CHuyên đề 6 phương pháp giải toán hỗn hợp oxit sắt, sắt tác dụng với axit

ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 Chuyên đề 6: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN HỖN HỢP (SẮT, OXIT SẮT) TÁC DỤNG VỚI AXIT I- KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1- Hóa trị Fe Trong hợp chất, nguyên tố sắt (Fe) thể mức hóa trị (II, III)  có oxit: FeO, Fe2O3, Fe3O4  Cách đặt công thức tổng quát oxit sắt: Cách 1: Fe2On:  hóa trị Fe = n = {2; 3; 8/3} 2y Cách 2: FexOy :  hóa trị Fe = x  Tác dụng Fe với dung dịch axit  HCl, H SO lo·ng   muèi Fe2+ + H   Fe  Axit   NO , NO  muèi Fe3+ + H O + SPK HNO3 , H 2SO đặc nãng   SO (Fe, Al, Cr bị thụ động dung dịch H2SO4 đặc nguội HNO3 đặc nguội) Ví dụ: Fe + 2HCl  FeCl2 + H2  Fe + H2SO4 loãng  FeSO4 + H2  t Fe + 6HNO3 đặc, dư   Fe(NO3)3 + 3H2O + 3NO2  Fe + 4HNO3 loãng, dư   Fe(NO3)3 + 2H2O + NO  t 2Fe + 6H2SO4 đặc, dư   Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  3+ 2+ Nếu dư Fe muối Fe + Fe  muối Fe : Fe + 2Fe(NO3)3  3Fe(NO3)2 Fe + Fe2(SO4)3  3FeSO4  Nếu Fe dư phản ứng Fe với Axit H2SO4 đặc HNO3, tạo 2+ muối Fe : 3Fe dư + 8HNO3 loãng  3Fe(NO3)2 + 4H2O + 2NO  Fedư + 4HNO3 đặc nóng  Fe(NO3)2 + 2H2O + 2NO2  Fe dư + 2H2SO4 đặc nóng  FeSO4 + 2H2O + SO2   Nếu kim loại Fe hay HNO3 (hoặc H2SO4 đặc) có dư hay khơng 2+ 3+ 2+ 3+ muối thu muối Fe muối Fe muối Fe Fe 2+  Các hợp chất FeO, Fe3O4, Fe(OH)2, muối Fe bị oxi hóa HNO3hoặc 3+ H2SO4 đặc tạo muối Fe sản phẩm khử (NO2, NO, SO2) tương tự Fe 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Fe3O4 + 10HNO3 đặc nóng 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO2  FeO + 4HNO3 đặc nóng Fe(NO3)3 + 2H2O + NO2  2Fe(OH)2 + 4H2SO4 đặc nóng  Fe2(SO4)3 + 6H2O + SO2  3Fe(NO3)2 + 4HNO3 loãng  3Fe(NO3)3 + 2H2O + NO  2- Quy đổi giải toán hỗn hợp (Fe + oxit sắt) tác dụng với axit  Sắt từ oxit (Fe3O4) coi hỗn tạp oxit: FeO Fe2O3 TH  FeO + Fe2O3 (số mol hỗn hợp thay đổi) Fe3O4  ñk: n FeO  n Fe O  Khi tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4 đặc): thường quy đổi nguyên tố (Fe + O) hỗn hợp (Fe + Fe2O3) chất giả định FexOy 3mol FeO   1mol Fe + 1mol Fe2O3 (số mol hỗn hợp thay đổi) 3mol Fe3O4   1mol Fe + 4mol Fe2O3 (số mol hỗn hợp thay đổi) 2- Phân dạng tập phương pháp giải (thường gặp) 2.1-Dạng 1: Hỗn hợp (Fe, oxit sắt) tác dụng axit thường (HCl, H2SO4 loãng) a) Tổng quát:  Fe m (gam) hỗn hợp A   Fe x O y Yêu cầu: dd muối + n2 (mol) H2 + n1 (mol) HX Xác định lượng chất A (hoặc CTHH oxit sắt) ? b) Phương pháp chung: 2y/x + FexOy + 2yHX  + yH2O  muối Fe Fe n2 2+ + 2HX   muối Fe 2n2 + (I) H2  (II) (1)  n2 (mol) n  2n Theo phản ứng (I): n O (oxit) = n H O  n HX  (mol) 2 (  n HX  n HCl  2n H SO : axit khơng có coi số mol 0)  n Fe (oxit) = mA  mO  56n (mol) 56 1:1  FeO x n Fe(oxit)     :  Fe2 O3 y n O(oxit)  3:  Fe3O Lưu ý: Có thể giải tốn loại theo bảo tồn mol ngun tố hidro .2  n  n  Bảo toàn mol H  n  n H O  n O(oxit)  n H O H 2O (1) H2 HX 2 Nếu phản ứng (I) tạo muối Fe3+ có xảy phản ứng Fe với Fe3+ (ít gặp) ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 c) Ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 3,44 gam hỗn hợp A gồm Fe oxit sắt 150 ml dung dịch HCl 1M thu dung dịch B thoát 448 ml H2 (đktc) Để trung hòa lượng axit dư phải dùng hết 30 ml dung dịch Ba(OH)2 0,5M Xác định cơng thức hóa học oxit sắt % khối lượng chất hỗn hợp A Phân tích: Định hướng giải: Từ số mol H2  số mol Fe sinh H2 n HCl (phản ứng với oxit) = n HCl( ban đầu)  n H2  n Ba(OH)2  n O ? Hướng dẫn: Tính số mol: n H  0,02(mol); n HCl = 0,15(mol); n Ba(OH) = 0,015(mol) 2 Phương trình phản ứng: FexOy + 2yHCl  xFeCl2y/x + yH2O (1) Fe + 2HCl  FeCl2 + H2  (2) 0,02 (mol) 0,02 0,04 Ba(OH)2 + 2HCl  BaCl2 + 2H2O (3) 0,015 0,03 (mol) 0,15  0,07  0,04(mol) Theo (1): n O (oxit) = n HCl = 2  mFe x O y  3, 44  0,02  56  2,32(gam) 56x 2,32  0,04  16 x     CTHH oxit sắt là: Fe3O4 y 0,04 y Phần trăm khối lượng chất hỗn hợp A: 2,32 %m Fe O   100% = 67,44%  %mFe  32,56% 3,44  Ví dụ 2: Hòa tan hồn tồn 3,712 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe, Fe3O4 130 gam dung dịch H2SO4 4,9% thu dung dịch Y 0,2688 lít khí (đktc) Cho từ từ dung dịch NaOH 0,2M vào Y đến kết tủa vừa xuất dùng hết 30ml dung dịch NaOH Nếu thêm tiếp V (ml) dung dịch NaOH 0,2M vừa đủ đạt kết tủa lớn Tính khối lượng chất X ? Tính V Phân tích:  Mấu chốt: Để giải tốt toán này, ta cần ý số thông tin sau đây: 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành -Phản ứng Y với dung dịch NaOH: H2SO4 tác dụng trước, nên kết tủa bắt đầu xuất lượng kết tủa không đáng kể, phản ứng NaOH với muối Fe coi chưa xảy - Kết tủa lớn toàn lượng nguyên tố Fe chuyển hết vào hidroxit + 2sắt Lúc toàn Na kiềm liên kết với nhóm SO4 nên số mol NaOH gấp + đôi tổng số mol SO4 (hoặc số mol H axit ban đầu) Hướng dẫn: Tính số mol: n H SO = 0,065 mol ; n H = 0,012 (mol) Fe3O4 + 4H2SO4   FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O a 4a a a (mol) FeO + H2SO4   FeSO4 + H2O b b b (mol) Fe + H2SO4   FeSO4 + H2  0,012 0,012 0,012 0,012 (mol) Khi kết tủa vừa xuất coi muối phản ứng với NaOH chưa đáng kể, có H2SO4 dư tác dụng với NaOH 2NaOH + H2SO4   Na2SO4 + 2H2O 0,006  0,003 (mol) Đặt công thức chung muối Fe Fe2(SO4)x Fe2(SO4)x + 2xNaOH   2Fe(OH)x  + xNa2SO4 4a + b = 0,065  0,003  0,012 = 0,05 a  0,01  Ta có:  232a  72b  3,712  0,012  56  3,04 b  0,01 Khối lượng chất hỗn hợp là: m Fe O  0,01  232 = 2,32 gam ; mFeO  0,01  72 = 0,72 gam ; mFe  0,01256 = 0,672 gam Theo phương trình phản ứng   n NaOH    n SO V  0,065  V = 620ml 1000 Lưu ý: Có thể sử dụng quy tắc hóa trị phản ứng trao đổi: "tích số mol hóa trị ½ phân tử tích số mol hóa trị ½ phân tử kia" Kiến thức cấp THPT gọi bảo toàn điện tích  Ta có: 0,006 + 0,2  n NaOH  n H2SO4 (ban đầu)  0,006 + 0,2 V  0,065  V = 620ml 1000 ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 2.2-Dạng 2: Hỗn hợp (Fe, oxit sắt) tác dụng với axit oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4 đặc nóng) a) Tổng quát:  n2 (mol) SP khử: (NO,NO2,SO2 ) + HNO3 dư  Fe m1(gam) A  m2 (gam) muối Fe(III) Fe O H SO đặc, dư x y   H2O + O2 n1 (mol) Fe Biết: đại lượng m1, m2, n1, n2 Tính: đại lượng lại (hoặc số mol axit phản ứng) b) Phương pháp giải: (dưới số phương pháp thường dùng nhất)  Cách 1: Bảo toàn mol nguyên tố bảo toàn khối lượng - Bước 1: Viết phương trình hóa học xảy - Bước 2: Bảo tồn số mol nguyên tố Gọi a số mol Fe (nếu đề chưa cho biết giá trị n1) Thực bảo toàn số mol nguyên tố theo thứ tự: Fe  phi kim (S,N)  H * Với axit HNO3: *Với axit H2SO4 n Fe( NO ) = n Fe (ban đầu) = a (mol) n Fe (SO ) = 0,5n Fe (ban đầu)= 0,5a 3 n HNO (pư) = n N (muối ) + n N (khí) nH 2SO (pư) = nS (muối ) + nS (khí) = (3a + n2) (mol) = (1,5a + n2) (mol) n H O  n H SO = (1,5a + n2) (mol) n H O  ½ n HNO = 3a  n (mol) 2 - Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, giải tìm a * Với axit HNO3: m A  m HNO  mFe(NO )  mH O  m khí 3  m1 + 63(3a+n2) = 242a + 9(3a +n2) + n2Mkhí  a = ? * Với axit H2SO4: m A  m H SO  m Fe (SO )  m H O  m khí 4  m1 + 98(1,5a + n2) = 200a + 18.(1,5a + n2) + n2.Mkhí  a = ? - Bước 4: Tính tốn, hoàn thành yêu cầu đề Lưu ý: Khi viết phương trình hóa học bước 1, ta bỏ Fe3O4 xem hỗn tạp FeO Fe2O3 Nếu toán trắc nghiệm em sử dụng cơng thức kinh nghiệm: m Fe (ban đầu)  0, 7m A  5, 6n spk spk Có thể dùng cơng thức để kiểm tra kết giải toán làm tự luận Nếu kết làm khác với kết thử cơng thức kinh nghiệm ta cần kiểm tra lại giải tự luận 11 chun đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành  Cách 2: Sử dụng Quy đổi hỗn hợp - Bước 1: Viết đầy đủ PTHH đốt cháy Fe O2 - Bước 2: Quy đổi rắn A thành chất (Fe, Fe2O3) chất giả định FexOy (Đây cách quy đổi đơn giản phù hợp với cấp THCS nhất)  Nếu Quy đổi rắn A gồm (Fe, Fe2O3): 2+ Fe2O3 + HNO3 [hoặc H2SO4]  muối Fe + H2O (1) 3+ Fe + HNO3 [hoặc H2SO4 đặc] muối Fe + H2O + SP khử (2)  n2 (mol) nFe =? (Phải cân phản ứng thực tính tốn) Ta có: n Fe   n Fe 2O3  160  n Fe  56  m A  n Fe O =? (ban đầu) = n Fe (2) +  n Fe2O3 (1)  Nếu Quy đổi rắn A thành chất giả định FexOy:  mFe x O y = mA (thường đề cho biết mA biết mO ) Viết PTHH dạng tổng quát:  khí FexOy + Axit  muối Fe(III) + H2O + (3x-2y)SP khử Phân tích hệ số rắn A sản phẩm khử (NO2,NO, SO2), ta có:  SO      3n Fe  2n O  n SP khö NO, NO , SO  với  NO      2 SP khö   NO      Gọi a,b số mol Fe, O A a  ? 3a  2b  n spk  spk   b  ? 56a  16b  m A - Bước 3: Tính tốn hồn thành theo yêu cầu đề  Cách 3: Sử dụng quy tắc hóa trị - Bước 1: Viết đầy đủ phương trình phản ứng xảy (Xem Fe3O4  (FeO Fe2O3) để giảm bớt phương trình hóa học) - Bước 2: Lập luận áp dụng quy tắc hóa trị, sau: Xét q trình Fe (hóa trị III) trao đổi hóa trị với O (hóa trị II) khí NO (  ht  ), NO2 (  ht  ), SO2 (   ) … ht Theo quy tắc hóa trị ta có: n Fe   n O   n khí   ht Gọi a, b số mol Fe,O A 3a  2b  n khí   ht a  ?    b  ? 56a  16b  m A - Bước 3: Tính tốn, hoàn thành theo yêu cầu đề ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 c) Ví dụ minh họa: Ví dụ 3: Để phơi bào Fe khơng khí sau thời gian thu 16,96 gam rắn A gồm sắt oxit sắt Hòa tan hết A HNO3 dư thấy có 5,376 lít (đktc) hỗn hợp khí B gồm NO, NO2 có tỷ khối B so với H2 19 Tính khối lượng phơi bào Fe ban đầu Phân tích: Sơ đồ toán: Fe FeO  NO HNO3 KK Fe Fe(NO3 )3  H2O  0,24(mol)B dB/H  19  16,96(g)AFe O  NO2 x(mol)?  Fe3O4 Ở ta thấy hỗn hợp khí B có khí kiện nên q hồn hảo để ta xác định số mol chất theo phương pháp đại số (đặt ẩn) sử dụng quy tắc đường chéo, sử dụng sản phẩm khử tương đương Nếu sử dụng cách khơng cần tính số mol khí khí có số N nên số mol N hỗn hợp số mol hỗn hợp khí Khi viết phương trình hóa học ta hợp thức lại theo tỷ lệ số mol khí (hoặc đặt cơng thức chung sản phẩm khử NOx) Hướng dẫn: Để làm rõ nội dung phần phương pháp giải, giải toán theo nhiều cách khác  Cách 1: Phương pháp kết hợp bảo toàn mol ngun tố bảo tồn khối lượng Tính n B  0, 24 mol Ta có: n NO n NO  46  38   n NO  n NO  0,12 mol 38  30 Các phương trình hóa học: t0 4Fe + 3O2  2Fe2O3 t0 3Fe + 2O2  Fe3O4 (1) (2) t0 2Fe + O2  2FeO (3) Xem rắn A gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O 4FeO + 17HNO3  4Fe(NO3)3 + 7H2O + NO  + NO2  4Fe + 18HNO3  4Fe(NO3)3 + 9H2O + 3NO  + 3NO2  Gọi x số mol Fe ban đầu Bảo toàn số mol Fe, N, H ta có: n Fe( NO ) = x (mol) ; n HNO (pư) = (3x + 0,24) (mol) 3 (4) (5) (6) 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành 3x + 0,24 (mol) BTKL cho phản ứng (4,5,6), ta có:  n H2O = ½ n HNO3 = mA  m HNO ph¶n øng  m Fe(NO )3  mH 2O  mB  16,96 + 63(3x + 0,24) = 242x + 9(3x + 0,24) + 0,2438  x = 0,26 mol Vậy mFe (phôi bào) = 0,2656 = 14,56 gam  Cách 2: Quy đổi hỗn hợp A thành chất t0 4Fe + 3O2  2Fe2O3 t 3Fe + 2O2  Fe3O4 t 2Fe + O2  2FeO Fe 2O3 : a(mol) Quy đổi A gồm:  Fe Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + 2H2O + NO  0,12 (mol) 0,12 Fe + 6HNO3  Fe(NO3)3 + 3H2O + 3NO2  0,12 (mol) 0,04 BTKL hỗn hợp A  160a + 0,16 56 = 16,96 a = 0,05 mol mFe (phôi bào) = (0,04 + 0,12 + 2.0,05).56 = 14,56 gam  Cách 3: Quy đổi hỗn hợp A thành chất giả định Viết PTHH Fe tác dụng với O2 tạo thành FeO, Fe3O4, Fe2O3 (đánh số 1,2,3) Đặt công thức chung rắn A là: FexOy 3FexOy + (12x–2y) HNO3  3xFe(NO3)3 + (6x–y)H2O + (3x – 2y) NO  FexOy + (6x–2y) HNO3  xFe(NO3)3 + (3x–y)H2O + (3x – 2y) NO2  Vì n NO  n NO2 nên ta có sơ đồ hợp thức: 4FexOy   (3x–2y)NO + (3x–2y)NO2 Phân tích hệ số  n NO = n Fe  n O 56n Fe  16n O  16,96  n Fe  0,26 Ta có hệ phương trình:    0,75n Fe  0,5n O  0,12  n O  0,15 Vậy mFe = 0,26 56 = 14,56 gam  Cách 4: Sử dụng Quy tắc hóa trị: Viết đầy đủ phương trình hóa học phản ứng Xét q trình: Fe(III) trao đổi hóa trị với O(II) NO (  3) , NO2 (  1) 10 ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 Theo quy tắc hóa trị ta có: n Fe   n O   n NO   n NO  Gọi a,b số mol nguyên tố Fe O hỗn hợp A 3a  2b  0,12.(1  3)  0, 48 a  0, 26  56a  16b  16, 96 b  0,15   Vậy mFe = 0,26 56 = 14,56 gam  Cách 5: Sử dụng ghép ẩn số Viết phản ứng oxi hóa sắt khí O2 (như cách trên) Đặt x, y, z số mol Fe2O3, FeO, Fe hỗn hợp A  n Fe (ban đầu) = (2x + y + z) mol Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O x (mol) 4FeO + 17HNO3  4Fe(NO3)3 + 7H2O + NO  + NO2  y 0,25y 0,25y (mol) 4Fe + 18HNO3  4Fe(NO3)3 + 9H2O + 3NO  + 3NO2  z 0,75z 075z (mol) Ta có: 160x + 72y + 56z = 16,96 (I) Mặt khác: 0,5y + 1,5z = 0,24  y + 3z = 0,48 (II) (2) Nhân vào (II) cộng với (I) ta được: 160x + 80y + 80z = 20,8  2x + y + z = 20,8  0, 26 mol = n Fe 80 Vậy mFe (ban đầu) = 0,2656 = 14,56 gam  Cách 6: Tìm cơng thức chất giả định Đặt công thức chung rắn A là: FexOy 3FexOy + (12x–2y) HNO3  3xFe(NO3)3 + (6x–y)H2O + (3x – 2y) NO  FexOy + (6x–2y) HNO3  xFe(NO3)3 + (3x–y)H2O + (3x – 2y) NO2  Vì n NO  n NO2 nên ta có sơ đồ hợp thức: 4FexOy   (3x–2y)NO + (3x–2y)NO2 4.(56x  16y) 16,96 x 26    3x  2y 0,12 y 15 26  56  16,96  14,56 gam  mFe (ban đầu) = 26.56  15.16 Theo sơ đồ  Ngồi ta giải toán nhiều cách khác: Quy đổi tác nhân oxi hóa (NO, NO2) thành Oxi quy đổi hỗn hợp A thành chất khác (2) Nhân vào PT số mol SP khử (hệ số phải nguyên, tối giản) cộng PT khối lượng 11 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Ví dụ 4: Khử m gam Fe2O3 khí CO sau thời gian thu 7,2 gam rắn X gồm chất Hòa tan X dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thấy sinh 1,12 lít khí SO2 (đktc, sản phẩm khử nhất) a) Viết phương trình hóa học xảy b) Tính m thể tích khí CO phản ứng (đktc) Phân tích: – Sơ đồ toán: Fe,FeO CO H 2SO Fe 2O  A Fe3O   Fe (SO )  H O  SO    Fe 2O3 0,05 mol m(gam)  7,2(gam) – Phản ứng khử CO: 1mol CO + 1mol O  1mol CO2 Vì số mol CO2 sinh số mol CO bị tiêu hao phản ứng, thể tích khí khơng đổi – Định hướng giải: + BT mol kết hợp BTKL: Đặt n Fe O  x  BT nguyên tố Fe, S, H sau BTKL cho phản ứng rắn A H2SO4 Cuối xử lý phản ứng khử Fe2O3 CO: m + 28 n CO = 7,2 + 44 n CO + Sử dụng quy đổi: Quy A Fe Fe2O3 quy FexOy + Các cách khác: hồn tồn áp dụng ví dụ chuyên đề Hướng dẫn:  Cách 1: Kết hợp bảo toàn số mol nguyên tố bảo tồn khối lượng Các phương trình phản ứng: t0  2Fe3O4 + CO2 3Fe2O3 + CO  Fe2O3 t0  2FeO + CO  t0  2Fe Fe2O3 + 3CO  (1) + CO2 (2) + 3CO2 (4) Xem rắn X gồm: FeO, Fe2O3, Fe dư t0  Fe2(SO3)3 + 3H2O Fe2O3 + 3H2SO4 đặc  (5) t0  Fe2(SO4)3 + 4H2O + SO2  2FeO + 4H2SO4 đặc  (6) t  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  2Fe + 6H2SO4 đặc  (7) Gọi x số mol Fe2O3 ban đầu Bảo toàn số mol Fe,S, H, ta có: n Fe (SO4 )3  x (mol) ; n H 2SO  (3x + 0,05) (mol) = n H Bảo toàn khối lượng cho phản ứng (4,5,6) ta có: mX  m H 12 2SO4 ph¶n øng  m Fe (SO4 )3  mH 2O  mSO 2O ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488  Phản ứng X với HNO3 có nhiều kiện nên ta xử lý trước (số mol nguyên tố Fe, số mol oxi X, số mol NO) phương pháp chủ lực trình bày phần "kiến thức cần nhớ" dạng 2.Tuy nhiên với đặc điểm sơ đồ tốn sử dụng quy tắc hóa trị phân tích hệ số hợp lí X (Fe, O) + HNO3  Fe(NO3)n + H2O + NO  0,18 ; 0,018 0,18 0,156 mol Hướng dẫn: Quy đổi hỗn hợp X gồm Fe2O3 Fe (1) (2) t 4Fe + 3O2   2Fe2O3 t 3Fe + 2O2   Fe3O4 t 2Fe + O2  (3)  2FeO Khối lượng chất rắn tăng lên khối lượng oxi  nO  0, 288  0, 018 (mol) 16 Quy đổi rắn X gồm Fe, Fe2O3 Tính số mol NO = 0,156 mol Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O (4) Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + 2H2O + NO  (5) Fe + 2Fe(NO3)3  3Fe(NO3)2 (6) Dung dịch Y chứa chất: Fe(NO3)2, Fe(NO3)3 Fe(NO3)2 + 2NaOH  Fe(OH)2  + 2NaNO3 (7) Fe(NO3)3 + 3NaOH  Fe(OH)3  + 3NaNO3 (8) 2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O  2Fe(OH)3 (9) 19, 26  0,18 (mol) Bảo toàn mol Fe  n (ban đầu) = n Fe(OH)  Fe 107  m = 0,1856 = 10,08 gam Gọi n hóa trị trung bình Fe muối Theo quy tắc hóa trị  n Fe n  n O  n NO  0,18n = 0,0182 + 0,1563  n = 2,8  Fe(NO3 ) : x(mol)  x  y  0,18  x  0,036   Đặt Y   2x  3y  0,18.2,8  0,504  y  0,144  Fe(NO3 )3 : y(mol) Bảo toàn số mol N  n HNO3 = 0,182,8 + 0,156 = 0,66 (mol) mY = 10,08 + 0,288 + ( 0,66 )  1000  1,26 – 0,156.30 = 170,688 gam 5,04 57 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Nồng độ phần trăm chất tan Y: 0,036  180 C%Fe(NO )   100%  3,80% 170,688 0,144  242 C%Fe(NO )   100%  20, 42% 3 170,688  Lưu ý: Có giải theo phương pháp bảo tồn khối lượng phân tích hệ số Sử dụng phân tích hệ số 3FexOy + (4nx – 2y)HNO3  3xFe(NO3)n + (2nx – y)H2O + (nx – 2y)NO  n 0,18.n Phân tích hệ số  n NO  n Fe  n O  0,156  3  n = 2,8 Sử dụng bảo toàn khối lượng Bảo toàn mol N  số mol HNO3 = (0,18n + 0,156) mol Bảo toàn số mol H  Số mol H2O = ½ số mol HNO3 =  2.0, 018 0,18n  0,156 (mol) Bảo tồn khối lượng, ta có: 10,08 + 0,288 + 63.(0,18n + 0,156) = 0,18.(56 + 62n) + 9.(0,18n + 0,156) + 0,156.30  n = 2,8 Bài 28: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm m (gam) hỗn hợp Q gồm Al oxit sắt thu rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu dung dịch Y, phần không tan Z 0,672 lít khí (đktc) Cho dung dịch HCl vào dung dịch Y đến thu lượng kết tủa lớn nhất, lọc lấy kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thu 5,1 gam chất rắn Cho Z tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng, sau phản ứng thu dung dịch E chứa muối sắt sunfat trung hòa 2,688 lít khí SO2 (sản phẩm khử đo đktc) Biết phản ứng xảy hồn tồn Tìm cơng thức phân tử oxit sắt xác định giá trị m Phân tích: H2  Al Al 2O3  NaOH HT Q  X   Fe x O y Fe, Al     m ? m 0,03 mol ddHCl 0,05 mol  SO   Z(Fe)  0,12 mol  Fe (SO ) n  H 2SO Từ sơ đồ ta có định hướng giải sau: 58 t ddY  Al(OH)3   Al 2O3  ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 – Từ số mol H2  số mol đơn chất Al (dư) X – BT mol Al  n Al2O3 (trong X)  n Al(trong X)  n Al2O3 (SP nung)  n Al2O3 (trong X) 2+ – Từ phản ứng Z với H2SO4  số mol Fe theo trường hợp (muối Fe 3+ muối Fe ) x n O 3n Al2O3     công thức oxit sắt (theo trường hợp) y n Fe n Fe Hướng dẫn: t0   2yAl + 3FexOy yAl2O3 + 3xFe (1) Vì X + NaOH  H2 nên chứng tỏ Al dư Rắn X: Al, Al2O3, Fe  2NaAlO2 + H2O Al2O3 + 2NaOH  (2) 2Al + 2H2O + 2NaOH  2NaAlO2 + 3H2  (3)  0,03 (mol) 0,02 Dung dịch Y: NaAlO2 NaOH dư ; Rắn Z: Fe NaOH + HCl  NaCl + H2O (4) NaAlO2 + HCl + H2O  NaCl + Al(OH)3  (5) t0 2Al(OH)3  Al2O3 + 3H2O (6) Bảo toàn nguyên tố Al  n Al = 2O3 (trong X) 5,1 0,02   0,04 (mol) 102 Tính số mol SO2 = 0,12 mol 2Fe + 6H2SO4 đặc  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  (7)  0,12 (mol) 0,08 0,04 Hoặc: Fe + 2H2SO4 đặc  FeSO4 + 2H2O + SO2  (8) 0,12 (mol) 0,12  Trường hợp 1: Nếu E có Fe2(SO4)3 n Fe 3x x 0,08  Theo (1)  =   y n Al O y 0,04 Công thức hóa học oxit sắt Fe2O3  Trường hợp 2: Nếu E có FeSO4 n Fe 3x x 0,12  Theo (1)  =   y n Al O y 0,04 Công thức oxit sắt FeO 59 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Bài 29: Hòa tan hồn tồn 19,2 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 Fe2O3 90 ml dung dịch H2SO4 10M (đặc dư, đun nóng) thu V lít khí SO2 (đktc, sản phẩm khử nhất) dung dịch Y Cho 450 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y, đến phản ứng hoàn toàn thu 21,4 gam kết tủa Viết tất phương trình hóa học phản ứng xảy tính V Phân tích: Do đề u cầu viết tất phương trình hóa hoch xảy nên phương pháp bảo toàn số mol nguyên tố bảo toàn khối lượng phù hợp Chú ý đề khơng cho NaOH dư, nên  Kết tủa chưa cực đại Hướng dẫn: Cách 1: Sử dụng bảo toàn mol kết hợp bảo toàn khối lượng  Tính số mol n NaOH  0,9 mol ; n H SO = 0,9 mol ; n Fe(OH) = 0,2 mol Các phương trình hóa học: Fe2O3 + 3H2SO4 đặc nóng  Fe2(SO4)3 + 3H2O (1) 2Fe3O4 + 10H2SO4 đặc nóng  3Fe2(SO4)3 + 10H2O + SO2  (2) 2FeO + 4H2SO4 đặc nóng  Fe2(SO4)3 + 4H2O + SO2  (3) 2Fe + 6H2SO4 đặc nóng  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  (4) 2NaOH + H2SO4 (dư)  Na2SO4 + 2H2O (5) Fe2(SO4)3 + 6NaOH  3Na2SO4 + 2Fe(OH)3  (6) 0,2 (mol) 0,1 0,6 nH 2SO4 = (0,9 – 0,6): = 0,15 mol  n H 2SO4 (phản ứng với X) = 0,75 mol Gọi a số mol Fe2(SO4)3 dung dịch Y Bảo toàn khối lượng (phản ứng 1,2,3) ta có: 19,2 + 0,75.98 = 400a + 0,75.18 + (0,75 – 3a).64  a = 0,15 mol V  = (0,75 – 0,15.3).22,4 = 6,72 lít  Cách 2: Sử dụng phân tích hệ số Sau viết đủ phương trình hóa học (do đề u cầu) ta viết thêm phương trình hóa học tổng qt để thực phân tích hệ số 2FexOy + (6x – 2y)H2SO4  xFe2(SO4)3 + (3x – y)H2O + (3x – 2y) SO2  nH 2SO4 (dư) = (0,9 – 0,6): = 0,15 mol  n H 2SO4 (phản ứng với X) = 0,75 mol Phân tích hệ số, số FexOy, H2SO4, SO2 ta có: nH (dư) 2SO4 (phản ứng) = 3n  n ; nSO = 1, 5n  n Fe O Fe O 56n Fe  16n O  19,  n Fe  0,3 mol  3n Fe  n O  0, 75  n O  0,15 mol Theo đề ta có:   V = (0,3.1,5 – 0,15) 22,4 = 6,72 lít 60 ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 Bài 30: Khử hoàn toàn m gam oxit sắt khí CO dư, thu lấy toàn lượng sắt sinh cho vào dung dịch H2SO4 đặc dư, đun nóng sau phản ứng thu V lít SO2 (đktc) Mặt khác, hòa tan hồn tồn m gam oxit sắt vào dung dịch HNO3 lỗng, dư sau phản ứng thu V lít NO (đktc) Xác định cơng thức hóa học oxit sắt Phân tích: Đây tốn có tất kiện đề cho tương đối (dạng tỉ lệ) Vì phương pháp tự chọn lượng chất cách phù hợp nhất: Nếu chọn 1mol SO2 số mol NO 1,5 mol Hoặc giả sử có mol oxit sắt Hướng dẫn: Giả sử có 1mol FexOy t0  xFe + yCO2 FexOy + yCO   y (mol) x (mol) 2Fe + 6H2SO4  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  x 1,5x (mol) 3FexOy + (12x–2y) HNO3  3xFe(NO3)3 + (12x–2y) H2O + (3x–2y)NO  3x  2y (mol) 1 Ta có: 9x  6y x    4,5x y Vậy cơng thức hóa học oxit sắt là: FeO Bài 31: Trộn gam cacbon với 28,8 gam sắt (II) oxit, sau nung nóng hỗn hợp, phản ứng xong thu hỗn hợp chất rắn X có khối lượng 26,4 gam a) Tính hiệu suất phản ứng xảy ra, biết sản phẩm phản ứng sắt cacbon oxit b) Đem toàn chất rắn X tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư thu V lít hỗn hợp khí SO2 CO2 (đktc) Tìm giá trị V (Trích đề thi HSG lớp TP Hà Nội, năm học 2015-2016) Phân tích: Mấu chốt: Hỗn hợp đầu gồm Fe2O3 C trạng thái rắn, đề khơng cho phản ứng hồn tồn (u cầu tính hiệu suất thường hiệu suất < 100%) Vì 26,4 gam chất rắn X Fe, Fe2O3 dư C dư Fe O3 : 28,8 gam  Sơ đồ toán: 0,18 mol C  : gam t   CO r¾n X : 26, 4(gam) 0,5 mol 61 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Hướng dẫn: a) Tính số mol Fe2O3 = 0,18 mol ; số mol C = 0,5 mol Phương trình phản ứng: t  2Fe + 3CO Fe2O3 + 3C  a 3a 2a 3a (mol) Theo bảo toàn khối lượng  28,8 + = 26,4 + 3a.28  a = 0,1 mol Ta thấy n C  0,5 mol < 3n Fe O  3.0,18  0,54 mol  Cacbon lấy thiếu Hiệu suất phản ứng khử Fe2O3: H%  0,3 100%  60% 0,5 b) Rắn X: Fe, Fe2O3, C n Fe  0,1.2  0, mol  n C  0,5  0,3  0, mol t0  Fe2(SO4)3 + 3H2O Fe2O3 + 3H2SO4 đặc nóng  t  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  2Fe + 6H2SO4 đặc nóng  0,2  0,3 mol t0  2SO2  + CO2  + 2H2O C + 2H2SO4 đặc nóng  0,2  0,4 0,2 (mol)  V = (03 + 0,4 + 0,2).22,4 =20,16 lít Lưu ý: Có thể sử dụng quy tắc hóa trị để tính số mol SO2 (Không cần đặt số mol Fe C vào phương trình hóa học) 3.0,  4.0,  0, mol 2  n C  0, mol 2n SO  3n Fe  4n C  n SO  Bảo toàn số mol C  n CO  V = (0,7 + 0,2).22,4 = 20,16 lit Bài 32: Khi cho 9,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng hoàn toàn với dung dịch chứa 0,4 mol H2SO4 đặc, nóng, dư thu V lít SO2 (đktc) dung dịch Y Cho 700ml dung dịch KOH 0,5M tác dụng hết với dung dịch Y thu 10,7 gam chất kết tủa Tính giá trị V (Trích đề thi HSG mơn hóa học lớp TP Hà Nội, năm học 2015-2016) Phân tích: SO : V  ? Fe X  H 2SO4    O  0,4 mol 9,6(gam) 62 d­ t   Fe (SO4 ) H 2SO4  H O NaOH  0,35 mol (hÕt)   Fe(OH)3    0,1 mol ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 Mấu chốt: – Phát thấy n OH (kết tủa) = 0,3 mol < n NaOH = 0,35 mol  có 0,05 mol NaOH tác dụng với H2SO4 dư  Số mol H2SO4 dư = 0,025 mol  số mol H2SO4 phản ứng với X 0,375 mol Đến ta có đủ kiện để xử lý phản ứng X với H2SO4 theo phương pháp BT mol BTKL; Quy đổi; Phân tích hệ số, Quy tắc hóa trị (bảo tồn elcetron cấp THPT) Hướng dẫn: Tính n Fe(OH)  0,1 mol ; n  0,35 mol KOH Đặt công thức trung bình X FexOy 2FexOy + (6x–2y)H2SO4  xFe2(SO4)3 + (6x–2y)H2O + (3x–2y)SO2  (1) 2KOH + H2SO4 (dư) K2SO4 + 2H2O (2) 6KOH + Fe2(SO4)3  3K2SO4 + 2Fe(OH)3  (3) 0,3 mol 0,1 mol 0,35  0,3 n KOH   0, 025 mol 2 (phản ứng FexOy) = 0,4 – 0,025 = 0,375 mol = n H 2O (1) Theo (2): n H 2SO4 (dư) =½  n H SO Cách 1: Sử dụng kết hợp bảo toàn số mol nguyên tố BTKL  Gọi a số mol SO2 Bảo toàn số mol S  n Fe (SO )  0,375  a (mol) Bảo toàn khối lượng phản ứng (1), ta có: 9,6 + 0,375.98 = 0,375  a  400 + 0,375.18 + 64a  a = 0,15 mol  V = 0,15.22,4 = 3,36 lít  Cách 2: Sử dụng phân tích hệ số Phân tích hệ số phản ứng (1)  n H 2SO  3n Fe  n O ; nSO2  1, 5n Fe  n O 3n Fe  n O  0,375  n Fe  0,15  nSO2  1,5.0,15  0,075  0,15mol     56n Fe  16n O  9,6 n O  0,075  V  0,15.22,  3,36 lit (Hoặc nSO  n H SO  1,5n Fe  0,375  0,15.1,5  0,15 mol ) 2  Cách 3: Sử dụng Quy đổi hỗn hợp X thành Fe Fe2O3 Fe2O3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3H2O a 3a (mol) 2Fe + 6H2SO4  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  b 3b 1,5b (mol) 63 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành 160a  56b  9, a  0, 025   V= 0,15.22,4 = 3,36 lít  3a  3b  0, 375 b  0,1 Ta có:  Bài 33: Cho 41,6 gam hỗn hợp E gồm FeO, FeCO3, Fe Cu vào dung dịch HCl, kết thúc phản ứng thu 254 gam dung dịch (chỉ chứa chất tan có nồng độ 20%); 6,72 lít (đktc) hỗn hợp khí F (có tỉ khối so với H2 8) lại m (gam) rắn A gồm kim loại Hòa tan hết hỗn hợp rắn A 87,5 gam dung dịch HNO3 50,4%, thu dung dịch X hỗn hợp khí B Thêm 400 ml dung dịch KOH 1,25M vào dung dịch X thu kết tủa Y dung dịch Z Nung Y khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu 16,0 gam chất rắn Cô cạn dung dịch Z chất rắn T Nung T đến khối lượng không đổi thu 41,05 gam chất rắn (Biết phản ứng xảy hồn tồn) Tính % khối lượng kim loại A C% chất dung dịch X Phân tích: 0,3 mol F (CO  H )   FeO,FeCO3 M 16  HCl   Fe,Cu 254 gam dd FeCl2 20% + A(Cu + Fe)   41,6(gam)  BT số mol Cl, số mol H BTKL tìm giá trị mA  NO n   Fe  87,5(g)dd cô cạn t0 A 41,05(g) r¾n  0,5mol KOH  dd Z  T  0,7molHNO  Cu ddX   t /KK   Y  16g r¾n %m(trongA)  ? ; C%(trong X)=? – Mấu chốt sơ đồ khối lượng chất rắn sau nung T (41,05 gam) Nếu KOH chuyển hết vào KNO3 mrắn ≥ 0,5.85 = 42,5 (gam) > 41,05 gam Điều chứng tỏ KOH dư  tồn kim loại Cu Fe chuyển vào kết tủa Y Fe O : 0,5a(mol) 56a  64b  11,6 a  0,15(mol) Fe : a mol      Cu : b mol CuO : b(mol) 80x  80b  16 b  0,05(mol) Hướng dẫn:  Phản ứng E với dung dịch HCl: FeO + 2HCl  FeCl2 + H2O FeCO3 + 2HCl  FeCl2 + H2O + CO2  Fe + 2HCl  FeCl2 + H2  Tính số mol khí F = 0,3 mol ; MF = 8.2 =16 g/mol Ta có: 64 nH n CO 2.0,3  44  16  n H   0, m ol    16   n CO  0,1 m ol  ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 n FeCl  254.20  0,4 mol  n HCl = 0,4.2 = 0,8 mol 100.127 Bảo toàn mol H  n H 2O  0,8  0,2.2  0,2 mol Bảo tồn khối lượng ta có: 41,6 – mA = 0,4.127 + 0,2.18 + 0,3.16 – 0,8.36,5 = 30  mA = 11,6 (gam)  Phản ứng A với dung dịch H2SO4 đặc, nóng: Tính số mol KOH = 0,5 mol; số mol HNO3 = 0,7 mol Các phản ứng xảy ra: (5–2n)Fe + (18–6n)HNO3  (5–2n)Fe(NO3)3 + (9–3n)H2O + 3NOn  (5–2n)Fe + (12n– 4n)HNO3  (5–2n)Fe(NO3)2 + (6n– 2n)H2O + 2NOn  (5–2n)Cu + (12n– 4n)HNO3  (5–2n)Cu(NO3)2 + (6n– 2n)H2O + 2NOn  KOH + HNO3  KNO3 + H2O 2KOH + Fe(NO3)2  Fe(OH)2  + 2KNO3 3KOH + Fe(NO3)3  Fe(OH)3  + 3KNO3 2KOH + Cu(NO3)2  Cu(OH)2  + 2KNO3  Phản ứng nhiệt phân T: Nếu KOH hết  m  0,5.85  42,5  gam   41,05  gam   vô lý KNO2 Vậy KOH dư t0  KNO2 + ½ O2  KNO3  Tăng giảm khối lượng  n KNO = 41,05  0,5.56  0,45 mol = n NO3 (trong X) 46  17  Nhiệt phân Y: t0  CuO + H2O Cu(OH)2  t0  Fe2O3 + 3H2O 2Fe(OH)3  t0  Fe2O3 + 2H2O 2Fe(OH)2 + ½ O2  Fe O : 0,5a(mol) 56a  64b  11,6 a  0,15(mol) Fe : a mol    Ta có:  Cu : b mol CuO : b(mol) 80x  80b  16 b  0,05(mol)  %m Fe (A)  72,41% ; %mCu (A)  27,59% 2+ Ta có: 3n Fe  2n Cu  0,55 mol >n NO (trong X)  0, 45 mol  có muối Fe  Fe(NO ) : x   Đặt X  Fe(NO ) : y  Cu (NO ) : 0, 05   x  y  0,15    3x  2y  0, 45  0,1  0, 35  x  0, 05   y  0,1 65 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Bảo tồn số mol N  n NO  0,  0, 45  0, 25 mol n Bảo toàn số mol oxi  0,25n + 0,35.1 + 0,45.3 = 0,7.3  n = 1,6 BTKL  mX = 11,6 + 87,5 – 0,25.(14 +16.1,6) = 89,2 gam Nồng độ phần trăm chất tan dung dịch X: 0,1.180 C%Fe(NO )  100%  20,17% 89, C%Fe(NO )3  0,05.242 100%  13,57% 89,2 0,05.188 100%  10,54% 89,2 Bài 34: Cho 17 gam hỗn hợp A gồm: MxOy, CuO, Al2O3.Chia hỗn hợp thành phần nhau: – Cho phần vào dung dịch NaOH dư, thấy lại 7,8 gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết rắn X dung dịch HCl (vừa đủ) thu dung dịch X', thêm tiếp AgNO3 dư vào dung dịch sau phản ứng thu m (gam) kết tủa – Dẫn 4,928 lít (đktc) khí CO qua phần nung nóng thu rắn Y hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H2 18 Cho rắn Y vào dung dịch HCl dư thấy lại 3,2 gam chất rắn a) Tính phần trăm khối lượng nguyên tố A b) Xác định công thức hóa học MxOy tính m Biết tất phản ứng xảy hồn tồn (Trích đề khảo sát HSG lớp trường THCS&THPT Y Đôn, Gia Lai năm học 2018-2019) Phân tích: Mấu chốt: – Rắn X gồm chất  MXOy không tan kiềm – Khử oxit kim loại khí CO (hoặc H2) khối lượng chất khí tăng thêm khối lượng oxi bị khử.Mặt khác, phản ứng có hệ số khí phản ứng hệ số khí sinh nên số mol khí khơng đổi Từ MZ =36 g/mol số mol 0,22 mol  số mol CO2 = số mol CO dư = 0,11 mol Đây sở chứng minh MxOy bị khử Hướng dẫn: Mỗi phần có khối lượng 8,5 gam C%Cu(NO )2  – Phần 1: n Al O  8,5  7, 48  0, 01 mol 102 Al2O3 + 2NaOH  NaAlO2 + H2O Chất rắn X MxOy CuO CuO + 2HCl  CuCl2 + H2O 66 ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 MxOy + 2yHCl  xMCl2y/x + yH2O CuCl2 + 2AgNO3  Cu(NO3)2 + 2AgCl  MCl2y/x + 2y/xAgNO3  M(NO3)2y/x + 2y/xAgCl  Vì AgNO3 dư nên xảy phản ứng: M(NO3)2y/x + (z –2y/x)AgNO3  M(NO3)z + (z –2y/x)Ag  – Phần 2: Tính số mol CO = 0,22 mol; MZ = 2.18 = 36 g/mol  n CO n CO  36  28 3,   n CO  0, 22 :  0,11(mol)   0, 05 44  36 64 Vậy MxOy bị khử CO  mCu =3,2 gam t0  Cu + CO2  CuO + CO  t0  xM + yCO2  MxOy + yCO  2M + 2nHCl  MCln + nH2  a) Phần trăm khối lượng nguyên tố A: 3, 0, 01.54  100%  37, 65%; %m   100%  6,35% ; Al 8,5 8,5 (0,11  0, 01  3)  16 %m   100%  26,35%  %m  29, 65% O M 8,5 %m Cu  b) n O (bị khử) = n CO2 = 0,11 mol  n O (trong MxOy) = 0,11 – 0,05 = 0,06 mol mM  x Oy  7, 48 – 0,05  80  3, 48 gam n  / x.M 3, 48  0,06.16 2y   M  21  21n   y 0,16 x M  56 (Fe) Vậy công thức MxOy Fe3O4 Dung dịch X' gồm FeCl2, FeCl3, CuCl2  Kết tủa: AgCl, Ag n Cl  2n O  2.0,11  0,22 mol 3,48  0,235 mol 232 Khối lượng kết tủa: m = 0,22.35,5 + 0,235.108 = 33,19 (gam)  Học sinh tính theo theo phương trình hóa học: CuCl2 + 2AgNO3  Cu(NO3)2 + 2AgCl  0,05 0,1 mol FeCl3 + 3AgNO3  Fe(NO3)3 + 3AgCl  0,03  0,09 (mol) FeCl2 + 3AgNO3  Fe(NO3)3 + 2AgCl  + Ag  0,015  0,03 0,015 mol n AgNO  n Cl  n Fe 3O  0, 22  67 11 chuyên đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành Bài 35: Cho m1 (gam) hỗn hợp X gồm Fe, FeCO3, Fe3O4 có tỷ lệ số mol tương ứng : : tan hết dung dịch H2SO4 đặc nóng Sau phản ứng thu dung dịch Y chứa muối 2,6544 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm CO2 SO2 Biết dung dịch Y phản ứng tối đa 0,2m1 (gam) Cu Hấp thụ tồn khí Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu m2 (gam) kết tủa T Biết phản ứng xảy hồn tồn Tính giá trị m1, m2 Phân tích: Fe :8x(mol)  H 2SO4 X FeCO3 : 2x   Fe O : x     CaCO3 CO : 2x Ca(OH)2 d­ Z  T SO : 0,1185  2x CaSO3    0,1185mol m (gam) FeSO   Cu Y  m1(g) 0,2m(gam) Fe (SO )   SP  Hướng dẫn: Gọi số mol Fe, FeCO3 Fe3O4 X 8x, 2x, x mol Bảo toàn khối lượng  m1 = 56.8x + 116.2x + 232x = 912x (gam) 2, 6544 0, 2.912x nZ   0,1185 mol ; n Cu   2,85x(mol) 22, 64 – Phản ứng X với H2SO4 đặc nóng Vì Y chứa muối nên H2SO4 phản ứng hết 2FeCO3 + 4H2SO4 đặc nóng  Fe2(SO4)3 + 4H2O + 2CO2  + SO2  (1) 2x  2x x (mol) 2Fe3O4 + 10H2SO4 đặc nóng  3Fe2(SO4)3 + 10H2O + SO2  (2) x 0,5x (mol) đặc nóng 2Fe + 6H2SO4 (3)  Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  y (mol)  1,5y (mol) Fe + Fe2(SO4)3  3FeSO4 (4) (8x –y)  3.(8x –y) mol Cu + Fe2(SO4)3  2FeSO4 + CuSO4 (5) 2,85x  5,7x (mol) CO2 + Ca(OH)2  CaCO3  + H2O (6) SO2 + Ca(OH)2  CaSO3  + H2O (7) Ta có: 3,5x + 1,5y = 0,1185 (*) Bảo tồn ngun tố Fe  3.(8x –y) + 5,7x = 13x  16,7x – 3y = (**) Giải hệ phương trình (*) (**)  x = 0,01 ; y = 0,167/3 Khối lượng hỗn hợp X: m1 = 912.0,01 = 9,12 (gam) 68 ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 Khối lượng kết tủa: m2 = 2.0,01.100 + 1,5.(0,167:3 +0,01).120 = 13,82 (gam) Lưu ý: Để giải tốn nhanh ta nên sử dụng quy tắc hóa trị (tương tự bảo toàn electron cấp THPT) Khi sử dụng quy tắc hóa trị khơng xét FeCO3 ngun tố Fe khơng đổi điện hóa trị) 2n Fe  2n Cu  2n Fe 3O4  2nSO  nSO = (16x + 2.2,85x – 2.x): = 9,85x (mol) Bảo toàn số mol C  n CO =2x (mol)  Ta có: 9,85x + 2x = 0,1185  x = 0,01 mol Bài 36: Hòa tan 24,16 gam hỗn hợp X gồm Cu Fe3O4 dung dịch HCl lỗng dư thấy lại 6,4 gam Cu khơng tan Mặt khác, hòa tan hết 24,16 gam hỗn hợp X 240 gam dung dịch HNO3 31,5% (dùng dư) thu dung dịch Y (không chứa NH4NO3) hỗn hợp khí Z Cho 600 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y Lọc bỏ kết tủa, cạn dung dịch nước lọc sau nung đến khối lượng không đổi thu 78,16 gam chất rắn khan Biết phản ứng xảy hồn tồn a) Tính khối lượng chất X b) Tính nồng độ % Cu(NO3)2 dung dịch Y (Nguồn: đăng nhóm facebook Hoahoc bookgol) Phân tích: Mấu chốt tốn chỗ biết số mol NaOH khối lượng sản phẩm nung (78,16 gam rắn) Nếu NaOH hết khối lượng rắn tối thiểu khối lượng NaNO2  mrắn (min) = 1,2.69 =82,8 gam > 78,16 gam Điều chứng tỏ NaOH dư  chất rắn sau nung gồm NaNO2 NaOH dư Hướng dẫn: a) Gọi x,y số mol Cu, Fe3O4 hỗn hợp X  Thí nghiệm 1: Fe3O4 + 8HCl  2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O y 2y y (mol) Cu + 2FeCl3  CuCl2 + 2FeCl2  2y (mol) y 64x  232y  24,16  x  0,16  Theo đề ta có:  x  y  0,1  y  0,06 Phần trăm khối lượng chất hỗn hợp X: 0,16.64 %m Cu   100%  42,38%  %m Fe O  57,62% 24,16 b) Đặt công thức trung bình khí Z NOn 69 11 chun đề hay, khó bồi dưỡng HSG mơn Hóa học THCS - Nguyễn Đình Hành  Thí nghiệm 2: Tính số mol HNO3 = 1,2 mol ; số mol NaOH = 1,2 mol (5–2n)Fe3O4 + (46–18n)HNO3  (15–6n)Fe(NO3)3 + (23– 9n)H2O + NOn  (5–2n)Cu + (12– 4n)HNO3  (5–2n)Cu(NO3)2 + (6–2n)H2O + 2NOn  Nếu NaOH hết  m NaNO2 = 1,2.69 = 82,8 gam > 78,16 gam (vơ lý) Vậy NaOH dư  Rắn sau nung gồm NaNO2 NaOH dư HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O Fe(NO3)3 + 3NaOH → 3NaNO3 + Fe(OH)3  Cu(NO3)2 + 2NaOH → 2NaNO3 + Cu(OH)2  t0 NaNO3  NaNO2 + ½ O2  78,16  1,2.40  1,04 mol 46  17  1,  1,04  0,16(mol) Tăng giảm khối lượng  n NO Bảo toàn số mol N  n NO n (trong Y)  n NaNO  Theo quy tắc hóa trị  n Cu  n Fe  3O n NO (5  2n) n  0,16.2 + 0,06.1 = 0,16.(5 – 2n)  n = 1,3125 Theo BTKL  mY = 24,16 + 240 – 0,16.(14 + 16.1,3125) = 258,56 gam Nồng độ % Cu(NO3)2 dung dịch Y: 0,16.188 C%Cu(NO )   100%  11,63% 258,56 Bài 37: Nung nóng thời gian hỗn hợp A gồm Al oxit sắt (giả sử xảy phản ứng khử oxit sắt thành kim loại) m gam hỗn hợp B Chia hỗn hợp B thành hai phần Cho phần tác dụng hoàn toàn với dung dịch KOH dư 10,08 lít khí (đktc) có 29,52 gam chất rắn khơng tan Hòa tan hồn tồn phần dung dịch H2SO4 đặc nóng dư 19,152 lít khí SO2 (đktc, sản phẩm khử suy nhất) dung dịch C Cho dung dịch C phản ứng hoàn toàn với dung dịch NH3 dư, lấy toàn lượng kết tủa tạo thành đem nung đến khối lượng không đổi 65,07 gam chất rắn Xác định công thức oxit sắt tính m (Trích đề thi vào lớp 10 chuyên hóa ĐHQG Hà nội, năm 2017) Hướng dẫn: t0  3xFe + yAl2O3 2yAl + 3FexOy  Vì B + KOH  H2  nên chứng tỏ Al dư Đặt cơng thức chung Fe FexOy B FenOm Rắn B: Al2O3, Al, FenOm *Phần 1: nH2 = 0,45 mol  rắn không tan FenOm Al2O3 + 2NaOH  2NaAlO2 + H2O 2Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2 + 3H2  0,45 mol 0,3 70 (1) (2) (3) ĐT liên hệ: 0988.275.228 0898375.488 * Phần 2: Tính nSO = 0,855 mol Al2O3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2O (4) 2Al + 6H2SO4  Al2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2  (5) 2FenOm + (6n–2m)H2SO4  nFe2(SO4)3 + (6n–2m)H2O + (3n–2m)SO2  (6) Gọi a, b số mol nguyên tố Fe, O FenOm Gọi c số mol Al2O3 Phân tích hệ số phản ứng (5,6)  nSO  1, 5n Al  1,5n Fe  n O 56a  16b  29,52  a  0, 45     b  0, 27 Ta có: 1,5a  b  0,855  1,5.0,3 80a  102c  65,07  0,15.012 c  0,135   x 0, 45   Công thức oxit sắt ban đầu: Fe2O3 Vậy  y 0,3  0,135.3 Bảo toàn khối lượng ta có: m = (0,3.27 + 0,135.102 + 0,45.56 + 0,27.16).2 = 102,78 gam Bài 38: Hòa tan hoàn toàn 10,42 gam X gồm FeS2, FeS, Cu2S, MgS, ZnS dung dịch H2SO4 đặc nóng thu dung dịch Y chứa m gam muối sunfat trung hòa 11,2 lít (đktc) khí SO2 (sản phẩm khử nhất) Thêm từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch Y đến kết tủa cực đại lượng kết tủa thu có khối lượng 43,96 gam Tìm m? Hướng dẫn: Tính số mol SO2 = 0,5 mol Quy đổi hỗn hợp X gồm kim loại M S Gọi a,b số mol M S X 2M + 2nH2SO4 đặc  M2(SO4)n + 2nH2O + nSO2  a 0,5a 0,5an (mol) S + 2H2SO4 đặc  2H2O + 3SO2  b 3b (mol) M2(SO4)n + nBa(OH)2  2M(OH)n  + nBaSO4  0,5a  a 0,5an (mol) aM  32b  10, 42 aM  6,58    b  0,12 Theo đề ta có: 3b  0,5an  0,5 aM  (17  233.0,5)an  43,96 an  0, 28   Bảo tồn khối lượng ta có: m = m M  mSO  aM + 0,5an.96 = 6,58 + 0,5.0,28.96 = 20,02 gam **-71 ... sơ đồ hợp thức: 4FexOy   (3x–2y)NO + (3x–2y)NO2 4.(56x  16y) 16, 96 x 26    3x  2y 0,12 y 15 26  56  16, 96  14, 56 gam  mFe (ban đầu) = 26. 56  15. 16 Theo sơ đồ  Ngồi ta giải toán. .. nóng  Fe2(SO4)3 + 6H2O + SO2  3Fe(NO3)2 + 4HNO3 loãng  3Fe(NO3)3 + 2H2O + NO  2- Quy đổi giải toán hỗn hợp (Fe + oxit sắt) tác dụng với axit  Sắt từ oxit (Fe3O4) coi hỗn tạp oxit: FeO Fe2O3... Fe2O3 (số mol hỗn hợp thay đổi) 3mol Fe3O4   1mol Fe + 4mol Fe2O3 (số mol hỗn hợp thay đổi) 2- Phân dạng tập phương pháp giải (thường gặp) 2.1-Dạng 1: Hỗn hợp (Fe, oxit sắt) tác dụng axit thường