SKKN Su dung cac dinh luat bao toan de giai bai tap ve sat

Đó là lý do để tôi viết đề tài “Vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về hỗn hợp sắt và oxit sắt ” nhằm giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán về hỗn hợp sắt và oxit sắt t[r]

(1)

PHẦN THỨ NHẤT: ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lí chọn đề tài:

Trong mơn học trường phổ thơng, mơn Hóa học giữ vai trị quan trọng Hóa học mơn khoa học tự nhiên, nghiên cứu chất biến đổi chất thành chất khác

Việc đổi phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng nhiệm vụ thường xuyên lâu dài ngành giáo dục Hóa học mơn khoa học vừa lý thuyết, vừa thực nghiệm tập có vai trị khắc sâu phần lý thuyết học, rèn luyện khả vận dụng kiến thức Đồng thời thông qua tập giúp học sinh củng cố, hệ thống hóa kiến thức cách thuận lợi nhất, rèn luyện kĩ giải tập, phát triển lực nhận thức, rèn trí thơng minh, sáng tạo cho học sinh, nâng cao hứng thú học tập mơn Bài tập cịn đường để áp dụng xác kiến thức khoa học vào sống Song thực tế cho thấy nhiều học sinh sợ giải tập hóa học lúng túng việc xác định dạng tốn phương pháp giải cịn gặp nhiều khó khăn việc giải tập Hơn thời lượng dành cho việc giải tập lớp lại nên việc củng cố, đào sâu vận dụng kiến thức nhiều hạn chế

Trong thời gian năm giảng dạy mơn Hố học trường phổ thông, tham gia giảng dạy khối lớp 10, 11, 12, tham gia ôn luyện đội tuyển thi học sinh giỏi luyện thi Đại học, Cao đẳng Trong trình tìm tịi, nghiên cứu nhiều dạng tốn hố học khác loại chất khác vô hữu cơ, nhận thấy tập hỗn hợp gồm sắt oxit sắt dạng tập mà học sinh hay gặp kỳ thi mà đặc biệt kì thi Đại học, Cao đẳng, sắt kim loại phổ biến tạo nhiều hợp chất ứng với nhiều mức oxi hố khác Thơng thường tập sắt oxit thường phức tạp xảy theo nhiều phương trình phản ứng khác Vậy phương pháp để giải toán khoa học nhất, hiệu nhanh nhất? Đó lý để viết đề tài “Vận dụng định luật bảo tồn để giải tốn hỗn hợp sắt oxit sắt” nhằm giúp học sinh giải tốt toán hỗn hợp sắt oxit sắt chương trình Hóa học lớp 12 cách nhanh chóng đồng thời chia sẻ kinh nghiệm phương pháp giải tập với đồng nghiệp

II Mục đích nghiên cứu:

(2)

thường gặp chương trình Hóa học lớp 12 đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng

Đề xuất phương pháp để giải nhanh toán sắt oxit sắt góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy môn trường phổ thông hành trang vững để học sinh chuẩn bị bước vào kì thi tuyển sinh đại học, cao đẳng

III Đối tượng phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng học sinh lớp 12A1, 12A2 Trường THPT Vĩnh Định -huyện Triệu Phong – tỉnh Quảng Trị

Với khn khổ thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài nghiên cứu phương pháp vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán hỗn hợp sắt oxit sắt cách quy đổi hỗn hợp gồm sắt oxi áp dụng cho chương trình Hóa học lớp 12

IV Nhiệm vụ nghiên cứu:

Đưa định luật bảo tồn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào dạng toán đề phương pháp giải

Soạn phần tập đưa phương pháp giải dạng tập sắt oxit sắt

Thử nghiệm lớp: 12A1; 12A2 trường THPT Vĩnh Định V Phương pháp nghiên cứu:

V.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết:

Đọc tài liệu làm sở xây dựng lí thuyết chuyên đề: tài liệu lí luận dạy học (Chủ yếu phương pháp giải tập Hóa học THPT); sách giáo khoa, sách tập hóa học 12; phương pháp giải tập hóa vơ cơ; 16 phương pháp kĩ thuật giải nhanh tập trắc nghiệm mơn Hóa học; số đề thi học sinh giỏi, đề thi đại học, cao đẳng

V.2 Phương pháp sư phạm:

a Phương pháp chuyên gia

Vận dụng phương pháp tập để hướng dẫn học sinh giải toán Xin ý kiến nhận xét, đánh giá giáo viên có kinh nghiệm, giáo viên giỏi nội dung sáng kiến

b Tìm hiểu chất lượng học sinh lớp điều tra c Chọn lớp thử nghiệm đối chứng kết quả

VI Thời gian nghiên cứu:

(3)

PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG

A TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

I Các định luật cần vận dụng:

I.1 Định luật bảo toàn khối lượng:

Nội dung định luật: Tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng

Trong cần vận dụng hệ quả:

Hệ 1: 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 (hoặc cation amoni) kết hợp với anion gốc axit (hoặc anion oxit) để tạo hợp chất ta có: Khối lượng chất = khối lượng cation + khối lượng anion Khối lượng cation anion ta coi khối lượng nguyên tử cấu tạo thành

I.2 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

I.3 Định luật bảo toàn electron:

Nội dung định luật: 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 tồn electron vào dạng tốn cần lưu ý:

Trong phản ứng hệ phản ứng cần quan tâm đến mức oxi hóa nguyên tố ban đầu mức oxi hóa nguyên tố sau phản ứng mà không cần quan tâm đến mức oxi hóa trung gian

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

II Tổng quan tập hỗn hợp sắt oxit sắt:

Bài tập Fe hỗn hợp oxit sắt thường có dạng cho khối lượng cho phản ứng với chất oxi hóa H2SO4 đặc nóng HNO3 chí axit thường HCl, H2SO4 lỗng

Giải vấn đề: Với giả thiết cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3 thu khí NO2 Ta xem q trình oxi hố liên tiếp Fe chất oxi hoá O HNO3

Chất nhường electron: Fe , tạo sản phẩm Fe3+.

Chất nhận electron: O HNO3 , tạo sản phẩm oxit (O2-) V lít NO2 (đktc) (hoặc sản phẩm khử khác)

(4)

Theo định luật bảo toàn electron:

Chất khử Chất oxi hóa

Fe  Fe3+ + 3e x(mol) 3x(mol)

O + 2e  O 2-y(mol) 22-y(mol)

22, V

N + 1e  N4 (NO2)

(mol) (mol)

Tổng electron nhường: 3x (mol) 22, V

Tổng electron nhận: 2y + (mol)

22, V

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + (2) Từ (1) (2) ta có hệ: 22,4

56x 16

3x V

y m y

 



  



Việc giải hệ biết số yếu tố giải yêu cầu tốn Hoặc ta sử dụng phương trình ẩn số để lập theo nguyên tắc là: Số mol e (Fe cho) = Số mol e (O nhận) + Số mol e (NO3



nhận)

III Ưu điểm việc vận dụng định luật bảo tồn để giải tốn hỗn hợp sắt oxit sắt:

Giải nhanh, xác tập hỗn hợp sắt oxit sắt đồng thời áp dụng cho tất tập liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử Hóa học vơ mà khơng cần viết phương trình hóa học, đáp ứng u cầu mặt thời gian phù hợp với hình thức kiểm tra đánh giá giai đoạn

Giải nhiều tập hỗn hợp phức tạp mà phương pháp giải thơng thường khơng giải giải phần trình bày dài phức tạp

Việc sử dụng định luật bảo tồn để giải tốn hỗn hợp sắt oxit sắt giúp học sinh khơng phải viết phương trình hóa học tính theo phương trình hóa học, hạn chế nhiều rủi ro sai sót tính tốn cân cần cân phương trình hóa học sai hệ chắn tính tốn kết sai với tồn phức tạp nhiều phương trình việc kiểm tra lại kết gặp nhiều khó khăn

(5)

Học sinh phải nắm nội dung cách vận dụng định luật phù hợp vào dạng toán cụ thể

Học sinh phải nắm vững kiến thức học phản ứng oxi hóa - khử, tính chất sắt, hợp chất sắt, axit nitric, axit sunfuric phải biết phân tích tổng hợp, vận dụng nhiều kiến thức vào tốn Vì phương pháp áp dụng chủ yếu cho đối tượng học sinh khá, giỏi

B THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI. I Thuận lợi:

Năm học 2014-2015 năm học triển khai thực Nghị TW lần thứ tám BCH TW Đảng khóa XI “Đổi toàn diện Giáo dục đào tạo” thực đổi phương pháp dạy học kiểm tra đánh giá kết học tập theo định hướng phát triển lực học sinh triển khai quán triệt, thực Nghị Hội nghị lần thứ chín BCH TW khóa XI “Xây dựng phát triển văn hóa, người Việt Nam đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững đất nước” Tiếp tục thực vận động: “Học tập làm theo tấm

gương đạo đức Hồ Chí Minh”; vận động “Mỗi thầy giáo gương

đạo đức, tự học sáng tạo”; Phong trào thi đua “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực” Năm học 2014-2015 tồn ngành tổ chức thực điểm Nhấn “Tăng cường xây dựng văn hóa học đường giáo dục kỷ sống cho học sinh”đã tạo tiền đề khí mạnh mẽ từ đầu năm học

Ngay từ đầu năm học, ban giám hiệu tổ môn có triển khai kế hoạch, thị năm học; kiểm tra khảo sát theo môn để phân loại đối tượng học sinh, từ có biện pháp phụ đạo học sinh yếu kém, bồi dưỡng học sinh giỏi

Học sinh trung học phổ thông sau học chương “phản ứng oxi hoá khử ”; “axi sunfuric” lớp 10, phần “ axit nitric” lớp 11, bắt đầu làm quen với nhiều dạng tốn phức tạp, có tốn hỗn hợp sắt oxit sắt phản ứng với chất có tính oxi hố mạnh (như HNO3, H2SO4 đặc nóng ) với axit mạnh thơng thường (như HCl, H2SO4 lỗng )

Có nhiều học sinh khá, giỏi có kĩ giải tập theo phương pháp thông thường (đặt ẩn, lập hệ phương trình)

II Khó khăn:

Đối tượng học sinh trường THPT Vĩnh Định phần đông học sinh vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa thuộc huyện Triệu Phong – tỉnh Quảng Trị nên khơng có nhiều điều kiện kinh tế thời gian cho việc học tập

(6)

axit sunfuric đặc, nóng) q trình oxi hố liên tiếp Fe chất oxi hoá O HNO3 (hoặc axit sunfuric đặc, nóng)

Đa số học sinh chưa biết cách áp dụng định luật bảo toàn vào giải tốn, đặc biệt bảo tồn electron phản ứng oxi hoá - khử

Mỗi dạng tập có nhiều phương pháp giải, học sinh chưa tìm phương pháp hiệu để giải tập

Thói quen học sinh giải tập Hóa học viết phương trình hố học, đặt ẩn, lập hệ phương trình Phương pháp phù hợp với toán đơn giản, số ẩn số phương trình đại số lập Mặt khác, với câu hỏi trắc nghiệm khách quan đề kiểm tra (một tiết, học kì), đề thi tốt nghiệp, tuyển sinh vào Đại học, Cao đẳng với thời gian trung bình 1,8 - phút/1 câu hỏi việc giải nhanh tốn vấn đề nan giải

C GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. I Phương pháp giải số dạng tập điển hình:

I.1 Dạng đốt cháy Sắt khơng khí cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa: Đây dạng tốn kinh điển tập sắt hỗn hợp sắt oxit sắt

Ví dụ 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngồi khơng khí sau thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 lỗng (dư), thu 2,8 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính giá trị m?

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng

Fe O hhX (Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4)

HNO 

 e3

NO

F 

   Fe bị oxi hoá thành Fe3+ chất oxi hoá O HNO

3

Như vậy: + Khối lượng oxit tổng khối lượng sắt oxi

+ Trong trình: chất nhường e Fe, chất nhận O HNO3 Giải vấn đề:

Ta có nNO = 0,125 mol, nFe = 0,225 mol Gọi số mol oxi oxit x ta có:

Fe  Fe3+ + 3e

0.225(mol) 0,675(mol)

O + 2e  O 2-x(mol) 22-x(mol)

N + 3e  N2 (NO)

(7)

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375  x = 0,15 Mặt khác ta có: m m FemO2 nên: m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam).

Ví dụ 2: Nung nóng m gam bột sắt ngồi khơng khí, sau phản ứng thu được 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 lỗng thu 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Tính m thể tích HNO3 1M dùng?

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng:

3 2 ( ) 3 ,

à Fe du

( )

HNO O kk

NO FeO Fe O

Fe NO

Fe O v

Fe NO           + Hỗn hợp X gồm Fe O oxit

+ Xét q trình ta thấy có Fe nhường e, Chất nhận e Oxi HNO3 +

5

N (HNO3) nhận electron tạo thành N2 (NO) N4 (NO2).

+ Số mol

N (trong HNO3) ban đầu tổng số mol N5 (NO3 

) muối

2

N (NO) cộng với N4 (NO2).

Giải vấn đề:

Đặt số mol NO a (mol), NO2 b (mol)

Theo giả thiết ta có:

0, 25 30 46 38 0, 25 a b a b        

Giải hệ PT ta được: nNO nNO2 0,125mol

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

O + 2e  O 2-y(mol) 22-y(mol)

5

N + 3e  N2 (NO)

0,375(mol) 0,125(mol)

5

N + 1e  N4 (NO2)

0,125 (mol) 0,125(mol)

Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 2y + 0,125+ 0,375 (mol)

(8)

Từ (1) (2) ta có hệ

56x 16 20

3x 0,5

y y

 



   

Giải hệ ta có x = 0,3 y = 0,2 Như nFe = 0,3 mol m = 16,8 gam Theo định luật bảo tồn ngun tố ta có:

3

HNO

n =

3[Fe(NO ) ]3

NO

n 

+ nNOnNO2 = 3*nFe + nNOnNO2

nên nHNO3= 0,3*3 + 0,125 + 0,125 = 1,15 (mol)

Vậy

1,15

1,15( ít)

HNO

V   l

Ta dùng phương trình ion – electron để tìm số mol H+ là số mol HNO3 phản ứng:

NO3 + e + 2H+ NO

2 + H2O NO3



+ 3e + 4H+ NO + 2H 2O nH(HNO3) 2*nNO24*nNO

I.2 Dạng hỗn hợp sắt oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh:

Ví dụ 3: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 lỗng (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 ?

Phân tích đề: Ta coi hỗn hợp X ban đầu gồm Fe O Như vậy xét trình chất nhường e Fe chất nhận e O NO3



Nếu biết số tổng số mol Fe X biết số mol muối Fe(NO3)3 dung dịch sau phản ứng Do giải tốn sau:

Giải vấn đề: Số mol NO = 0,06 mol.

Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 11,36 (1) Quá trình nhường nhận e:

O + 2e  O 2-y(mol) 22-y(mol)

5

N + 3e  N2 (NO)

0,18(mol) 0,06(mol) Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 2y + 0,18 (mol) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2) Từ (1) (2) ta có hệ:

56x 16 11,36

3x 0,18

y y

 



   

Giải hệ ta có x = 0,16 y = 0,15

(9)

Với toán ta quy tốn kinh điển: Đốt m gam sắt sau phản ứng sinh 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lít khí NO Chúng ta tính m từ suy số mol Fe từ tính số mol sắt

Phát triển tốn:

Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm khử NO2, NO ta có đặt hệ bình thường nhiên chất nhận e HNO3 cho sản phẩm

Trường hợp 2: Nếu đề yêu cầu tính thể tích khối lượng HNO3 ta tính số mol dựa vào bảo tồn nguyên tố N ta có:

3

ơi í

3

(

)

mu Kh

HNO NO NO Fe NO NO

n



n



n



n



n

Hoặc theo phương trình ion- electron sau: NO3



+ 3e + 4H+ NO + 2H 2O

Từ có: số mol HNO3 phản ứng = số mol H+ = * số mol NO

Trường hợp 3: Có thể áp dụng cách giải cho hỗn hợp oxit kim loại khác ngồi sắt

Ví dụ 4: Cho a g hỗn hợp gồm CuO; Fe2O3; FeO có số mol nung

nóng với H2 thu 6,4 g hỗn hợp D gồm kim loại oxit Hoà tan hồn

tồn D dd HNO3 lỗng dư thu 0,672 lit khí NO (đktc) sản phẩm khử

duy Tính a?

Giải vấn đề: Gọi số mol oxit CuO, Fe2O3, FeO a gam hỗn hợp đầu x, ta có: Cu = x mol, Fe = 3x mol

Cu  Cu2+ + 2e x(mol) 2x(mol)

Fe  Fe3+ + 3e 3x(mol) 9x(mol)

O + 2e  O 2-y(mol) 22-y(mol)

5

N + 3e  N2 (NO)

0,09(mol) 0,03(mol) Tổng electron nhường: 11x (mol) Tổng electron nhận: 2y + 0,09 (mol) Lập hệ phương trình:

11x = 2y + 0,09 (theo bảo toàn electron) 64x + 56 3x + 16y = 6,4 (khối lượng hỗn hợp D) Giải được: x = 0,02225 Vậy a = 6,942 (g)

I.3 Dạng khử khơng hồn tồn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với

chất oxi hóa mạnh HNO3 H2SO4 đặc nóng:

(10)

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng

3

2

2 3

,

, Fe ( )

o

HNO dn CO

t

FeO Fe O NO

Fe O

Fe O Fe NO

 

 

 



 

Trong trường hợp xét trình đầu cuối ta thấy chất nhường e CO, chất nhận e HNO3 Nhưng biết tổng số mol Fe oxit ta biết số mol Fe2O3 Bởi ta dùng kiện tốn hịa tan X HNO3 đề tính tổng số mol Fe

Giải vấn đề: Theo đề ta có: nNO2 0,195mol

Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 10,44 (1) Quá trình nhường nhận e:

Fe  Fe3+ + 3e x (mol) 3x(mol)

O + 2e  O y(mol) 2y(mol)

N + 1e  N4 (NO2)

0,195(mol) 0,195(mol)

Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 2y + 0,195(mol) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2) Từ (1) (2) ta có hệ PT:

56x 16 10, 44

3x 0,195

y y

 



   

Giải hệ ta có x = 0,15 y = 0,1275

Như nFe = 0,15 mol nên nFe O2 0,075mol  m = 12 gam

Nhận xét:

Với toán trên, ta giải theo cách tính số mol O bị CO lấy theo phương trình: CO O2 2e CO2



 

  

N + 1e  N4 (NO2)

Sau dựa vào định luật bảo tồn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO Phát triển toán:

Nếu dạng khử khơng hồn tồn oxit sắt khác (như Fe3O4 FeO) khơng thể áp dụng phương pháp được, mà dùng phương pháp quy toán kinh điển: oxi hoá lượng đơn chất Fe ban đầu chất oxi hoá O HNO3 H2SO4 đặc nóng để giải tốn

I.4 Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ (HCl, H 2SO4

(11)

Tổng quan: 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 ra 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

Ví dụ 6: Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 260 ml HCl 1M thu dung dịch X 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 không đổi m(g) chất rắn Tính m?

Phân tích đề:

Sơ đồ

2

2 3

3

( )

HCl NaOH nungtrongkk

FeO

FeCl Fe OH

Fe O Fe O

FeCl Fe OH

Fe O

 

 

   

  

 



 



+ Ta coi H+ axit phản ứng với O2- oxit + Toàn Fe oxit chuyển Fe2O3

+ Từ số mol H+ ta tính số mol O oxit từ tính lượng Fe có oxit

+ Nung kết tủa ngồi khơng khí thu Fe2O3 Giải vấn đề: Ta có nH nHCl 0, 26mol

Theo phương trình:

2H+ + [O2-]  H

2O O2- oxi hỗn hợp oxit 0,26(mol) 0,13(mol)

2

O

n = 0,13 (mol) mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m

Fe + mO =7,68(g) Nên mFe = 7.68 – 0,13*16 =5,6(gam) nFe = 0,1 mol

Ta lại có: 2Fe  Fe2O3 0,1(mol) 0,05(mol) Vậy m = 0,05*160 = (gam)

Nhận xét: Ngồi cách giải ta quy hỗn hợp cịn FeO và Fe2O3 Fe3O4 coi hỗn hợp FeO.Fe2O3 với số mol

I.5 Dạng sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ (HCl,

H2SO4 loãng )

2

H e H

H O H O



 

  

 

 

(12)

Như dựa vào tổng số mol H+ số mol H

2 để tìm số mol O2- từ tính tổng số mol Fe.

Ví dụ 7: 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 không đổi thu được m(g) chất rắn Tính giá trị m?

Phân tích đề:

Sơ đồ

2

2 3

3

( )

HCl NaOH nungtrongkk

Fe

H

FeO Fe OH

FeCl Fe O

Fe O Fe OH

FeCl Fe O                     

+ Ta coi H+ axit vừa nhận electron để thành H

2 phản ứng với O2- oxit + Toàn lượng Fe ban đầu oxit cuối chuyển Fe2O3

+ Từ tổng số mol H+ số mol H

2 ta tính số mol O2- oxit từ tính lượng Fe có oxit

Giải vấn đề: Ta có nH nHCl 0,7mol n, H2 0,15mol

Ta có phương trình phản ứng theo H+:

2

2 (1)

2 (2)

H e H

H O H O



 

  

 

 

Từ (1) ta có nH 0,3mol(với 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

Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68 Nên mFe = 20 – 0,2x16 =16,8 (gam) nFe = 0,3 mol

Ta lại có 2FeFe2O3 Vậy m = 160 x 0,03/2 = 24 gam I.6 Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương:

Tổng quan: Trong số oxit sắt ta coi Fe3O4 hỗn hợp FeO Fe2O3 có số mol Như có hai dạng chuyển đổi Khi đề cho số mol FeO Fe2O3 có số mol ta coi hỗn hợp Fe3O4 cịn khơng có kiện ta coi hỗn hợp FeO Fe2O3 Như hỗn hợp từ chất ta chuyển thành hỗn hợp chất chất tương đương

Ví dụ 8: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong số mol FeO số mol Fe2O3) Hịa tan 4,64 gam dung dịch H2SO4 loãng dư 200 ml dung dịch X Tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1M cần thiết để phản ứng hết 100 ml dung dịch X?

(13)

Theo để số mol FeO số mol Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp có Fe3O4 Sau phản ứng với H2SO4 thu muối FeSO4 Fe2(SO4)3 Dung dịch KMnO4 tác dụng với FeSO4 H2SO4 dư Như từ số số mol Fe3O4 ta tính số mol FeSO4 từ tính số mol KMnO4 theo phương trình phản ứng phương pháp bảo toàn electron

Giải vấn đề: Vì số mol FeO số mol Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp chứa Fe3O4

Ta có: nF Oe3 =

4,64

232 0,02 (mol)

PTHH: Fe3O4 + 4H2SO4  FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O 0,02(mol) 0,02 (mol)

Trong 100 ml X có 0,01 mol FeSO4 = nFe2 nên:

Fe2+  Fe3+ + 1e

0,01(mol) 0,01(mol)

7

Mn + 5e  Mn2

0,002(mol) 0,01(mol) Như ta có: KMnO4

Mn n n

= 0,02 (mol) =>

0,002

0,1 0,02 KMnO

V   (lít) hay 20 ml. Ví dụ 9: 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 giá trị m?

Phân tích đề: Cho oxit tác dụng với H2SO4 ta thu muối FeSO4 Fe2(SO4)3 Do ta coi hỗn hợp ban đầu gồm hai oxit FeO Fe2O3 Ta thấy khối lượng muối tăng lên phản ứng:

2Fe2+ + Cl

2 2Fe3+ + 2Cl

-Như khối lượng tăng lên khối lượng Clo Vậy từ khối lượng Clo ta tính số mol Fe2+ từ tính số mol FeO, mặt khác ta có tổng khối lượng muối FeSO4 Fe2(SO4)3 mà biết FeSO4 từ ta tính Fe2(SO4)3 biết số mol Fe2O3

Giải vấn đề:

Quy đổi hỗn hợp ban đầu hỗn hợp gồm: FeO Fe2O3 ta có PTHH: FeO + H2SO4  FeSO4 + H2O

Fe2O3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3H2O

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

2Fe2+ + Cl

2 2Fe3+ + 2Cl -Vậy

77,5 70, 0, 35,5

Cl

n  mol



 

(14)

Mà mFeSO4 mFe SO2( 3) 70, vậy:

e ( )

70, 0, 2*152

0,1( ) 400

F SO

n    mol

Nên nFe SO2( 3) nFe O2 0,1mol

Do đó: m m F Oe mF Oe2  0,2*72 + 0,1*160 = 30,4 (gam) Vậy m = 30,4 gam

II Một số tập vận dụng:

Bài 1: Để m gam sắt ngồi khơng khí thời gian hỗn hợp rắn gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 có tổng khối lượng 30g Cho hỗn hợp tan HNO3 dư 5,6 lít NO (đktc) Tính m?

(Đáp án: 25,2 gam)

Bài 2: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp X đun nóng Sau kết thúc thí nghiệm thu 64g chất rắn 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H2 20,4 Tính m ?

(Đáp án:70,4 gam)

Bài 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3) cần 0,05 mol H2 Nếu hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y dung dịch H2SO4 đặc thu khí SO2 (sản phẩm khử nhất) Tính thể tích khí SO2 (đktc)?

(Đáp án: 0,224 lít)

Bài 4: 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 loãng dư thu 0,784 lít khí (đktc) gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Tính m?

(Đáp án: 3,92 gam)

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

b Tính m?

a Nếu thay H2SO4 HNO3 đặc nóng thể tích NO2 (đktc) bao nhiêu?

(Đáp án: a 20 gam; b 11,2 lít)

Bài 6: 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 Hòa tan X HNO3 lỗng dư thu 3,136 lít khí NO (đktc) Tính m?

(Đáp án: 48 g)

Bài 7: 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 Hòa tan X HNO3 đặc nóng thu V lít khí NO2 (đktc) Tính V?

(Đáp án: 11,648 lít)

(15)

(Đáp số: 36 gam)

Bài 9: Lấy m gam hỗn hợp (FeO, Fe2O3, Fe3O4) đem hoà vào HNO3 đậm đặc dư nhận 4,48 lít NO2 (đktc) dung dịch X Cô cạn dung dịch X 145,2 gam muối khan Tìm giá trị m?

(Đáp số: 46,4 gam)

Bài 10: Nung 2,23 gam hỗn hợp X gồm kim loại Fe, Al, Zn, Mg oxi, sau thời gian thu 2,71 gam hỗn hợp Y Hịa tan hồn tồn Y vào dung dịch HNO3 (dư), thu 0,672 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính số mol HNO3 phản ứng?

(Đáp số: 0,18 mol)

Bài 11: Cho 11,2g Fe tác dụng với oxi m gam hỗn hợp X gồm oxit Hòa tan hết X vào dd HNO3 dư thu 896 ml NO (đkc, sản phẩm khử nhất) Tính giá trị m?

(Đáp số: 15,04 gam)

Bài 12: Để m gam bột Fe ngồi khơng khí thời gian thu 11,8g hỗn hợp gồm Fe oxit sắt Hịa tan hồn tồn hỗn hợp dd HNO3 lỗng thu 2,24 lit khí NO (đktc) Giá trị m là?

Bài 13: Cho khí CO qua m gam oxit Fe2O3 đốt nóng, ta 13,92 gam hỗn hợp Y (gồm chất rắn) Hỗn hợp X hoà HNO3 đặc dư 5,824 lít NO2 (đktc), Vậy m có giá trị là?

Bài 14: Cho khí CO qua Fe2O3 đốt nóng, ta m gam hỗn hợp rắn X gồm chất Hỗn hợp rắn X đem hồ vào HNO3 đậm đặc nóng dư, nhận 2,912 lít NO2 (đktc) 24,2 gam Fe(NO3)3 khan Vậy m có giá trị là?

Bài 15: Khử Fe2O3 CO nhiệt độ cao thu hỗn hợp X gồm chất rắn Chia X thành phần P1 tác dụng với dd HNO3 dư thu 0,02 mol NO 0,03 mol N2O P2 tan hoàn toàn dd H2SO4 đặc nóng thu V lit khí SO2 (đktc) Giá trị V là?

(Đáp số: 3,36 lít)

III Kết đạt được:

(16)

là toán kinh điển Trên thực tế vậy, mạnh dạn đưa phương pháp giải dạng tập vào qua giảng dạy nhận thấy học sinh nắm vấn đề tương đối nhẹ nhàng có hiệu rõ rệt học sinh giỏi mà số học sinh trung bình tiếp cận áp dụng số tập

Tôi hướng dẫn cách làm cho nhiều lớp học sinh thu kết đáng tương đối cao Với kiểu này, học sinh giỏi làm khoảng từ đến phút/câu tuỳ theo tính chất đơn giản hay phức tạp đề

Trong thời gian thử nghiệm năm học 2013 – 2014 thu kết định, thể thông qua 12A1, 12A2 trường THPT Vĩnh Định sau:

1) Trước áp dụng phương pháp:

Th i gian trung bình để ọ h c sinh l m b i t p d ng h n h p s t ậ ỗ ợ ắ

oxit s t phi u h c t p thu ắ ế ọ ậ k t qu thu ế ả nh sau:ư

Lớp Sĩ số  phút 5-10 phút >10 phút không giải

12A1 46 15 18

12A2 46 12 16 16

Cộng 92 27 34 24

Tỉ lệ (%) 100 7,6 29,3 37,0 26,1

Tiến hành làm kiểm tra trắc nghiệm phiếu học tập bao gồm 10 tập thời gian 30 phút thu kết sau:

Lớp Sĩ số Giỏi Khá Trung bình Yếu,

12A1 46 28

12A2 46 21 17

Cộng 92 14 49 25

Tỉ lệ (%) 100 4,3 15,2 53,3 27,2

2) Sau áp dụng phương pháp:

Thời gian trung bình để học sinh làm tập dạng hỗn hợp sắt oxit sắt phiếu học tập thu kết thu sau:

Lớp Sĩ số  phút 1-2 phút 2-3 phút >3 phút

12 A1 46 12 21

12 A2 46 11 18 12

Cộng 92 12 23 39 18

Tỉ lệ (%) 100 13,0 25,0 42,4 19,6

Tiến hành làm kiểm tra trắc nghiệm phiếu học tập bao gồm 10 tập thời gian 30 phút thu kết sau:

Lớp Sĩ số Giỏi Khá Trung bình Yếu,

12A1 46 15 17 12

12A2 46 16 17

Cộng 92 23 33 29

(17)

Sau học sinh nắm phương pháp tập hỗn hợp sắt oxit sắt khơng cịn vấn đề trở ngại cho học sinh ôn thi đại học thi học sinh giỏi Đây kết đáng khích lệ chắn số học sinh giỏi, kể học sinh trung bình khơng cảm thấy khó khăn gặp dạng tốn kiểm tra kì thi

PHẦN THỨ BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - ĐỀ XUẤT.

Phần quan trọng trình áp dụng phương pháp giúp học sinh định hướng dạng tập, tìm chất vấn đề để rút ngắn thời gian giải tập Đồng thời giúp học sinh giải tốn khó, phức tạp với thời gian nhanh đáp ứng yêu cầu kiểm tra thi cử bối cảnh

Trên kinh nghiệm mà tơi tích luỹ q trình giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi, ơn thi Đại học - Cao đẳng Vì thời gian có hạn kinh nghiệm thân chưa nhiều nên chắn đề tài có nhiều điều cần bổ sung Tơi mong nhận ý kiến đóng góp Ban giám hiệu nhà trường, tổ chuyên môn đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện áp dụng rộng rãi thực tiễn dạy học

Xin chân thành cảm ơn!

Triệu Phong, ngày 25 tháng 10 năm 2014

Người viết

(18)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Phạm Văn Hoan, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình Rãng, Nguyễn Phú Tuấn, Hóa học 12 ban – NXB Giáo dục, 2007

2 Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Từ Ngọc Ánh, Phạm Văn Hoan, Bài tập Hóa học 12 – NXB Giáo dục, 2007

3 Nguyễn Thanh Khuyến, Phương pháp giải tốn Hóa học vơ – NXB Giáo dục, 1998

4 Nguyễn Cương (Chủ biên), Nguyễn Mạnh Dung, Nguyễn Thị Sửu, Phương pháp dạy học Hóa học, NXB Giáo dục, 2001

5 Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lí thuyết phản ứng hóa học – NXB Giáo dục, 2008

6 Phạm Ngọc Bằng (Chủ biên), Vũ Khắc Ngọc, Hoàng Thị Bắc, Tử Sĩ Chương, Lê Thị Mỹ Trang, Hoàng Thị Hương Giang, Võ Thị Thu Cúc, Lê Phạm Thành, Khiếu Thị Hương Chi, 16 phương pháp kĩ thuật giải nhanh tập trắc nghiệm mơn Hóa học – NXB Đại học Sư phạm, 2010

(19)

MỤC LỤC

PHẦN THỨ NHẤT: ĐẶT VẤN ĐỀ Trang 1 I Lí chọn đề tài Trang 1 II Mục Đích nghiên cứu Trang 1 III Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trang 2 IV Nhiệm vụ nghiên cứu Trang 2 V Phương pháp nghiên cứu Trang 2 VI Thời gian nghiên cứu Trang 2 PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG Trang 3 A Tổng quan đề tài Trang 3 I Các định luật vận dụng Trang 3 II Tổng quan tập hỗn hợp sắt oxit sắt Trang 3 III Ưu điểm phương pháp Trang 4 IV Nhược điểm phương pháp Trang 4 B Thực trạng đề tài Trang 5 I Thuận lợi Trang 5 II Khó khăn Trang 5 C Giải vấn đề Trang 6 I Phương pháp giải số tập điển hình Trang 6 II Một số tập vận dụng Trang 13

III Kết đạt Trang 15

PHẦN THỨ BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - ĐỀ XUẤT Trang 17