CHUYÊN ĐỀ THÁNG 9: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP HỖN HỢP SẮT VÀ OXIT SẮT”

CHUYÊN ĐỀ THÁNG 9: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP HỖN HỢP SẮT VÀ OXIT SẮT”
                                                                   Người thực hiện: Nguyễn Thị Hoàng Yến
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
  Hình thức kiểm tra đánh giá bằng trắc nghiệm không còn lạ lẫm với các em  học sinh, nhưng thi trắc nghiệm yêu cầu học sinh trong một khoảng thời gian ngắn các em phải giải quyết một số lượng bài tập tương đối lớn. Hầu như với khoảng thời gian đó các em khó có thể giải quyết tốt các bài toán có trong đề. Muốn làm tốt được đề thi đòi hỏi học sinh phải trang bị cho mình những kinh nghiệm giải quyết bài toán nhanh và gọn.
  Để giải quyết làm được điều đó đòi hỏi các em  phải biết vận dụng linh  hoạt các định luật bảo toàn, có các mẹo thay thế chất để có thể chuyển đổi từ hỗn hợp phức tạp thành dạng đơn giản hơn, một trong số dạng bài toán hoá phức tạp hay gặp trong các đề tốt nghiệp, thi đại học là các bài toán về sắt và các oxit sắt.
  Thông thường những bài tập về sắt thường khá phức tạp và xảy ra theo nhiều phương trình phản ứng khác nhau. Các em thường khó khăn trong việc phán đoán và giải quyết những bài toán về sắt. Tôi nghiên cứu đề tài này với mong muốn giúp các em giải quyết những khó khăn gặp phải khi đối diện với những bài tập về sắt .
PHẦN II. GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ.
1. Cơ sở lí thuyết.
Định luật bảo toàn khối lượng: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sau phản ứng.
Định luật bảo toàn nguyên tố: Tổng khối lượng một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của nguyên tố đó sau phản ứng. Nội dung định luật có thể hiểu là tổng số mol của một nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng.
Định luật bảo toàn electron: Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng số mol electron mà chất oxi hóa nhận về.
Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán này cần lưu ý:

5. Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian.
5. Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron.

 
 
 
2. Thí dụ minh họa.
2.1  Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương:

• Trong số oxit sắt thì ta coi Fe₃O₄ là hỗn hợp của FeO và Fe₂O₃ có số mol bằng nhau. Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi.

• Nếu cho số mol FeO và Fe₂O₃ có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe₃O_4.
• Nếu số mol của FeO và Fe₂O₃ không bằng nhau thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe₂O₃.

• Hỗn hợp gồm Fe, S , FeS và FeS₂ có thể coi như hỗn hợp gồm Fe và S. vì trong

hợp chất thì tổng số oxi hóa bằng 0.
 Như vậy hỗn hợp từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương.
Ví dụ 1:  Để hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃  (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe₂O₃), cần dùng vừa đủ V lít dd HCl 1M. Giá trị của V là
A. 0,23                       B. 0,18                        C. 0,08                        D. 0,16
Cách giải thông thường:
            FeO + 2HCl  FeCl₂ + H₂O
            x           2x
            Fe₂O₃ + 6HCl  2FeCl₃ + 3H₂O
            x           6x
            Fe₃O₄ + 8HCl  FeCl₂ + 2FeCl₃ + 3H₂O
            y           8y
Gọi x là số mol FeO
  số mol x cung là số mol của Fe₂O₃.
Gọi y là số mol của Fe₃O₄
           72x + 160x + 232y = 2,32
      232x + 232y = 2,32
      x + y = 0,01 (1)


Giải nhanh:
Vì  Coi như hỗn hợp chỉ có Fe₃O₄.

Ta có:

Ví dụ 2:  Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ tác dụng với dd HCl (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y. Cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl₂ và m gam FeCl₃. Giá trị của m là :
A. 9,75gam                B. 8,75gam                C. 7,80gam                D. 6,50gam
Cách giải thông thường:
            FeO + 2HCl  FeCl₂ + H₂O
            x           2x                 x
            Fe₂O₃ + 6HCl  2FeCl₃ + 3H₂O
            y           6y                  2y
            Fe₃O₄ + 8HCl  FeCl₂ + 2FeCl₃ + 3H₂O
            z             8z                 z            2z
Gọi x, y, z lần lượt là số mol của FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ có trong 9,12 gam hỗn hợp.
           72x + 160y + 232z = 9,12 (1)
            (2)
           Từ (1)    160(y + z) + 72(x +z) = 9,12
                         y + z = 0,03
          
Giải nhanh:
           Coi như hỗn hợp gồm FeO và Fe₂O₃
          
          
          
Ví dụ 3:  Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp: S, FeS, FeS₂ trong HNO₃ dư được 0,48 mol NO₂ duy nhất và dung dịch X. Cho dung dịch Ba(OH)₂ dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là:
         A. 17,545gam            B. 18,355gam            C. 15,145gam            D. 2,4000gam
Giải nhanh:
Coi như hỗn hợp chỉ gồm Fe và S

Quá trình nhường elctron                Quá trình nhận elctron


m_rắn =
2.2  Dạng đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa

• Khi đốt cháy sắt trong không khí sẽ tạo ra hỗn hợp sản phẩm. Nếu học sinh

viết phương trình hóa học và lập hệ phương trình để giả quyết thì se gặp vô vàn khó khăn. Đề giải dạng bài tập này ta vận dụng định luật bào toàn khối lượng và bào toàn electron.
Ví dụ 1:  Nung m gam bột Fe trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn A. Hòa tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO₃ dư thu được 0,56 lít  (đktc) NO (duy nhất). Giá trị m là:
A. 2,22gam.               B. 2,26gam.               C. 2,52gam.               D. 2,32gam.
Giải nhanh theo định luật:
                                              
Quá trình nhường elctron                Quá trình nhận elctron


m_Fe  = 0,04556 = 2,25 gam.
Giải nhanh theo công thức kinh nghiệm:           m_rắn = 80n_Fe  - 8n_{e nhận}
           
Ví dụ 2:  Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe₂O₃  và Fe₃O₄ . Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính m?
            A. 12gam                   B. 12,25gam              C. 15g am                   D. 20gam
Giải nhanh theo định luật:
                                               
Quá trình nhường elctron                Quá trình nhận elctron


m_rắn = 12,6 + 0,07532 =  15 gam.
Giải nhanh theo công thức kinh nghiệm:           m_rắn = 80n_Fe  - 8n_{e nhận}
            m_rắn
Ví dụ 3:  Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau  phản ứng thu được 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe₂O₃  và Fe₃O₄ . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO₃ loãng  thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO₂ có tỉ khối so với H₂ là 19. Tính m và thể tích HNO₃ 1M đã dùng?
A. 16,8gam và 1,15 lít                                             B. 14gam và  1,15 lít
C. 16,8gam và 1,5 lít                                                D. 14gam và  1,5 lít
Giải nhanh theo định luật:


Quá trình nhường elctron                Quá trình nhận elctron


m_Fe  = 0,356 = 16,8 gam.

 lít
Bài tập tương tự.
Ví dụ 4:  Nung x mol Fe trong không khí thu được 16,08 gam hỗn hợp rắn A. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn A trong dung dịch HNO₃ dư thu được 0,972 lít (đktc) khí NO. Giá trị của x là:
A. 0,15                       B. 0,214                     C. 0,24                       D.0,22
Ví dụ 5:  Để m gam bột sắt (A) trong không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp rắn B có khối lượng  12 gam. Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO₃ thấy sinh ra 2,24l khí NO duy nhất ở đktc. Giá trị m là:
A. 10,08 g                  B.21,6g                       C.16,8 g                     D. 11,2g
Ví dụ 6:  Nung m gam Fe trong không khí thu được 104,8 gam hỗn hợp rắn A. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn A trong dung dịch HNO₃ dư thu được 12,096 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và NO₂ có tỉ khối hơi so với H₂ là 20,334. Giá trị của m là:
A. 74,8 g                    B. 87,4g                      C. 47,8g                     D.78,4g
2.3 Dạng khử không hoàn toàn Fe₂O₃ sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh là HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc nóng:
Ví dụ 1: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe₂O₃ nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe₂O₃  và Fe₃O₄ . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO₃ đặc, nóng  thu được 4,368 lít NO₂ (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m
A. 11,2gam                B. 16,0gam                C. 24gam                   D. 12gam
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng

Trong trường hợp này xét quá trình đầu và cuối ta thấy chất nhường e là CO, chất nhận e là HNO₃. Nhưng nếu biết tổng số mol Fe trong oxit ta sẽ biết được số mol Fe₂O₃. Bởi vậy ta dùng chính dữ kiện bài toán hòa tan X trong HNO₃ đề tính tổng số mol Fe.
Giải bằng định luật bảo toàn electron

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là a và b ta có: 56a + 16b = 10,44 (1).
Quá trình nhường e:                                     Quá trình nhận e:
                 
Áp dụng định luật bảo toàn electron  ta có: 3a = 2b + 0,195          (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ
Giải hệ trên ta có a = 0,15 và  b = 0,1275 
Như vậy n_Fe = 0,15 mol nên  m = 12 gam.
Giải nhanh:
Quá trình nhường elctron.                                       Quá trình nhận elctron

2a = 0,195  a = 0,0975.
Ta có
m = 10,44 + 0,097516 = 12 gam.
Ví dụ 2: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ cần 0,05
mol H₂. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H₂SO₄ đặc thu được thể tích khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn là
A. 448 ml.      B. 224 ml.        C. 336 ml.       D. 112 ml.
Giải nhanh:
Sơ đồ phản ứng:
Thực chất phản ứng khử các oxit trên là
                H₂        +      O   ¾®   H₂O
                0,05     ®   0,05 mol
Coi hỗn hợp ban đầu có 0,05 mol O và
Quá trình nhường elctron                       Quá trình nhận elctron
Fe  ¾®   Fe³⁺ + 3e                                  O +     2e ¾®   O^-2
0,04                     0,12  (mol)                    0,05    0,1                   (mol)
                                                                   
0,12 = 0,1 + 2a  a = 0,01 mol
Vậy:         
 
Bài tập tương tự
Ví dụ 3:  Hỗn hợp A gồm FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe₂O₃).  Hòa tan 4,64 gam trong dung dịch H₂SO₄ loãng dư được 200 ml dung dịch X  . Tính thể tích dung dịch KMnO₄ 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X?
A. 20ml                      B. 25ml                      C. 15ml                      D. 10ml         
PHẦN III. KẾT LUẬN
    Do kinh nghiệm còn hạn chế nên các phương pháp giải nhanh chưa được phong phú và đa dạng dể đáp ứng nhu cầu của các em học sinh. Mong được đồng nghiệp nhận xét và góp ý.