Bài tập hoá học có nhiều cách giải

Bµi tËp nhiÒu c¸ch gi¶i nh»m ph¸t triÓn t− duy cho häc sinh D−¬ng Xu©n Thµnh Cæng gi¸o dôc trùc tuyÕn goedu Để giúp cho học sinh phát triển năng lực tư duy sáng tạo thì phải tập luyện c

Bµi tËp nhiÒu c¸ch gi¶i nh»m ph¸t

triÓn t− duy cho häc sinh

D−¬ng Xu©n Thµnh Cæng gi¸o dôc trùc tuyÕn goedu

Để giúp cho học sinh phát triển năng lực tư duy sáng tạo thì phải tập luyện cho học sinh hoạt động tư duy sáng tạo, thông qua hoạt động giải bài tập hoá học và luôn khuyến khích học sinh tìm nhiều cách giải cho một bài tập, chọn cách giải hay nhất, ngắn gọn nhất Vì vậy ta cần phải chọn nhiều bài tập để đảm bảo yêu cầu này

Bài 1: Để m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian ta thu được hỗn hợp B

gồm sắt và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 có khối lượng 12 gam Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO (đktc) Tính m

Lời giải

Cách 1:

A + O2: Xảy ra các phản ứng

2Fe + O2 → 2FeO

3Fe + 2O2 → Fe3O4

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

Đặt số mol các chất trong 12 gam B { FeO: x ; Fe3O4: y ; Fe2O3: z ; Fedư : t }

⇒ 56t + 72x + 232y + 160z = 12 ⇒ 7t + 9x + 29y + 20z =1,5 (I)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

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

4 , 22

24 , 2 y 3

1 x 3

1 t

nNO = + + = = ⇒ 3t + x + y = 0,3 (II)

Từ (I), (II) ⇒ 10x + 30y + 20z + 10t = 1,8 ⇒ x + 3y + 2z + t = 0,18

Trong m gam Fe có số mol: nFe= x+ 3y + 2z + t = 0,18

⇒ m = 56.0,18 = 10,08 (gam)

Cách 2:

Theo định luật BTKL ta có: m + mO = mB

⇒ mO=12− m ⇒ nO= 0,0625.(12− m)

Quá trình nhường e Quá trình nhận e

Fe – 3e → Fe3+ O + 2e → O2-

56

m

56

m

3 0,0625.(12 – m) 0,125.(12 – m) 4H+ + NO−3 + 3e → NO + 2H2O

56

m

3

E−= E+= 0,3+ 0,125.(12− m)

Bảo toàn số mol e ta có: E− =E+ ⇒ 0,3 0,125.(12 m)

56

m

⇒ m = 10,08 (gam)

Cách 3:

2 3

3 )

− (

m

⇒ 12 + 63.nHNO =242.nFe(NO ) +30.0,1+18.nH O

Trong đó:

56

m n

nFe(NO ) Fe

3 3

=

56

m 3 n

n 3

3 3 )

− ( 3

+

= +

) 1 , 0 56

m 3 (

2

1 n

2

1

n

)

− ( 3

Suy ra: 12 + 63.(3

56

m + 0,1) = 242

56

m + 30.0,1 + 18

2

1 (3

56

m + 0,1)

⇒ m = 10,08 (gam)

Cách 4:

Coi Fe3O4 ⇔ FeO.Fe2O3 ⇒ B gồm {Fe ; FeO ; Fe2O3 }

Đặt số mol các chất trong 12 gam B { Fedư: x ; FeO: y ; Fe2O3: z }

⇒ 56x + 72y + 160z = 12 ⇒ 7x + 9y + 20z =1,5 (III)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

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

3

1 x

nNO= + = ⇒ 3x + y = 0,3 (IV)

Từ (III), (IV) ⇒ 10x + 10y + 20z = 1,8 ⇒ x + y + 2z = 0,18

Trong m gam Fe có số mol: n = x + y + 2z = 0,18 Fe

⇒ m = 56.0,18 = 10,08 (gam)

Cách 5:

Vì B chỉ gồm các nguyên tố Fe và Oxi

Đặt số mol các chất trong B { Fe: x ; O: y }

⇒ 56x + 16y = 12 (VII)

Quá trình nhường e Quá trình nhận e

Fe – 3e → Fe3+ O + 2e → O2-

x 3x y 2y

4H+ + NO + 3e → NO −3 + 2H2O

x

3

E =− E+= 0,3+ 2y

Bảo toàn số mol e ta có: E− = E+ ⇒ 3x = 2y + 0,3 (VIII)

Từ (VII), (VIII) ⇒ x = 0,18 ; y = 0,12

Trong m gam Fe có: nFe=x =0,18 ⇒ m = 56.0,18 = 10,08 (gam)

Cách 6:

Đật công thức chung của 3 oxit là: FenOm

Trong 12 gam B gồm { Fedư: x ; FenOm: y }

⇒ 56x + (56n + 16m)y = 12 ⇒ 7x + (7n + 2m)y = 1,5 (V)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑+ 2H2O

3FenOm +(12n-2m)HNO3 → 3nFe(NO3)3 + (3n-2m)NO↑+ (6n – m)H2O

Số mol: .(3n 2m).y 0,1

3

1 x

Từ (V), (VI) ⇒ 10x + 10ny = 1,8 ⇒ x+ ny = 0,18

Trong m gam Fe có: n = x + ny = 0,18 Fe

⇒ m = 56.0,18 = 10,08 (gam)

Cách 7:

Giả sử lượng Fe tham gia phản ứng với O2 chỉ tạo ra Fe2O3

Theo định luật BTKL ta có: m + mO = mB

⇒ m 12 m

2

32

m 12 n

2

O

−

=

Từ phản ứng: Fe + 3O2→ 2Fe2O3

3 32

) m 12 (

4 −

32

m

12 −

Chất rắn B gồm: { Fe ; Fe2O3 }

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

0,1 0,1

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Bảo toàn nguyên tử: nFe(A) =nFe(B)+ nFe( −) ⇒

32 3

) m 12 (

4 1 , 0 56

m = + −

⇒ m = 10,08 ( gam )

Cách 8:

Giả sử tất cả Fe đều phản ứng với O2 tạo ra Fe2O3

4Fe + 3O2→ 2Fe2O3

⇒ Khối lượng Fe2O3 tối đa là:

7

m 10 2 56

m 160 m

3

2 O

7

m 10 (

mO2 = − ⇒ 12)

7

m 10 (

32

1

Ta phải có số mol e do O2 thiếu nhận phải bằng số mol e do N+5 nhận để tạo ra NO

7

m 10 (

32

1

Bài 2: Cho hỗn hợp A gồm 3 oxit sắt Fe2O3, Fe3O4, FeO với số mol bằng nhau Lấy m gam

A cho vào ống sứ chịu nhiệt, nung nóng rồi cho luồng khí CO đi qua Chất rắn B còn lại trong ống

sứ sau phản ứng có khối lượng là 19,20 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4 Cho B tác dụng hết với dung dịch HNO3, đun nóng được 2,24 lít khí NO (đktc) duy nhất Tính m

Lời giải

Số mol:

4 , 22

24 , 2

nNO = = 0,1 mol

Cách 1:

Đặt số mol các chất trong m gam A { Fe2O3: x ; Fe3O4: x ; FeO: x }

⇒ m = 160x + 232x + 72x = 464x

A + CO: Xảy ra các phản ứng

3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

Đặt số mol các chất trong 19,2 gam chất rắn B { Fe: y ; FeO: z ; Fe3O4: t }

⇒ 56y + 72z + 232t = 19,2 ⇒ 7y + 9z + 29t = 2,4 (I)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

3FeO + 10HNO3→ 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ +14H2O

Số mol: nNO = y +

3

1

z +

3

1

t = 0,1 ⇒ 3y + z + t = 0,3 (II)

Từ (I), (II) ⇒ 10y + 10z + 30t = 1,8 ⇒ y + z +3t = 0,27

Ta có: nFe(A)= nFe(B)⇒ 6x = y + z + 3t ⇒ x = 0,045

Vậy m = 464x = 464.0,045 = 20,88 (gam)

Cách 2:

Đặt số mol các chất trong m gam A { Fe2O3: x ; Fe3O4: x ; FeO: x }

⇒ m = 160x + 232x + 72x = 464x Theo định luật BTKL ta có:

2

CO B

)

− ( CO

m + = +

⇒ 464x + 28nCO( −) = 19,2 + 44nCO( −) ⇒ nCO( −) = 29x – 1,2 Quá trình nhường e Quá trình nhận e

Fe2+ – 1e → Fe3+

4H+ + NO3− + 3e → NO + 2H2O

x x 3.0,1 0,1

3Fe8/3+ - 1e = Fe3+

3x x

C2+ - 2e = C4+

(29x-1,2) 2(29x-1,2)

E- = x + x + 2(29x-1,2) E+ = 0,3

Bảo toàn số mol e ta có E - = E+ ⇒ x + x + 2(29x – 1,2) = 0,3 ⇒ x = 0,045

⇒ m = 464x = 464.0,045 = 20,88 (gam)

Cách 3:

Đặt số mol các chất trong m gam A {Fe2O3: x ; Fe3O4: x ; FeO: x }

2 3

3 )

− (

m

m + = + +

2 3

3 )

− (

n

Trong đó: nFe(NO ) nFe(A) 6x

3

nHNO 3.nFe(NO ) nNO 3.6x 0,1

3 3 )

− (

2

1 n

2

1 n

)

− ( 3

Suy ra: 19,2 + 63.(18x + 0,1) = 242.6x + 30.0,1 + 18

2

1

(18x + 0,1)

⇒ x = 0,045 ⇒ m = 464.x = 44.0,045 = 20,88 (gam)

Cách 4:

Đặt số mol các chất trong m gam A { Fe2O3: x ; Fe3O4: x ; FeO: x }

Coi FeO.Fe2O3⇔ Fe3O4 ⇒ A chỉ có Fe3O4: 2x ⇒ m = 2.232x = 464x

Đặt số mol các chất trong 19,2 gam chất rắn B { Fe: y ; FeO: z ; Fe3O4: t } ⇒ 56y + 72z + 232t = 19,2 ⇒ 7y + 9z + 29t = 2,4 (III)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

3FeO + 10HNO3→ 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑

+14H2O

Số mol: nNO = y +

3

1

z +

3

1

t = 0,1 ⇒ 3y + z + t = 0,3 (IV)

Từ (III), (IV) ⇒ 10y + 10z + 30t = 1,8 ⇒ y + z +3t = 0,27

Ta có: nFe(A)=nFe(B) ⇒ 6x = y + z + 3t ⇒ x = 0,045

Vậy m = 464x = 464.0,045 = 20,88 (gam)

Cách 5:

Đặt số mol các chất trong m gam A {Fe2O3: x ; Fe3O4: x ; FeO: x }

⇒ m = 160x + 232x + 72x = 464x Coi Fe3O4⇔ FeO.Fe2O3 ⇒ B gồm { Fe, FeO, Fe2O3 }

Đặt số mol các chất trong 19,2 gam chất rắn B { Fe: y ; FeO: z ; Fe2O3: t } ⇒ 56y + 72z + 160t = 19,2 ⇒ 7y + 9z + 20t = 2,4 (V)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

3FeO + 10HNO3→ 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Số mol: nNO = y +

3

1

z = 0,1 ⇒ 3y + z = 0,3 (VI)

Từ (V), (VI) ⇒ 10y + 10z + 20t = 1,8 ⇒ y + z +2t = 0,27

Ta có: nFe(A)=nFe(B) ⇒ 6x = y + z + 2t ⇒ x = 0,045

Vậy m = 464x = 464.0,045 = 20,88 (gam)

Cách 6:

Đặt số mol các chất trong m gam A {Fe2O3: x ; Fe3O4: x ; FeO: x }

⇒ m = 160x + 232x + 72x = 464x Đặt công thức chung của 2 oxit trong B là FenOm

Trong 19,2 gam B gồm { Fedư: y ; FenOm: z }

⇒ 56y + (56n + 16m)z = 12 ⇒ 7y + (7n + 2m)z = 1,5 (VII)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

3FenOm +(12n-2m)HNO3 → 3nFe(NO3)3 + (3n-2m)NO↑+ (6n – m)H2O

Số mol: nNO = y +

3

1

(3n-2m)z = 0,1 ⇒ 3y + (3n-2m)z = 0,3 (VIII)

Từ (VII), (VIII) ⇒ 10y + 10nz = 1,8 ⇒ y+ nz = 0,18

Ta có: nFe(A)=nFe(B) ⇒ 6x = y + nz ⇒ x = 0,045

Vậy m = 464.0,045 = 20,88 (gam)

Bài 3: Nung m gam Fe trong không khí, sau một thời gian thu được 104,800 gam hỗn hợp

rắn A gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 dư, thu được dung dịch B và 12,096 lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) có tỉ khối so với heli là 10,167 Tính m

Lời giải

Số mol: nX =

4 , 22

096 , 12

= 0,54 mol

Có dX/He= 10,167 ⇒ M = 10,167.4 = 40,668

2

NO

NO

n

n

=

30 668

,

40

668 , 40 46

−

−

= 2

1 ⇒ nNO = 0,18 ; n 0,36

2

Cách 1:

Từ các phản ứng: 2Fe + O2 → 2FeO

3Fe + 2O2 → Fe3O4

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

Trong 104,8 gam A gồm { Fe: x ; FeO: y ; Fe2O3: z ; Fe3O4: t}

⇒ 56x + 72y + 160z + 232t = 12 ⇒ 7x + 9y + 20z + 29t =13,1 (I)

A + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

3FeO + 10HNO3→ 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O

FeO + 4HNO3→ Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ +14H2O

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2↑ + 5H2O

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Bảo toàn số mol e ta có: 3x + y + t = 3.0,18 + 1.0,36 = 0,9 (II)

Từ (I), (II) ⇒ 10x + 10y + 20z + 30t = 14 ⇒ x + y + 2z +3t = 1,4

Trong m gam Fe có số mol: n = x + y + 2z + 3t = 1,4 Fe

⇒ m = 56.1,4 = 78,4 (gam)

Cách 2:

Theo định luật BTKL ta có: A HNO Fe(NO ) X H O

2 3

3 )

− (

m

2 3

3 )

− (

3 242.n 40,668.0,54 18.n n

Trong đó:

56

m n

nFe(NO ) Fe

3

56

m 3 n

n n

3 n

2 3

3 )

− (

56

m 3 (

2

1 n

2

1

n

)

− ( 3

⇒ 104,8 + 63.(3

56

m + 0,54) = 242

56

m + 40,668.0,54 + 18

2

1 (3

56

m + 0,54)

⇒ m = 78,4 (gam)

Cách 3:

Theo định luật BTKL ta có:

A

m

m + = ⇒ m = 104,8 - m ⇒ O n = 6,55 – 0,0625m O

Quá trình nhường e Quá trình nhận e

Fe – 3e → Fe3+

O + 2e → O

56

m 3

56

m (6,55 - 0,0625m) 2(6,55 - 0,0625m) 4H+ + NO3− + 3e → NO + 2H2O

2H+ + NO3− + 1e → NO2 + H2O

E- = 3

56

m

Bảo toàn số mol e: E - = E+ ⇒ 3

56 m = 0,9 + 1,31 – 0,125m ⇒ m = 78,4g

Cách 4:

Coi Fe3O4⇔ FeO.Fe2O3 ⇒ A gồm {Fe ; FeO ; Fe2O3 }

Đặt số mol các chất trong 104,8 gam A {Fedư: x ; FeO: y ; Fe2O3: z }

⇒ 56x + 72y + 160z = 104,8 ⇒ 7x + 9y + 20z =13,1 (V)

A + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

3FeO + 10HNO3→ 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O

FeO + 4HNO3→ Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Bảo toàn số mol e ta có:

3x + y = 3.0,18 + 1.0,36 ⇒ 3x + y = 0,9 (VI)

Từ (V), (VI) ⇒ 10x + 10y + 20z = 14 ⇒ x+ y + 2z = 1,4

Trong m gam Fe có: n = x + y + 2z = 1,4 ⇒ m = 56.1,4 = 78,4 (gam) Fe

Cách 5:

Đặt công thức chung của 2 khí là NO n

Có MX = 14 + 16n = 40,668 ⇒ n = 1,66675

Theo định luật BTKL ta có:

A

m

m + = ⇒ m = 104,8 - m ⇒ O n = 6,55 – 0,0625m O

A+ HNO3: Xảy ra các phản ứng

(5-2n) Fe + (18-6n)HNO3 → (5-2n Fe(NO3)3 + ↑

n

NO

3 + (9-3n)H2O (5-2n) FeO + (16-6n)HNO3 → (5-2n)Fe(NO3)3 + ↑

n

NO + (8-3n)H2O (5-2n) Fe3O4 + (46-18n)HNO3 → 3(5-2n)Fe(NO3)3 + NO + (23-9n)H↑n 2O

Fe2O3 + 6HNO3→ 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Quá trình nhường e Quá trình nhận e

Fe – 3e → Fe3+

O + 2e → O

56

m

3

56

m (6,55 - 0,0625m) 2(6,55 - 0,0625m) (6-2n)H+ + NO + (5-2n) e 3− → NOn + (3-n)H2O

E- = 3

56

m

E+ = 2(6,55 – 0,0625m) + (5 – 2n).0,54

Bảo toàn số mol e ta có: E - = E+ ⇒ 3

56

m = 2(6,55– 0,0625m) + (5-2n).0,54 Thay n = 1,6667 ⇒ m = 78,4g

Cách 6:

Vì B chỉ gồm các nguyên tố Fe và Oxi

Đặt số mol các chất trong B { Fe: x ; O: y }

⇒ 56x + 16y = 104,8 (IX)

Quá trình nhường e Quá trình nhận e

Fe – 3e → Fe3+

O + 2e → O

x 3x y 2y

4H+ + NO3− + 3e → NO + 2H2O

2H+ + NO3− + 1e → NO2 + H2O

E- = 3x E+ = 2y + 0,36 + 3.0,18

Bảo toàn số mol e ta có E - = E+ ⇒ 3x = 2y + 0,36 + 0,18.3 (X)

Từ (IX), (X) ⇒ x = 1,4 ; y = 1,65

Trong m gam Fe có: nFe=x =1,4 ⇒ m = 56.1,4 = 78,4 (gam)

Cách 7:

Đật công thức chung của 3 oxit là: FenOm

A + O2: Xảy ra phản ứng

2nFe + mO2→ 2

m

Fe Trong 12 gam B gồm { Fedư: x ; FenOm: y }

⇒ 56x + (56n + 16m)y = 104,8 ⇒ 7x + (7n + 2m)y = 13,1 (III)

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑

+ 2H2O

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

3FenOm + (12n-2m)HNO3 → 3nFe(NO3)3 + (3n-2m)NO↑ + (6n – m)H2O

FenOm + (6n-2m)HNO3 → nFe(NO3)3 + (3n-2m)NO2↑+ (3n – m)H2O

Bảo toàn số mol e ta có:

3x + (3n-2m)y = 3.0,18 + 1.0,36 ⇒ 3x + (3n-2m)y = 0,9 (IV)

Từ (III), (IV) ⇒ 10x + 10ny = 14 ⇒ x+ ny = 1,4

Trong m gam Fe có: n = x + ny = 1,4 ⇒ m = 56.1,4 = 78,4 (gam) Fe

Cách 8:

Giải sử lượng Fe tham gia phản ứng với O2 chỉ tạo ra Fe2O3

Theo định luật BTKL ta có: m mO mB

2 = +

⇒ m 104,8 m

2

32

m 8 , 104 n

2

O

−

=

Từ phản ứng:

4Fe + 3O2→ 2Fe2O3

3 32

) m 8 , 104 (

32

m 8 ,

Chất rắn B gồm: { Fe ; Fe2O3 }

B + HNO3: Xảy ra các phản ứng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

0,18 0,18

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

0,12 0,36

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Bảo toàn nguyên tử: nFe(A)=nFe(B)+ nFe( −)

⇒

32 3

) m 8 , 104 (

4 12 , 0 18 , 0 56

⇒ m = 78,4 ( gam )

Cách 9:

Giả sử toàn bộ Fe đều phản ứng với O2 tạo ra Fe2O3

4Fe + 3O2→ 2Fe2O3

⇒ Khối lượng Fe2O3 tối đa là:

7

m 10 2 56

m 160 m

3

2 O

7

m 10 (

32

1 n

2

Ta phải có số mol e do O2 thiếu nhận phải bằng số mol e do N+5 nhận để tạo ra NO, NO2

⇒ 104,8) 3.0,18 1.0,36

7

m 10 (

32

1