Phạm Ngọc Dũng TổNG KếT CáC CáCH GIảI BàI TOáN SắT HAY GặP BI TON: Mt phoi bo St cú khi lng m lõu ngoi khụng khớ b oxi húa thnh hn hp A gm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 cú khi lng 12gam. Cho A tan hon ton trong HNO3 sinh ra 2,24 lớt khớ NO duy nht ( iu kin tiờu chun). Tỡm giỏ tr ca m? CC CCH GII: Cỏc phng trỡnh phn ng xy ra trong bi: Khi cho Fe tỏc dng vi O2: 2Fe + O 2 2FeO 3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 Khi cho hn hp A tỏc dng vi HNO3: Fe + 4HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O 3FeO + 10HNO 3 3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5H 2 O 3Fe 3 O 4 + 28HNO 3 9Fe(NO 3 ) 3 + NO + 14H 2 O Fe 2 O 3 + 6HNO 3 2Fe(NO 3 ) 3 + 3H 2 O * Bi toỏn ny theo mt s thy cụ giỏo thỡ cú khong 18 cỏch gii khỏc nhau. Nhng õy, tụi ch trỡnh by mt s cỏch ngn gn c bit giỳp cỏc em khi bi toỏn c chuyn sang bi trc nghim. LOI 1: P DNG CC PHNG PHP BO TON CCH 1.1: p dng phng phỏp bo ton khi lng. Cho hn hp A phn ng vi dung dch HNO 3 , theo nh lut bo ton khi lng, ta cú: mA + mHNO3 = mFe (NO3)3 + mNO + mH 2O (1) Trong ú, s mol cỏc cht ln lt l. 3 3 Fe(NO ) n = Fe n = m 56 3 HNO n to ra NO = 0,1 mol v 3 HNO n to ra Fe(NO 3 ) 3 = 3 3 3 Fe(NO ) n = 3m 56 3 HNO n phn ng = 0,1 + 3m 56 2 H O n = 1 2 3 HNO n phn ng Tớnh khi lng cỏc cht v thay vo (1), ta c. 12 + (0,1 + 3m 56 ) x 63 = m 56 x 242 + 0,1 x 30 + 1 2 (0,1 + 3m 56 ) x 18 Gii ra ta c m = 10,08gam CCH 1.2: Phng phỏp bo ton in tớch kt hp vi phng phỏp trung bỡnh. Gi cụng thc chung ca c hn hp A l x y Fe O , phng trỡnh ion ca phn ng l. x y Fe O + (4 + 2 y ) H + + NO 3 x Fe 3+ + NO + (2 + y ) H 2 O Bo ton in tớch hai v phn ng, ta cú: 4 + 2 y - 1 = 3 x 3 x - 2 y = 3 (2) V theo phn ng thỡ: x y Fe O n = n NO = 0,1 mol = 12 56x 16y+ 56x 16y+ = 120 (3) Gii h hai phng trỡnh (2) v (3), ta cú: x = 1,8 v y = 1,2 Do ú, khi lng Fe ban u l: m = 56 x 1,8 x 0,1 = 10,08gam 1 Ph¹m Ngäc Dòng CÁCH 1.3: Phương pháp bào toàn electron (xem lại phần bài giảng trên lớp sẽ kỹ hơn) Ở bài toán này, chất nhường e là Fe, chất nhận e là O 2 và N +5 trong HNO 3 Fe – 3e → Fe 3+ O + 2e → O -2 N +5 + 3e → N +2 Ta có phương trình bảo toàn e m 56 x 3 = 12 m 16 − x 2 + 2,24 22,4 x 3 → m = 10,08gam LOẠI 2: SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH. CÁCH 2.1: Hóa trị trung bình kết hợp với bảo toàn electron Gọi hóa trị trung bình của Fe trong cả hỗn hợp A là n , khi đó, công thức của A là 2 n Fe O Áp dụng định luật bảo toàn eclectron cho phản ứng của A với HNO 3 , ta có: 2 n Fe + - 2(3 - n )e → 2Fe +3 N +5 + 3e → N +2 Ta có phương trình: 12x2 56x2 16n+ x (3 - n ) = 0,1 x 3 → n = 4 3 Vậy A có CTPT trung bình là: Fe 2 4 3 O → n Fe = 12 4 56x2 x16 3 + x 2 = 0,18 mol Giải ra ta được: m = 10,08gam CÁCH 2.2: Công thức phân tử trung bình kết hợp với bảo toàn electron Gọi công thức phân tử trung bình của cả hỗn hợp A là. x y Fe O Áp dụng định luật bảo toàn electron cho phản ứng của A với HNO 3 , ta có: 2y x xFe + - (3 x - 2 y )e → 3 xFe + N +5 + 3e → N +2 Ta có phương trình: 12 56x 16y+ x (3 x - 2 y ) = 0,1 x 3 → x y = 3 2 Vậy công thức trung bình là Fe 3 O 2 Ta có: 3 2 Fe O M = 200 → n Fe = 12 200 x 3 = 0,18 mol → m Fe = 56 x 0,18 = 10,08gam * Thực ra, các công thức Fe 3 O 2 hay Fe 2 4 3 O đều là các công thức giả định, mang tính chất quy đổi mà không ảnh hưởng đến kết quả của bài toán. LOẠI 3: PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI CÁCH 3.1: Quy đổi công thức phân tử. Có rất nhiều cách quy đổi CTPT các oxit Fe, vì thực tế, kết quả quy đổi nào cũng chỉ là một giả định và không ảnh hưởng đến kết quả bài toán. Do hỗn hợp A phản ứng với HNO 3 thì chỉ có Fe cho nhiều electron nhất và Fe 2 O 3 không cho electron, nên cách đơn giản nhất là quy đổi hỗn hợp A thành Fe và Fe 2 O 3 Áp dụng định luật bảo toàn electron cho phản ứng của A với HNO 3 , ta có: Fe 0 - 3e → Fe 3+ N +5 + 3e → N +2 Do đó, n Fe = n NO = 0,1 mol và 2 3 Fe O n = 12 56x0,1 160 − = 0,04 mol 2 Ph¹m Ngäc Dòng Từ đó, dễ dàng có kết quả: m = 56 (0,1 + 2x0,04) = 10,08gam CÁCH 3.2: Phương pháp quy đổi nguyên tử. Hỗn hợp A gồm Fe và các oxit sắt của nó có thể quy đổi thành một hỗn hợp chỉ gồm nguyên từ Fe và O có số mol tương ứng là x và y mol Áp dụng định luật bảo toàn electron cho phản ứng của A với HNO 3 , ta có: Fe 0 - 3e → Fe 3+ O 0 + 2e → O -2 N +5 + 3e → N +2 Do đó, ta có hệ phương trình. 56x + 16y = 12 x = 0,12 3x = 2y + 0,3 y = 0,18 CÁCH 3.3: Phương pháp quy đổi tác nhân oxi hóa Quá trình oxi hóa từ Fe từ Fe 0 → Fe +3 có thể được sơ đồ hóa lại như sau: Fe Fe 3+ A Vì kết quả oxi hóa Fe theo 2 con đường đều như nhau, do đó, ta có thể quy đổi 2 bước oxi hóa trong bài toán thành một quá trình oxi hóa duy nhất bằng O 2 0,3 mol electron mà N +5 nhận trở thành do O 2 nhận, và do đó sản phẩm phản ứng cuối cùng là Fe 2 O 3 có khối lượng: 2 3 Fe O m = 12 + 16 x 0,3 2 = 14,4gam → m = 56 x 2 x 14,4 160 = 10,08gam Phương pháp quy đổi là phương pháp rất hay và phù hợp để giải quyết nhanh những bài toán loại này. Khi vận dụng phương pháp này cần lưu ý là việc vận dụng có thể rất linh hoạt nhưng nguyên tắc chung phải được đảm bảo, đó là sự bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron, … của hỗn hợp mới so với hỗn hợp được quy đổi. * Chú ý: Phương pháp quy đổi là một giả định hình thức được áp đặt, do đó, ta có thể thay đổi các phương án quy đổi mà không ảnh hưởng đến kết quả bài toán. Đối với cách 3.1 ta có thể quy đổi hỗn hợp A là hỗn hợp của (Fe và FeO), (Fe và Fe 3 O 4 ), (FeO và Fe 2 O 3 ) … Mặc dù trong một vài trường hợp kết quả của một trong hai giá trị có thể âm, nhưng điều đó là sự bù trừ cần thiết và kết quả cuối cùng của bài toán vẫn được đảm bảo. LOẠI 4: DÙNG CÔNG THỨC TÍNH NHANH Đối với bài toán loại này ta luôn luôn có công thức (xem thêm: Phương pháp sử dụng công thức kinh nghiệm thuộc phần: Phương pháp giải toán hóa). Fe m = 0,7.m hh + 5,6n e = 0,7. 12 + 5,6. 0,3 = 10,08gam * Trong đó n e là số mol electron nhận vào của N +5 để tạo thành NO BÀI TOÁN: Bài 13 (phần trắc nghiệm) bài tập sắt buổi 2 – Đề thi ĐH khối A năm 2008. Cho 11,36gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 phản ứng hết với dung dịch HNO 3 loãng (dư), thu được 1,344 lớt khớ NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đ.k.t.c) và m gam chất rắn khan. Giỏ trị của m là: A, 38,72gam B, 35,50gam C, 49,09gam D, 34,36gam CÁC CÁCH GIẢI: Cách 1: Nhẩm nghiệm: Xem lại cách giải trên lớp. Cách 2: Đưa bài toán về bài toán 1: xem lại cách giải trên lớp. Cách 3: Gọi số mol Fe(NO 3 ) 3 sinh ra là: x (mol) 3 HNO n (phản ứng) = 3. 3 3 Fe(NO ) n + n NO 3 HNO n (phản ứng) = 3.x + 0,06 3 → → Fe m = 56 x 0,18 = 10,08gam + O 2 + O 2 + HNO 3 Ph¹m Ngäc Dòng 2 H O n (tạo ra) = 1 2 . 3 HNO n = 1,5.x + 0,03 Theo định luật bảo toàn khối lượng. m + 3 HNO m = 3 3 Fe(NO ) m + m NO + 2 H O m 11,36 + 63.(3.x + 0,06) = 242.x + 30. 0,06 + 18.(1,5.x + 0,03) Giải ra ta được x = 0,16 (mol) → m = 3 3 Fe(NO ) m = 242. 0,16 = 38,72gam → Đáp án A. Cách 4: Phương pháp quy đổi Coi 11,36gam hỗn hợp gồm: x (mol) Fe và y (mol) Fe 2 O 3 Ta có phương trình toán: 56.x + 160.y = 11,36 (I) Fe + 4HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + NO↑ + 2H 2 O 0,06 0,06 0,06 (mol) x = 0,06 (mol) → y = 11,36 56.0,06 160 − = 0,05 (mol) Fe 2 O 3 + 6HNO 3 → 2Fe(NO 3 ) 3 + H 2 O 0,05 (mol) 0,1 (mol) 3 3 Fe(NO ) n ∑ = 0,06 + 0,1 = 0,16 (mol) → m = 242. 0,16 = 38,72gam → Đáp án A. Cách 5: Sử dụng công thức kinh nghiệm (xem thêm phương pháp 1 trong phần phương pháp giải toán hóa) Áp dụng công thức kinh nghiệm: N +5 + 3e → N +3 0,18 0,06 3 3 Fe(NO ) n = n Fe = 0,7.11,36 5,6.0,18 56 + = 0,16 ⇒ m = 242 . 0,16 = 38,72gam → Đáp án A. 4 hỗn hợp ban đầu ⇒ e n ∑ nhận = 0,18 . D, 34,36gam CÁC CÁCH GIẢI: Cách 1: Nhẩm nghiệm: Xem lại cách giải trên lớp. Cách 2: Đưa bài toán về bài toán 1: xem lại cách giải trên lớp. Cách 3: Gọi. Phạm Ngọc Dũng TổNG KếT CáC CáCH GIảI BàI TOáN SắT HAY GặP BI TON: Mt phoi bo St cú khi lng m lõu ngoi khụng khớ