Vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về hỗn hợp sắt và oxit sắt

PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong môn học trường phổ thông, môn Hóa học giữ vai trị quan trọng Hóa học mơn khoa học tự nhiên, nghiên cứu chất biến đổi chất thành chất khác Với 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 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 cách nhanh chóng đồng thời chia sẻ kinh nghiệm phương pháp giải tập với đồng nghiệp Mục đích nghiên cứu Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo tồn ngun tố, định luật bảo tồn electron để tìm phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh (không cần phải viết phương trình hóa học) dạng tốn sắt oxit sắt thường gặp đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng Đề xuất ý tưởng để giải nhanh toán sắt oxit sắt góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy môn trường phổ thông hành trang vững để em chuẩn bị bước vào kì thi tuyển sinh đại học, cao đẳng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng học sinh lớp 12A1, 12A2 Trường THPT số Bảo Yên – huyện Bảo Yên – tỉnh Lào Cai 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 Nhiệm vụ nghiên cứu Đưa định luật bảo tồn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào dạng toán đề phương pháp giải Thử nghiệm lớp: 12A1; 12A2 trường THPT số Bảo Yên Giáo viên đưa phiếu học tập dạng tập sắt oxit sắt Phương pháp nghiên cứu 5.1 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 5.2 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 Thời gian nghiên cứu Từ tháng năm 2011 đến tháng năm 2012 PHẨN THỨ HAI: NỘI DUNG Chương I: TỔNG QUAN Các định luật cần vận dụng 1.1 Định luật bảo toàn khối lượng Nội dung định luật: Khối lượng chất tham gia phản ứng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng Trong cần vận dụng hệ Hệ 1: Gọi mT tổng khối lượng chất trước phản ứng, m S khối lượng chất sau phản ứng Dù phản ứng xảy với hiệu suất ta có: m T = 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 1.2 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 1.3 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 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 Tổng quan tập hỗn hợp sắt oxit Bài tập Fe hỗn hợp oxit sắt thường có dạng cho khối lượng cho phản ứng với chất oxi hóa H 2SO4 đặc nóng HNO3 chí axit thường HCl 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 V lít NO2 (đktc) Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1) Theo định luật bảo toàn electron Chất khử Chất oxi hóa O  2e � O 2 y 2y y 4 N 5  1e � N O2 Fe � Fe3  3e x 3x V 22, Tổng electron nhường: 3x mol V 22, Tổng electron nhận: Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + V 2y + 22, V (2) 22, 56 x  16 y  m � V � 3x  y  � 22, � Từ (1) (2) ta có hệ � 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) nFe = nO + nNO2 Chương II THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI Thuận lợi Năm học 2011 – 2012 với đạo ngành giáo dục nhằm thực tốt chủ đề năm học: “Tiếp tục đổi nâng cao chất lượng giáo dục” Tiếp tục thực vận động: “Học tập làm theo gương đạo đức Hồ Chí Minh”; vận động “Mỗi thầy cô giáo gương đạo đức, tự học sáng tạo”; Phong trào thi đua “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực” tạo tiền đề khí mạnh mẽ từ đầu năm học Đội ngũ cán giáo viên nhà trường tổ môn đảm bảo số lượng chất lượng, đáp ứng yêu cầu cấp học Giáo viên nhà trường ln có trách nhiệm cao, say mê với nghề nghiệp hết lòng yêu thương học sinh Ngay từ đầu năm học, ban giám hiệu tổ mơn 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 ” lớp 10, phần “ axit HNO 3” lớp 11, bắt đầu làm quen với nhiều dạng toán phức tạp, có tốn hỗn hợp sắt oxit sắt phản ứng với chất có tính oxi hố mạnh (như HNO 3, H2SO4 đặc nóng ) với axit mạnh thông thường (như HCl, H2SO4 lỗng ) Có nhiều học sinh khá, giỏi có kĩ giải tập theo phương pháp thơng thường (đặt ẩn, lập hệ phương trình) Khó khăn Đối tượng học sinh trường THPT số Bảo Yên phần đông học sinh vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa thuộc huyện Bảo Yên – tỉnh Lào Cai nên khơng có nhiều điều kiện kinh tế thời gian cho việc học tập Rất nhiều học sinh lớp 12 chưa hiểu chất phản ứng hỗn hợp sắt oxit sắt với chất có tính oxi hóa mạnh axit nit trình oxi nitrric (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) q trình oxi hố liên tiếp Fe chất oxi hoá O HNO3 (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) Chưa biết cách áp dụng định luật bảo tồn vào giải tốn, đặc biệt bảo tồn electron phản ứng oxi hố khử Mỗi dạng tập có nhiều phương pháp làm, có phương pháp hiệu để giải mà học sinh chưa tìm Thói quen học sinh giải toán hoá viết phương trình hố học, đặt ẩn, lập hệ phương trình Phương pháp phù hợp với tốn đơn giản, số ẩn số phương trình đại số lập Mặt khác, với câu hỏi trắc nghiệm khách quan đề thi Đại học với thời gian trung bình 1,8 phút/1 câu hỏi việc giải nhanh tốn vấn đề nan giải Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Phương pháp giải số dạng tập điển hình 1.1 Dạng đốt cháy Sắt khơng khí cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa: Đây dạng toán 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 m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 2,8 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính giá trị m? Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng [O] [HNO3] Fe hh X Fe3+ Fe bị oxi hoá thành Fe3+ chất oxi hoá O HNO3 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: Chất khử Fe 0,225 Chất oxi hóa e + Fe3+ O 0,675 x + 2e O2- 2x NO3- + 3e 0,375 Tổng e (electron) nhường: 0,675 mol NO 0,125 Tổng e (electron) nhận: 2x + 0,375 (mol) Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375 �� � x = 0,15 Mặt khác ta có: m  mFe  mO nên: 2 m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam) Ví dụ 2: 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 thu 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO có tỉ khối so với H2 19 Tính m thể tích HNO3 1M dùng? Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: � NO2 � FeO , Fe O � � O2 ( kk ) HNO3 Fe ��� �� ��� �� NO � Fe O v Fe du � � Fe( NO3 )3 � + Hỗn hợp X gồm Fe O oxit + Xét trình ta thấy có Fe nhường e, Chất nhận e Oxi HNO3 + HNO3 nhận e NO NO2 + Số mol HNO3 ban đầu số mol HNO3 muối chuyển khí Giải vấn đề: Theo đề ta có: nNO  nNO  0,125mol Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 20 (1) Quá trình nhường nhận e: Chất khử Chất oxi hóa O  2e � O 2 y Fe � Fe3  3e x 2y y 4 N 5  1e � N O2 0,125 0,125 3x 5 2 N  3e � N O 0,125 x3 Tổng electron nhường: 3x mol 0,125 Tổng electron nhận: 2y + 0,125+ 0,125x3 mol Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,5 (2) 56 x  16 y  20 Từ (1) (2) ta có hệ � � x  y  0,5 � Giải hệ ta có x = 0,3 y = 0,2 Như nFe = 0,3 mol m = 16,8 gam Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có: mi Khí nHNO3  nNO  nNO  3nFe  nNO  nNO2 3 nên nHNO  0,3x3  0,125  0,125  1,15 mol Vậy VHNO  1,15  1,15(lít) Ta dùng phương trình ion – electron để tìm số mol H + số mol HNO3 phản ứng: NO3- + e + 2H+  NO2 + H2O NO3- + 3e + 4H+  NO + 2H2O nH+ = 2nNO2 + 4nNO 1.2 Dạng hỗn hợp sắt oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh Ví dụ 3: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 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 xét trình chất nhường e Fe chất nhận e O NO3 Nếu biết số tổng số mol Fe X biết số mol muối Fe(NO 3)3 dung dịch sau phản ứng Do giải toán 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: Chất khử Chất oxi hóa O  2e � O 2 Fe � Fe3  3e x y 3x 2y y 2 N 5  3e � N O 0,18 Tổng electron nhường: 3x (mol) 0,06 Tổng electron nhận: 2y + 0,18 (mol) Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2) 56 x  16 y  11,36 Từ (1) (2) ta có hệ � � x  y  0,18 � Giải hệ ta có x = 0,16 y = 0,15 Như nFe  nFe ( NO )  0,16 mol m = 38,72 gam 3 Với toán ta quy tốn kinh điển: Đốt m gam sắt sau phản ứng sinh 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 lỗng (dư), thu 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) 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 HNO ta tính số mol dựa vào bảo tồn ngun tố N ta có: mi Khí nHNO3  nNO  n  3nFe  nNO (nNO2 ) NO 3 Hoặc theo phương trình ion- electron sau: NO3- + 3e + 4H+  NO + 2H2O Từ có: số mol HNO3 phản ứng = số mol H+ = x 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 hoàn toàn D dd HNO3 lỗng dư thu 0,672 lit khí NO (đktc) sản phẩm khử Tính a? Giải vấn đề: Gọi số mol oxit CuO, Fe 2O3, FeO a gam hỗn hợp đầu x, ta có: Cu = x mol, Fe = 3x mol Chất khử: Chất oxi hoá: Cu  2e + Cu2+ O x y 2x Fe  3e + Fe3+ 3x + 2e  O22y NO3- + 3e  NO 9x 0,09 0,03 Lập hệ phương trình: 11x = 2y + 0,09 64x + 56 3x + 16y = 6,4 Giải được: x = 0,2225 Vậy a = 6,942 1.3 Dạng khử khơng hồn tồn Fe 2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh HNO3 H2SO4 đặc nóng: Ví dụ 5: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam Fe 2O3 nung nóng Sau thời gian thu 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe 2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO đặc, nóng thu 4,368 lít NO (sản phẩm khử đktc) Tính m ? Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng �FeO, Fe3O4 HNO3dn �NO2 � CO Fe2O3 �� ���� �� o �� t Fe O , Fe � �Fe( NO2 )3 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 HNO đề tính tổng số mol Fe Giải vấn đề: Theo đề ta có: nNO  0,195mol Gọi số mol Fe O tương ứng X x y ta có: 56x + 16y = 10,44 (1) Quá trình nhường nhận e: Chất khử Chất oxi hóa O  2e � O 2 Fe � Fe3  3e x 3x y 2y y 4 N 5  1e � N O2 0,195 0,195 Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2) 56 x  16 y  10, 44 Từ (1) (2) ta cú hệ � � x  y  0,195 � Giải hệ ta có x = 0,15 y = 0,1275 Như nFe = 0,15 mol nên nFe O  0, 075mol �� � m = 12 gam Nhận xét: Với toán trên, ta giải theo cách tính số mol O bị CO lấy theo 4 O 2 � � CO2 N 5  1e � N O phương trình: CO  � � � 2e �� 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 Fe 3O4 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 HNO H2SO4 đặc nóng để giải tốn 10 1.4 Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl, H2SO4 loãng ) Tổng quan: Đây khơng phải phản ứng oxi hóa khử mà phản ứng trao đổi  O 2 � Trong phản ứng ta coi phản ứng của: 2H  � � �� H 2O 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 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 khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu đến khối lượng khơng đổi m(g) chất rắn Tính m �FeO �FeCl2 NaOH � � �Fe(OH ) � nungtrongkk HCl �� ��� �� ����� Fe2O3 Phân tích đề: Sơ đồ �Fe2O3 ��� 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   2O 2 � Theo phương trình: 2H  � � �� H 2O O oxi hỗn hợp oxit 0,26 0,13 nO2  0,13mol mà theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68 Nên mFe = 7.68 – 0,13x16 =5,6(gam) � nFe = 0,1 mol � Fe2O3 Ta lại có 2Fe �� 0,1 0,05 Vậy m = 0,05x160 = gam 11 Nhận xét: Ngồi cách giải ta quy hỗn hợp FeO Fe 2O3 Fe3O4 coi hỗn hợp FeO.Fe2O3 với số mol 1.5 Dạng sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl, H2SO4 loãng ) Tổng quan: Dạng giống dạng thứ nhiên sản phẩm phản ứng ngồi H2O cịn có H2 Fe phản ứng Như liên quan đến H + có phản ứng H   2e �� � H2 � sau: 2H   � O 2 � � H 2O � ��� Như dựa vào tổng số mol H+ số mol H2 để tìm số mol O2từ tính tổng số mol Fe Ví dụ 7: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu dung dịch X 3,36 lít khí H (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 được m(g) chất rắn Tính giá trị m? �Fe �H � �FeO � � � �Fe(OH ) � nungtrongkk HCl NaOH � �FeCl2 ��� �� ����� Fe2O3 Phân tích đề: Sơ đồ �Fe O ��� � �FeCl �Fe(OH )3 � � � �Fe3O4 + Ta coi H+ axit vừa nhận electron để thành H2 phản ứng với O2- oxit + Toàn Fe oxit cuối chuyển Fe2O3 + Từ tổng số mol H+ số mol H2 ta tính số mol O oxit từ tính lượng Fe có oxit Giải vấn đề: Ta có nH  nHCl  0, 7mol , nH  0,15mol  Ta có phương trình phản ứng theo H+: H   2e �� � H �(1) 2H   � O 2 � � H 2O (2) � ��� 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 12 Ta lại có � Fe2O3 Vậy m = 160 x 0,03/2 = 24 gam 2Fe �� 1.6 Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương Tổng quan: Trong số oxit sắt ta coi Fe 3O4 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 Fe 3O4 cịn khơng có kiện ta coi hỗn hợp FeO Fe 2O3 Như hỗn hợp từ chất ta chuyển thành hỗn hợp chất chất tương đương Ví dụ 8: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe 2O3, Fe3O4 (trong số mol FeO số mol Fe2O3) Hòa 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 phản ứng hết 100 ml dung dịch X? Phân tích đề: Theo để số mol FeO số mol Fe 2O3 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 Fe 3O4 ta tính số mol FeSO4 từ tính số mol KMnO4 theo phương trình phản ứng phương pháp bảo tồn electron Giải vấn đề : Vì số mol FeO số mol Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp Ta có Ptpư: nFe3O4  4, 64  0, 02mol 232 � FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O Fe3O4 + 4H2SO4 �� 0,02 0,02 Trong 100 ml X có 0,01 mol FeSO4 nên: � 5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O 10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4 �� 0,01 0,002 Như ta có VKMnO4  0, 002  0, 02(lit ) 0,1 hay 20 ml Ví dụ 9: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe 3O4 Fe2O3 tan vừa hết dung dịch H2SO4 tạo thành dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu 70,4 gam 13 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 FeSO Fe2(SO4)3 Do ta coi hỗn hợp ban đầu gồm hai oxit FeO Fe 2O3 Ta thấy khối lượng muối tăng lên phản ứng: 2Fe2+ + Cl2 �� � 2Fe3+ + 2Cl- Như khối lượng tăng lên khối lượng Clo Vậy từ khối lượng Clo ta tính số mol Fe 2+ 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: Coi hỗn hợp gồm FeO Fe2O3 ta có phương trình phản ứng: FeO + H2SO4 �� � FeSO4 + H2O � Fe2(SO4)3 + 3H2O Fe2O3 + 3H2SO4 �� Khối lượng tăng lên khối lượng Cl - có muối theo phương trình: 2Fe2+ + Vậy nCl   Cl2 �� � 2Fe3+ + 2Cl- 77,5  70,  0, 2mol Như số nFe2  nFeSO4  nFeO  0, 2mol 35,5 70,  0, x152  0,1mol Mà mFeSO  mFe ( SO )  70, nFe ( SO )  4 400 Nên nFe ( SO )  nFe O  0,1mol 3 Do m  mFeO  mFe O  0, x 72  0,1x160  30, 4( gam) Vậy m = 30,4 gam 1.7 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 HNO 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 ? 14 (Đáp án:70,4 gam) Bài 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe 3O4, Fe2O3) cần 0,05 mol H2 Nếu hồ tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y dung dịch H 2SO4 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 Hịa tan hỗn hợp X HNO lỗng 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 hỗn hợp X gồm sắt oxit Cho hòa tan hết X dung dịch H 2SO4 đặc nóng thu 5,6 lít khí SO2 (sản phẩm khử đktc) Tính m? Nếu thay H2SO4 HNO3 đặc nóng thể tích NO2 (đktc) bao nhiêu? (Đáp án: 20 gam; 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, Fe 3O4, 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 Fe 2O3 nung nóng Sau thời gian thu hỗn hợp X nặng 13,92 gam gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 Hịa tan X HNO3 đặc nóng thu V lít khí NO2 (đktc) Tính V? (Đáp án: 11,648 lít) Bài 8: Hỗn hợp M có khối lượng 12 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hoà tan hết M vào H2SO4 đặc, nóng dư thu 3,36 lít SO2 (đtkc) Cô cạn dung dịch thu gam muối khan? (Đáp số: 36 gam) Kết học kinh nghiệm 2.1 Kết Trong giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi đại học có nhiều trăn trở dạy phần hỗn hợp sắt hợp chất sắt Tôi nhận thấy kể đề thi học sinh giỏi đề thi đại học số lượng câu hỏi sắt hợp chất sắt chiếm tỉ lệ định đặc biệt tốn kinh điển Trên thực tế vậy, tơi mạnh dạn đưa phương pháp giải dạng tập vào qua giảng dạy 15 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 mừng 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 2011 – 2012 thu kết định, thể thông qua 12A1, 12A2 trường THPT số Bảo Yên trường THPT số Bảo Yên sau: a) Trước thử nghiệm 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 5-10 phút >10 phút không giải 12A1 34 12 19 12A2 36 11 23 Cộng 70 23 42 Tỉ lệ (%) 0,0 7,1 32,9 60 Tiến hành làm kiểm tra trắc nghiệm phiếu học tập bao gồm 10 tập thời gian 30 phút thu kết sau: Lớp Sĩ số 12A1 34 12A2 36 Cộng 70 Tỉ lệ (%) b) Sau thử nghiệm Giỏi 0 1,4 Khá 11,4 Trung bình 13 18,6 Yếu, 21 27 48 68,6 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 34 11 12 12 A2 36 10 11 Cộng 70 21 23 16 10 Tỉ lệ (%) 30,0 32,9 22,8 14,3 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 16 Trung bình Yếu, 12A1 12A2 Cộng Tỉ lệ (%) 34 36 70 11 19 27,2 12 14 26 37,1 17 24,3 11,4 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 mừng chắn số học sinh giỏi, kể học sinh diện trung bình không bỏ qua dạng gặp kỳ thi 2.2 Bài học kinh nghiệm Trong trình thực đề tài này, đúc kết số học kinh nghiệm sau: Phát huy tinh thần tự học, tự bồi dưỡng nhằm nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ người thầy Ban lãnh đạo trường cần có phương án kiểm tra, đánh giá, khích lệ cụ thể Có ý thức trách nhiệm cao học sinh, đặt việc giảng dạy cho học sinh tầm quan trọng hàng đầu nghiệp giáo dục Người thầy phải biết tạo cho học sinh hứng thú, niềm đam mê vào việc học tập mơn hố học Hay nói cách khác, người thầy phải người truyền lửa để thắp sáng tâm hồn trái tim hệ học sinh 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 Đó động lực để tơi hồn thành đề tài PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua nghiên cứu áp dụng cho đối tượng học sinh lớp 12 trường THPT số Bảo Yên nhận thấy: Dạng tập sắt oxit sắt có vai trị quan trọng chương trình hóa học THPT Thơng qua việc giải tập hóa học sắt oxit sắt, 17 học sinh củng cố nắm vững khái niệm tính chất chất sắt hợp chất sắt Căn vào thực trạng học tập học sinh công tác bồi dưỡng học sinh giỏi nay, nghĩ người giáo viên cần phải nỗ lực nghiên cứu, tham khảo, trao đổi kinh nghiệm để tìm phương pháp tối ưu để giảng dạy hướng dẫn học tập tích cực, rèn luyện óc tư sáng tạo có lịng đam mê u thích mơn học Trên kinh nghiệm mà tích luỹ q trình giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn 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 Tôi mong nhận ý kiến đóng góp cấp lãnh đạo bạn bè đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Bảo Yên, ngày 20 tháng năm 2012 Người viết Phùng Minh Thái TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 18 Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Từ Ngọc Ánh, Phạm Văn Hoan, Bài tập Hóa học 12 – NXB Giáo dục, 2007 Nguyễn Thanh Khuyến, Phương pháp giải tốn Hóa học vơ – NXB Giáo dục, 1998 Nguyễn Cương (Chủ biên), Nguyễn Mạnh Dung, Nguyễn Thị Sửu, Phương pháp dạy học Hóa học, NXB Giáo dục, 2001 Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lí thuyết phản ứng hóa học – NXB Giáo dục, 2008 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 Đề thi tuyển sinh đại học cao đẳng khối A, B mơn Hóa học từ năm 2007 – 2011 19 MỤC LỤC Nội dung PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Thời gian nghiên cứu PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG Chương I: TỔNG QUAN Các định luật cần vận dụng Tổng quan tập hỗn hợp sắt oxit Chương II: THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI Thuận lợi Khó khăn Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Phương pháp giải số dạng tập điển hình Kết học kinh nghiệm PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 Trang 1 1 2 3 3 4 6 15 18 19 ... pháp vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán hỗn hợp sắt oxit sắt cách quy đổi hỗn hợp gồm sắt oxi Nhiệm vụ nghiên cứu Đưa định luật bảo tồn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào dạng toán. .. I: TỔNG QUAN Các định luật cần vận dụng 1.1 Định luật bảo toàn khối lượng Nội dung định luật: Khối lượng chất tham gia phản ứng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng Trong cần vận dụng hệ Hệ 1:... 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