Tải bản đầy đủ

Sáng kiến kinh nghiệm SKKN bài tập về sắt và hợp chất của sắt trong chương trình THPT

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:
“BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT TRONG CHƢƠNG
TRÌNH THPT”


A.
I. Lý do chọn

tv n

tài

Giúp học sinh nắm vững kiến thức hoá học, biết khai thác, vận dụng để giải quyết các
vấn đề gặp phải trong thực tiễn cũng như trong khi học tập bộ môn là nhiệm vụ thường
xuyên và quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoá ở bậc phổ thông trung học. Bên
cạnh việc khắc sâu kiến thức, nó còn giúp học sinh tiếp cận với quy luật tự nhiên và thực
tiễn khách quan, có cách nhìn khoa học hơn để nhận biết sự việc, hiên tượng .
Nhằm mục đích này, đồng thời để giúp học sinh có thể tự nghiên cứu, tự học tập và áp
dụng cho những trường hợp khác, khi giảng dạy cả ở những giờ chính khoá cũng như bồi

dưỡng học sinh khá, giỏi, tôi đã tìm hiểu các dạng bài tập thường gây khó khăn cho học
sinh để ngiên cứu phương pháp thể hiện một cách đơn giản và hiệu quả nhất.
Trong số các nguyên tố và hợp chất được học trong chương trình THPT, Sắt và hợp chất
c a sắt là phần kiến thức rất phong phú, đa dạng. Bài tập về sắt là một phần quan trọng
trong chương trình THPT, đặc biệt là chương trình lớp 12. Nghiên cứu kỹ bài tập về sắt
có thể vận dụng hiệu quả cho bài tập về crôm do điểm tương đồng là hai kim loại có
nhiều số oxi hoá. Bài tập về sắt thường xuyên gặp phải các trường hợp biến đổi giữa 3 số
oxi hoá. Sự biến đổi các số oxi hóa c a Sắt là dạng phản ứng mà học sinh thường rất lúng
túng khi xét các trường hợp xảy ra.
Vì vậy tôi đã tập trung tìm hiểu các dạng bài tập về Sắt và hợp chất, phân loại theo nhóm
bài tập phổ biến thường gặp trong chương trình học cũng như trong các đề thi, hệ thống
lại các dạng bài tập trên và đưa ra phương pháp giải loại bài tập này nhằm giúp học sinh
dễ hiểu, giải quyết vấn đề nhanh, chính xác, đầy đ và gọn gàng hơn. Đồng thời giúp học
sinh có khả năng tư duy độc lập để vận dụng trong những trường hợp khác.
II. Mục ích và nhiệm vụ nghiên cứu.
- Tìm hiểu cơ sở lí luận c a đề tài.
- Phân tích tính chất c a sắt và các hợp chất, phân loại các bài toán trên cơ sở sự thay đổi
số oxi hóa c a sắt và hợp chất.
- Hệ thống các dạng bài toán hoá học tương ứng với mỗi dạng phản ứng, phân tích các sai
lầm có thể có c a học sinh và đưa ra cách giải hợp lý, đơn giản.
- Hình thành kĩ năng tư duy cho học sinh, giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tác với dạng
bài tập ứng với phản ứng khác và rút ra cách xét các trường hợp phản ứng dạng tương tự.
III. ối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Các trường hợp phản ứng c a Sắt và hợp chất, sự thay đổi số oxi hóa .


- Các dạng bài toán về Sắt và hợp chất, sự thay đổi số oxihóa trong chương trình hoá học
bậc THPT và thi tuyển sinh vào các trường Đại học hàng năm.
- Phạm vi nghiên cứu: Quá trình dạy học Hoá học ở trường THPT .
IV. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lí thuyết về Sắt và hợp chất, sự thay đổi số oxi hóa
- Tìm hiểu chương trình Hóa học phổ thông, các tài liệu hướng dẫn giải các bài tập Hoá
học, các đề thi tuyển sinh ...
Hệ thống, sắp xếp các dạng bài tập theo đặc điểm chung, đưa ra cách giải chung cho từng
dạng.
B. Giải qu t vấn
1- Sự chu ển hóa các số oxi hóa của Sắt
Trong chương trình hoá học bậc THPT, Sắt là nguyên tố xuất hiện nhiều nhất trong các
dạng bài toán do có nhiều số oxi hóa, sự biến đổi các số oxi hóa phong phú, đa dạng
khiến bài tập về Sắt và hợp chất có nhiều trường hợp phản ứng xảy ra.

Sự biến đổi các số oxi hoá c a Sắt tập trung theo sơ đồ chuyển hóa

Fe

Fe2+

Fe3+

1.1- Phản ứng khử hợp chất Sắt (III):
1.1.1- Đặc điểm chuyển hóa:
hi hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử yếu có thể tạo hợp chất sắt (II).
hi hợp chất sắt (III) tác dụng với các chất khử mạnh có thể tạo hợp chất sắt (II) hoặc
tạo ra đơn chất sắt.


1.1.2- Các phản ứng thường gặp
1.1.2.1- Hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử yếu:
- Các kim loại từ Fe đến Cu
1.1.2.2- Hợp chất sắt (III) tác dụng với các chất khử mạnh :
- Phản ứng c a dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Mg đến Zn.
- Phản ứng khử Fe2O3 bằng các chất khử như C, CO, H2, Al ...
1.2- Phản ứng oxi hóa Sắt:
1.2.1- Đặc điểm chuyển hóa:
hi sắt tác dụng với chất oxi hóa yếu tạo hợp chất sắt (II)
hi sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh có thể tạo hợp chất sắt (II) hoặc hợp chất
sắt (III).
1.2.2- Các phản ứng thường gặp
1.2.2.1- Sắt tác dụng với chất oxi hóa yếu:
Phản ứng với phi kim: lưu huỳnh, Iot
Phản ứng với dung dịch muối c a các kim loại: từ sau Fe đến Cu
1.1.2.2- Sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh:
- Phản ứng c a Fe với các chất có tính oxi hoá mạnh (Các halogen từ Flo đến Brom, dung
dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, Hg(NO3)2, AgNO3).
- Phản ứng c a Fe với oxi.
1.3- Phản ứng của hợp chất Sắt (II)
1.3.1- Đặc điểm chuyển hóa:
Hợp chất sắt (II) có số oxi hoá trung gian nên có thể hiện tính khử khi gặp chất oxi
hoá mạnh, thể hiện tính oxi hoá khi gặp chất khử mạnh.
1.3.2- Các phản ứng thường gặp
1.3.2.1- Phản ứng thể hiện tính khử c a Fe2+ với chất có tính oxi hoá mạnh:
Dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, Hg(NO3)2, AgNO3; F2, Cl2, Br2 ...; (H2O + O2)
1.3.2.2- Phản ứng thể hiện tính oxi hoá c a hợp chất Fe2+ với các chất khử mạnh: Kim
loại mạnh, CO, C, H2, ...


Các trường hợp phản ứng trên được sử dụng, phân loại theo nhiều cách, tuỳ thuộc nguyên
tắc phân chia và mục đích vận dụng trong các dạng bài tập. Có thể phân loại theo các
cách cơ bản sau:
2- Ph n loại bài tập v sắt và hợp chất của sắt:
2.1- Bài toán về phản ứng c a Fe với dung dịch các chất có tính oxi hoá mạnh (HNO3,
H2SO4 đặc nóng, AgNO3).
2.2- Bài toán về phản ứng c a dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Mg đến Zn.
2.3- Bài toán về hỗn hợp c a sắt và các oxit
2.4- Bài toán xác định công thức c a oxit.
3- Các phƣơng pháp thƣờng ƣợc áp dụng trong bài toán v sắt và hợp chất của sắt:
3.1- Phương pháp bảo toàn khối lượng các chất
3.2- Phương pháp bảo toàn electron.
3.3- Phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử các nguyên tố
3.4- Phương pháp bán phản ứng (phương trình ion-electron.
3.5- Phương pháp tăng giảm khối lượng
4- Ph n tích

c iểm một số phản ứng thƣờng g p

4.1- Phản ứng của Fe với dung dịch các axit có tính oxi hoá mạnh.
Thí nghiệm 1: Cho bột sắt tác dụng với dung dịch HNO3 loãng.
Phản ứng, hiện tượng:
hi cho từ từ bột sắt vào dung dịch HNO3 đầu tiên có khí thoát ra do:
Fe

+

4HNO3




Fe(NO3)3

+

NO +

2H2O

Khi HNO3 hết, dung dịch thu được vẫn hoà tan thêm một lượng bột sắt do:
Fe

+

2Fe(NO3)3




3Fe(NO3)2

Phản ứng c a Fe với H2SO4 đặc nóng được xét tương tự như trên.
Thí nghiệm 2: Cho bột sắt tác dụng với dung dịch AgNO3.


Phản ứng, hiện tượng: hi cho bột sắt vào dung dịch AgNO3 có kết t a thoát ra:
Fe

+ 2AgNO3




Fe(NO3)2

+

2Ag

khi Fe hết khối lượng kết t a vẫn tiếp tục tăng, do:
AgNO3 + Fe(NO3)2




Fe(NO3)3

+

Ag

Đặc điểm bài toán:
hi sắt tác dụng với dung dịch chất có tính oxi hoá mạnh, sản phẩm thu được có
thể gồm hợp chất sắt (II), hợp chất sắt (III).
4.2- Phản ứng của dung dịch muối Fe3+ với kim loại.
4.2.1- Phản ứng của dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Mg

n Zn.

Thí nghiệm: Cho bột Mg tác dụng với dung dịch Fe(NO3)3.
Phản ứng, hiện tượng: hi cho từ từ bột kim loại (từ Mg đến Zn) dung dịch muối Fe 3+,
đầu tiên không có chất rắn thoát ra do:
Mg

+

2Fe3+




Mg2+ +

2Fe2+

Sau khi Fe3+ phản ứng hết, tiếp tục thêm bột Mg sẽ tạo ra chất rắn mới do:
Mg

+

Fe2+ 


Mg2+ +

Fe

Đặc điểm:
Các kim loại không tác dụng với H2O, mạnh hơn Fe trong dãy điện hoá đều có thể tham
gia phản ứng với dung dịch muối Fe3+ như trên.
hi các kim loại không tác dụng với H2O, mạnh hơn Fe trong dãy điện hoá phản ứng với
dung dịch muối Fe3+ có thể có chất rắn thu được hoặc chỉ có phản ứng hòa tan chất rắn.
4.2.2- Phản ứng của dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Fe
Phản ứng, hiện tượng:
có chất rắn thoát ra do:
Cu

+

2Fe3+

n Cu.

hi cho bột kim loại (từ Fe đến Cu) dung dịch muối Fe3+, không



Cu2+ +

2Fe2+

Đặc điểm:
Các kim loại yếu hơn Fe trong dãy điện hoá vẫn có thể tham gia phản ứng với dung dịch
muối Fe3+ như trên.


hi các kim loại yếu hơn Fe trong dãy điện hoá phản ứng với dung dịch muối Fe 3+ chỉ có
phản ứng hòa tan chất rắn.
4.3- Phản ứng của Fe với O2.
Phản ứng:
2Fe +

O2




2FeO

3Fe +

2O2




Fe3O4

2Fe +

3O2




2Fe2O3

Đặc điểm:
hi cho Fe tác dụng với O2, hỗn hợp thu được có thể gồm 4 chất.
4.4- Phản ứng của Fe2O3 với chất khử (CO).
Phản ứng:
3Fe2O3 +

CO




2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 +

CO




3FeO

+ CO2

FeO +

CO




Fe

+ CO2

Đặc điểm: Khi cho Fe2O3 tác dụng với chất khử, hỗn hợp thu được có thể gồm 4 chất.
4.5- Phản ứng của hỗn hợp sắt và các oxit với dung dịch axit.
Phản ứng:
Cho hỗn hợp X gồm sắt và 3 oxit c a sắt tác dụng với dung dịch HCl.



Fe2O3

+

6HCl

2FeCl3 + 3H2O

Fe3O4 +

8HCl




2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

FeO +

2HCl




FeCl2

+ H2O

Fe

+

2HCl




FeCl2

+ H2

Fe

+

2FeCl3




3FeCl2

Đặc điểm:
- Thứ tự ưu tiên các phản ứng: axit hòa tan các oxit, chất phản ứng cuối cùng là Fe.
Nếu có chất rắn còn dư sẽ là sắt, có thể có các oxit.


- Nếu có chất rắn dư, chắc chắn sẽ có phản ứng c a Fe với Fe3+.
- Nếu chất rắn tan hết, tùy yêu cầu c a đề: Nếu đề cho tính ôxi hóa c a Fe3+ mạnh
hơn c a H+ hoặc tính khử c a hydro mới sinh mạnh hơn c a Fe2+ thì có phản ứng c a Fe
với Fe3+.
4.6- Phản ứng của hợp chất sắt (II)
- hác với nhiều hợp chất khác c a kim loại chỉ có tính ôxi hóa, hợp chất sắt (II)
thể hiện cả tính ôxi hóa và tính khử tùy chất phản ứng.
4.6.1- Tính ôxi hóa
- Nếu gặp chất khử mạnh, hợp chất sắt (II) thể hiện tính ôxi hóa:



FeO +

CO

Mg

2+
Fe2+ 
 Mg

+

Fe

+ CO2
+ Fe

4.6.2- Tính khử
- Nếu gặp chất ôxi hóa mạnh, hợp chất sắt (II) thể hiện tính khử:
AgNO3 + Fe(NO3)2
3FeO

+




Fe(NO3)3

+

10HNO3 
 3Fe(NO3)3 + NO

4Fe(OH)2

+ O2 + 2H2O




Ag
+ 5H2O

4Fe(OH)3

5- Các bài tập áp dụng
5.1- Bài toán phản ứng của sắt với dung dịch các chất oxi hoá mạnh
Ví dụ 1: Một dung dịch chứa b mol H2SO4 hoà tan hết a mol Fe thu được khí A và 42,8
gam muối khan. Nung lượng muối khan ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không
khí đến khối lượng không đổi được hỗn hợp khí B.
1- Tính giá trị c a a, b (biết

a 2,5

).
b
6

2- Tính dA/B.
Bài giải:
hi Fe phản ứng với H2SO4 thu được khí A , A có thể là H2 hoặc SO2 .
Nếu A là H2 , phản ứng tạo FeSO4:


Fe

+

H2SO4

a

FeSO4

+

Theo đề:

nFe




H2

(*).

b

Theo phản ứng (*):

nFe



nH 2 SO4

a 1;

a 1

nH 2SO4



a 2,5

b
6

hông phù hợp

Nếu A là SO2, phản ứng tạo Fe2(SO4)3:
2Fe + 6H2SO4
a

(**)

3a

Theo phản ứng (**):
Theo đề:

Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O




nFe
nH 2SO4



nFe
nH 2 SO4



a 1

3a 3

hông phù hợp

a 2,5

b
6

Vậy, trường hợp xảy ra là Fe tác dụng với H2SO4 tạo Fe2(SO4)3 và SO2, còn dư Fe tác
dụng với Fe2(SO4)3.
2Fe

+

6H2SO4




Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Fe

+

Fe2(SO4)3




3FeSO4

Fe

+

2H2SO4




FeSO4

+ SO2 + 2H2O

Có thể coi như một phần Fe tác dụng tạo thành x mol Fe2(SO4)3 :
2Fe

+

6H2SO4

2x

Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (1).




6x

x

Một phần Fe tác dụng tạo thành y mol FeSO4:
Fe

+ 2H2SO4

y




FeSO4

2y

+

SO2

+ 2H2O (2)

y

Số mol Fe phản ứng là: 2x + y = a
Số mol H2SO4 phản ứng là: 6x + 2y = b
ết hợp ta được hệ :

 2x  y  a

6 x  2 y  b

 a  2,5

6
b

Giải hệ ta được: x = 0,2a ; y = 0,6a

Theo đề tổng khối lượng muối thu được nặng 42,8 gam
400x + 152y = 42,8


Thay giá trị c a x và y theo a vào ta được a = 0,25; b = 0,6.
Muối gồm 0,05 mol Fe2(SO4)3 và 0,15 mol FeSO4. khi nung trong không khí:
2Fe2(SO4)3




2Fe2O3

0,05

+

6SO2

0,15



4FeSO4

2Fe2O3

0,15

+

3O2

(3)

O2

(4)

0,075
+

4SO2

0,15

+

0,0375

Khí B gồm 0,3 mol SO2 và 0,1125 mol O2.
dB


KK

0,3.64  0,1125 .32
 1,91
(0,3  0,1125 ).29

Ví dụ 2. Cho hỗn hợp bột gồm 2,7 gam Al và 5,6 gam Fe vào 550 ml dung dịch AgNO3
1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam chất rắn. Tính giá trị c a m
là (biết thứ tự trong dãy thế điện hoá: Fe3+/Fe2+ đứng trước Ag+/Ag)
Bài giải:
Ta có: nAl = 2,7:27 = 0,1 mol; nFe= 5,6:56 = 0,1 mol; n AgNO = 0,55 mol
3

Al

+

0,1
Fe



3AgNO3

Al(NO3)3 +

3Ag

0,3
+

0,1
Fe(NO3)2 +

0,3

2AgNO3



Fe(NO3)2 +

0,2

2Ag
0,2

AgNO3



Fe(NO3)3 +

0,05

Ag
0,05

Chất rắn thu được là Ag.  m = 108.(0,2 + 0,3 + 0,05) = 59,4g
Nhận xét: Do sắt có khả năng thể hiện số ôxi hóa +2 hoặc +3, nên dạng bài tập phản ứng
c a Fe với các chất oxi hóa mạnh khá phức tạp. Với dạng bài tập này, cần chú ý khả năng
phản ứng tạo sắt (II) hay sắt (III).
5.2- Bài toán phản ứng của kim loại với dung dịch muối của Fe3+.
Phân tích trường hợp: cho hỗn hợp X gồm Zn và Al tác dụng với dung dịch Y chứa
FeCl3. Xác định các phản ứng có thể xảy ra.
Lưu ý: Ta có thể có các trường hợp


- Chỉ có Al tác dụng với FeCl3, có 1 bước phản ứng, tạo Fe2+.
- Chỉ có Al tác dụng với FeCl3, có 2 bước phản ứng, tạo Fe2+ và Fe.
- Có Al và Zn tác dụng với FeCl3, có 1 bước phản ứng, tạo Fe2+.
- Có Al và Zn tác dụng với FeCl3, có 2 bước phản ứng, tạo Fe2+ và Fe, trong đó lại
có thể có các trường hợp nhỏ:
+ Chỉ có Al tác dụng với FeCl3, tạo Fe2+.
+ Có Al và Zn tác dụng với FeCl3, tạo Fe2+.
Ví dụ 1: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4 tác dụng với 200 ml dung dịch HNO3
loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24 lít khí
NO duy nhất ở điều kiện tiêu chuẩn, dung dịch Y và còn lại 1,46 gam kim loại.
1. Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
2. Tính nồng độ mol/l c a dung dịch HNO3 .
3. Tính khối lượng muối trong dung dịch Y.
Bài giải:
Gọi x là số mol Fe tác dụng với dung dịch HNO3, y là số mol Fe2O3. (x, y > 0)
Fe

+ 4HNO3




Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

x

x

3Fe3O4 + 28HNO3

9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

28 y
3

y
2Fe




3y

y
3

+ Fe(NO3)3 
 3Fe(NO3)2
x  3y
2

Theo đề:

n NO 

(x + 3y)
2,24
 0,1 
22,4

x+

Số mol sắt đã phản ứng là: (x +


x

56(x +

x  3y
2

y
3

= 0,1 (*)

x  3y
2

); lượng sắt còn dư là 1,46 gam.

) + 232y = 18,5 – 1,46 = 17,04. (**)

ết hợp 2 phương trình (*) và (**), giải hệ ta được x = 0,09 ; y = 0,03.


Từ kết quả trên ta tính được: CM ( HNO ) = 3,2M ; mFe( NO ) = 48,6 gam.
3

3 2

Ví dụ 2: Cho 7,7 gam hỗn hợp X gồm Mg và Zn tác dụng với dung dịch HCl dư thu được
3,36 lít khí (đo ở điều kiện tiêu chuẩn). Cho 7,7 gam X tác dụng với 500 ml dung dịch
FeCl3 0,4M thu được chất rắn Y. Tính khối lượng Y.
Bài giải:
Gọi số mol c a Mg và Zn tương ứng trong 7,7 gam X là x, y. (x, y > 0).
Theo đề: 24x + 65y = 7,7.
Mg

+

2HCl

(*)




MgCl2

+

x
Zn

H2

(1)

x
+

2HCl




ZnCl2

+

y

H2

(1)

y

Theo đề: số mol H2= 0,15



ết hợp (*) và (**) ta có hệ :

x + y = 0,15 (**)

24 x  65 y  7,7

 x  y  0,15

Giải hệ ta có: x = 0,05; y= 0,1.
hi cho X tác dụng với dung dịch FeCl3: nFeCl3  0,5.0,4  0,2
Mg

+

0,05
Zn

2FeCl3




MgCl2

+

0,1
+

0,05

2FeCl3

2FeCl2

(3)

0,1



ZnCl2

+

0,1

2FeCl2

(4)

0,1

Sau khi FeCl3 phản ứng hết, còn 0,05 mol Zn tác dụng với FeCl2.
Zn
0,05

+

FeCl2
0,05




ZnCl2

+

Fe

(5)

0,05

Chất rắn Y chỉ gồm 0,05 mol Fe. mY = 0,05. 56 = 2,8 gam.
Ví dụ 3. Tính thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hòa tan hoàn toàn
hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe và 0,15 mol Cu là (biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)
Bài giải
Ta có:


Fe

+

4HNO3

0,15



0,6

Fe(NO3)3

+

NO

+

2H2O

0,15

Để VddHNO3 nhỏ nhất thì 1 phần Cu sẽ phản ứng với Fe(NO3)3
3Cu

+

0,075

8HNO3



3Cu(NO3)2 + 2NO



2Fe(NO3)2

+

4H2O

0,2

Cu

+ 2Fe(NO3)3

0,075

+ Cu(NO3)2

0,15

 n HNO

= 0,6 + 0,2 = 0,8 (mol)

3

 VHNO

3

= 0,8 : 1 = 0,8(l)

Nhận xét: Thường bài toán kim loại tác dụng với dung dich muối sắt (III) thường đi cùng
với sắt tác dụng với dung dịch chất có tính oxi hóa mạnh do bản thân Fe3+ là chất oxi hóa
mạnh. Với dạng bài tập này, cần chú ý khả năng phản ứng tạo sắt (II) hay sắt đơn chất tùy
thuộc tỉ lệ mol giữa các chất được lấy.
5.3- Bài toán xác ịnh ôxit của sắt
5.3.1- Nguyên tắc:
Xác định công thức FexOy:
- Nếu

x
y

=1

- Nếu

x
y

=

2
3

 FexOy là: Fe2O3

- Nếu

x
y

=

3
4

 FexOy là: Fe3O4

 FexOy là: FeO

- Nếu oxit sắt (FexOy) tác dụng với H2SO4 đặc, HNO3 đặc không giải phóng khí đó là
Fe2O3.
5.3.2- Bài toán minh họa:
Ví dụ 1. Đốt cháy hoàn toàn 16,8 gam Fe trong khí O2 cần vừa đ 4,48 lít O2 (điều kiện
tiêu chuẩn) tạo thành một ôxit sắt. Xác định công thức phân tử c a oxit đó.
Bài giải:
Ta có: nFe = 16,8 : 56 = 0,3 mol; n O = 4,48 : 22,4 = 0,2 mol
2


Gọi oxit sắt cần tìm là FexOy
2xFe + yO2
0,3




2FexOy

0,2
2x
0,3
x
3
=
= 
y
0, 2
y
2

=

3

4

CT cần tìm là: Fe3O4

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn y gam một oxit sắt bằng H2SO4 đặc nóng thấy thoát ra khí SO2
duy nhất. Trong thí nghiệm khác, sau khi khử hoàn toàn cũng y gam oxit đó bằng CO ở
nhiệt độ cao rồi hòa tan lượng sắt tạo thành bằng H2SO4 đặc nóng thì thu được lượng khí
SO2 nhiều gấp 9 lần lượng khí SO2 ở thí nghiệm trên. Xác định công thức c a oxit sắt.
Bài giải
2FemOn + (6m-2n) H2SO4



mFe2(SO4)3 + (6m-2n)H2O+ (3m-2n)SO2
y (3m  2n)
2(56m  16 n)

y
56m  16n

nFe =

my
56m  16n

Số mol sắt được bảo toàn trong phản ứng khử nên ta có:
2Fe + 6H2SO4



Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2
3my
2(56m  16n)

my
56m  16n

Theo đề bài ta có:


3my
2(56m  16n)

m = 3(3m-2n)



= 9

y (3m  2n)
2(56m  16n)

m 6 3
= =
n 8 4



Công thức oxit sắt là Fe3O4

Nhận xét:
Ôxit c a sắt có thể là 1 trong 3 trường trường hợp, hóa trị c a sắt trong oxit có thể
không phải số nguyên
hi xác định oxit c a sắt cần xét tỉ lệ mol giữa sắt và oxi, chọn tỷ lệ thích hợp với
ôxit đề cho
Với bài toán xác định oxit c a sắt, thường gặp phản ứng thể hiện tính khử c a oxit
khi tác dụng với chất ôxi hóa mạnh, khi ấy phải viết dưới dạng công thức tổng quát c a
oxit.


5.4- Bài toán v hỗn hợp sắt và các oxit của sắt
5.4.1- Đặc điểm bài toán:
Thường các bài toán về hỗn hợp sắt và các oxit c a sắt với yêu cầu tổng quát, các
yêu cầu c a đề thường không đòi hỏi tính thành phần c a các chất trong hỗn hợp mà tính
khối lượng hỗn hợp, khối lượng sắt, số mol chất oxi hóa, số mol sản phẩm khử khi hỗn
hợp phản ứng.
5.4.2- Phương pháp thường dùng
+ Phương pháp bảo toàn electron.
+ Phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử các nguyên tố.
+ Phương pháp bán phản ứng (phương trình ion-electron).
+ Phương pháp quy đổi.
5.4.3- Các dạng bài toán
5.4.3.1- Bài toán phản ứng của Fe với O2.
* Ví dụ sử dụng phương pháp bảo toàn electron:
Ví dụ 1 Đốt cháy x mol Fe bởi oxi thu được 5,04 gam hỗn hợp (A) gồm các oxit sắt. Hòa
tan hoàn toàn (A) trong dung dịch HNO3 thu được 0,035 mol hỗn hợp (Y) gồm NO và
NO2. Tỷ khối hơi c a Y đối với H2 là 19. Tính x.
Bài giải
Gọi z, t lần lượt là số mol NO và NO2. Theo đề ta có hệ phương trình:
 z  t  0, 035
 z  t  0, 035
 z  0, 0175

 

 30 z  46t
z  t  0
t  0, 0175
 z  t  38

Ta có sơ đồ biểu diễn các quá trình nhường nhận e:
Quá trình ôxi hóa:
Fe - 3e
x




Fe+3

3x

Các quá trình khử:
O

+ 2e

y

2y




O-2


N+5 + e




0,0175
N+5 + 3e




0,0525

N+4
0,0175
N+2
0,0175

Vì tổng số mol e nhường bằng tổng số mol e nhận nên ta có:
0,0525 + 0,0175 + 2y = 3x  3x - 2y = 0,07
Lại có: mhh = 56z + 16t = 5,04
3x  2 y  0, 07
 x  0, 07


56 x  16 y  5, 04
 y  0, 07

* Ví dụ dùng phương pháp quy đổi
Các chú ý khi dùng phương pháp quy đổi
- Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (hỗn hợp X - từ ba chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất
hay một chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp.
- Có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kì cặp chất nào thậm chí có thể quy đổi về một chất.
Tuy nhiên nên chọn cặp chất nào có phản ứng oxi hoá khử là ít nhất để đơn giản trong
tính toán.
- Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi ta gặp số âm đó là do sự bù trừ
về khối lượng c a các chất trong hỗn hợp. Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình
thường và kết quả cuối cùng vẫn thoả mãn.
- hi quy đổi hỗn hợp X về một chất FexOy thì oxit FexOy tìm được chỉ là oxit giả định
không có thực.
Ví dụ 2: Nung 8,4 gam Fe trong không khí sau phản ứng ta thu được m gam chất rắn X
gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Hoà tan m gam hỗn hợp X trong dưng dịch HNO3 dư thu
được 2,24 lít khí NO2 (điều kiện tiêu chuẩn) là sản phẩm khử duy nhất. Tính giá trị c a
m?
Cách quy đổi 1: Quy hỗn hợp X về hai chất FeO và Fe2O3. Ta có các phương trình phản
ứng.
FeO

+

4HNO3

Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

(1)

Fe2O3 +

6HNO3

2Fe(NO3)3 + 3H2O

(2)

Ta có nFe = 0,15 mol, nNO2 = 0,1 mol  nFeO = nNO2 = 0,1 mol


Ta có 0,15 mol c a Fe thì
2Fe

+

O2

2FeO

0,1 mol

0,1 mol

4Fe

2Fe2O3

+ 3O2

0,05 mol

0,025 mol

Do đó mx = 0,1x72 + 0,05x160 = 11,2 gam.
Cách quy đổi 2: Quy hỗn hợp chất rắn X về hai chất Fe và FeO có số mol trong hỗn hợp
tương ứng là x và y. áp dụng định luật bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố ta có: x +
y = 0,15
3x + y = 0,1 giải hệ ta có x = -0,025 mol và y = 0,175 mol
Vậy m = 56x(-0,025) + 72x0,175 = 11,2 gam.
Cách quy đổi 3: Quy hỗn hợp X về một chất FexOy.
FexOy + (6x–2y)HNO3
0.1
3x  2 y




xFe(NO3)3 + (3x–2y)NO2 + (3x–y)H2O

mol

0,1 mol

Ta có nFe = 0,15 =
Vậy m =

0,15.448
6

0.1

3x  2 y

x
y

=

6
7



Công thức quy đổi là Fe6O7

= 11,2 gam.

5.4.3.2- Bài toán khử Fe2O3.
Ví dụ 1:
A là ôxit c a kim loại M (hoá trị n) có chứa 30% oxy theo khối lượng. Xác định công
thức phân tử c a A .
Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam oxit A (ở ý 1) ở nhiệt độ cao một thời gian
người ta thu được 6,72 gam hỗn hợp gồm 4 chất rắn khác nhau .
Đem hoà tan hoàn toàn hỗn hợp này bằng dung dịch HNO3 dư thấy tạo thành 0,448 lít
khí B duy nhất có tỉ khối hơi so với H2 là 15. Tính m .
Bài giải
Xác định công thức phân tử của A:
Gọi công thức phân tử c a A là M2On ta

16n 3

có:2M 7



56n
M =3


Chỉ có cặp nghiệm n = 3 và M = 56 hợp lý . Vậy A là Fe2O3 .
Tính m:
Phản ứng khử Fe2O3 :
3Fe2O3 + CO




2Fe3O4 +

CO2

(1)

Fe2O3 + CO




2FeO

+

CO2

(2)

Fe2O3 + 3CO




2Fe

+ 3 CO2

(3)

Chất rắn thu được gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3.
Hoà tan chất rắn bằng HNO3 thu được B .
Theo đề MB = 2.15 = 30. Vậy B là NO
Fe2O3 + 6HNO3




2Fe(NO3)3 + 3H2O

3Fe3O4 + 28HNO3




9Fe(NO3)3 +

NO

+ 14H2O

(5)

+ 10HNO3 
 3Fe(NO3)3 +

NO

+ 5H2O

(6)

NO

+ 2H2O

(7)

3FeO
Fe
Theo đề

+ 4HNO3

n NO 




0,448
 0,02
22,4

Quá trình phản ứng:

A

Fe(NO3)3 +

CO



(4)

hỗn hợp X

HNO3



Fe3+

Giai đoạn 1: Từ A (là Fe2O3 sắt có số oxi hoá +3) bị khử thành hỗn hợp X (4 chất rắn).
Số mol e mà Fe+3 nhận là a (mol)
Giai đoạn 2: Từ hỗn hợp X (gồm 4 chất rắn) bị oxi hoá trở lại thành Fe3+:
Số mol e mà X nhường là b (mol)
Do từ A (sắt có số ôxihoá +3) bị CO khử thành hỗn hợp X (4 chất rắn). Từ hỗn hợp X
(chất rắn) bị HNO3 oxi hoá trở lại thành Fe3+, trong hai quá trình này số electron được
bảo toàn. Vì vậy a = b
ở giai đoạn 2:
NO3- + 4H+ + 3e





NO + 2H2O

ne = 3 nNO = 3.0.02 = 0,06

Vậy ở giai đoạn 1, số mol electron mà Fe2O3 đã nhận là 0,06 .
Quá trình bị khử c a Fe2O3:


O -2 - 2e = O
Số mol O-2 bị khử: nO-2 = 0,5 ne = 0,5.0,06 = 0,03
Lượng oxy mất đi (tham gia phản ứng biến đổi CO thành CO2)
bằng 0,03.16 = 0,48. Vậy lượng Fe2O3 ban đầu là:
m = mX + 0,48 = 6,72 + 0,48 = 7,2 ( gam )
Ví dụ 2: 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 điều
kiện tiêu chuẩn). Tính m ?
Bài giải:
Sơ đồ phản ứng
 FeO, Fe3O4 HNO3dn  NO2 
CO
Fe2O3 


o 
t
 Fe( NO2 )3
 Fe2O3 , Fe

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 Fe 2O3. Bởi vậy
ta dùng chính dữ kiện bài toán hòa tan x trong HNO3 đề tính tổng số mol Fe.
Theo đề ra ta có:

nNO2  0,195mol

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

Quá trình ôxi hóa:
x
Các quá trình khử:

O
y

3e




Fe3+

3x
+

2e




2y

N+5 + 1e
0,195

O2y




N+4
0,195

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

56 x  16 y  10,44

3x  2 y  0,195

(2)


Giải hệ trên ta có x = 0,15 và y = 0,1275
Như vậy nFe = 0,15 mol nên nFe O  0,075mol  m = 12 gam.
2 3

5.4.3.3- Bài toán khác về hỗn hợp sắt và các oxit
Ví dụ 1: Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng dd HNO3 đặc nóng
thu được 4,48 lít khí NO2 (điều kiện tiêu chuẩn). Cô cạn dd sau phản ứng thu được 145,2
gam muối khan. Tính m.
Bài giải:
Số mol NO2 = 0,2 mol;

Số mol Fe(NO3)3 =

145, 2
242

= 0,6 mol

Quy hỗn hợp X về hỗn hợp 2 chất FeO và Fe2O3 ta có:
FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
0,2

0,2

0,2

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
0,2

0,4

 mX = 0,2(72 + 160) = 46,4(g)
Ví dụ 2: Cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 có khối lượng 4,04g phản ứng hết với dd
HNO3 dư thu được 336ml khí NO (điều kiện tiêu chuẩn) là sản phẩm khử duy nhất. Tính
số mol HNO3.
Bài giải: Quy hỗn hợp X về 2 chất FeO và Fe2O3, ta có:
Số mol NO = 0,015 mol
Khí NO được tạo thành chỉ do FeO:
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
0,045

0,15

0,015

 mFeO= 0,015 x 72 = 3,24(g);  m Fe O = 0,8(g);  n Fe O = 0,005 mol
2

3

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
0,005

0,03

 Tổng số mol HNO3 = 0,08 mol

2

3


Nhận xét:
Bài toán về sắt và các ôxit c a sắt thường không yêu cầu, không có dữ kiện
để tính trực tiếp số mol các chất trong hỗn hợp, chỉ dựa trên khả năng phản ứng c a toàn
hỗn hợp và số mol sản phẩm. Nếu đặt ẩn số là số mol các chất thành phần để tính thì việc
giải bài toán sẽ rất khó khăn.
Để giải các bài toán về sắt và oxit c a sắt có thể sử dụng các phương pháp:
phương pháp bảo toàn electron, phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử các nguyên tố,
phương pháp quy đổi … Các phương pháp trên được sử dụng linh hoạt.
5.5- Bài toán v phản ứng của hợp chất sắt (II).
Ví dụ 1:
Hỗn hợp A gồm: M, MO, MCO3. Lấy 61,6 gam A hòa tan trong 1 lít dung dịch HCl 3M
thu được dung dịch B và 11,2 lít (ở điều kiện tiêu chuẩn) hỗn hợp khí D. Cho D vào dung
dịch Ca(OH)2 thu được 10 gam kết t a, tách kết t a khỏi dung dịch rồi them dung dịch
NaOH dư vào phần nước lọc thu được 5,0 gam kết t a. Để trung hòa axit dư trong dung
dịch B cần dùng 700 ml dung dịch NaOH 2M.
1- Xác định tên kim loại M.
2- Thổi khí O2 vào dung dịch B, sau một thời gian thu được dung dịch E. Cho dung dịch
OH dư vào dung dịch E thu được kết t a X. Nung X trong không khí đến khối lượng
không đổi thấy khối lượng giảm đi 17% so với trước khi nung. Tính nồng độ mol/l c a
các chất trong dung dịch E.
Bài giải:
Gọi số mol các chất M, NO, MCO3 trong A lần lượt là x, y, z (x, y, z > 0)
hi cho A tác dụng với dung dịch HCl, nHCl = 3.1 = 3 (mol)
M

+




2HCl

x

2x

MO +

x



2HCl

y

2y

MCO3
z

+

+

H2.

+

H2O

x
MCl2

y



2HCl
2z

MCl2

z

MCl2
z

+

CO2 +

H2O


11,2
 0,5  x + z = 0,5
22,4

Khí D gồm x mol H2 và z mol CO2. n D 

hi hấp thụ D vào dung dịch Ca(OH)2 thu được 10 gam kết t a
CO2 + Ca(OH)2 
 CaCO3
0,1

+

nCaCO3 

10
 0,1
100

H2O

0,1

Dung dịch lọc tác dụng với dung dịch NaOH tạo kết t a nên có muối hyđrocacbonat:
2CO2

+ Ca(OH)2


 Ca(HCO3)2

2a

a

Khi thêm dung dịch NaOH dư:
Ca(HCO3)2

+

2NaOH




CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O

a
 nCO2 

a
5
 0, 05
100

Tổng số mol CO2 là: 0,1 + 2a = 0,2

 z = 0,2; x = 0,3.
Trung hòa axit dư trong B bằng dung dịch NaOH. Số mol NaOH là:
nNaOH = 0,7.2 = 1,4 (mol)
HCl

+

1,4

NaOH




NaCl

+

H2O

1,4

 2x + 2y + 2z + 1,4 = 3  y = 0,3
 0,3M + 0,3(M + 16) + (0,2(M + 60) = 61,6
 M = 56 im loại M là sắt.
Dung dịch B gồm 0,8 mol FeCl2 và 1,4 mol HCl.
ứng:
12FeCl2

+ 3O2




+ 6H2O

hi sục O2 vào B có t mol FeCl2 phản

8FeCl3 + 4Fe(OH)3

Do trong B có HCl, Fe(OH)3 bị hòa tan ngay
Fe(OH)3

+ 3HCl




FeCl3 + 3H2O

Có thể viết tổng hợp hai phản ứng trên:
4FeCl2

+ O2 + 4HCl




4FeCl3

+ 2H2O


t

t

t

Dung dịch E gồm t mol FeCl3; (0,8 – t) mol FeCl2 và (1,4 – t) mol HCl.
hi cho E tác dụng với dung dịch OH dư:
HCl

+ KOH




KCl

FeCl3

+ 3KOH




Fe(OH)3 + 3KCl

t
FeCl2

+ H2 O
t

+ 2KOH




Fe(OH)2 + 2KCl

(0,8 - t)

(0,8 - t)

ết t a X thu được gồm t mol Fe(OH)3 và (0,8 – t) mol Fe(OH)2.
Khi nung X trong không khí:



4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O
(0,8 - t)

4Fe(OH)2
(0,8 - t)

hi chuyển hóa hết Fe(OH)2, tổng số mol Fe(OH)3 là 0,8 mol.
2Fe(OH)3




0,8

Fe2O3 + 3H2O
0,4

Chất rắn thu được gồm 0,4 mol Fe2O3 có khối lượng bằng 83% khối lượng c a X. 
0, 4.160
83

107t  90(0,8  t ) 100

 t = 0,3

Trong quá trình phản ứng, thể tích dung dịch coi như không đổi nên dung dịch E có
thể tích 1 lít.
Dung dịch E gồm các chất và có nồng độ mol/lit:
0,3 mol FeCl3  nồng độ 0,3M
0,5 mol FeCl2  nồng độ 0,5M
1,1 mol HCl  nồng độ 1,1M
Ví dụ 2: Cho 500 ml dung dịch FeCl2 0,5M tác dụng với 500 ml dung dịch AgNO3 1,2M
thu được chất rắn A và dung dịch B. Tính khối lượng A và nồng độ các chất trong B.
Bài giải:
Số mol FeCl2 là 0,5.0,5 = 0,25 (mol). Số mol AgNO3 là: 0,5.1,2 = 0,6 mol.
Phản ứng xảy ra:


FeCl2

+




2AgNO3

0,25

Fe(NO3)2

0,5

+ 2AgCl

0,25

0,5

Sau phản ứng, còn 0,1 mol AgNO3, tiếp tục tác dụng với Fe(NO3)2:
Fe(NO3)2 + AgNO3 

0,1

Fe(NO3)3

0,1

+

Ag

0,1

0,1

Chất rắn A gồm mol AgCl và 0,1 mol Ag.
MA = 0,5.143,5 + 0,1.108 = 82,55 (gam)
Dung dịch B có thể tích bằng tổng thể tích hai dung dịch ban đầu (1 lit), gồm các chất và
nồng độ tương ứng:
Fe(NO3)2 0,15 mol, nồng độ 0,15M
Fe(NO3)2 0,1 mol, nồng độ 0,1M
Ví dụ 3: Sục 2,24 lít Cl2 vào 500 ml dung dịch FeBr2 0,3M thu được dung dịch A. Tính
nồng độ các chất trong A.
Bài giải:
nCl 2 

2,52
 0,1125 ; nFeBr2  0,5.0,3  0,15
22,4

Phản ứng xảy ra:
6FeBr2
0,15

+ 3Cl2




0,075

4FeBr3

+

0,1

2FeCl3.
0,05

Sau phản ứng còn 0,0375 mol Cl2 tiếp tục phản ứng với FeBr3:
2FeBr3
0,025




+ 3Cl2
0,0375

2FeCl3

+

0,025

3Br2.
0,0375

Dung dịch A gồm 0,075 mol FeCl3; 0,075 mol FeBr3 và 0,0375 mol Br2.
Nồng độ các chất trong A là:
C FeCl3 

0,075
 0,15 (M);
0,5

C FeBr3 

0,075
 0,15 (M);
0,5

C Br23 

0,0375
 0,075 (M)
0,5

Nhận xét:
Hợp chất sắt (II) thể hiện tính chất tùy thuộc khả năng thể hiện tính khử, tinh oxi
hóa c a các chất cùng phản ứng và độ mạnh yếu c a chúng.


Trong các phản ứng c a hỗn hợp các chất và hợp chất sắt (II) cần lưu ý đến khả
năng phản ứng và thứ tự ưu tiên c a các chất.
Trường hợp hỗn hợp phản ứng gồm nhiều chất, nhiều ion có khả năng tham gia,
học sinh thường không chú ý đến khả năng có nhiều trường hợp xảy ra tùy thuộc theo khả
năng phản ứng (thứ tự ưu tiên), tỉ lệ mol các chất phản ứng, khả năng chất dư tác dụng
với sản phẩm …
C. K t luận
Có nhiều cách khai thác khác nhau đối với bài tập về sắt và các hợp chất c a sắt. Trong
phạm vi c a bài viết này khó có thể tổng hợp hết các cách khai thác đó. Trên đây, tôi chỉ
nêu lên một số cách xem xét và phân tích bài tập về sắt và các hợp chất trên cơ sở khả
năng chuyển hóa các số oxi hóa c a sắt trong các dạng bài toán thường gặp đối với học
sinh bậc học Trung học Phổ thông.
Trên cơ sở phân tích, hệ thống các dạng bài tập về sắt, các hợp chất c a sắt và cách giải
các bài tập vận dụng, tôi đã thống kê một số dạng bài tập thường gặp, nêu các cách phân
tích và hướng áp dụng cho các bài tập tương tự. hi áp vào quá trình giảng dạy, các em
đã vận dụng linh hoạt và giải các bài toán nhanh, chính xác, đặc biệt là khi gặp các bài
tập trắc nghiệm. Trong các kỳ thi tuyển sinh vào đại học và cao đ ng những năm gần đây,
học sinh đã biết cách phân tích và giải các bài tập về sắt và hợp chất c a sắt đạt hiệu quả
cao hơn.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×