Đang tải... (xem toàn văn)
S¸ng kiÕn kinh nghiÖm gi¸o dôc 1 MỞ ĐẦU 1 1 Lí do chọn đề tài Trong các môn học ở TTGDNN GDTX Thiệu Hóa, môn Hóa học giữ một vai trò khá quan trọng Hóa học là một môn khoa học tự nhiên, nó nghiên cứu[.]
1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Trong mơn học TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa, mơn Hóa học giữ vai trị quan trọng Hóa học mơn khoa học tự nhiên, nghiên cứu chất biến đổi chất thành chất khác Với năm giảng dạy mơn Hố học TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa , tơi tham gia giảng dạy khối lớp 10, 11, 12, tham gia ôn luyện đội tuyển thi học sinh giỏi Trong q trình tìm tịi, nghiên cứu nhiều dạng tốn hoá học khác loại chất khác vô hữu cơ, nhận thấy tập hỗn hợp gồm sắt oxit sắt dạng tập mà học sinh hay gặp kỳ thi mà đặc biệt kỳ thi tốt nghiệp, Đại học, Cao đẳng, sắt kim loại phổ biến tạo nhiều hợp chất ứng với nhiều mức oxi hoá khác Thông thường tập sắt oxit thường phức tạp xảy theo nhiều phương trình phản ứng khác Vậy phương pháp để giải toán khoa học nhất, hiệu nhanh Đó lý để tơi viết đề tài“Vận dụng định luật bảo toàn để giải toán hỗn hợp sắt oxit sắt” nhằm giúp học sinh giải tốt toán hỗn hợp sắt oxit sắt cách nhanh chóng đồng thời chia sẻ kinh nghiệm phương pháp giải tập với đồng nghiệp 1.2 Mục đích nghiên cứu Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn electron để tìm phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh (khơng cần phải viết phương trình hóa học) dạng toán sắt oxit sắt thường gặp đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng Đề xuất ý tưởng để giải nhanh toán sắt oxit sắt góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy môn trường hành trang vững để em chuẩn bị bước vào kỳ thi tốt nghiệp, tuyển sinh đại học, cao đẳng 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng học sinh lớp 12C1, 12C2 TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa.Với khn khổ thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài skkn nghiên cứu phương pháp vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán hỗn hợp sắt oxit sắt cách quy đổi hỗn hợp gồm sắt oxi 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Đưa định luật bảo tồn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào dạng toán đề phương pháp giải Thử nghiệm lớp: 12C1, 12C2 TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa Giáo viên đưa phiếu học tập dạng tập sắt oxit sắt 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Đọc tài liệu làm sở xây dựng lí thuyết chuyên đề: tài liệu lí luận dạy học (Chủ yếu phương pháp giải tập Hóa học sách bản, nâng cao); sách giáo khoa, sách tập hóa học 12; phương pháp giải tập hóa vơ cơ; 16 phương pháp kĩ thuật giải nhanh tập trắc nghiệm mơn Hóa học; số đề thi học sinh giỏi, đề thi đại học, cao đẳng 1.5.2 Phương pháp sư phạm Vận dụng phương pháp tập để hướng dẫn học sinh giải toán Xin ý kiến nhận xét, đánh giá giáo viên có kinh nghiệm, giáo viên giỏi nội dung sáng kiến NỘI DUNG 2.1 Các định luật cần vận dụng 2.1.1 Định luật bảo toàn khối lượng Nội dung định luật: Khối lượng chất tham gia phản ứng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng Trong cần vận dụng hệ Hệ 1: Gọi mT tổng khối lượng chất trước phản ứng, m S khối lượng chất sau phản ứng Dù phản ứng xảy với hiệu suất ta có: mT = mS Hệ 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo hợp chất ta ln có: Khối lượng chất = khối lượng cation+khối lượng anion skkn Khối lượng cation anion ta coi khối lượng nguyên tử cấu tạo thành 2.1.2 Định luật bảo toàn nguyên tố Nội dung định luật: Tổng khối lượng nguyên tố trước phản ứng tổng khối lượng nguyên tố sau phản ứng Nội dung định luật hiểu tổng số mol nguyên tố bảo toàn phản ứng 2.1.3 Định luật bảo toàn electron Nội dung định luật: Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho số mol electron mà chất oxi hóa nhận Khi vận dụng định luật bảo tồn electron vào dạng toán cần lưu ý: Trong phản ứng hệ phản ứng cần quan tâm đến trạng thái đầu trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian Nếu có nhiều chất oxi hóa chất khử số mol electron trao đổi tổng số mol tất chất nhường nhận electron 2.1.4 Tổng quan tập hỗn hợp sắt oxit Bài tập Fe hỗn hợp oxit sắt thường có dạng cho khối lượng cho phản ứng với chất oxi hóa H2SO4 đặc nóng HNO3 chí axit thường HCl Giải vấn đề: Với giả thiết cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3 thu khí NO2 Ta xem q trình oxi hoá liên tiếp Fe chất oxi hoá O HNO3 Chất nhường electron: Fe , tạo sản phẩm Fe3+ Chất nhận electron: O HNO3 , tạo sản phẩm oxit V lít NO2 (đktc) Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1) Theo định luật bảo toàn electron Chất khử Fe Fe3 3e x 3x Tổng electron nhường: 3x mol Chất oxi hóa O 2e O 2 y 2y y4 N 5 1e N O2 Tổng electron nhận: 2y + skkn Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + (2) 56 x 16 y m V 3x y 22, Từ (1) (2) ta có hệ Việc giải hệ biết số yếu tố giải yêu cầu tốn Hoặc ta sử dụng phương trình ẩn số để lập theo nguyên tắc là: Số mol e ( Fe cho) = Số mol e ( O nhận) + Số mol e ( NO3- nhận) nFe = nO + nNO2 2.2 THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI 2.2.1 Thuận lợi Với đạo ngành giáo dục nhằm thực tốt chủ đề năm học: “Tiếp tục đổi nâng cao chất lượng giáo dục” Tiếp tục thực vận động: “Học tập làm theo gương đạo đức Hồ Chí Minh”; vận động “Mỗi thầy cô giáo gương đạo đức, tự học sáng tạo”; Phong trào thi đua “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực” tạo tiền đề khí mạnh mẽ từ đầu năm học Đội ngũ cán giáo viên nhà trường tổ môn đảm bảo số lượng chất lượng, đáp ứng yêu cầu cấp học Giáo viên nhà trường ln có trách nhiệm cao, say mê với nghề nghiệp hết lòng yêu thương học sinh Ngay từ đầu năm học, ban Giám đốc tổ mơn có triển khai kế hoạch, thị năm học; kiểm tra khảo sát theo môn để phân loại đối tượng học sinh, từ có biện pháp phụ đạo học sinh yếu kém, bồi dưỡng học sinh giỏi Học sinh trung học phổ thông sau học chương “phản ứng oxi hoá khử ” lớp 10, phần “ axit HNO 3” lớp 11, bắt đầu làm quen với nhiều dạng tốn phức tạp, có tốn hỗn hợp sắt oxit sắt phản ứng với chất có tính oxi hố mạnh (như HNO 3, H2SO4 đặc nóng ) với axit mạnh thơng thường (như HCl, H2SO4 lỗng ) skkn Có nhiều học sinh khá, giỏi có kĩ giải tập theo phương pháp thông thường (đặt ẩn, lập hệ phương trình) 2.2.2 Khó khăn Đối tượng học sinh TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa phần đơng học sinh vùng nông thôn, vùng xa thuộc huyện Thiệu Hóa khơng có nhiều điều kiện kinh tế thời gian cho việc học tập Rất nhiều học sinh lớp 12 chưa hiểu chất phản ứng hỗn hợp sắt oxit sắt với chất có tính oxi hóa mạnh axit nitric q trình oxi nitric (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) q trình oxi hố liên tiếp Fe chất oxi hoá O HNO3 (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) Chưa biết cách áp dụng định luật bảo tồn vào giải tốn, đặc biệt bảo tồn electron phản ứng oxi hoá khử Mỗi dạng tập có nhiều phương pháp làm, có phương pháp hiệu để giải mà học sinh chưa tìm Thói quen học sinh giải tốn hố viết phương trình hố học, đặt ẩn, lập hệ phương trình Phương pháp phù hợp với toán đơn giản, số ẩn số phương trình đại số lập Mặt khác, với câu hỏi trắc nghiệm khách quan đề thi Đại học với thời gian trung bình 1,8 phút/1 câu hỏi việc giải nhanh toán vấn đề nan giải 2.3 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.3.1 Phương pháp giải số dạng tập điển hình 2.3.1.1 Dạng đốt cháy Sắt khơng khí cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa: Đây dạng tốn kinh điển tập sắt hỗn hợp sắt oxit sắt Ví dụ 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngồi khơng khí sau thời gian thu m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 lỗng (dư), thu 2,8 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính giá trị m ?(1) Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng skkn [O] [HNO3] Fe hh X Fe3+ Fe bị oxi hoá thành Fe3+ chất oxi hoá O HNO3 Như vậy: + Khối lượng oxit tổng khối lượng sắt oxi + Trong trình: chất nhường e Fe, chất nhận O HNO3 Giải vấn đề: Ta có nNO = 0,125 mol, nFe = 0,225 mol Gọi số mol oxi oxit x ta có: Chất khử Fe 0,225 Chất oxi hóa e + Fe3+ O 0,675 + x 2e O2- 2x NO3- + 3e 0,375 Tổng e (electron) nhường: 0,675 mol NO 0,125 Tổng e (electron) nhận: 2x + 0,375 (mol) x = 0,15 Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375 Mặt khác ta có: m mFe mO nên: 2 m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam) Ví dụ 2: Nung nóng m gam bột sắt ngồi khơng khí, sau phản ứng thu 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 loãng thu 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO có tỉ khối so với H2 19 Tính m thể tích HNO3 1M dùng?(3) Phân tích đề: : Sơ đồ phản ứng: NO2 FeO, Fe3O4 HNO3 Fe NO Fe2O3và Fe du Fe( NO ) 3 O2 ( kk ) + Hỗn hợp X gồm Fe O oxit + Xét q trình ta thấy có Fe nhường e, Chất nhận e Oxi HNO3 + HNO3 nhận e NO NO2 + Số mol HNO3 ban đầu số mol HNO3 muối chuyển khí Giải vấn đề: Theo đề ta có: nNO nNO 0,125mol Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 20 (1) skkn Quá trình nhường nhận e: Chất khử Chất oxi hóa O 2e O y Fe Fe3 3e x 5 2y y4 N 1e N O2 3x 5 2 N 3e N O Tổng electron nhường: 3x mol Tổng electron nhận: 2y +0,125+ 0,125x3 mol Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,5 (2) Từ (1) (2) ta có hệ 56 x 16 y 20 3 x y 0, Giải hệ ta có x = 0,3 y = 0,2 Như nFe = 0,3 mol m = 16,8 gam Theo định luật bảo tồn ngun tố ta có: mi Khí nHNO3 nNO n 3nFe nNO nNO2 NO 3 nên nHNO 0,3x3 0,125 0,125 1,15 mol Vậy VHNO 1,15 1,15(lít) Ta dùng phương trình ion – electron để tìm số mol H+ số mol HNO3 phản ứng: NO3- + e + 2H+ NO2 + H2O NO3- + 3e + 4H+ NO + 2H2O nH+ = 2nNO2 + 4nNO 2.3.1.2 Dạng hỗn hợp sắt oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh Ví dụ 3: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu m gam muối khan Tính m ?(3) skkn Phân tích đề: Ta coi hỗn hợp X ban đầu gồm Fe O Như xét trình chất nhường e Fe chất nhận e O Nếu biết số tổng số mol Fe X biết số mol muối Fe(NO 3)3 dung dịch sau phản ứng Do giải tốn sau: Giải vấn đề: Số mol NO = 0,06 mol Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 11,36 (1) Quá trình nhường nhận e: Chất khử Chất oxi hóa y x 2y y 3x Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 2y + (mol) (2) Từ (1) (2) ta có hệ Giải hệ ta có x = 0,16 y = 0,15 Như mol m = 38,72 gam Với tốn ta quy toán kinh điển: Đốt m gam sắt sau phản ứng sinh 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Chúng ta tính m từ suy số mol Fe từ tính số mol sắt Phát triển toán: Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm khử NO2, NO ta có đặt hệ bình thường nhiên chất nhận e HNO3 cho sản phẩm Trường hợp 2: Nếu đề yêu cầu tính thể tích khối lượng HNO ta tính số mol dựa vào bảo tồn ngun tố N ta có: mi Khí nHNO3 nNO n 3nFe nNO (nNO2 ) NO 3 Hoặc theo phương trình ion- electron sau: skkn NO3- + 3e + 4H+ NO + 2H2O Từ có: số mol HNO3 phản ứng = số mol H+ = x số mol NO Trường hợp 3: Có thể áp dụng cách giải cho hỗn hợp oxit kim loại khác ngồi sắt Ví dụ 4: Cho a g hỗn hợp gồm CuO; Fe 2O3; FeO có số mol nung nóng với H2 thu 6,4 g hỗn hợp D gồm kim loại oxit Hồ tan hồn tồn D dd HNO3 lỗng dư thu 0,672 lit khí NO (đktc) sản phẩm khử Tính a?(3) Giải vấn đề: Gọi số mol oxit CuO, Fe 2O3, FeO a gam hỗn hợp đầu x, ta có: Cu = x mol, Fe = 3x mol Chất khử: Chất oxi hoá: Cu 2e + Cu2+ O x y 2x Fe 3e + Fe3+ 3x + 2e O22y NO3- + 3e NO 9x 0,09 0,03 Lập hệ phương trình: 11x = 2y + 0,09 64x + 56 3x + 16y = 6,4 Giải được: x = 0,2225 Vậy a = 6,942 2.3.1.3 Dạng khử không hoàn toàn Fe 2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh HNO3 H2SO4 đặc nóng: Ví dụ 5: 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, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO đặc, nóng thu 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử đktc) Tính m ?(3) Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng FeO, Fe3O4 HNO3dn NO2 CO Fe2O3 o t Fe O , Fe Fe( NO2 )3 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 skkn số mol Fe2O3 Bởi ta dùng kiện tốn hịa tan X HNO3 đề tính tổng số mol Fe Giải vấn đề: Theo đề ta có: nNO 0,195mol Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 10,44 (1) Quá trình nhường nhận e: Chất khử Chất oxi hóa O 2e O 2 Fe Fe3 3e x 3x y 5 2y y4 N 1e N O2 Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2) Từ (1) (2) ta cú hệ 56 x 16 y 10, 44 3 x y 0,195 Giải hệ ta có x = 0,15 y = 0,1275 m = 12 gam Như nFe = 0,15 mol nên nFe O 0, 075mol Nhận xét: Với toán trên, ta giải theo cách tính số mol O bị CO lấy 4 2 CO2 N 5 1e N O theo phương trình: CO O 2e Sau dựa vào định luật bảo tồn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO Phát triển toán: Nếu dạng khử khơng hồn tồn oxit sắt khác (như Fe3O4 FeO) khơng thể áp dụng phương pháp được, mà dùng phương pháp quy toán kinh điển: oxi hoá lượng đơn chất Fe ban đầu chất oxi hoá O HNO3 H2SO4 đặc nóng để giải tốn 2.3.1.4 Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl, H2SO4 loãng ) Tổng quan: Đây khơng phải phản ứng oxi hóa khử mà phản ứng trao 2 đổi Trong phản ứng ta coi phản ứng của: 2H O H 2O tạo 10 skkn muối Fe2+ Fe3+ dung dịch Như biết số mol H+ ta biết khối lượng oxi hỗn hợp oxit từ tính tổng số mol sắt hỗn hợp ban đầu Ví dụ 6: Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 260 ml HCl 1M thu dung dịch X Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu kết tủa Y Nung Y ngồi khơng khí đến khối lượng không đổi thu đến khối lượng không đổi m(g) chất rắn Tính m?(4) FeO FeCl2 NaOH Fe(OH ) nungtrongkk HCl Fe2O3 Phân tích đề: Sơ đồ Fe2O3 FeCl3 Fe O Fe(OH )3 + Ta coi H+ axit phản ứng với O2- oxit + Toàn Fe oxit chuyển Fe2O3 + Từ số mol H+ ta tính số mol O oxit từ tính lượng Fe có oxit + Nung kết tủa ngồi khơng khí thu Fe2O3 Giải vấn đề: Ta có nH nHCl 0, 26mol 2 Theo phương trình: 2H O H 2O O2- oxi hỗn hợp oxit 0,26 0,13 nO2 0,13mol mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68 Nên mFe = 7.68 – 0,13x16 =5,6(gam) nFe = 0,1 mol Fe2O3 Ta lại có 2Fe 0,1 0,05 Vậy m = 0,05x160 = gam Nhận xét: Ngoài cách giải ta quy hỗn hợp cịn FeO Fe2O3 Fe3O4 coi hỗn hợp FeO.Fe2O3 với số mol 2.3.1.5 Dạng sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl, H2SO4 loãng ) 11 skkn Tổng quan: Dạng giống dạng thứ nhiên sản phẩm phản ứng ngồi H2O cịn có H2 Fe phản ứng Như liên quan đến H + có phản ứng sau: Như dựa vào tổng số mol H + số mol H2 để tìm số mol O2- từ tính tổng số mol Fe Ví dụ 7: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu dung dịch X 3,36 lít khí H (đktc) Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu kết tủa Y Nung Y ngồi khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu được m(g) chất rắn Tính giá trị m?(4) Fe H FeO Fe(OH ) nungtrongkk HCl NaOH FeCl2 Fe2O3 Phân tích đề: Sơ đồ Fe O FeCl Fe(OH )3 Fe3O4 + Ta coi H+ axit vừa nhận electron để thành H2 phản ứng với O2- oxit + Toàn Fe oxit cuối chuyển Fe2O3 + Từ tổng số mol H+ số mol H2 ta tính số mol O oxit từ tính lượng Fe có oxit Giải vấn đề: Ta có nH nHCl 0, 7mol , nH 0,15mol Ta có phương trình phản ứng theo H+: H 2e H (1) H O 2 H 2O (2) Từ (1) ta có nH 0,3mol (với số mol H2=0,15mol) số mol H+ phản ứng theo phản ứng (2) 0,4 mol( tổng 0,7 mol) Vậy số mol O2- là: 0,2 mol Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68 Nên mFe = 20 – 0,2x16 =16,8 (gam) nFe = 0,3 mol Ta lại có Fe2O3 Vậy m = 160 x 0,03/2 = 24 gam 2Fe 2.3.1.6 Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương Tổng quan: Trong số oxit sắt ta coi Fe3O4 hỗn hợp FeO Fe 2O3 có số mol Như có hai dạng chuyển đổi Khi đề cho số mol 12 skkn FeO Fe2O3 có số mol ta coi hỗn hợp Fe 3O4 khơng có kiện ta coi hỗn hợp FeO Fe 2O3 Như hỗn hợp từ chất ta chuyển thành hỗn hợp chất chất tương đương Ví dụ 8: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong số mol FeO số mol Fe2O3) Hòa tan 4,64 gam dung dịch H2SO4 loãng dư 200 ml dung dịch X Tính thể tích dung dịch KMnO 0,1M cần thiết để phản ứng hết 100 ml dung dịch X (5) Phân tích đề: Theo để số mol FeO số mol Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp có Fe3O4 Sau phản ứng với H2SO4 thu muối FeSO4 Fe2(SO4)3 Dung dịch KMnO4 tác dụng với FeSO4 H2SO4 dư Như từ số số mol Fe3O4 ta tính số mol FeSO4 từ tính số mol KMnO4 theo phương trình phản ứng phương pháp bảo tồn electron Giải vấn đề : Vì số mol FeO số mol Fe 2O3 nên ta coi hỗn hợp Ta có Ptpư: Fe3O4 + 4H2SO4 0,02 FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O 0,02 Trong 100 ml X có 0,01 mol FeSO4 nên: 10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4 0,01 5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O 0,002 Như ta có hay 20 ml Ví dụ 9: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 tan vừa hết dung dịch H2SO4 tạo thành dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu 70,4 gam muối, mặt khác cho Clo dư qua X cô cạn thu 77,5 gam muối Tính giá trị m (2) 13 skkn Phân tích đề: Cho oxit tác dụng với H2SO4 ta thu muối FeSO Fe2(SO4)3 Do ta coi hỗn hợp ban đầu gồm hai oxit FeO Fe 2O3 Ta thấy khối lượng muối tăng lên phản ứng: 2Fe2+ + 2Fe3+ + Cl2 2Cl- Như khối lượng tăng lên khối lượng Clo Vậy từ khối lượng Clo ta tính số mol Fe2+ từ tính số mol FeO, mặt khác ta có tổng khối lượng muối FeSO Fe2(SO4)3 mà biết FeSO4 từ ta tính Fe2(SO4)3 biết số mol Fe2O3 Giải vấn đề: Coi hỗn hợp gồm FeO Fe2O3 ta có phương trình phản ứng: FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O Fe2O3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3H2O Khối lượng tăng lên khối lượng Cl- có muối theo phương trình: 2Fe2+ + Vậy Mà 2Fe3+ + Cl2 2Cl- Như số Nên Do Vậy m = 30,4 gam 2.3.1.7 Phương pháp giải số dạng tập sắt hợp chất sắt Dạng : Sắt và hợp chất sắt tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) * Một số lưu ý cần nhớ: Oxit sắt + dung dịch axit (HCl, H2SO4) => Dung dịch muối + H2O => Ta có phương trình tổng quát: FexOy + 2y H+ → xFe(2y/x) ++ y H2O => n O oxit = ½ n H+ phản ứng = n H2O sinh sau phản ứng - Để làm loại tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo tồn ngun tố để giải tốn * Một số ví dụ điển hình: 14 skkn Ví dụ 1: Hịa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg Fe dung dịch HCl 4M thu 5,6 lít H2 (đktc) dung dịch D Để kết tủa hoàn toàn ion D cần 300 ml dung dịch NaOH 2M Thể tích dung dịch HCl dùng : (6) A. 0,1 lít B. 0,12 lít C. 0,15 lít D. 0,2 lít Hướng dẫn giải chi tiết: Ta có sơ đồ phản ứng sau: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Natri n NaCl = nNaOH = 0,6 (mol) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Clo => n HCl = n NaCl = 0,6 (mol) V HCl = 0,6 : = 0,15 lít Đáp án C Ví dụ 2: Để hồ tan hoàn toàn 23,2 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 (trong số mol FeO số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 0,5M Giá trị V :(6) A. 1,8 B. 0,8 C. 2,3 D. 1,6 Hướng dẫn giải chi tiết: Vì số mol FeO Fe2O3 trong hỗn hợp nên ta quy đổi hỗn hợp FeO, Fe3O4 và Fe2O3 thành Fe3O4 Ta có = 23,323323,3233 = 0,1 mol n HCl = n O (trong oxit) = 0,1 = 0,8 (mol) => V HCl = 0,8 : 0,5 = 1,6 lít Đáp án D Dạng : Sắt hợp chất sắt tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc * Một số lưu ý cần nhớ: - Đối với phản ứng với HNO3, H2SO4 đặc, ta thường dùng định luật bảo toàn electron để giải tốn - Nếu sau phản ứng Fe cịn dư, muối tạo thành sau phản ứng muối sắt (II) VD: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2) - Fe, Al, Cr bị thụ động HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội 15 skkn * Một số ví dụ điển hình: Ví dụ 1: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 63% Sau phản ứng thu dung dịch A 11,2 lít khí NO2 duy (đktc) Nồng độ % chất có dung dịch A : (6) A. 36,66% 28,48% B. 27,19% 21,12% C. 27,19% 72,81% D. 78,88% 21,12% Hướng dẫn giải chi tiết: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Nito => n HNO3 = n NO3 + n NO2 Do n NO3 = n e trao đổi = n NO2 => n HNO3 = mol m HNO3 = 1 63 = 63 gam => m dd HNO3 = 63 : C% = 63 : 63 100 = 100 (gam) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m dung dịch muối = m hỗn hợp kim loại + m dd HNO3 – m NO2 = 12 + 100 – 0,5 46 = 89 (gam) Gọi số mol Fe, Cu x, y mol Ta có hệ phương trình sau: 56x + 64y = 12 3x + 2y = 0,5 => x = 0,1 ; y = 0,1 m Fe(NO3)3 = 0,1 (56 + 62.3) = 24,2 (gam) m Cu(NO3)2 = 0,1 (64 + 62.2) = 18,8 (gam) % m Fe(NO3)3 = 24,2 : 89 100% = 27,19% % m Cu(NO3)2 = 18,8 : 89 100% = 21,1% Ví dụ 2:Hồ tan hồn tồn lượng hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 63 gam HNO3, thu 1,568 lít NO2 (đktc) Dung dịch thu cho tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu 9,76 gam chất rắn X Nồng độ % dd HNO3 có giá trị (6) A. 47,2% B. 46,2% C. 46,6% D. 44,2% Hướng dẫn giải chi tiết: Chất rắn X Fe2O3 => n Fe2O3 = 9,76 : 160 = 0,061 mol Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe => n Fe(OH)3 = n Fe2O3 = 0,061 = 0,122 mol 16 skkn Gọi số mol Fe3O4, FeS2 lần lượt x, y (mol) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe => n Fe3O4 + n FeS2 = n Fe(OH)3 => 3x + y = 0,122 (I) Áp dụng định luật bảo toàn electron => n Fe3O4 + 15 n FeS2 = n NO2 => x + 15y = 0,07 (II) Từ (I) (II) => x = 0,04; y = 0,002 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na => n NaOH = n NaNO3 + n Na2SO4 (1) n Na2SO4 = nFeS2 = 0,002 = 0,004 mol (2) => n NaNO3 = 0,04 – 0,004 = 0,392 (mol) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là: n HNO3 = n NaNO3 + n NO2 = 0,392 + 0,07 = 0,462 (mol) => C% HNO3 = (0,462 63) : 63 100% = 46,2% Đáp án B Dạng : Kim loại Fe tác dụng với dung dịch muối * Một số lưu ý cần nhớ: - Sắt tác dụng với dung dịch muối kim loại yếu để tạo dung dịch muối kim loại - Để làm loại tập này, thường áp dụng đinh luật bảo tồn electron để giải tốn * Một số ví dụ điển hình: Ví dụ 1: Cho sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,15 mol AgNO3 và 0,2 mol Cu(NO3)2 Khi thấy kim loại tăng lên 12,8 gam dừng lại Tính khối lượng kim loại bám vào sắt (2) Hướng dẫn giải chi tiết: nAg+ = 0,1 mol; nCu2+ = 0,2 mol Nếu Ag+ phản ứng hết : Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag 0,05 ← 0,1 → 0,1 => mtăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8 => Ag+ phản ứng hết; Cu2+ phản ứng phần Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu 17 skkn => mtăng = 64x – 56x = 8x +) tổng khối lượng tăng phản ứng là: mtăng = 12 + 8x = 12,8 => x = 0,1 mol => mkim loại bám vào = mAg+ mCu = 22,6 gam Ví dụ 2: Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO3 2M Cu(NO3)2 1M; phản ứng xảy hoàn toàn thu m gam chất rắn X Giá trị m (1) Hướng dẫn giải chi tiết: nFe = 0,15 mol; nAgNO3 = 0,2mol; nCu(NO3)2 = 0,1 mol Nhận xét: 2nFe > nAg => không xảy phản ứng Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+ => Fe tạo muối Fe2+ ne Fe cho tối đa = 0,15.2 = 0,3 mol ne Ag+ nhận tối đa = 0,2 mol ne Cu2+ nhận tối đa = 0,1.2 = 0,2 mol Ta thấy : 0,2 < ne Fe cho tối đa< 0,2 + 0,2 => Ag+ phản ứng hết, Cu2+ phản ứng phần => ne Cu2+ nhận tạo Cu = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol => nCu = 0,05 mol => m = mAg + mCu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam 2.3.2 Một số tập vận dụng Bài 1: Để m gam sắt ngồi khơng khí thời gian hỗn hợp rắn gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 có tổng khối lượng 30g Cho hỗn hợp tan HNO3 dư 5,6 lít NO (đktc) Tính m? (Đáp án: 25,2 gam) Bài 2: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp X đun nóng Sau kết thúc thí nghiệm thu 64g chất rắn 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H2 20,4 Tính m ? (Đáp án:70,4 gam) Bài 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe 3O4, Fe2O3) cần 0,05 mol H2 Nếu hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y dung dịch H 2SO4 đặc thu khí SO2 (sản phẩm khử nhất) Tính thể tích khí SO2 (đktc)? (Đáp án: 0,224 lít) Bài 4: Đốt cháy m gam sắt ngồi khơng khí sau thời gian thu 5,04 gam hỗn hợp X gồm sắt oxit sắt Hòa tan hỗn hợp X HNO lỗng dư thu 0,784 lít khí (đktc) gồm NO NO có tỉ khối so với H2 19 Tính m? (Đáp án: 3,92 gam) 18 skkn Bài 5: Đốt cháy 16,8 gam bột sắt ngồi khơng khí, sau thời gian thu hỗn hợp X gồm sắt oxit Cho hòa tan hết X dung dịch H 2SO4 đặc nóng thu 5,6 lít khí SO2 (sản phẩm khử đktc) Tính m? Nếu thay H2SO4 HNO3 đặc nóng thể tích NO2 (đktc) bao nhiêu? (Đáp án: 20 gam; 11,2 lít) Bài 6: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam Fe 2O3 nung nóng Sau thời gian thu hỗn hợp X nặng 44,64 gam gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 Hịa tan X HNO3 lỗng dư thu 3,136 lít khí NO (đktc) Tính m? (Đáp án: 48 g) Bài 7: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng 18,08 gam Fe 2O3 nung nóng Sau thời gian thu hỗn hợp X nặng 13,92 gam gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 Hòa tan X HNO3 đặc nóng thu V lít khí NO2 (đktc) Tính V? (Đáp án: 11,648 lít) Bài 8: Hỗn hợp M có khối lượng 12 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hoà tan hết M vào H2SO4 đặc, nóng dư thu 3,36 lít SO2 (đtkc) Cô cạn dung dịch thu gam muối khan? (Đáp số: 36 gam) 2.4 Hiệu SKKN Trước chưa áp dụng đề tài SKKN “ vận dụng định luật bảo tồn để giải tốn hỗn hợp sắt ôxit sắt” Tôi thấy kết học sinh sau: TT Số em không yêu Số em xem Số em u thích thích mơn học mơn phụ mơn học Số lượng 30 20 24 Tỷ lệ 40,5% 27,1% 32,4% Sau áp dụng đề tài vào giảng dạy thấy chất lượng học sinh nâng cao rõ rệt Các em hứng thú học, tiếp thu nhanh Cụ thể sau: * Chọn lớp thử nghiệm đối chứng kết sau: Lớp Sĩ Khá, giỏi Trung bình Yếu, số Số lượng Tỷ lệ % Số lượng Tỷ lệ % Số lượng Tỷ lệ % 12C1 39 12 30,8% 24 61,5% 7,7% 12C2 35 25,7% 24 68,6% 5,7% 19 skkn Bình quân 74 21 28,4% 48 64,8% 6,8% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Qua nghiên cứu áp dụng cho đối tượng học sinh lớp 12 TTGDNNGDTX Thiệu Hóa tơi nhận thấy: Dạng tập sắt oxit sắt có vai trị quan trọng chương trình hóa học TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa Thơng qua việc giải tập hóa học sắt oxit sắt, học sinh củng cố nắm vững khái niệm tính chất chất sắt hợp chất sắt Căn vào thực trạng học tập học sinh công tác bồi dưỡng học sinh giỏi nay, nghĩ người giáo viên cần phải nỗ lực nghiên cứu, tham khảo, trao đổi kinh nghiệm để tìm phương pháp tối ưu để giảng dạy hướng dẫn học tập tích cực, rèn luyện óc tư sáng tạo có lịng đam mê u thích mơn học 3.2 Kiến nghị: Trên kinh nghiệm mà tích luỹ q trình giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi, ơn thi tốt nghiệp Vì thời gian có hạn kinh nghiệm thân chưa nhiều nên chắn đề tài có nhiều điều cần bổ sung Tôi mong nhận ý kiến đóng góp cấp lãnh đạo bạn bè đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Xác nhận thủ trưởng đơn vị Thiệu Hóa, ngày tháng năm 2022 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người thực Tạ Thị Dậu 20 skkn ... phương pháp vận dụng định luật bảo tồn để giải bài tốn hỗn hợp sắt oxit sắt cách quy đổi hỗn hợp gồm sắt oxi 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Đưa định luật bảo toàn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào dạng... gam muối khan? (Đáp số: 36 gam) 2.4 Hiệu SKKN Trước chưa áp dụng đề tài SKKN “ vận dụng định luật bảo toàn để giải tốn hỗn hợp sắt ơxit sắt? ?? Tơi thấy kết học sinh sau: TT Số em khơng u Số em xem... Trường hợp 3: Có thể áp dụng cách giải cho hỗn hợp oxit kim loại khác ngồi sắt Ví dụ 4: Cho a g hỗn hợp gồm CuO; Fe 2O3; FeO có số mol nung nóng với H2 thu 6,4 g hỗn hợp D gồm kim loại oxit Hoà