BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC OXIT SẮT (Fe x O y ) Ths. Nguyễn Mậu Đức - Khoa Hóa trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên Với hình thức thi trác nghiệm hiện nay việc tìm ra đáp số nhanh và chính xác là đòi hỏi lớn của mỗi học sinh chúng ta. Đặc biệt là đối với những bài tập xác định công thức thường phải biện luận mất nhiều thời gian. Sau đây tôi xin đưa ra phương pháp công thức tính nhanh để xác định công thức oxit sắt một cách hiệu quả. Mỗi ví dụ tôi sẽ giải bằng vài phương pháp khác nhau để các bạn so sánh A. CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP Để xác định công thức của oxit sắt (Fe x O y ) ta có thể làm như sau: Cách 1: Lập tỉ lệ y x hoặc O Fe n n , y x hoặc O Fe n n có các trường hợp sau: )OFe( 4 3 ;)OFe( 3 2 ;)FeO( 1 1 n n hoÆc y x 4332 O Fe === Cách 2: Xác định khối lượng mol phân tử yx OFe Oxit yx OFe tác dụng với H 2 SO 4 hoặc HNO 3 cho sản phẩm khử ⇒ Oxit là FeO hoặc Fe 3 O 4 eFeOFe 1 30 +→ + eFeOFe 13 3 4 3 3/8 +→ ++ ⇒ y FexO n = ∑ ∑ = nhanelectronnhuongelectron nn ⇒ y FexO M = ∑ )( nhanhoacnhuongelectron FexO n m y FeO (M = 72đvc) ; Fe 2 O 3 (M = 160) ; Fe 3 O 4 (M = 232) B. VÍ DỤ MINH HỌA Bài 1. Để hoà tan 4gam oxit yx OFe cần 52,14ml dung dịch HCl 10% (d = 1,05 g/ml). Vậy công thức oxit là: A. FeO B. Fe 3 O 4 C. Fe 2 O 3 D. Fe 2 O 3 hoặc FeO Bài giải Cách 1: Phương pháp đại số Cách 1.1: Đặt số mol của oxit sắt là a ⇒ (56x + 16y)a = 4 Từ phản ứng: yx OFe + 2yHCl → x/y2 xFeCl + yH 2 O a 2ay Số mol: 15,0 100.5,36 10.05,1.14,52 ay2n HCl === ⇒ ay = 0,075 ⇒ ax = 0,05 Ta có: 3 2 075,0 05,0 y x ay ax === ⇒ = = 3y 2x (Fe 2 O 3 ) (Đáp án C) Cách 1.2: Từ phản ứng: yx OFe + 2yHCl → x/y2 xFeCl + yH 2 O Ta có: )OFe( 3 2 y x y2 15,0 y16x56 4 32 =⇒= + (Đáp án C) Cách 2: Xét 3 oxit sắt là FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 - Trường hợp 1: oxit là FeO Từ phản ứng: FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O 0,5/9 1/9 Số mol: n HCl = 1/9 ≠ 0,15 (loại) - Trường hợp 2: oxit là Fe 3 O 4 Từ phản ứng: Fe 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O 1/58 4/29 Số mol: n HCl = 4/29 ≠ 0,15 (loại) - Trường hợp 3: oxit là Fe 2 O 3 Từ phản ứng: Fe 2 O 3 + 6HCl → 2FeCl 3 + 3H 2 O 0,025 0,15 Số mol: n HCl = 0,15 (thoả mãn) Vậy oxit sắt là Fe 2 O 3 (Đáp án C) Cách 3: Bảo toàn số mol nguyên tử Cách 3.1: Ta có: 05,0 56 075,0.164 n075,0 2 n nn Fe HCl OH)Oxit(O 2 = − =⇒=== )OFe( 3 2 075,0 05,0 n n 32 O Fe ==⇒ (Đáp án C) Cách 3.2: Ta có: y 3 160 M y 075,0 n075,0 2 n nn yxyx2 OFeOFe HCl OH)Oxit(O =⇒=⇒=== ⇒ y = 3 ; x = 2 (Fe 2 O 3 ) (Đáp án C) Cách 4: Bảo toàn điện tích: 05,0 56 075,0.164 n075,0n15,0nn2 Fe OClO 22 = − =⇒=⇒== −−− )OFe( 3 2 075,0 05,0 n n 32 O Fe ==⇒ (Đáp án C) Bài 2. Dẫn luồng khí CO dư đi qua ống sứ đựng 16gam bột Fe x O y nung nóng, sau khi phản ứng kết thúc (giả sử xảy ra phản ứng khử trực tiếp oxit sắt thành Fe kim loại), toàn bộ khí thoát ra được dẫn vào bình đựng nước vôi trong dư thấy có 30gam kết tủa trắng. Vậy công thức oxit Fe x O y là: A. FeO B. Fe 3 O 4 C. Fe 2 O 3 D. Fe 2 O 3 hoặc FeO Bài giải Cách 1: Phương pháp đại số Đặt số mol Fe x O y là a ⇒ (56x + 16y)a = 16 Xảy ra các phản ứng: Fe x O y + yCO → xFe + yCO 2 a ay CO 2 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ay ay Có )OFe( 3 2 y x 2,0ax3,0 100 30 ayn 32CaCO 3 =⇒=⇒=== Cách 2: Cách 2.1: Bảo toàn khối lượng 2,0n3,0.44n.563,0.2816 mmmm nn FeFe COFe")p(COOFe CO")p(CO 2yx 2 =⇒+=+⇒ +=+ = 3,0n8,42,0.5616m OO =⇒=−=⇒ )OFe( 3 2 3,0 2,0 n n 32 O Fe ==⇒ Cách 2.2: Bảo toàn khối lượng + Bảo toàn số mol nguyên tử Fe 2,0n3,0.44n.563,0.2816 mmmm nn FeFe COFe")p(COOFe CO")p(CO 2yx 2 =⇒+=+⇒ +=+ = )OFe(3y;2xx.80x. 2,0 16 M x 2,0 n 32OFeOFe yxyx ==⇒==⇒= Cách 3: Trong phản ứng khử Oxit sắt bằng khí CO ta luôn có: 2,0n2,113,0.1616m3,0nn FeFeCOO 2 =⇒=−=⇒== Cách 3.1: )OFe( 3 2 3,0 2,0 n n 32 O Fe ==⇒ Cách 3.2: Bảo toàn số mol nguyên tử O Ta có: y. 3 160 y. 3,0 16 M y 3,0 n yxyx OFeOFe ==⇒= ⇒ y = 3 ; x = 2 (Fe 2 O 3 ) Cách 3.3: Bảo toàn số mol nguyên tử O Ta có: )OFe( 3 2 y x 16 y 3,0 ).y16x56( y 3,0 n 32OFe yx =⇒=+⇒= Bài 3. Hoà tan 16,4gam hỗn hợp bột X gồm Fe kim loại và một oxit sắt bằng dung dịch HCl dư, thu được 3,36lít khí (đktc) và dung dịch A. Cho A tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH, sau đó đun nóng trong không khí đến phản ứng hoàn toàn thu được kết tủa B. Nung B ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được 20gam chất rắn. Vậy công thức oxit Fe x O y là: A. FeO B. Fe 3 O 4 C. Fe 2 O 3 D. Fe 2 O 3 hoặc FeO Bài giải Cách 1: Phương pháp đại số Đặt số mol các chất trong 16,4gam hỗn hợp X { Fe: a ; yx OFe : b } ⇒ 56a + (56x + 16y)b = 16,4 X + HCl xảy ra các phản ứng: yx OFe + 2yHCl → x/y xFeCl 2 + yH 2 O b bx Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 a a a ⇒ 15,0a15,0 4,22 36,3 an 2 H =⇒=== Dung dịch A gồm { FeCl 2 : 0,15 ; x/y2 FeCl : bx ; HCl dư } Từ các phản ứng: H + + − OH → H 2 O Fe 2+ + 2 − OH → Fe(OH) 2 0,15 0,15 + x y2 Fe + − OH x y2 → x/y2 )OH(Fe bx bx Nung kết tủa xảy ra các phản ứng: 4Fe(OH) 2 + O 2 → 2Fe 2 O 3 + 4H 2 O 0,15 0,075 4x x/y2 )OH(Fe + (3x - 2y)O 2 → 2xFe 2 O 3 + 4yH 2 O bx 0,5bx Chất rắn thu được là Fe 2 O 3 : (0,5bx + 0,075) ⇒ 160.(0,5bx + 0,075) = 20 ⇒ bx = 0,1 ; by = 0,15 ⇒ )OFe( 3 2 15,0 1,0 y x 32 == Cách 2: Bảo toàn electron + Bảo toàn số mol nguyên tử Đặt số mol các chất trong 16,4gam hỗn hợp X { Fe: a ; yx OFe : b } ⇒ 56a + (56x + 16y)b = 16,4 (I) Bảo toàn số mol electron: 1501502222 2 ,a,.an.n. HFe =⇒=⇒= (II) 20 gam chất rắn là Fe 2 O 3 : 0,5(a + bx) ⇒ a + bx = 0,25 (III) ( ) ( ) ( ) → III,II,I a = 0,15 ; bx = 0,1 ; by = 0,15 )OFe( 3 2 15,0 1,0 y x 32 ==⇒ Cách 3: Bảo toàn electron + Bảo toàn số mol nguyên tử Bảo toàn số mol electron: 15,0nn.2n.2 FeHFe 2 =⇒= gam8m4,16m15,0.56m yxyx OFeOFeX =⇒=+=⇒ Ta có sơ đồ: → 05,0 OxFe 075,0 OFe x 1,0 OFe2 15,0 Fe2 32 32 yx Cách 3.1: )OFe(3y;2xx.80x. 1,0 8 M 32OFe yx ==⇒==⇒ Cách 3.2: )OFe( 3 2 y x 8 x 1,0 ).y16x56( 32 =⇒=+⇒ Cách 3.3: Khối lượng Fe 2 O 3 do Fe tạo ra là: gam12075,0.160m 32 OFe == ⇒ Khối lượng Fe 2 O 3 do Fe x O y tạo ra là yx32 OFeOFe mgam81220m ==−= ⇒ Oxit sắt phải là Fe 2 O 3 . Bài 4. Nung nóng 18,56gam hỗn hợp A gồm FeCO 3 và một oxit sắt yx OFe trong không khí tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí CO 2 và 16gam một oxit sắt duy nhất. Cho khí CO 2 hấp thụ hết vào dung dịch Ba(OH) 2 dư thu được 15,76gam kết tủa. Vậy công thức oxit Fe x O y là: A. FeO B. Fe 3 O 4 C. Fe 2 O 3 D. Fe 2 O 3 hoặc FeO Bài giải Chú ý: Các oxit sắt, nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi luôn tạo thành Fe 2 O 3 ⇒ 16gam oxit sắt duy nhất là Fe 2 O 3 . Cách 1: Phương pháp đại số Đặt số mol các chất trong 18,56 gam A {FeCO 3 : n ; yx OFe : m} ⇒ 116n + (56x + 16y)m = 18,56 Từ các phản ứng: 4FeCO 3 + O 2 → 2Fe 2 O 3 + 4CO 2 n 0,5n n 4 yx OFe + (3x - 2y)O 2 → 2xFe 2 O 3 m 0,5mx Chất rắn là Fe 2 O 3 : 0,5(n + mx) ⇒ 160.0,5(n + mx) = 16 ⇒ n + mx = 0,2 Từ phản ứng: Ba(OH) 2 + CO 2 → BaCO 3 + H 2 O 0,08 0,08 ⇒ 080 2 ,nn CO == ⇒ mx = 0,12 ; my = 0,16 ⇒ )OFe( 4 3 16,0 12,0 y x 43 == Cách 2: Phương pháp bảo toàn Đặt số mol các chất trong 18,56 gam A {FeCO 3 : n ; yx OFe : m} ⇒ 116n + (56x + 16y)m = 18,56 Bảo toàn số mol nguyên tử C và Fe: 08,0nnn 33 BaCOFeCO =⇒= 2,0mxn1,0)mxn(5,0n 32 OFe =+⇒=+= Từ đó ⇒ mx = 0,12 ; my = 0,16 ⇒ )OFe( 4 3 16,0 12,0 y x 43 == Cách 3: Bảo toàn nguyên tử C: gam28,908,0.11656,18m08,0nn yx33 OFeBaCOFeCO =−=⇒== 12,0n06,0n04,0 2 n n )OFe(Fe)OFe(OFe FeCO )FeCO(OFe yxyx32 3 332 =⇒=⇒== )OFe( 4 3 16,0 12,0 n n 16,0 16 12,0.5628,9 n 43 O Fe )OFe(O yx ==⇒= − =⇒ Cách 4: Bảo toàn nguyên tử C: gam28,908,0.11656,18m08,0nn yx33 OFeBaCOFeCO =−=⇒== Ta có sơ đồ: → 06,0 OxFe 04,0 OFe x 12,0 OFe2 08,0 FeCO2 32 32 yx 3 Cách 4.1: )OFe(4y;3xx. 3 232 x. 12,0 28,9 M 43OFe yx ==⇒==⇒ Cách 4.2: )OFe( 4 3 y x 28,9 x 12,0 ).y16x56( 43 =⇒=+⇒ Bài 5. (Câu 46 - Mã đề 231 - TSCĐ Khối A 2007) Cho 4,48 lít CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO 2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là A. FeO; 75%. B. Fe 2 O 3 ; 75%. C. Fe 2 O 3 ; 65%. D. Fe 3 O 4 ; 65%. Bài giải Fe x O y + yCO → xFe + yCO 2 Khí thu được có M 40= → gồm 2 khí CO 2 và CO dư ⇒ 2 CO CO n 3 n 1 = → 2 CO %V 75%= . Mặt khác: 2 CO ( ) CO 75 n n 0,2 0,15 100 p." = = × = mol → n CO dư = 0,05 mol. Thực chất phản ứng khử oxit sắt là do CO + O (trong oxit sắt) → CO 2 ⇒ n CO = n O = 0,15 mol → m O = 0,15×16 = 2,4 gam ⇒ m Fe = 8 − 2,4 = 5,6 gam → n Fe = 0,1 mol. Theo phương trình phản ứng ta có: 2 Fe CO n x 0,1 2 n y 0,15 3 = = = → Fe 2 O 3 . (Đáp án B) Bài 6. Khử hoàn toàn a gam một oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao, người ta thu được 14,56g sắt và 8,736 lít CO 2 đktc. Vậy công thức oxit là: A. FeO B. Fe 3 O 4 C. Fe 2 O 3 D. Fe 2 O 3 hoặc FeO Bài giải - Vì khử hoàn toàn nên sản phẩm là Fe. - Lập tỉ lệ theo khối lượng suy ra tỉ lệ hóa trị y x => Công thức oxit. - Hoặc tính số mol CO 2 suy ra số mol oxit, rồi lập phương trình f(x,y) = 0 => Công thức oxit. yCO + Fe x O y → xFe + yCO 2 y x39,0 0,39 mol 2 CO CO n 44 12 40 n 28 4 Lập tỉ lệ theo khối lượng: g y x m Fe 56,1456. 39,0 == => 3 2 = y x => Oxit sắt là Fe 2 O 3 => Chọn C Bài 7. Hòa tan hoàn toàn m (g) oxit sắt bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc thu được 4,48 lít khí SO 2 (đktc) và 240g muối khan. Công thức oxit là: A. Fe 2 O 3 B. Fe 3 O 4 C. FeO D. FeO hoặc Fe 3 O 4 Tư duy moln SOFe 6,0 400 240 342 )( == , cần tìm tỉ số x y hoặc y x Phản ứng: 2Fe x O y – (3x-2)e → 42 SOH x.Fe 2 (SO 4 ) 3 x 2,1 0,6 mol Bài giải Bước 1: Theo ĐLBT nguyên tố: )( 2,1 6,0. 2 . 2 342 )( mol xx n x n SOFeoxit === Bước 2: Theo ĐLBT electron: 2 ).46()23.( 2,1 SO nyx x −=− 3 4 4,0 4,2 6,3 4,22 48,4 ).46()23.( 2,1 =⇔=−⇔−=−⇔ x y x y yx x => Chọn B. Bài 8. Hòa tan hết 34,8g Fe x O y bằng dung dịch HNO 3 thu được dung dịch A. Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch A, kết tủa thu được đem nung ở nhiệt độ cao cho đến khối lượng không đổi. Dùng H 2 để khử hết lượng oxit tạo thành sau nung thì thu được 25,2g chất rắn. Fe x O y là: A. Fe 2 O 3 B. Fe 3 O 4 C. FeO, Fe 2 O 3 D. FeO Tư duy: ĐlBT nguyên tố Fe: Sắt trong oxit là sắt thu được. Chất rắn là Fe với moln Fe 45,0 56 2,25 == ĐLBT nguyên tố oxi: 16 Feoxit O mm n − = Bài giải ĐLBT nguyên tố oxi: mol mm n Feoxit O 6,0 16 2,258,34 16 = − = − = X:y = m Fe : m O = 0,45 : 6 = 3: 4. Vậy oxit là Fe 3 O 4 . => Chọn B. B. BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1. X là một oxit kim loại. Để khử hết 11,6 gam X cần dùng 4,48 lít khí CO (dktc). Toàn bộ lượng kim loại tạo thành cho tác dụng với dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng thu được 0,225 (mol) khí SO 2 . X là: A. Fe 3 O 4 B. FeO C. Cu 2 O D. Fe 2 O 3 . Bài 2. Lấy 21,6 (g) X (là oxit kim loại) hòa tan bằng dung dịch HNO 3 dư thu được 2,24 (l) khí NO (dktc) là sản phẩm khử duy nhất. Xác định X? A. FeO. B. Cu 2 O C. Fe 3 O 4 D. Cả A và B. Bài 3. Lấy 34,8 gam một oxit kim loại (X) hòa tan bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc, nóng thu được 1,68 lít khí SO 2 (dktc). X là: A. FeO. B. Cu 2 O C. Fe 3 O 4 D. PbO 2 . Bài 4. Hòa tan hết 18,56 (g) một ôxit sắt bằng dung dịch HNO 3 thu được 0,224 (l) một chất khí X (dktc) và dung dịch chỉ chứa một muối và HNO 3 dư. Công thức của oxit sắt và của X là: A. FeO và NO B. Fe 3 O 4 và NO 2 C. Fe 3 O 4 và N 2 O D. FeO và NO 2 Bài 5. Lấy 37,6 (g) hỗn hợp X gồm 2 oxit của sắt tác dụng với dung dịch HNO 3 dư thu được 2,24 (l) khí NO duy nhất (đktc) . Tính khối lượng mỗi oxit. A. FeO; 21,6g; Fe 2 O 3 : 16 g. B. Fe 2 O 3 : 14,4 g; . Fe 3 O 4 : 23,2g. C. FeO: 14,4g; Fe 3 O 4 : 23,2 g. D. A và C Bài 6. Hoà tan 63,2 gam hỗn hợp Mg, Zn và ôxit kim loại M x O y trong dung dịch H 2 SO 4 loãng dư thu được 6,72 lít H 2 (đktc). Hoà tan 63,2 gam hỗn hợp trên bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc, nóng, dư thu được 8,96 lít SO 2 (đktc). Oxit M x O y là: A. MgO. B. Fe 2 O 3 . C. Fe 3 O 4. D. ZnO. Bài 7. Hòa tan hỗn hợp X gồm 11,2 gam kim loại M và 69,6 gam oxit M x O y trong 2 lit dung dịch HCl thu được dung dịch A và 4,48 lit hidro (đktc) . Nếu cùng hòa tan hỗn hợp X đó trong 2 lít dung dịch HNO 3 thì thu được dung dịch B và 6,72 lit NO (là sản phẩm khử duy nhất (đktc) . Kim loại M và oxit M x O y là: A. Na và Na 2 O. B. Fe và FeO C. Ca và CaO D.Fe và Fe 3 O 4 . Địa chỉ liên hệ: Nguyễn Mậu Đức - Khoa Hóa trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên- đường Lương Ngọc Quyến – TP Thái Nguyên ĐT: 0983.834.724 E mail: mauducsptn@gmail.com . H 2 O 0,5 /9 1 /9 Số mol: n HCl = 1 /9 ≠ 0,15 (loại) - Trường hợp 2: oxit là Fe 3 O 4 Từ phản ứng: Fe 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O 1/58 4/ 29 Số mol: n HCl = 4/ 29 ≠ 0,15 (loại) . ra tỉ lệ hóa trị y x => Công thức oxit. - Hoặc tính số mol CO 2 suy ra số mol oxit, rồi lập phương trình f(x,y) = 0 => Công thức oxit. yCO + Fe x O y → xFe + yCO 2 y x 39, 0 0, 39 mol 2 CO CO n. C: gam28 ,90 8,0.11656,18m08,0nn yx33 OFeBaCOFeCO =−=⇒== Ta có sơ đồ: → 06,0 OxFe 04,0 OFe x 12,0 OFe2 08,0 FeCO2 32 32 yx 3 Cách 4.1: )OFe(4y;3xx. 3 232 x. 12,0 28 ,9 M 43OFe yx ==⇒==⇒ Cách