối thoả mãn - Khi quy đổi hỗn hợp X chất Fe xOy oxit FexOy tìm oxit giả định khơng có thực Ví dụ 2: Nung 8,4 gam Fe khơng khí sau phản ứng ta thu m gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hoà tan m gam hỗn hợp X dưng dịch HNO dư thu 2,24 lít khí NO2 (điều kiện tiêu chuẩn) sản phẩm khử Tính giá trị m? Cách quy đổi 1: Quy hỗn hợp X hai chất FeO Fe2O3 Ta có phương trình phản ứng FeO + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O (1) Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO3)3 + 3H2O (2) Ta có nFe = 0,15 mol, nNO2 = 0,1 mol nFeO = nNO2 = 0,1 mol Ta có 0,15 mol Fe 2Fe + O2 2FeO LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 0,1 mol 4Fe 0,1 mol + 3O2 2Fe2O3 0,05 mol 0,025 mol Do mx = 0,1x72 + 0,05x160 = 11,2 gam Cách quy đổi 2: Quy hỗn hợp chất rắn X hai chất Fe FeO có số mol hỗn hợp tương ứng x y áp dụng định luật bảo toàn electron bảo toàn nguyên tố ta có: x + y = 0,15 3x + y = 0,1 giải hệ ta có x = -0,025 mol y = 0,175 mol Vậy m = 56x(-0,025) + 72x0,175 = 11,2 gam Cách quy đổi 3: Quy hỗn hợp X chất FexOy FexOy + (6x–2y)HNO3 xFe(NO3)3 + (3x–2y)NO2 + (3x–y)H2O mol 0,1 mol Ta có nFe = 0,15 = Vậy m = = Cơng thức quy đổi Fe6O7 = 11,2 gam 5.4.3.2- Bài tốn khử Fe2O3 Ví dụ 1: A ơxit kim loại M (hố trị n) có chứa 30% oxy theo khối lượng Xác định công thức phân tử A Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam oxit A (ở ý 1) nhiệt độ cao thời gian người ta thu 6,72 gam hỗn hợp gồm chất rắn khác Đem hoà tan hoàn toàn hỗn hợp dung dịch HNO dư thấy tạo thành 0,448 lít khí B có tỉ khối so với H2 15 Tính m Bài giải Xác định cơng thức phân tử A: Gọi công thức phân tử A M2On ta có: M= Chỉ có cặp nghiệm n = M = 56 hợp lý Vậy A Fe2O3 Tính m: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phản ứng khử Fe2O3 : 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 (1) Fe2O3 + CO 2FeO + CO2 (2) Fe2O3 + 3CO 2Fe + CO2 (3) Chất rắn thu gồm Fe, FeO, Fe3O4 Fe2O3 Hoà tan chất rắn HNO3 thu B Theo đề MB = 2.15 = 30 Vậy B NO Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO3)3 + 3H2O (4) 3Fe3O4 + 28HNO3 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (5) 3FeO + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O (6) Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (7) Theo đề Quá trình phản ứng: A hỗn hợp X Fe 3+ Giai đoạn 1: Từ A (là Fe2O3 sắt có số oxi hoá +3) bị khử thành hỗn hợp X (4 chất rắn) Số mol e mà Fe+3 nhận a (mol) Giai đoạn 2: Từ hỗn hợp X (gồm chất rắn) bị oxi hoá trở lại thành Fe 3+: Số mol e mà X nhường b (mol) Do từ A (sắt có số ơxihố +3) bị CO khử thành hỗn hợp X (4 chất rắn) Từ hỗn hợp X (chất rắn) bị HNO3 oxi hoá trở lại thành Fe3+, hai trình số electron bảo tồn Vì a = b giai đoạn 2: NO3- + 4H+ + 3e NO + 2H2O ne = nNO = 3.0.02 = 0,06 Vậy giai đoạn 1, số mol electron mà Fe2O3 nhận 0,06 Quá trình bị khử Fe2O3: O -2 - 2e = O Số mol O-2 bị khử: nO-2 = 0,5 ne = 0,5.0,06 = 0,03 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lượng oxy (tham gia phản ứng biến đổi CO thành CO2) 0,03.16 = 0,48 Vậy lượng Fe2O3 ban đầu là: m = mX + 0,48 = 6,72 + 0,48 = 7,2 ( gam ) Ví dụ 2: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam Fe 2O3 nung nóng Sau thời gian thu 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe 2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 đặc, nóng thu 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử điều kiện tiêu chuẩn) Tính m ? Bài giải: Sơ đồ phản ứng Trong trường hợp xét trình đầu cuối ta thấy chất nhường e CO, chất nhận e HNO3 Nhưng biết tổng số mol Fe oxit ta biết số mol Fe 2O3 Bởi ta dùng kiện tốn hịa tan x HNO3 đề tính tổng số mol Fe Theo đề ta có: Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 10,44 (1) Quá trình nhường nhận e: Q trình ơxi hóa: Fe x Các trình khử: O y – Fe3+ 3e 3x + 2e O2- 2y N+5 + 1e 0,195 y N+4 0,195 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2) Từ (1) (2) ta có hệ Giải hệ ta có x = 0,15 y = 0,1275 Như nFe = 0,15 mol nên  m = 12 gam LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.4.3.3- Bài toán khác hỗn hợp sắt oxit Ví dụ 1: Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe 2O3, Fe3O4 dd HNO3 đặc nóng thu 4,48 lít khí NO2 (điều kiện tiêu chuẩn) Cơ cạn dd sau phản ứng thu 145,2 gam muối khan Tính m Bài giải: Số mol NO2 = 0,2 mol; Số mol Fe(NO3)3 = = 0,6 mol Quy hỗn hợp X hỗn hợp chất FeO Fe2O3 ta có: FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O 0,2 0,2 0,2 Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O 0,2 0,4  mX = 0,2(72 + 160) = 46,4(g) Ví dụ 2: Cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe 3O4 có khối lượng 4,04g phản ứng hết với dd HNO3 dư thu 336ml khí NO (điều kiện tiêu chuẩn) sản phẩm khử Tính số mol HNO3 Bài giải: Quy hỗn hợp X chất FeO Fe2O3, ta có: Số mol NO = 0,015 mol Khí NO tạo thành FeO: 3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O 0,045 0,15  mFeO= 0,015 x 72 = 3,24(g);  m 0,015 = 0,8(g);  n = 0,005 mol Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O 0,005 0,03  Tổng số mol HNO3 = 0,08 mol Nhận xét: Bài toán sắt ôxit sắt thường không yêu cầu, khơng có kiện để tính trực tiếp số mol chất hỗn hợp, dựa khả phản ứng toàn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hỗn hợp số mol sản phẩm Nếu đặt ẩn số số mol chất thành phần để tính việc giải tốn khó khăn Để giải toán sắt oxit sắt sử dụng phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử nguyên tố, phương pháp quy đổi … Các phương pháp sử dụng linh hoạt 5.5- Bài toán phản ứng hợp chất sắt (II) Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm: M, MO, MCO3 Lấy 61,6 gam A hịa tan lít dung dịch HCl 3M thu dung dịch B 11,2 lít (ở điều kiện tiêu chuẩn) hỗn hợp khí D Cho D vào dung dịch Ca(OH)2 thu 10 gam kết tủa, tách kết tủa khỏi dung dịch them dung dịch NaOH dư vào phần nước lọc thu 5,0 gam kết tủa Để trung hòa axit dư dung dịch B cần dùng 700 ml dung dịch NaOH 2M 1- Xác định tên kim loại M 2- Thổi khí O2 vào dung dịch B, sau thời gian thu dung dịch E Cho dung dịch KOH dư vào dung dịch E thu kết tủa X Nung X khơng khí đến khối lượng khơng đổi thấy khối lượng giảm 17% so với trước nung Tính nồng độ mol/l chất dung dịch E Bài giải: Gọi số mol chất M, NO, MCO3 A x, y, z (x, y, z > 0) Khi cho A tác dụng với dung dịch HCl, nHCl = 3.1 = (mol) M + 2HCl x MCl2 + 2x MO + x 2HCl y z + H2O y 2HCl 2z x MCl2 + 2y MCO3 H2 MCl2 + z Khí D gồm x mol H2 z mol CO2 CO2 + H2O z  x + z = 0,5 Khi hấp thụ D vào dung dịch Ca(OH)2 thu 10 gam kết tủa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + 0,1 H2O 0,1 Dung dịch lọc tác dụng với dung dịch NaOH tạo kết tủa nên có muối hyđrocacbonat: 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 2a a Khi thêm dung dịch NaOH dư: Ca(HCO3)2 + 2NaOH CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O a a Tổng số mol CO2 là: 0,1 + 2a = 0,2  z = 0,2; x = 0,3 Trung hòa axit dư B dung dịch NaOH Số mol NaOH là: nNaOH = 0,7.2 = 1,4 (mol) HCl 1,4 + NaOH NaCl + H 2O 1,4  2x + 2y + 2z + 1,4 =  y = 0,3  0,3M + 0,3(M + 16) + (0,2(M + 60) = 61,6  M = 56 Kim loại M sắt Dung dịch B gồm 0,8 mol FeCl 1,4 mol HCl Khi sục O vào B có t mol FeCl phản ứng: 12FeCl2 + 3O2 + 6H2O 8FeCl3 + 4Fe(OH)3 Do B có HCl, Fe(OH)3 bị hịa tan Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O Có thể viết tổng hợp hai phản ứng trên: 4FeCl2 t + O2 + 4HCl 4FeCl3 + 2H2O t t Dung dịch E gồm t mol FeCl3; (0,8 – t) mol FeCl2 (1,4 – t) mol HCl Khi cho E tác dụng với dung dịch KOH dư: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com HCl + KOH KCl FeCl3 + 3KOH Fe(OH)3 + 3KCl t + H2O t FeCl2 + 2KOH Fe(OH)2 + 2KCl (0,8 - t) (0,8 - t) Kết tủa X thu gồm t mol Fe(OH)3 (0,8 – t) mol Fe(OH)2 Khi nung X khơng khí: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)2 (0,8 - t) (0,8 - t) Khi chuyển hóa hết Fe(OH)2, tổng số mol Fe(OH)3 0,8 mol 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O 0,8 0,4 Chất rắn thu gồm 0,4 mol Fe 2O3 có khối lượng 83% khối lượng X   t = 0,3 Trong q trình phản ứng, thể tích dung dịch coi khơng đổi nên dung dịch E tích lít Dung dịch E gồm chất có nồng độ mol/lit: 0,3 mol FeCl3  nồng độ 0,3M 0,5 mol FeCl2  nồng độ 0,5M 1,1 mol HCl  nồng độ 1,1M Ví dụ 2: Cho 500 ml dung dịch FeCl2 0,5M tác dụng với 500 ml dung dịch AgNO 1,2M thu chất rắn A dung dịch B Tính khối lượng A nồng độ chất B Bài giải: Số mol FeCl2 0,5.0,5 = 0,25 (mol) Số mol AgNO3 là: 0,5.1,2 = 0,6 mol Phản ứng xảy ra: FeCl2 0,25 + 2AgNO3 0,5 Fe(NO3)2 0,25 + 2AgCl 0,5 Sau phản ứng, 0,1 mol AgNO3, tiếp tục tác dụng với Fe(NO3)2: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Fe(NO3)2 + AgNO3 0,1 Fe(NO3)3 0,1 + Ag 0,1 0,1 Chất rắn A gồm mol AgCl 0,1 mol Ag MA = 0,5.143,5 + 0,1.108 = 82,55 (gam) Dung dịch B tích tổng thể tích hai dung dịch ban đầu (1 lit), gồm chất nồng độ tương ứng: Fe(NO3)2 0,15 mol, nồng độ 0,15M Fe(NO3)2 0,1 mol, nồng độ 0,1M Ví dụ 3: Sục 2,24 lít Cl2 vào 500 ml dung dịch FeBr2 0,3M thu dung dịch A Tính nồng độ chất A Bài giải: ; Phản ứng xảy ra: 6FeBr2 + 3Cl2 0,15 0,075 4FeBr3 + 2FeCl3 0,1 0,05 Sau phản ứng 0,0375 mol Cl2 tiếp tục phản ứng với FeBr3: 2FeBr3 0,025 + 3Cl2 0,0375 2FeCl3 + 0,025 3Br2 0,0375 Dung dịch A gồm 0,075 mol FeCl3; 0,075 mol FeBr3 0,0375 mol Br2 Nồng độ chất A là: (M); (M); (M) Nhận xét: Hợp chất sắt (II) thể tính chất tùy thuộc khả thể tính khử, tinh oxi hóa chất phản ứng độ mạnh yếu chúng Trong phản ứng hỗn hợp chất hợp chất sắt (II) cần lưu ý đến khả phản ứng thứ tự ưu tiên chất Trường hợp hỗn hợp phản ứng gồm nhiều chất, nhiều ion có khả tham gia, học sinh thường không ý đến khả có nhiều trường hợp xảy tùy thuộc theo khả LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phản ứng (thứ tự ưu tiên), tỉ lệ mol chất phản ứng, khả chất dư tác dụng với sản phẩm … C Kết luận Có nhiều cách khai thác khác tập sắt hợp chất của sắt Trong phạm vi viết khó tổng hợp hết cách khai thác Trên đây, tơi nêu lên số cách xem xét phân tích tập sắt hợp chất sở khả chuyển hóa số oxi hóa sắt dạng toán thường gặp học sinh bậc học Trung học Phổ thơng Trên sở phân tích, hệ thống dạng tập sắt, hợp chất của sắt cách giải tập vận dụng, thống kê số dạng tập thường gặp, nêu cách phân tích hướng áp dụng cho tập tương tự Khi áp vào quá trình giảng dạy, các em đã vận dụng linh hoạt và giải các bài toán nhanh, chính xác, đặc biệt là gặp các bài tập trắc nghiệm Trong các kỳ thi tuyển sinh vào đại học và cao đẳng những năm gần đây, học sinh đã biết cách phân tích và giải các bài tập về sắt và hợp chất của sắt đạt hiệu quả cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LIỆU THAM KHẢO 1- PHƯƠNG PHÁP TRẢ LỜI CÂU HỎI LÝ THUYẾT VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG BỘ ĐỀ THI TUYỂN SINH (PGS Đào Hữu Vinh NXB GD - 1996) 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỐ HỌC BẬC PHỔ THƠNG TRUNG HỌC (PGS Đào Hữu Vinh NXB GD - 1998) 3- PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN HOÁ HỌC Ở PTTH (Vũ Ngọc Ban NXB GD -1994) 4- 121 BÀI TẬP HOÁ HỌC (PGS Đào Hữu Vinh NXB GD - 1997) 5- 500 BÀI TẬP HOÁ HỌC (PGS Đào Hữu Vinh NXB GD -1997) 6- BỘ ĐỀ THI TUYỂN SINH MƠN HỐ HỌC (NXB GD -1995) 7- TUYỂN TẬP CÁC ĐỀ THI TUYỂN SINH VÀO CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG HÀNG NĂM 8- TÍNH CHẤT LÝ HỐ HỌC CÁC CHẤT VƠ CƠ (R.A.LIĐIN, V.A.MOLOSCO, L.L.ANĐREEVA NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 2001) 9- NHỮNG BÀI TOÁN BIỆN LUẬN TRONG HOÁ HỌC (Nguyễn Đình Độ) 10- CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MƠN HỐ THPT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... nguyên tố hợp chất học chương trình THPT, Sắt hợp chất sắt phần kiến thức phong phú, đa dạng Bài tập sắt phần quan trọng chương trình THPT, đặc biệt chương trình lớp 12 Nghiên cứu kỹ tập sắt vận... khử hợp chất Sắt (III): 1.1.1- Đặc điểm chuyển hóa: Khi hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử yếu tạo hợp chất sắt (II) Khi hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử mạnh tạo hợp chất sắt. .. trường hợp phản ứng Sắt hợp chất, thay đổi số oxi hóa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Các dạng toán Sắt hợp chất, thay đổi số oxihóa chương trình hố học bậc THPT thi