chuyên đề: “Bài tập hỗn hợp sắt và oxít sắt với dung dịch axít”

Với giả thiết là cho m gam hỗn hợp gồm Fe và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3(dư) thu được 1 khí duy nhất thì ta có thể sử dụng nhiều phương pháp để giải, Nếu thu được nhiều [r]

THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ

Tên chuyên đề:“Bài tập hỗn hợp sắt oxít sắt với dung dịch axít” Tác giả:

- Họ tên: Phan Thanh Long - Chức vụ: Giáo viên

- Đơn vị công tác: Trường THCS Lê Hồng Phong – Phúc Yên

Đối tượng học sinh bồi dưỡng:

Học sinh lớp tham gia kì thi HSG cấp huyện, cấp tỉnh

Thời gian bồi dưỡng: 6 tiết

NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I Lý chọn chuyên đề:

Trước xu đổi đất nước nay, tiến hành cơng cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước Vấn đề “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài” vấn đề cấp bách cần giải Một trọng tâm đổi giáo dục, phương hướng giáo dục Đảng, Nhà nước ngành

giáo dục & đào tạo thời gian trước mắt lâu dài, đào tạo người “Lao động, tự chủ, sáng tạo” có lực thích ứng với kinh tế thị trường, có lực giải vấn đề, động, linh hoạt có óc sáng tạo

Tăng cường tính tích cực phát triển tư sáng tạo cho học sinh trình học tập u cầu cần thiết, địi hỏi người học tích cực, tự lực tham gia sáng tạo trình nhận thức

Bộ mơn Hố học phổ thơng có mục đích trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức bản, bao gồm kiến thức cấu tạo chất, phân loại chất tính chất, ứng dụng, cách điều chế chất Bên cạnh đó, cịn rèn cho học sinh kỹ thực hành, kỹ sử dụng chất thích hợp, hiệu quả, giải thích số tượng thực tế, vận dụng giải tập giúp học sinh củng cố khắc sâu kiến thức

Dạy học hóa học trường đổi tích cực nhằm góp phần thực thắng lợi mục tiêu giáo dục trường THCS Ngoài nhiệm vụ nâng cao chất lượng hiểu biết kiến thức vận dụng kỹ năng, nhà trường phải trọng đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi cấp; coi trọng việc hình thành phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh Trong năm gần đây, vấn đề bồi dưỡng dự thi HSG quan tâm cấp quản lý, quý phụ huynh em học sinh Tuy nhiên bên cạnh cịn nhiều khó khăn cho thầy trị:

Đối với thầy: Khơng có điểm mở đầu kết thúc nội dung bồi dưỡng, phạm vi kiến thức rộng, dạy để không thừa mà không thiếu, đáp ứng yêu cầu đề thi, vấn đề khó

Đối với trị: Vấn đề học bồi dưỡng chưa thực vào chiều sâu, số em học bồi dưỡng theo phong trào, lúc tham gia bồi dưỡng nhiều lĩnh vực khác (HSG văn hóa, HSG giải tốn máy tính bỏ túi, Giải tốn qua mang ), ngồi em cịn học thêm nhiều mơn, từ dẫn đến quỹ thời gian khơng đủ để em tự học, tự nghiên cứu nhằm trang bị thêm kiến thức vững cho thân

Bên cạnh chưa có chương trình thức bồi dưỡng HSG , người giáo viên nhận nhiệm vụ phải tự đề nội dung bồi dưỡng cho phù hợp với tình hình thực tế đơn vị, đồng thời phải đáp ứng yêu cầu đề thi nhằm đạt kết tốt

Là giáo viên tham gia bồi dưỡng đội tuyển HS giỏi trường thấy nhiều vấn đề mà đội tuyển nhiều học sinh lúng túng, giải toán liên quan đến hỗn hợp sắt oxít sắt Trong loại tập không gặp sách nâng cao lớp mà chương trình THPT, đề thi ĐH-CĐ

Để góp phần nhỏ giải khó khăn tơi lựa chọn chun đề “Bài tốn hỗn hợp sắt oxít sắt với dung dịch axít” nhằm củng cố, nâng cao kiến thức cho học sinh đội tuyển tham gia kì thi HSG cấp thị ,cấp tỉnh giúp em sau học tốt hóa học THPT

II Hệ thống kiến thức sử dụng chuyên đề 1.Kiến thức bản

a Tính chất hóa học sắt - Tác dụng với phi kim: + Tác dụng với oxi: 3Fe(r) + 2O2(k)

o t

   Fe3O4(r)

+ Tác dụng với clo: 2Fe(r) + 3Cl2(k)

o t

   2FeCl3(r)

Ở nhiệt độ cao sắt phản ứng với nhiều phi kim khác lưu huỳnh, brom tạo thành muối FeS, FeBr3 …

Sắt tác dụng với nhiều phi kim tạo thành oxit muối - Tác dụng với dung dịch axit

Sắt phản ứng với dung dịch HCl, H2SO4 loãng … tạo thành muối sắt (II) giải phóng khí H2

Fe + 2HCl   FeCl2+ H2

*Lưu ý: Fe không tác dụng với HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc, nguội

- Tác dụng với dung dịch muối Fe + 2AgNO3  Fe(NO3)2 + 2Ag Fe + CuSO4   FeSO4 +Cu

 Kết luận:

Sắt có đầy đủ tính chất hóa học kim loại b Tính chất hóa học oxit sắt

3Fe2O3 + CO

o t

   2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO

o t

   3Fe + CO2

FeO + CO

o t

   Fe + CO2

FeO + H2SO4   FeSO4 + H2O FeO+ 2HCl   FeCl2+ H2O

Fe2O3 +3H2SO4   Fe2( SO4)3 + 3H2O Fe2O3 + 6HCl   2FeCl3+ 3H2O

Fe3O4 +4H2SO4   FeSO4 + Fe2( SO4)3 + 4H2O Fe3O4 + 8HCl   FeCl2+ 2FeCl3+ 4H2O

2.Kiến thức nâng cao

a Tính chất hóa học sắt

Tác dụng với dung dịch HNO3 H2SO4 đặc, nóng Fe khử N+5

+S6

HNO3 (dư)hoặc H2SO4 đặc, nóng (dư)đến số oxi hố thấp hơn, cịn Fe bị oxi hoá thành Fe+3

4 3( ) ( 3 3) 2

Fe HNO l  Fe NO NO H O

Fe bị thụ động axit HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc, nguội.

3FeO + 10HNO3  3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O 3Fe3O4 + 28HNO3  9Fe(NO3)3 + NO +14H2O Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O

FeO +4HNO3  Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O Fe3O4 + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO2 +5H2O

Dãy khử chuẩn (Bảng tuần hồn Ngun tố hóa học) Một số trường hợp muối sắt(II) lên muối sắt (III)

10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4   5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O 2FeCl2 + Cl2   2FeCl3

Một số công thức giải nhanh hóa học 68 cơng thức giải nhanh hóa học tác giả Ngơ Xn Quỳnh

3 Các định luật cần vận dụng a Định luật bảo toàn khối lượng:

Nội dung: Khối lượng chất tham gia phản ứng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng

Trong cần vận dụng hệ

Hệ quả1: Gọi mT tổng khối lượng chất trước phản ứng, ms khối lượng chất sau phản ứng Dù phản ứng xảy với hiệu suất ta có: mT = mS

Hệ 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo hợp chất ta ln có: Khối lượng chất = khối lượng cation+khối lượng anion Khối lượng cation anion ta coi khối lượng nguyên tử cấu tạo thành

b Định luật bảo toàn nguyên tố

Nội dung định luật: Tổng khối lượng nguyên tố trước phản ứng tổng khối lượng nguyên tố sau phản ứng Nội dung định luật hiểu tổng số mol nguyên tố bảo toàn phản ứng

Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho số mol electron mà chất oxi hóa nhận

Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán cần lưu ý:

Trong phản ứng hệ phản ứng cần quan tâm đến trạng thái đầu trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian

Nếu có nhiều chất oxi hóa chất khử số mol electron trao đổi tổng số mol tất chất nhường nhận electron

III.Hệ thống phương pháp bản, đặc trưng để giải dạng tập trong chuyên đề: Phương pháp đai số, phương pháp quy đổi, phương pháp bảo toàn e, Phương pháp bảo toàn khối lượng

IV.Các dạng tập chuyên đề:

1.Dạng 1:Dạng hỗn hợp sắt oxit sắt phản ứng với dung dịchHNO3

;H2SO4 đặc ,nóng

Với giả thiết cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3(dư) thu khí ta sử dụng nhiều phương pháp để giải, Nếu thu nhiều khí khơng nên dùng phương pháp đai số khơng biết chất phản ứng với HNO3 sinh khí để viết phương trình hóa học Theo cá nhân với dạng nên dùng phương pháp quy đổi Ta coi hỗn hợp có x mol Fe, y mol O ta xét phản ứng có chất nhường electron Fe cịn chất nhận electron O HNO3

Ví dụ: Với giả thiết cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3(dư) thu khí khí NO Ta coi hỗn hợp có x mol Fe, y mol O ta xét phản ứng chất nhường electron Fe cịn chất nhận electron O HNO3

Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1) Theo định luật bảo toàn electron

22,

V

22,

V Fe Fe3 3e

2

2

O e O

N e N O

  

 

 

3 22,

V

Tổng electron nhường: 3x mol Tổng electron nhận: 2y +

3 22,

V

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + (2)

Từ (1) (2) ta có hệ

56 16 3

22,

x y m

V

x y

 

  

 

 

Việc giải hệ biết số yếu tố giải yêu cầu toán

Trường hợp cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3(dư) thu khí NO2 tường hợp cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với H2SO4 đặc, nóng (dư) sinh khí SO2 hay khí khác làm tương tự

Nếu đề yêu cầu tìm khối lượng muối thu sau phản ứng cần lưu ý liên hệ số mol sắt số mol muối

2.Dạng Dạng sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng với dung dịch axit HCl;H2SO4 loãng

Với dạng cho hỗn hợp oxít sắt ( không chứa Fe) phản ứng với dung dịch axit HCl;H2SO4 lỗng.

Đây khơng phải phản ứng oxi hóa khử mà phản ứng trao đổi Trong phản ứng ta coi phản ứng của: 2H O2 H O2

 

    

tạo muối Fe2+ Fe3+ dung dịch Như biết số mol H+ ta biết khối lượng oxi hỗn hợp oxit từ tính tổng số mol sắt hỗn hợp ban đầu

2y y

x 3x

Với dạng sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng dung dịch axit HCl;H2SO4

loãng

Dạng giống dạng nhiên sản phẩm phản ứng cịn có H2 Fe phản ứng Nếu trường hợp có H2 sinh Fe phản ứng liên quan đến H+ sẽ có phản ứng sau:

2

2

2 2

H e H

H O H O



 

   

 

  

Như dựa vào tổng số mol H+ số mol H2 để tìm số mol O2- từ tính tổng số mol Fe.

V.Các tập vận dụng

1 Dạng một: hỗn hợp sắt oxit sắt phản ứng với dung dịchHNO3 ;H2SO4 dặc ,nóng

Bài tập1 : Đốt m gam sắt ngồi khơng khí sau thời gian phản ứng sinh 12 gam hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 2,24 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính m

Giải:

Cách1: Quy đổi hỗn hợp A Fe O Sơ đồ phản ứng

,

( ) 3 4 3

2

( )

à Fe 3 3

2

FeO Fe O HNO

O kk NO

Fe

Fe NO Fe O v

  

 

        



 



Quy đổi hỗn hợp A Fe O.Như xét trình Fe đóng vai trị chất khử, O HNO3 đóng vai trị chất oxi hóa

Số mol NO = 0,1 mol

Gọi số mol Fe O tương ứng A x y ta có: 56x + 16y = 12 (1) Quá trình nhường nhận e:

0 3

Fe Fe  e

 

0

2

2

O e O

N e N O

  

 

Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận:( 2y + 0,3)mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,3 (2)

Từ (1) (2) ta có hệ phương trình

56 16 12 0,3

x y x y       

Giải hệ phương trình ta có x = 0,18 y = 0,12 => mFe =0,18.56 = 10,08g

Cách2: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, FeO: y mol Ta có

hệ phương trình sau:

56 72 12 0,06

3 0,3 0,12

x y x

x y y

            

 mFe = (0,06 + 0,12).56 = 10,08 gam

Cách3: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, Fe3O4: y mol Ta có hệ phương trình sau:

56 232 12 0,09

3 0,3 0,03

x y x

x y y

            

 mFe = (0,09 + 3.0,03).56 = 10,08 gam

Cách4:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, Fe2O3: y mol Ta có hệ phương trình sau:

56 160 12 0,1

3 0,3 0,04

x y x

x y            

 mFe = (0,1 + 2.0,4).56 = 10,08 gam

Cách5:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm FeO: x mol, Fe3O4: y mol Ta có hệ phương trình sau:

72 232 12 0,36

0,3 0,06

x y x

x y y

            

 mFe = 0,36 + 3.(-0,06).56 = 10,08g

72 160 12 0,3

0,3 0,06

x y x

x y

  

 



 

 

 

 mFe = 0,3 + 2.(-0,06).56 = 10,08g

Cách7: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe3O4: x mol, Fe2O3: y mol Ta có hệ phương trình sau:

232 160 12 0,3

0,3 0,36

x y x

x y

  

 



 

 

 

 mFe =3.0,3 + 2.(-0,36).56 = 10,08g

Cách8:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm chất Fe:x mol; FeO:y mol; Fe2O3: z mol Ta có hệ phương trình sau:

56 72 160 12(1) 0,3(2)

x y z

x y

  

 

 



 x + y+ 2z = 0,18

 mFe = (x+y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 gam

Cách9: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm chất Fe:x mol,Fe3O4: y mol,Fe2O3:z mol Ta có hệ phương trình sau:

56 232 160 12(1) 0,3(2)

x y z

x y

  

 

 



 x + 3y + 2z = 0,18

 mFe = (x+3y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 g

Cách10: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm chất FeO:x mol,Fe3O4:y mol,

Fe2O3:z mol Ta có hệ phương trình sau:

72 232 160 12(1) 0,3(2)

x y z

x y

  

 

 



 x + 3y + 2z = 0,18

Cách11: Do hỗn hợp A gồm nguyên tố sắt oxi nên qui đổi chất có cơng thức qui đổi là:Fex0y Viết PTHH phản ứng với công

thức qui đổi:

   33    

3Fex0y  12x 2y HNO  3xFe NO  3x 2y NO 6x y H O

12 56 16

nFe O

x y

x y  

; nNO = 0,1 Ta có tỉ lệ:

3

12 0,1 56 16

x y

x y

 

 (*)

Từ (*) rút ra:

3

x

y   Công thức qui đổi Fe3O2

12

.3.56 0,18.56 10,08 200

mFe    g

Cách12: Do hỗn hợp A gồm nguyên tố sắt oxi nên qui đổi chất có cơng thức qui đổi FeOx

Viết PTHH phản ứng với công thức qui đổi:

       

3 12 3 3 2

3

FeOx   x HNO  Fe NO   x NO  x H O

0,1 mol

Ta có

12 0,1.3 56 16 3-2

nFeO x

x x

x      Công thức qui đổi FeO2/3  nFeOx 0,18

mol

 nFe 0,18mol  mFe 10, 08g

Cách 13: Dùng phương pháp đại số

Viết PTHH, đặt ẩn số lập hệ phương trình đại số: 2Fe + O2  2FeO ; 3Fe + 2O2  Fe3O4

4Fe + 3O2  2Fe2O3

Đặt x, y, z, t số mol Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3+ NO + 2H2O

x mol x mol

y mol

y

mol 3Fe3O4 + 28HNO3 9Fe(NO3)3 + NO +14H2O

z mol

z

mol Fe2O3 + 6HNO3  2Fe(NO3)3 + 3H2O

Theo khối lượng hỗn hợp A: 56x + 72y +232z + 160t = 12 (1)

Theo số mol nguyên tử Fe: x+y+3z+2t = 56

m

(2)

Theo số mol nguyên tử O: y+4z+3t=

12 16

m 

(3)

Theo số mol NO:

2, 24 0,1 3 22,

y z

x   

(4) Hay 3x+y+z = 0,3

Nhận xét: Với bốn phương trình mà có năm ẩn khơng thể tìm năm ẩn Nhận thấy cần biến đổi để tìm giá trị phương trình (2) (3) tính m Chẳng hạn, tìm giá trị phương trình (2) sau:

Chia (1) cho được:7x +9y +29z +20t = 1,5 (5) Nhân (4) với được: 3x +y +z =0,3 (6) Cộng (5) với (6) được:10x+10y+30z+20t=1,8(7) Chia (7) cho 10 được: x+y+3z+2t = 0,18

Vậy : m = 56 0,18 = 10,08g

Hoặc tìm giá trị phương trình (3) sau:

Nhân (1) với

3

8được: 21x+27y+87z+60t =4,5 (8)

Cách 14: Phương pháp bảo toàn khối lượng :

Cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HNO3 , theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

( )

3 3

mAmHNO mFe NO mNOmH O

(1) Tính số mol chất:

( 3 3) 56

m

n n mol

Fe NO  Fe  nHNO3tạo NO = nNO = 0,1mol

3

nHNO

tạo Fe(NO3)3 =

3 ( 3 3) 56m

nFe NO 

;

3

nHNO

pư =

3

0,1 ;

56 2

m

nH O

 

3

nHNO

pư

Tính khối lượng chất thay vào (1) ta được:

3

12 0,1 63 242 0,1.30 0,1 18

56 56 56

m m m

   

        

   

Giải m = 10,08g

Nhận xét:

Bài tốn có nhiều cách giải ,nhiệm vụ xem xét cách giải phù hợp với đối tượng học sinh mà dạy

Phương pháp đại số cần viết nhiều phương trình hóa học nhiều phương trình toán học nên tốn thời gian trình giải phương trình tốn học địi hỏi học sinh phải có trình độ tốn học giỏi

Phương pháp quy đổi làm cho hỗn hợp đầu phức tạp chuyển dạng đơn giản ,qua làm cho phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện

Khi sử dụng phương pháp quy đổi số trường hợp số mol chất có giá trị âm để tổng số mol nguyên tố khơng đổi (bảo tồn)

Khi sử dụng phương pháp quy đổi kết ( trường hợp Fe O)

hướng dẫn học sinh chứng minh công thức  

56

24 80

mFe mhh nNO

Bài tập 2:Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu m gam muối khan Tính m ?

Nhận xét: tốn hồn tồn giải theo nhiều cách giống toán , giải theo phương pháp quy đổi

Giải:

Sơ đồ phản ứng

, 3

( )

à Fe 3 3

2

FeO Fe O HNO NO

Fe NO Fe O v

  

 

   

 



 



Quy đổi hỗn hợp X hỗn hợp gồm Fe O2 Như xét trình chất nhường e Fe chất nhận e O2 HNO3

Số mol NO = 0,06 mol

Gọi số mol Fe O2 tương ứng X x y ta có: 56x + 32y = 11,36 (1)

Q trình nhường nhận e:

3 3

Fe Fe  e

 

2

2

4

O e O

N e N O

  

 

 

0, 06 0,18

Tổng electron nhường: 3x (mol)

Tổng electron nhận: ( 4y + 0,18 ) mol

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 4y + 0,18 (2)

Từ (1) (2) ta có hệ phương trình

56 32 11,36 0,18

x y x y

 

 

 



Giải hệ ta có x = 0,16 y = 0,075

Như nFenFe NO( 3) 0,16mol m = 38,72 gam. 4y

y

- Với tốn ta hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh công thức:

mmuối =

242

80 ( mhh + 24nNO) áp dụng

- Nếu đề cho mmuối u cầu tính mhh ta dùng công thức -Nếu đề cho hỗn hợp khí ( cho số mol khí : N2 , NO, NO2, N2O) ta hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh công thức:

mmuối =

242

80 (mhh + 24nNO +8nNO2 +64nN2O + 80nN2) sau áp dụng với

chú ý khơng có khí coi số mol khí khơng

Bài tập3: Nung nóng m gam bột sắt ngồi khơng khí, sau phản ứng thu 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 lỗng (dư) thu 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Tính khối lượng HNO3 tham gia phản ứng?

Giải: Sơ đồ phản ứng

2 ,

( ) 3 4 3

2

à Fe

2 ( )

3

NO

FeO Fe O HNO

O kk

Fe NO

Fe O v

Fe NO                     

Quy đổi hỗn hợp X gồm Fe O Như xét trình Fe đóng vai trị chất khử , O HNO3 đóng vai trị chất oxi hóa

Theo đề ta có:

0,125

nNO nNO  mol

Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 20 (1) Quá trình nhường nhận e:

0,125 0,125

0 3

Fe Fe  e

  2

O e O

N e N O

N e N O

          

0,125 0,125 3x

Tổng electron nhường: 3x mol

Tổng electron nhận: (2y + 0,125+ 0,125x3) mol

x 3x

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,5 (2)

Từ (1) (2) ta có hệ phương trình

56 16 20

3 0,5

x y x y      

 Giải hệ ta có x =

0,3

y = 0,2 Như nFe = 0,3 mol

Theo định luật bảo tồn ngun tố ta có:

3 3

ơi í 3

mu Kh

HNO NO NO Fe NO NO

n n n  n n n

nên nHNO30,3 0,125 0,125 1,15x    mol.

Vậy mHNO3 1,15.63 72, 45 g

Nhận xét :Chúng ta hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh hai công thức: Sau áp dụng vào

56

24

80

mFe mhh nNO nNO 

 ;

4

8

3

mhh mFe

n n n

HNO NO NO



  

56

24

80

mFe mhh nNO nNO 

 =  

56

20 24.0.125 8.0,125

80   16,8g

4

8

3

mhh mFe

nHNO  nNO  nNO   4.0,125 2.0,125 20 16,8

8



   1,15mol

Vậy mHNO3 1,15.63 72, 45 g

Bài tập4: Nung nóng 12,6 gam Fe ngồi khơng khí sau thời gian thu m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư), thu 4,2 lít khí SO2 (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính m?

Giải: Sơ đồ phản ứng

,

( ) 3 4 2

2

à Fe ( )

2

FeO Fe O SO

O kk H SO dn

Fe

Fe O v Fe SO

                   

Ta có nSO2 = 0,1875 mol, nFe = 0,225 mol

Gọi x số mol O X Các trình cho nhận e

0,1875 0,1875 2x

0 3

Fe Fe  e

 

2

4

0 2 20

0 2 0

e

S e S

 

 

 

Tổng electron nhường: 0,675 mol Tổng electron nhận: ( 2x + 0,375)mol

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375   x = 0,15

Từ ta có: m = 12,6 + 0,15x 16 = 15 (gam)

Nhận xét : toán giải theo nhiều cách

- Nếu sử dụng phương pháp đai số viết bốn PTHH, đặt ẩn :

Đặt x, y, z, t số mol Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta có phương trình

Theo số mol SO2: 3x+y+z = 0,375(1)

Theo số mol Fe : x+y+3z+2t = 0, 225 (2)

Từ (1) (2) ta tìm mhh = 56x + 72y +232z + 160t = 15 (gam)

- Chúng ta hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh công thức sau áp dụng

80

16

56 2

mhh mFe nSO

2 Dạng hai: sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng vớidung dịch axit HCl;H2SO4 loãng

Khi cho hỗn hợp gồm Fe; FeO; Fe2O3 Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl H2SO4 loãng

- Đầu tiên xảy phản ứng oxit: FeO; Fe2O3 Fe3O4 với dung dịch HCl , H2SO4 loãng tạo dung dịch muối Fe2+ ; Fe3+

- Kim loại Fe phản ứng sau

Do vị trí cặp oxi hóa - khử dãy điện hóa:

Fe2+¿

Fe3+¿

¿

H+¿ H ∨¿ Fe2+¿

Fe ∨¿ ∨¿

Phản ứng xảy là: Fe + 2Fe3+  3Fe2+ Như

+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe2O3 Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl H2SO4 loãng có khí H2 dung dịch thu gồm có muối Fe2+.

+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe2O3 Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl H2SO4 lỗng dung dịch thu có muối Fe2+.thì khơng có khí H2

Bài tập1: Hịa tan hồn tồn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe2O3 Fe3O4 dung dịch HCl dư, sau phản ứng thấy tạo 12,7 gam FeCl2 Tính khối lượng FeCl3 thu

Giải:

1 Phương pháp đại số

Phương trình phản ứng:

FeO+2 HCl→FeCl2+H2O (1)

x x

Fe2O3+6 HCl→2 FeCl3+3H2O (2)

Fe3O4+8 HCl→FeCl2+2 FeCl3+3H2O (3)

z z 2z Fe+2 FeCl3→3 FeCl2 (4)

t 2t 3t

Gọi x, y, z, t số mol FeO; Fe2O3; Fe3O4 Fe mX = 11,2  72x + 160y + 232z + 56t = 11,2 (*) Theo phương trình phản ứng (1), (2), (3), (4):

nFeCl3=2y+2z−2t

nFeCl2=x+z+3t=12,7

127 =0,1 mol (**)

Từ (*) (**) ta có:

¿

72x + 160y + 232z + 56t = 11,2

x+z+3t=0,1

⇔

¿72x + 160y + 232z + 56t = 11,2 (a)

72(x+z+3t)=0,1×72 (b)

¿{

¿

Lấy (a) – (b): 160y + 160z – 160t =  2y + 2z – 2t = 0,05

Theo trên: nFeCl3=2y+2z −2t=0,05 → mFeCl3=0,05×162,5=8,125 gam

2 Phương pháp bảo toàn khối lượng

Sơ đồ phản ứng: X Fe

FeO Fe2O3

Fe3O4

+ HCl → FeCl2+FeCl3+3H2O

¿{ { {

Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có:

mX+mHCl=mFeCl2+mFeCl3+mH2O (1)

nFeCl2=12,7

Đặt nFeCl3=x mol

Bảo toàn nguyên tố Cl: nHCl=2nFeCl2+3nFeCl3 = 0,2 + 3x

Bảo toàn nguyên tố H: nH2O=1

2nHCl=

1

2(0,2+3x)

Thay vào biểu thức (1):

11,2 + 36,5(0,2 + 3x) = 12,7 + 162,5x + 18 12(0,2+3x)

 x = 0,05

 mFeCl3=0,05×162,5=8,125 gam

3 Phương pháp bảo tồn electron

Giả sử ban đầu có a gam Fe tác dụng với O2 thu hỗn hợp X, ta có sơ đồ sau:

Fe ⃗+ O2 X

Fe FeO Fe2O3

Fe3O4

⃗+ HCl FeCl

2+FeCl3+3H2O

¿

{ { {

Các trình:

2+¿+ 2e

¿0,1 0,1 0,2

Fe → Fe¿

3+¿ + 3e

¿Fe → Fe¿∨ a

56 -0,1

a

56 -0,1 3(

a

56 -0,1)

¿}



Oo

+ 2e → O-2

11,2-a 16

11,2-a

Theo định luật bảo toàn electron: 0,2 + 3( a

56 -0,1) =

11,2-a

 nFe=

8,4

56 =0,15 mol

Bảo toàn nguyên tố Fe:

Fe2+¿

= 0,15−0,1=0,05 mol

Fe3+¿

= nFe−n¿

Fe3+¿ → n ¿

Fe2+¿ + n¿

nFe= n¿

 mFeCl3=0,05×162,5=8,125 gam

4 Phương pháp quy đổi

Cách 1: Quy đổi hỗn hợp X FeO Fe2O3 Sơ đồ phản ứng:

¿

FeO⃗+HCl FeCl2

x x Fe2O3⃗+HCl2 FeCl

3

y 2y

¿{ { {

¿

Gọi x; y số mol FeO Fe2O3

Theo ra: mX=11,2 ⇒mFeO+mFe2O3=11,2 ⇒72x+160y=11,2 (1)

Mặt khác: nFeCl2= 12,7

127 =0,1 mol  x = 0,1 (2)

Từ (1) (2)  y = 0,025 Theo sơ đồ phản ứng:

nFeCl3=2y=0,05 mol ⇒mFeCl

3= 0,05×162,5=8,125 gam

¿

FeO ⃗+HCl FeCl

2

x x Fe3O4⃗+HCl FeCl

2+2 FeCl3

y y 2y

¿{ { {

¿

Gọi x; y số mol FeO Fe3O4

Theo ra: mX=11,2 ⇒mFeO+mFe3O4=11,2 ⇒72x+232y=11,2 (1)

Mặt khác: nFeCl2=12,7

127 =0,1 mol ⇒x+y=0,1 (2)

Từ (1) (2) 

¿

x=0,075

y=0,025

¿{

¿

Theo sơ đồ phản ứng:

nFeCl3=2y=0,05 mol ⇒mFeCl3=0,05×162,5=8,125 gam

Cách 3: Quy đổi hỗn hợp X Fe2O3 Fe3O4 Sơ đồ phản ứng:

¿

Fe2O3⃗+HCl2 FeCl

3

x 2x Fe3O4⃗+HCl FeCl

2+2 FeCl3

y y 2y

¿{ { {

¿

Gọi x; y số mol Fe2O3 Fe3O4 Theo ra:

mX=11,2 ⇒mFe2O3+mFe3O4=11,2 ⇒160x+232y=11,2 (1)

Mặt khác: nFeCl2=12,7

127 =0,1 mol ⇒y=0,1 (2)

nFeCl3=2x+2y=0,05 mol ⇒mFeCl

3=0,05×162,5=8,125 gam

Cách : Quy đổi hỗn hợp X Fe Fe2O3

Sơ đồ phản ứng:

¿

Fe2O3⃗+HCl2 FeCl

3

y 2y Fe+2 FeCl3→3 FeCl2

x 2x 3x

¿{ { {

¿

Gọi x; y số mol Fe Fe2O3

Theo ra: mX=11,2 ⇒mFe+mFe2O3=11,2 ⇒56x+160y=11,2 (1)

Mặt khác: nFeCl2=12,7

127 =0,1 mol  3x = 0,1 (2)

Từ (1) (2) 

¿

x=

30

y=

120

¿{

¿

Theo sơ đồ phản ứng:

nFeCl3=2y −2x=0,05 mol ⇒mFeCl

3=0,05×162,5=8,125 gam

Cách 5: Quy đổi hỗn hợp X Fe Fe3O4 Sơ đồ phản ứng:

¿

Fe3O4⃗+HCl FeCl

2+2 FeCl3

y y 2y Fe+2 FeCl3→3 FeCl2

x 2x 3x

¿{ { {

¿

Gọi x; y số mol Fe Fe3O4

Theo ra: mX=11,2 ⇒mFe+mFe3O4=11,2 ⇒56x+232y=11,2 (1)

Mặt khác: nFeCl

2= 12,7

Từ (1) (2) 

¿

x=0,01875

y=0,04375

¿{

¿

Theo sơ đồ phản ứng:

nFeCl3=2y −2x=0,05 mol ⇒mFeCl3=0,05×162,5=8,125 gam

Cách 6: Quy đổi hỗn hợp X FexOy Sơ đồ phản ứng:

2

2 (3 ) (2 )

0,1 0,1(2y-2x)

0,1

3x-2y

x y

Fe O yHCl x y FeCl y x FeCl yH O

x y

      



Theo ra: mX=11,2 ⇒mFexOy=11,2 ⇒(56x+16y)

0,1

3x −2y=11,2

 x y=

6 ⇒

x=6

y=7

¿{

Theo sơ đồ phản ứng: nFeCl3=0,1(2y-2x)

3x −2y =0,05 mol ⇒mFeCl3=0,05×162,5=8,125 gam

Cách 7: Quy đổi hỗn hợp X Fe O

Sơ đồ phản ứng:

Fe

O

+H+¿

¿

¿⃗

3+¿

2+¿; Fe¿H2O

Fe¿

¿

{

¿

Theo ra: mX=11,2 ⇒mFe+mO=11,2 ⇒56x+16y=11,2 (1)

Ta có q trình:

2+¿+ 2e

¿0,1 0,1 0,2

Fe → Fe¿ 3+¿ + 3e

¿Fe → Fe¿∨x −0,1 x-0,1 3(x-0,1)

¿}



Oo + 2e → O-2

y 2y

Theo định luật bảo toàn electron:

0,2 + 3(x – 0,1) = 2y  3x – 2y = 0,1 (2)

Từ (1) (2) 

¿

x=0,15

y=0,175

¿{

¿

Theo sơ đồ phản ứng:

nFeCl3=x −0,1=0,05 mol ⇒mFeCl

3=0,05×162,5=8,125 gam

Ngồi cách giải cịn giải theo cách quy đổi hỗn hợp X FeOx

Hoặc sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng

Bài tập2:Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu dung dịch X 3,36 lít khí H2 (đktc) Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu kết tủa Y Nung Y ngồi khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu đến khối lượng khơng đổi m(g) chất rắn Tính m

Giải:

Sơ đồ phản ứng

2

2

2

2 3

3

( ) ( )

HCl NaOH

Fe

H

FeO Fe OH nungtrongkk

FeCl Fe O

Fe O Fe OH

FeCl Fe O



 

  



 

          

  

 

  

 



+ Toàn Fe oxit cuối chuyển Fe2O3 Ta có nH nHCl 0, 7mol n, H2 0,15mol

Ta có phương trình phản ứng theo H+.

2

2

2 (1)

2 (2)

H e H

H O H O



 

   

 

   

Từ (1) ta có nH 0,3mol(vì số mol H2=0,15mol) số mol H+ phản

ứng theo phản ứng (2) 0,4 mol( tổng 0,7 mol) Vậy số mol O2- là: 0,2 mol. mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mFe + mO =20g

Nên mFe = 20 – 0,2x16 =16,8 (gam)  nFe = 0,3 mol

Ta lại có 2Fe  Fe2O3 0,3 0,15

Vậy m = 0,15x160 = 24 gam

Và từ tốn 2, biến đổi thành nhiều tốn khác tương đương:ví dụ xét tập3

Bài tập3: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 Fe2O3 hòa tan vừa đủ 600ml dung dịch HCl aM, thu V lít H2 (ở đktc) dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa đem nung ngồi khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu 24 gam chất rắn Xác định giá trị V a

Giải :

Sơ đồ phản ứng

2

2

2

2 3

3

( ) ( )

HCl NaOH

Fe

H

FeO Fe OH nungtrongkk

FeCl Fe O

Fe O Fe OH

FeCl Fe O



 

  



 

          

  

 

  

 



+ Ta coi H+ axit vừa nhận electron để thành H2 phản ứng với O2- của oxit

+ Toàn Fe oxit cuối chuyển Fe2O3 Ta có phương trình phản ứng theo H+.

2

2H 2e H (1)

Ta có

0,15 0,3 2 0,2

2

nFe O mol nFe mol n mol

O

       

Quá trình nhường nhận e

      2 2 0,2 2.0,2

2.0,3 2.0,2

0,3 2.0,3

2 2

2

o

O e O Fe Fe e

x H e H

x x               

    x=0,1 mol =>V=2,24 lit

Theo (1) (2) :

2.0,1 2.0,2 0,6

n mol

H   CMHCl1M

Bài tập4: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 tan vừa hết dung dịch H2SO4 tạo thành dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu 70,4 gam muối, mặt khác cho Clo dư qua X cô cạn thu 77,5 gam muối Tính m?

Giải:

Coi hỗn hợp gồm FeO Fe2O3 ta có phương trình phản ứng: FeO + H2SO4   FeSO4 + H2O

Fe2O3 + 3H2SO4   Fe2(SO4)3 + 3H2O

Khối lượng tăng lên khối lượng Cl- có muối theo phương trình:

2Fe2+ + Cl2   2Fe3+ + 2Cl

-77,5 70,4 0,2 35,5 n mol Cl    

 nFe2 nFeSO4 nFeO0,2mol

Mặt khác :

70,4

( )

4

mFeSO mFe SO 



70,4 0,2 152 0,1

( ) 400

2

x

nFe SO    mol

Nên nFe SO2( 3) nFe O2 30,1mol

Vậy m = 30,4 gam

Bài tập 5: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong số mol FeO số mol Fe2O3) Hịa tan 4,64 gam dung dịch H2SO4 lỗng dư 200 ml dung dịch X Tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X

Giải: Vì số mol FeO số mol Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp có Fe3O4

Ta có

4,64 0,02 232

nFe O   mol

Ptpư: Fe3O4 + 4H2SO4   FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

0,02 0,02

Trong 100 ml X có 0,01 mol FeSO4 nên:

10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4   5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O

0,01 0,002

Như ta có

0,002

0,02( ) 0,1

4

VKMnO   lit

hay 20 ml

VI Bài tập tự giải

Bài 1: Nung m gam bột sắt oxi, thu gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết hỗn hợp X dung dịch HNO3 (dư), 0,56 lít (ở đktc) NO (là sản phẩm khử nhất) Tính giá trị m

Bài 2: Hịa tan hồn tồn 20,88 gam oxit sắt dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu dung dịch X 3,248 lít khí SO2 (sản phẩm khử nhất, đktc) Cô cạn dung dịch X, thu m gam muối sunfat khan.Tính giá trị m

Bài 3: Để hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 (trong số mol FeO số mol Fe2O3 ), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 1M Tính giá trị V

Bài 5: Hỗn hợp A gồm ba oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3) có số mol Hòa tan hết m gam hỗn hợp A dung dịch HNO3 thu hỗn hợp K gồm hai khí NO2 NO tích 1,12 lít (đktc) tỉ khối hỗn hợp K so với hiđro 19,8 Tính giá trị m

Bài 6: Cho 11,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 vào dung dịch HNO3 loãng dư thu V lít (đktc) khí Y gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Mặt khác lượng hỗn hợp X tác dụng với CO dư thu 9,52 gam Fe.Tính giá trị V

Bài 7: Để hoà tan hoàn toàn 11,6 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 (trong số mol FeO số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch H2SO4 1M Tính giá trị V

Bài 8: Cho 16,8 gam Fe tác dụng với O2 thu 21,6 gam chất rắn A Hịa tan hồn tồn chất rắn A HNO3 dư thu V lít khí NO (đktc) sản phẩm khử Tính V

Bài 9: Hịa tan hồn tồn 13,6 gam hỗn hợp gồm Fe,Fe2O3,FeO, Fe3O4 HNO3 loãng dư thu V lít NO2(đktc) sản phẩm khử dung dịch A Cô cạn dung dịch A thu 48,4 gam muối Tính V

Bài 10: Cho 37,6 gam hỗn hợp gỗm Fe,Fe2O3,FeO, Fe3O4 tác dụng hoàn toàn với HNO3 đặc dư thu dung dịch A 6,72 lít khí NO2 (đktc) Cơ cạn dung dịch A thu m gam muối Tính m

Bài 11: Đốt cháy m gam sắt ngồi khơng khí sau thời gian thu 5,04 gam hỗn hợp X gồm sắt oxit sắt Hòa tan hỗn hợp X HNO3 lỗng dư thu 0,784 lít khí(đktc) gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Tính m

Bài12: Đốt cháy 16,8 gam bột sắt ngồi khơng khí, sau thời gian thu hỗn hợp X gồm sắt oxit Cho hịa tan hết X dung dịch H2SO4 đặc nóng(dư) thu 5,6 lít khí SO2 (sản phẩm khử đktc)

1 Tính m

Bàì13: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng Sau thời gian thu hỗn hợp X nặng 44,64 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hịa tan X HNO3 lỗng dư thu 3,136 lít khí NO (đktc) Tính m

Bài14: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng 18,08 gam Fe2O3 nung nóng Sau thời gian thu hỗn hợp X nặng 13,92 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hịa tan X HNO3 lỗng dư thu V lít khí NO2 (đktc) Tính V

KẾTLUẬN

Bài tập hỗn hợp sắt oxít phản ứng với dung dịch axít khơng q khó Tuy nhiên dạng đề có nhiều trường hợp xảy khiến cho khơng học sinh cịn lúng túng gặp dạng Với mong muốn góp phần nhỏ giúp em tự tin gặp tập dạng chọn chuyên đề “Bài tập hỗn hợp sắt oxít sắt với dung dịch axít”

Với thời gian khơng dài kinh nghiệm thân hạn chế nên chuyên đề khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi kính mong nhận ý kiến đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp, ý kiến đạo phận chun mơn nhà trường ; Phịng giáo dục sở giáo dục để chuyên đề hoàn thiện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1, PGS Đào Hữu Vinh - 250 toán Hoá học chọn lọc- NXB GD

6, Nguyễn Xuân Trường - Bài tập nâng cao Hoá học 7,Hóa học 12- Nhà xuất giáo dục 2009

MỤC LỤC

Trang

Thông tin chung chuyên đề

Nội dung chuyên đề I.Lý chọn chuyên đề

II Hệ thống kiến thức sử dụng chuyên đề

III. Hệ thống phương pháp , đặc trưng

IV. Các dạng tập

V. Các tập vận dụng

VI. Các tập tự giải

Kết luận

Tài liệu tham khảo

1 1-3 3-6 6-8 8-28