skkn phương pháp giải bài tập hỗn hợp sắt và oxit sắt

SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐỒNG NAITRƯỜNG THPT LONG PHƯỚC Mã số:……… SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Người thực hiện: HUỲNH THANH LONG Lĩnh vực nghiên cứu: PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY BỘ MÔN HÓA Năm học: 2010-2

SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI

TRƯỜNG THPT LONG PHƯỚC

Mã số:………

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Người thực hiện: HUỲNH THANH LONG

Lĩnh vực nghiên cứu: PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY BỘ MÔN HÓA

Năm học: 2010-2011

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO DỒNG NAI

Đơn vị :TRƯỜNG THPT LONG PHƯỚC

Mã số:………

(Do HĐKH PGD ghi)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

“PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HỖN HỢP

SẮT VÀ OXIT SẮT”

Người thực hiện:

Lĩnh vực nghiên cứu:

Quản lý giáo dục:  Phương pháp dạy học bộ môn: Hóa Học 

Lĩnh vực khác:……… 

Có đính kèm: các sản phẩm không thể hiện trong bảng in

 Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác

Năm học: 2014 - 2015

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

-* -I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN:

1 Họ và Tên:

2 Ngày tháng năm sinh:

3 Nam(Nữ):

4 Địa chỉ:

5 Điện thoại:

7 Chức vụ:

8 Đơn vị công tác:

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:

1 Trình độ chuyên môn: Cử nhân khoa học

2 Năm nhận bằng:2005.

3 Chuyên ngành đào tạo:Hóa Học.

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC:

1 Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy Hóa Học.

2 Số năm kinh nghiệm: 9 năm.

3 Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

- Chuyên đề giải nhanh bài tập hóa học bằng công thức.

- Chuyên đề kim loại tác dụng với dung dịch muối

- Chuyên đề giải bài toán tạo muối cacbonat.

- Chuyên đề giải bài toán tinh pH của dung dịch chất điện li

-I 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 nghiên cứu đề tài này với mong muốn giúp các em giải quyết những khó khăn gặp phải khi đối diện với những bài tập về sắt

II THỰC TRẠNG.

 Chuyển từ hình thức thi tự luận sang trắc nghiệm, học sinh bối rối trước các loại bài tập liên quan đến phản ứng oxi hoá khử có nhiều trạng thái số oxi hoá Một số bài toán phức tạp khi giải theo phương pháp tự luận truyền thống

 Việc giải các loại bài tập này theo phương pháp truyền thống mất rất nhiều

thời gian viết phương trình phản ứng, lập và giải hệ phương trình Học sinh thường có thói quen viết và tính theo phương trình phản ứng nên ít nhanh nhạy với bài toán dạng trắc nghiệm

Kết quả khảo sát trước khi áp dụng đề tài

Lớp 12A2 12A5 12A6 12A7

Tì lệ ≥ 5,0 25,9% 32,45% 42,9% 52,67%

III GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ.

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 ×

V = 0,08 lit

Giải nhanh:

Vì n FeO = n Fe O 2 3 ⇒ Coi như hỗn hợp chỉ có Fe3O4.

3 4

2,32

n = 0,01 mol n 0,08 mol

232 = ⇒ =

Ta có: nH+ = 2 n× O = ×2 0,04 0,08 mol=

0,08

V = 0,08 lit

1 =

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)

x + z = 0,06

127 = (2)

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

a = = 0,06

127







3

FeCl

m = 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:

Giải nhanh:

Coi như hỗn hợp chỉ gồm Fe và S

0 3

2+

2 HNO 3+ OH t

3 2 3 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

S S + 6e

b mol 6b mol

−

 →

112a + 32b = 3,76 a = 0,015

6a + 6b = 0,48 b = 0,065

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:

A 2,22gam B 2,26gam. C 2,52gam. D 2,32gam.

Giải nhanh theo định luật:

HNO3

Fe + O 2 3 gam A 0,025 mol NO

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

−

→

56a + 32b = 3 a = 0,045

3a = 4b + 0,075 b = 0,015

 ⇒

mFe = 0,045×56 = 2,25 gam.

Giải nhanh theo công thức kinh nghiệm: mrắn = 80nFe - 8ne nhận

3 80 8 3 m = 2,52 gam.

= × − × × ⇒

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

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 + 0,075×32 = 15 gam.

Giải nhanh theo công thức kinh nghiệm: mrắn = 80nFe - 8ne nhận

mrắn

80 8 2 = 15 gam.

= × − × ×

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?

C 16,8gam và 1,5 lít D 14gam và 1,5 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

19 2 y = 0,125

x + y





 = × 





Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron

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

−

 →

56a + 32b = 20 a = 0,3

3a = 4b + 0,125 + 0,375 b = 0,1

mFe = 0,3×56 = 16,8 gam.

HNO NO NO O

n = 4n + 2n + 2n = 4 0,125 + 2 0,125 + 2 2 0,1 = 1,15 mol × × × ×

1,15

V = = 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

3 4 HNO 2 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

n =0,195mol

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 n = 0,15 mol nên n = 0, 075mol → m = 12 gam.

Giải nhanh:

Quá trình nhường elctron Quá trình nhận elctron

2 +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 n O = n = 0,0975 CO

m = 10,44 + 0,0975×16 = 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 0,04( )

− =

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)

SO + 2e + 4H SO + 2H O 2a mol a mol

0,12 = 0,1 + 2a ⇒ a = 0,01 mol

Vậy: V SO 2 = 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?

IV HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

 Qua tiến hành khảo sát thử nghiệm với đối tượng học sinh ở các lớp 12A2,

12A5, 12A6, 12A7 đã đạt được kết quả như sau:

• 70% học sinh nắm bài và vận dụng được vào các dạng bài cụ thể ( trên 5 điểm)

• 20% vận dụng chưa thuần thục còn lúng túng

• 10% học sinh chỉ nắm được dạng cơ bản

Kết quả khảo sát trước khi áp dụng đề tài

Tì lệ ≥ 5,0 65,9% 72,45% 80,9% 95,67%

 Hoàn thành được đề tài sáng kiến kinh nghiệm tôi xin chân thành cảm ơn Quí thầy cô, các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi

 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

V KẾT LUẬN

Trong quá trình giảng dạy bản thân tôi đã có rất nhiều trăn trở khi dạy về bài tập sắt và hợp chất của sắt Tôi nhận thấy 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 Trên thực tế như vậy tôi

đã mạnh dạn đưa các phương pháp giải bài tập này vào và qua giảng dạy tôi thấy học sinh nắm vấn đề tương đối nhẹ nhàng và có hiệu quả rõ rệt nhất là định hướng và thời gian giải bài tập

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Dương Hoàng Giang, 2008 Thể loại và phương pháp giải Hoá Học

đại cương vô cơ 12 NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội

2 Phạm Đoan Trinh, Nguyễn Thế Khoa , 2008 Bộ đề ôn luyện bằng

phương pháp trắc nghiệm hoá học 12 NXB Đại học Quốc Gia TP

Hồ Chí Minh

3 Nguyễn Xuân Trường, Quách Văn Long, 2009 Ôn luyện kiến thức

và luyện giải nhanh các bài toán trắc nghiệm Hoá Học THPT NXB

Hà Nội

4 Nguyễn Xuân Trường, Trần Trung Ninh, 2006 555 câu trắc nghiệm

Hoá Học NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh

MỤC LỤC