Trong chương trình phổ thông dạng bài toán hóa về sắt học sinh đã bắt đầu bắt gặp nhiều từ các lớp 10,11 và nhiều nhất ở lớp 12. Với lớp 10 học sinh chủ yếu giải theo phương pháp tự luận, lớp 11 học sinh đã tiếp cận dần đến các định luật, đặc biệt áp dụng định luật bảo toàn electron trong bài toán về axit nitric. Tuy nhiên đối tượng học sinh có thể vận dụng tốt phương pháp này là các học sinh khá, giỏi. Lớp 12 học sinh đã quen dần với cách làm bài trắc nghiệm, các em được trang bị rất nhiều phương pháp giải nhanh, tuy nhiên các em lại không thành thạo trong việc phân loại phương pháp để áp dụng trong các trường hợp cụ thể.
Trước thực trạng chuyển từ hình thức thi tự luận sang trắc nghiệm, học sinh bối rối trước các loại bài tập liên quan đến phản ứng oxi hoá khử có nhiều trạng thái số oxi hoá. Việc giải các loại bài tập này theo phương pháp truyền thống mất rất nhiều thời gian viết phương trình phản ứng, lập và giải hệ phương trình. Học sinh thường có thói quen viết và tính theo phương trình phản ứng nên ít nhanh nhạy với bài toán dạng trắc nghiệm. Khi gặp hỗn hợp các chất học sinh không biết cách thay thế các chất để giảm bớt số lượng chất đưa bài toán về dạng đơn giản hơn
Để giải quyết tốt các bài toán trắc nghiệm trong hoá học, chúng ta 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 hay thi học sinh giỏi là các bài toán về sắt và các oxit sắt. Do đó để giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán về hỗn hợp sắt một cách nhanh chóng tôi thường giới thiệu phương pháp vận dụng các định luật bảo toàn: bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron với từng dạng cụ thể. Đó là nội dung mà chuyên đề này tôi muốn đề cập đến.
CÁC ĐỊNH LUẬT CẦN VẬN DỤNG
- Định luật bảo toàn khối lượng:
Nội dung: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sau phản ứng.
Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, ms là khối lượng các chất sau phản ứng. Dù phản ứng xảy ra với hiệu suất bất kỳ ta đều có: mT = mS.
Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp chất ta luôn có: Khối lượng chất = khối lượng của cation+khối lượng anion. Khối lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo thành.
- Định luật bảo toàn nguyên tố
Nội dung định luật: 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 kết hợp quy đổi
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:
- 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.
- 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.
NỘI DUNG CHI TIẾT
- Dạng đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa
Ta có thể khái quát hoá bài toán như sau: Để m gam phoi bào sắt A ngoài không khí sau một thời gian biến thành hỗn hợp B có khối lượng m1 gam gồm sắt và các oxit săt. Cho B tác dụng hoàn toàn với HNO3 dư thấy giải phóng V lít khí NxOy [sản phẩm khử duy nhất]. Tính khối lượng m của A, khối lượng muối tạo thành, khối lượng HNO3 tham gia phản ứng?
Ví dụ 1 [Đề ĐH – CĐ khối B năm 2007]: Nung nóng m gam bột Fe trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết hỗn hợp này trong dung dịch HNO3 [dư], thu được 0,56 lít khí NO2 [sản phẩm khử duy nhất, ở đktc]. Tính m?
A. 2,52g
B. 2,62 g
C. 2,32 g
D. 2,24 g
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. 12g
B. 12,25g
C. 15g
D. 20g
Xem chi tiết thêm nữa tại file đính kèm trong bài viết
Mở rộng bài toán: Để m gam hỗn hợp A gồm phoi bào sắt và một kim loại M có hoá trị không đổi ngoài không khí sau một thời giạn biến thành hốn hợp B có khối lượng m1 gam gồm Fe và các oxit sắt FeO, Fe2O3, Fe3O4, M2On và M. Cho B tác dụng hoàn toàn với HNO3 dư thấy giải phóng ra V lít khí duy nhất NxOy. Tính khối lượng m của A, khối lượng muối và khối lượng HNO3 tham gia phản ứng?
Bài tập áp dụng: Cho m gam hốn hợp gồm Fe và Al trong đó Al có khối lượng 2,7 gam. Nung A trong không khí một thời gian thu được hỗn hợp B gồm Fe, Al dư và các oxit có khối lượng 18,7 gam. Cho B tác dụng với dung dịch HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO duy nhất ở đkc. Tính m?
- Dạng hỗn hợp sắt và các hợp chất phản ứng với chất oxi hóa mạnh:
Loại 1: Hỗn hợp sắt và các oxit sắt tác dụng với chất oxi hoá mạnh
Ví dụ1: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng [dư], thu được 1,344 lít khí NO [sản phẩm khử duy nhất, ở đktc] và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Tính m ?
A. 38,72g
B. 39,7g
C. 40,25g
D. 38g
Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm [Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO] với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hòa tan hết vào dung dịch Y gồm [HCl và H2SO4 loãng] dư thu được dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu[NO3]2 1M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu[NO3]2 cần dùng và thể tích khí thoát ra ở đktc là?
A. 25 ml; 1,12 lít.
B. 0,5 lít; 22,4 lít.
C. 50 ml; 2,24 lít.
D. 50 ml; 1,12 lít.
Phát triển bài toán:
Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm sản phẩm khử như NO2, NO ta có vẫn đặt hệ bình thường tuy nhiên chất nhận e bây giờ là HNO3 thì cho 2 sản phẩm.
Trường hợp 2: Nếu đề ra yêu cầu tính thể tích hoặc khối lượng của HNO3 thì ta tính số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ xác định được số mol của HNO3
Loại 2: Hỗn hợp sắt và hợp chất với lưu huỳnh phản ứng với chất oxi hoá mạnh
Ví dụ 1: Hoà tan 20,8 gam hỗn hợp gồm FeS, FeS2, S bằng dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu được 53,76 lít NO2 [sản phẩm khử duy nhất] ở đktc, và dung dịch A. Cho dd A tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy toàn bộ kêt tuûa nung trong không khí đên khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là:
A. 16 gam
B. 9 gam
C. 8,2 gam
D. 10,7 gam
Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 25,6 gam chất rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằng dung dịch HNO3 dư, thoát ra V lít khí NO duy nhất [đktc] và dung dịch Y. Thêm Ba[OH]2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa. Giá trị của V là:
A. 17,92.
B. 19,04.
C. 24,64.
D. 27,58.
- 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. 11,2g
B. 16,0g
C. 24g
D. 12g
- Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+[ Bỏ qua quá trình H nguyên tử khử Fe3+ thành Fe2+]
Nhận xét: Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng ngoài H2O còn có H2 do Fe phản ứng. Như vậy liên quan đến H+ sẽ có những phản ứng sau:
Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H+ và số mol H2 để tìm số mol của O2- từ đó tính được tổng số mol của Fe.
Ví dụ 1: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H2 [đktc]. Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m[g] chất rắn. Tính m?
Ví dụ 2: Cho một luồng khí CO đi qua ống đựng 0,01 mol FeO và 0,03 mol Fe2O3 [hỗn hợp A] đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 4,784 gam chất rắn B gồm 4 chất. Hoà tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít H2 [ở đktc]. Tính số mol oxit sắt từ trong hỗn hợp B. Biết rằng trong B số mol oxit sắt từ bằng 1/3 tổng số mol sắt [II] oxit và sắt [III] oxit.
A. 0,006.
B. 0,008.
C. 0,01.
D. 0,012.
- Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương:
Nhận xét: 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
- Nếu số mol của FeO và Fe2O3 không bằng nhau thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe2O3.
Như vậy hỗn hợp từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương.
Ví dụ 1: 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
TÀI LIỆU ĐÍNH KÈM SẼ ĐANG ĐƯỢC CẬP NHẬT …………….