SKKN Phân loại và phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về sắt và hợp chất của sắt trong luyện thi đại học

Qua nghiên cứu Tôi thấy loại bài tậpliên quan đến sắt và các hợp chất của sắt được đề cập rất sớm từ chương trình THCS nó có nhiều dạng, khó phải rất linh động trong việc giải chúng và n

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

A ĐẶT VẤN ĐỀ

I LỜI NÓI ĐẦU :

Trong quá trình dạy học hiện nay, việc đổi mới phương pháp dạy học là vô cùng quantrọng để kịp thời đáp ứng với việc học tập ngày càng được quan tâm của học sinh, củangành, của các bậc phụ huynh và toàn xã hội Do đó đòi hỏi giáo viên phải trăn trở rấtnhiều làm thế nào để nâng cao chất lượng dạy học giúp cho học sinh có thể vượt qua các

kì thi một cách có hiệu quả Hơn nữa vớí hình thức thi trắc nghiệm hiện nay việc sử dụngmột số phương pháp giải tự luận trước đây đã không còn phù hợp, yêu cầu đặt ra với mỗihọc sinh là trong một thời gian ngắn nhất phải tìm ra được chính xác đáp án, hình thức thitrắc nghiệm là cơ hội tốt để các cá nhân thể hiện các thủ thuật và áp dụng các phươngpháp ngắn gọn, hiệu quả tạo tối ưu nhất định đối với cá nhân khác

Trong thời gian dạy học, Tôi thấy rằng trong các kì thi học sinh giỏi, đại học đều đềcập đến một số lượng đáng kể các câu lý thuyết và bài tập về sắt, các hợp chất của sắt rất

đa dạng và phong phú ở những mức độ khác nhau Qua nghiên cứu Tôi thấy loại bài tậpliên quan đến sắt và các hợp chất của sắt được đề cập rất sớm từ chương trình THCS nó

có nhiều dạng, khó phải rất linh động trong việc giải chúng và những bài tập về sắt phầnnào gây khó khăn cho học sinh Như vậy bài toán về sắt và hợp chất sắt không thể táchrời trong quá trình dạy học Mặc dù sách giáo khoa đề cập từ lớp 9, ở bậc Trung học phổthông và nhiều tài liệu khác, song cũng chưa thể đáp ứng nhu cầu đầy đủ cho việc dạy vàhọc hiện nay Hơn nữa khi giải loại bài tập này nhiều học sinh lúng túng không biết nênchọn cách giải nào cho ngắn gọn phù hợp với mỗi loại Mặt khác phương pháp giải cácbài toán lập về sắt và hợp chất của sắt cũng chưa được trình bày đầy đủ Vì lý do trên, Tôi

đã chọn đề tài: “Phân loại và phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về sắt,

hợp chất sắt trong luyện thi đại học”.

II THỰC TRẠNG CỦA BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT:

- Sắt là kim loại đa hoá trị, trong các phản ứng hoá học, tuỳ thuộc vào tác nhântham gia phản ứng sắt có thể thể hiện số oxi hoá +2 hoặc +3 hoặc cả +2, +3 Khi làm bàitập về sắt nó thường gây khó dễ cho nhiều học sinh Để giúp học sinh hiểu kỹ hơn về sắt

và các hợp chất của sắt thì trong quá trình dạy học tôi cũng đã đúc kết cho bản thân một

số kinh nghiệm khi giải bài tập về sắt và hợp chất sắt Bài tập về sắt và hợp chất sắt, nócũng giữ một vai trò hết sức quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo và hìnhthành nhân cách cho người lao động, tự giác, tự lực và sáng tạo nó phù hợp với mọi đốitượng học sinh Như vậy khi dạy bài toán về sắt và hợp chất sắt trang bị cho học sinhcách phân loại bài tập và giải chúng một cách thành thạo góp phần quan trọng trong việcnâng cao chất lượng đào tạo ở bậc phổ thông và nó giữ vai trò hết sức quan trọng trongviệc dạy và học ở phổ thông

Từ thực trạng trên, để dạy đạt hiệu quả tốt hơn Tôi đã mạnh dạn phân loại các bàitoán về sắt và đưa ra phương pháp giải cụ thể cho mỗi loại, trên cơ sở đó giúp học sinhtiếp thu kiến thức một cách chủ động hơn, từ đó áp dụng giải được những bài tập từ đơngiản đến những bài tập phức tạp

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Phương pháp thực hiện:

* Khái quát qua về kim loại sắt và các hợp chất của sắt

** Phân loại các bài toán về sắt

** Đưa ra phương pháp giải chung cho mỗi loại và có ví dụ minh họa

I CƠ SỞ PHÂN LOẠI

Để phân loại bài toán về sắt người ta dựa trên cơ sở, mục đích và phương tiện của bàitoán

- Dựa vào mục đích : Mục đích của dạng bài tập tìm ra sản phẩm phản ứng và tính khốilượng các chất hoặc tìm công thức

- Dựa vào phương pháp, phương tiện dùng để giải bài toán hóa học và chia thành cácdạng sau

Dạng 1: Kim loại sắt hoặc hỗn hợp kim loại khi phản ứng với dd muối

Dạng 2: Kim loại sắt hoặc hỗn hợp kim loại khi tác dụng với dung dd axit

Dạng 3: Phản ứng nhiệt nhôm

Dạng 4: Một số bài tập kinh điển

Dạng 5: Một số bài tập phức tạp khác

II PHƯƠNG PHÁP GIẢI TỪNG LOẠI VÀ VÍ DỤ ÁP DỤNG

1/ Khái quát qua về kim loại sắt và hợp chất sắt

- Cấu hình eléctron: [Ar] 3d64s2 Sắt là kim loại chuyển tiếp

Sắt có 2 số oxi hoá bền, đặc trưng là +2 và +3

Ngoài ra Fe2+ còn thể hiện tính oxi hoá: Fe2+ +2e  Fe0

- Hợp chất sắt (III) Tính chất hoá học cơ bản là tính oxi hoá

Trong các phản ứng: Fe3+ + 1e  Fe2+, Hoặc Fe3+ + 3e  Fe0

2/ Phân loại và phương pháp giải

Dạng 1: KIM LOẠI SẮT HOẶC HỖN HỢP KIM LOẠI KHI PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI

1a/ Kim loại sắt khi phản ứng với dd AgNO 3

+ Phương pháp : Dựa vào tỉ lệ các chất và thứ tự các cặp oxi hoá khử Fe2+/Fe, Fe3+/Fe,

Ag+/Ag trong dãy điện hoá rồi từ đó viết phương trình phản ứng và tính khối lượng cácchất theo yêu cầu của bài toán

Dạng tổng quát : Fe + 2Ag+  Fe2+ + 2Ag  (1)

Fe + 3Ag+  Fe3+ + 3Ag  (2)

Nếu đặt T= Ag

Fe

n n



thì có 3 trường hợp xảy ra

+ Trường hợp 1: T  2 thì chỉ xảy ra phản ứng 1, sản phẩm sau phản ứng gồm dungdịch Fe2+, chất rắn là Ag hoặc Ag và Fe còn dư

+ Trường hợp 2: T  3 thì chỉ xảy ra pứ (2), sản phẩm phản ứng gồm dung dịch Fe3+

Hoặc dung dịch chứa Fe3+ và Ag+, chất rắn là Ag

số mol Fe ở pứ (2) thì số mol AgNO3 ở (2) là 3y

Ta có hệ phương trình: x+y = 0,055 Vậy x = 0,04 mol

2x + 3y = 0,15 y= 0,015 mol

3 0,15

Ag AgNO

n n  mol => m = 0,15 108 = 16,20 (g) => đáp án B

Ví dụ 2: Hoà tan 0,784 gam bột sắt trong 100ml dd AgNO3 0,3M Khuấy đều để pứ xảy

ra hoàn toàn, thu được 100ml dung dịch X Nồng độ mol/l chất tan trong dung dịch X là

A Fe(NO3)2 0,12M; Fe(NO3)3 0,02M B Fe(NO3)3 0,1M

C Fe(NO3)2 0,14 M D Fe(NO3)2 0,14M; AgNO3 0,02M

Giải:

0, 784 0, 014

56

Fe

thì 1 < T = 0,03/0,014 < 2 nên bài này có cách giải tương tự như ví dụ 1

kết quả thu được 2 muối là Fe(NO3)2 0,12 M và Fe(NO3)3 0,02 M.

1b/ Hỗn hợp kim loại khác với oxit sắt tác dụng với axit được sản phẩm cho tác dụng với dd AgNO 3

Ví dụ 1: (Thi thử ĐH lần 2- ĐH KHTN 2012) Hoà tan hoàn toàn 14 gam hỗn hợp Cu,

Fe3O4 vào dd HCl, sau phản ứng còn dư 2,16 gam hỗn hợp chất rắn và dd X Cho X tácdụng với AgNO3 dư thu được bao nhiêu gam kết tủa:

Ví dụ 2: Cho hỗn hợp X gồm 11,6 gam sắt từ oxit và 3,2 gam Cu tác dụng với 400ml dd

HCl 1M, sau khi kết thúc phản ứng cho dd thu được tác dụng với AgNO3 dư Khối lượngkết tủa thu được có giá trị là

A 16,2 gam B, 73,6 gam C 57,4 gam D, 83,2 gam

Giải: n Fe O3 4 0,05mol n, Cu 0,05mol n; HCl 0, 4mol

Vậy khối lưọng kết tủa là: 0,15 108 + 0,4 143,5 = 73,6 gam

1c/ Kim loại Fe và kim loại khác khi tác dụng với dd muối

- Phản ứng của kim loại với dung dịch muối là phản ứng oxi hóa – khử nên thường

sử dụng phương pháp bảo toàn mol electron để giải các bài tập phức tạp, khó biện luậnnhư hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp nhiều muối Các bài

tập đơn giản hơn như một kim loại tác dụng với dung dịch một muối, hai kim loại tácdụng với dung dịch một muối,…có thể tính theo thứ

tự các phương trình phản ứng xảy ra

- Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng để tính khối lượng thanh kim loại sauphản ứng

- Từ số mol ban đầu của các chất tham gia phản ứng → biện luận các trường hợp xảy ra

- Nếu chưa biết số mol các chất phản ứng thì dựa vào thành phần dung dịch sau phản ứng

và chất rắn thu được → biện luận các trường hợp xảy ra

- Kim loại khử anion của muối trong môi trường axit thì nên viết phương trình dạng ionthu gọn

- Kim loại (Mg → Cu) đẩy được Fe3+ về Fe2+

Ví dụ: Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+ ; Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+

- Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag Nếu Fe hết, Ag+ còn dư thì:

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag

Ví dụ 1 : Nhúng một thanh kim loại M hóa trị II nặng m gam vào dung dịch Fe(NO3)2 thìkhối lượng thanh kim loại giảm 6 % so với ban đầu Nếu nhúng thanh kim loại trên vàodung dịch AgNO3 thì khối lượng thanh kim loại tăng 25 % so với ban đầu Biết độ giảm

số mol của Fe(NO3)2 gấp đôi độ giảm số mol của AgNO3 và kim loại kết tủa bám hết lên

A Pb B Ni C Cd D Zn

Giải: Gọi nFe2+

pư = 2x mol → nAg+

pư = x mol

M + Fe2+ → M2+ + Fe

A 15,5 gam B 16 gam C 12,5 gam D 18,5 gam Giải :

Gọi nNi = x mol ; nCu = y mol có trong m gam hỗn hợp

Ni + 2Ag+ → Ni2+ + 2Ag (1)

Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag (2)

Ni + Cu2+ → Ni2+ + Cu (3)

- Từ (3) → (64 – 59).x = 0,5 → x = 0,1 mol (*)

- Từ (1) → nAg(1) = 0,2 mol → mAg(1) = 21,6 gam

→ mAg(2) = 54 – 21,6 = 32,4 gam → nAg(2) = 0,3 mol → y = 0,15 mol (**)

- Từ (*) ; (**) → m = 0,1.59 + 0,15.64 = 15,5 gam → đáp án A

Ví dụ 3 : Cho 2,24 gam bột sắt vào 200 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm AgNO3 0,1M vàCu(NO3)2 0,5M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và m gamchất rắn Y Giá trị của m là:

A 2,80 gam B 4,08 gam C 2,16 gam D 0,64 gam

Giải: nFe = 0,04 mol ; nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,1 mol

Thứ tự các phản ứng xảy ra là: (Fe2+/Fe < Cu2+/Cu < Fe3+ < Fe2+ < Ag+ < Ag)

Ví dụ 4: Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4

0,25M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại

và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Giá trị của m và V lần lượt là:

0,05 ← 0,1

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu (3)

0,16 ← 0,16

- Từ (1) ; (2) ; (3) → nFepư = 0,1 + 0,05 + 0,16 = 0,31 mol

- Hỗn hợp bột kim loại gồm Fe dư và Cu → (m – 0,31.56) + 0,16.64 = 0,6m

→ m = 17,8 gam (**)

**Một số ví dụ khác để các bạn đồng nghiệp tham khảo

Câu 1: Cho hỗn hợp A gồm 11,2 gam Fe và 2,4 gam Mg vào dung dịch có chứa 0,1 mol

Ag+, 0,15 mol Fe3+ và 0,15 mol Cu2+ Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dungdịch B và m gam chất rắn Giá trị của m là

A 20,4 B.23,6 C.21,8 D 3,24

Câu 2: Cho hỗn hợp gồm 1,2 mol Mg và x mol Zn vào dung dịch chứa 2 mol Cu2+ và 1mol Ag+ đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được một dung dịch chứa ba ion kimloại Trong các giá trị sau đây, giá trị nào của x thoả mãn trường hợp trên:

A 1,8 B 1,5 C 1,2 D 2,0

Câu 3 : (Thi thử ĐH lần 2- 2010 THPT Ba Đình) Cho hỗn hợp X dạng bột gồm 0,05 mol

Fe và 0,1 mol Al vào 200 ml dung dịch AgNO3 2,1M Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toànthu được dd Y và chất rắn Z Dung dịch Y chứa các ion

A Al3+, Fe2+, Ag+, NO3- B Al3+, Fe3+, Ag+, NO3 

C Al3+, Fe3+, Fe2+, NO3- D Al3+, Fe2+, NO3

-Câu 4 : Cho m gam Fe tác dụng hết với dung dịch chứa y mol CuSO4 và z mol H2SO4

loãng, sau phản ứng hoàn toàn thu được khí H2, m gam Cu và dung dịch chỉ chứa mộtchất tan duy nhất Mối quan hệ giữa y và z là

A y = 7z. B y = 5z C y = z D y = 3z.

Câu 5: Cho hỗn hợp bột gồm 0,48g Mg và 1,68 gam Fe vào dung dịch CuCl2 rồi khuấy

đều đến phản ứng hoàn toàn thu được 3,12 gam chất rắn không tan X Số mol CuCl2tham gia phản ứng là:

A 0,06mol B 0,04mol C 0,05mol D 0,03mol.

Dạng 2: KIM LOẠI SẮT HOẶC HỖN HỢP KIM LOẠI SẮT VÀ KIM LOẠI KHÁC KHI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT

2a/ Một số chú ý khi giải bài tập:

- Kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl, H2SO4 loãng (H+ đóng vai trò là chất oxi hóa)thì tạo ra muối có số oxi hóa thấp và giải phóng H2:

- Khi hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với hỗn hợp axit thì dùng định luật bảo toàn molelectron và phương pháp ion – electron để giải cho nhanh So sánh tổng số mol electroncho và nhận để biện luận xem chất nào hết, chất nào dư

- Khi hỗn hợp kim loại trong đó có Fe tác dụng với H2SO4 đặc nóng hoặc HNO3 cần chú

ý xem kim loại có dư không Nếu kim loại (Mg → Cu) dư thì có phản ứng kim loại khử

- Kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ ưu tiên phản ứng trước

- Nếu đề bài yêu cầu tính khối lượng muối trong dung dịch, ta áp dụng công thức sau:

mmuối = mcation + manion tạo muối = mkim loại + manion tạo muối

(manion tạo muối = manion ban đầu – manion tạo khí)

- Cần nhớ số mol anion tạo muối và số mol axit tham gia phản ứng:

n SO42–tạo muối = Σ a/2 nX (a là số electron mà S+6 nhận để tạo sản phẩm khử X)

n H2SO4 phản ứng = 2nSO2 + 4nS + 5nH2S

n NO3–tạo muối = Σ a.nX (a là số electron mà N+5 nhận để tạo ra sản phẩm khử X)

n HNO3 phản ứng = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2

2b/ Một số ví dụ minh họa

Đối với loại bài toán này nên đưa về 3 trường hợp

- Trường hợp 1: Khi Fe hoặc hỗn hợp kim loại Fe và kim loại khác tác dụng với dd

HNO3 loãng , HNO3 đặc, nóng và H2SO4 đặc, nóng mà các dung dịch axit này đều dư thìmuối thu được là Fe3+

Ví dụ 1: ( Đại học khối A- 2007) Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol

1:1) bằng axit HNO3, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dungdịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư) Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19 Giá trị của V là

A 2,24 B 5,60 C 3,36 D.4,48

Giải: Như vậy đề bài cho axit dư nên 2 muối thu được là Fe3+ và Cu2+

Gọi x là số mol Fe và Cu ta có: 56x + 64 x = 12 => x = 0,1 mol

Ví dụ 2: (ĐH khối A- 2009) Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml

dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5 M và NaNO3 0,2 M Sau khi các phản ứng xảy

ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Cho V ml dungdịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất

Giá trị tối thiểu của V là:

A 360 ml B 240 ml C 400 ml D 120 ml

Giải : nFe = 0,02 mol ; nCu = 0,03 mol → Σ ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol; nH+ =0,4 mol ; nNO3  = 0,08 mol (Ion NO3  trong môi trường H+ có tính oxi hóa mạnh nhưHNO3)

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 100 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu , Ag trong dung dịch HNO3

(dư) Kết thúc phản ứng thu được 13,44 lít hỗn hợp khí Y gồm NO2, NO, N2O theo tỉ lệ

số mol tương ứng là 3 : 2 : 1 và dung dịch Z (không chứa muối NH4NO3) Cô cạn dungdịch Z thu được m gam muối khan Giá trị của m và số mol HNO3 đã phản ứng lần lượtlà:

A 205,4 gam và 2,5 mol B 199,2 gam và 2,4 mol

C 205,4 gam và 2,4 mol D 199,2 gam và 2,5 mol

Giải : nY = 0,6 mol → nNO2 = 0,3 mol ; nNO = 0,2 mol ; nN2O = 0,1 mol

- Trường hợp 2: Fe hoặc hỗn hợp kim loại Fe và kim loại khác tác dụng với các dung

dịch axit trên mà kim loại dư, hoặc lượng axit là tối thiểu thì sản phẩm là muối Fe2+

Áp dụng

Ví dụ 1: Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn 18gam hỗn hợp gồm Fe và Cu trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là: ( biết phản ứng tạo chất khử duynhất là NO)

A 1,0 lít B 0,6 lít C 0,8 lít D 1,2 lít

Giải: nFe = nCu = 0,15 mol

- Do thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất → muối Fe2+

→ ∑ ne cho = 2.(0,15 + 0,15) = 0,6 mol

- Theo đlbt mol electron: nH+ = nHNO3 = (0,6.4) : 3 = 0,8 mol → VHNO3 = 0,8 lít

Ví dụ 2: Cho 10 gam hỗn hợp Fe, Cu (trong đó Fe chiếm 40% khối lượng) vào dung

dịch H2SO4 đặc, đun nóng sau khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch X, khí Y vàcòn lại 6,64 gam kim loại chưa tan hết Khối lượng muối khan tạo thành trong dung dịchlà

A 9,12 gam B 12,5 gam C 14,52 gam D 12 gam

Giải

Do sau phản ứng còn kim loại chưa tan hết nên chỉ có muối Fe2+ tạo thành

mFe = 10.40%= 4 gam ; mFetan= 10 - 6,64 = 3,36 gam

Khối lượng muối khan thu được là: 0,06 96 + 3,36 = 9,12 gam

Ví dụ 3: Cho 2,236 gam hỗn hợp A dạng bột gồm Fe và Fe3O4 hoà tan hoàn toàn trong100ml dd HNO3 có nồng độ C (mol/l), có 246,4 ml khí NO (đktc) thoát ra Sau phản ứngcòn lại 0,448 gam kim loại Giá trị của C là