Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HỖN HỢP SẮT VÀ OXIT SẮT A ĐẶT VẤN ĐỀ: Bài tập hỗn hợp gồm sắt oxit sắt dạng tập mà học sinh hay gặp kỳ thi mà đặc biệt thi Đại Học Thông thường tập sắt oxit thường phức tạp xảy theo nhiều phương trình phản ứng khác Để giúp học sinh giải tốt toán hỗn hợp sắt cách nhanh chóng thường giới thiệu phương pháp vận dụng định luật bảo toàn Đó nội dung mà viết muốn đề cập B NỘI DUNG I CÁC ĐỊNH LUẬT CẦN VẬN DỤNG Định luật bảo toàn khối lượng: Nội dung: Khối lượng chất tham gia phản ứng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng Trong cần vận dụng hệ Hệ quả1: 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: mT = mS Hệ 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo hợp chất ta có: Khối lượng chất = khối lượng cation+khối lượng anion Khối lượng cation anion ta coi khối lượng nguyên tử cấu tạo thành 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 Định luật bảo toàn electron 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 toàn electron vào dạng toán 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 GV Nguyễn Quốc Tuấn Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k II TỔNG QUAN VỀ BÀI TẬP HỖN HỢP SẮT VÀ OXIT SẮT: Bài tập Fe hỗn hợp oxit sắt thường có dạng cho khối lượng cho phản ứng với chất oxi hóa H2SO4 đặc nóng HNO3 chí axit thường HCl Giải toán: Với giả thiết cho m gam hỗn hợp gồm Fe oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3 thu khí NO2 : Ta coi hỗn hợp có x mol Fe, y mol O ta xét phản ứng có chất nhường electron Fe chất nhận electron O chất oxi hóa HNO3 sản phẩm V lít NO2 (đktc) Fe3+ ta có: Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1) Theo định luật bảo toàn electron Chất khử Chất oxi hóa 3 Fe  Fe  3e x 3x Tổng electron nhường: 3x mol O  2e  O  y 2y 5 y 4 N  1e  N O2 V V 22, 22, Tổng electron nhận: Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + (2) 2y + V 22, V 22, 56 x  16 y  m Từ (1) (2) ta có hệ  V  3 x  y  22,  Việc giải hệ biết số yếu tố giải yêu cầu toán Sau xin gửi đến số dạng toán hóa mà hay gặp III MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG Dạng hỗn hợp sắt oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh: Đề bài: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (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 GV Nguyễn Quốc Tuấn Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k biết số mol muối Fe(NO3)3 dung dịch sau phản ứng Do giải toán sau: Giải: 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 Fe  Fe3  3e O  2e  O 2 x y 2y 5 y 2 N  3e  N O 3x 0,18 Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,06 2y + (mol) 0,18 (2) 0,18 Từ (1) (2) ta có hệ 56 x  16 y  11,36  3x  y  0,18 Giải hệ ta có x = 0,16 y = 0,15 Như nFe  nFe ( NO3 )3  0,16 mol m = 38,72 gam Với toán ta quy toán kinh điển: Đốt m gam sắt sau phản ứng sinh 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (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 toán: Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm 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 HNO3 ta tính số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N ta có: muôi Khí nHNO3  nNO  n  3nFe  nNO (nNO2 ) NO 3 Dạng đốt cháy Sắt không khí cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa Đề 1: Nung nóng 12,6 gam Fe không khí sau thời gian thu m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hỗn hợp phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư), thu 4,2 lít khí SO2 (sản phẩm khử nhất, đktc) Tính m? Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng GV Nguyễn Quốc Tuấn Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k  FeO, Fe3O4  SO  O2 ( kk ) H SO4 dn    Fe   Fe2O3và Fe du  Fe2 ( SO4 )3 Fe phản ứng với Oxi cho sản phẩm oxit lượng sắt dư, sau hỗn hợp oxit phản ứng với H2SO4 đặc nóng đưa lên sắt +3 Trong trình Oxi nhận e để đưa O2- có oxit H2SO4(+6) nhận e để đưa SO2 (+4) Như vậy: + Khối lượng oxit tổng khối lượng sắt oxi + Cả trình chất nhường e Fe chất nhận O H2SO4 Giải:Ta có n SO2 = 0,1875 mol , nFe = 0,225 mol Gọi số mol oxi oxit x ta có: Chất khử Chất oxi hóa O  2e  O2 Fe  Fe3  3e 0,225 2x 2 0,225 x x SO4  2e  SO2 0,1875x Tổng electron nhường: 0,675 mol Tổng electron nhận: 0,1875 2x + 0,375 (mol) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375   x = 0,15 Mặt khác ta có: m  mFe  mO 2 nên: m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam) ĐS: 15 gam Đề Bài 2: Nung nóng m gam bột sắt không khí, sau phản ứng thu 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 loãng thu 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO2 có tỉ khối so với H2 19 Tính m thể tích HNO3 1M dùng? Phân tích đề: sơ đồ phản ứng  NO2    FeO, Fe3O4 HNO3 Fe      NO   Fe2O3và Fe du  Fe( NO ) 3  O2 ( kk ) + 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: Theo đề ta có: nNO  nNO2  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 GV Nguyễn Quốc Tuấn Chất oxi hóa Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k O  2e  O  y 3 Fe  Fe  3e x 2y 5 y 4 N  1e  N O2 0,125 0,125 3x 5 2 N  3e  N O 0,125x3 Tổng electron nhường: 3x mol 0,125 Tổng electron nhận: 2y + 0,125+ 0,125x3 (mol) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,5 (2) Từ (1) (2) ta có hệ 56 x  16 y  20  3x  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: muôi Khí nHNO3  nNO  nNO  3nFe  nNO  nNO2 3 nên nHNO3  0,3 x3  0,125  0,125  1,15 mol Vậy VHNO3  1,15  1,15(lít) Dạng khử không hoàn toàn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh HNO3 H2SO4 đặc nóng: Đề ra: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng Sau thời gian thu 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 Fe3O4 Hòa tan hết X dung dịch HNO3 đặc, nóng thu 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử đktc) Tính m ? Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng  FeO, Fe3O4 HNO3dn  NO2  CO   Fe2O3  o  t  Fe( NO2 )3  Fe2 O3 , Fe 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 toán hòa tan x HNO3 đề tính tổng số mol Fe Giải: Theo đề ta có: nNO2  0,195mol GV Nguyễn Quốc Tuấn Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k 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  3 Fe  Fe  3e y 2y 5 x y 4 N  1e  N O2 0,195 0,195 3x Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2) Từ (1) (2) ta có hệ 56 x  16 y  10, 44  3x  y  0,195 Giải hệ ta có x = 0,15 y = 0,1275  m = 12 gam Như nFe = 0,15 mol nên nFe2O3  0, 075mol  Nhận xét: Dĩ nhiên toán ta giải theo cách tính số mol O bị CO lấy theo phương trình: 4 CO  O 2   2e   CO2 N 5  1e  N O2 Sau dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ Tổng quan dạng này: Đây phản ứng oxi hóa khử mà phản ứng trao đổi Trong phản ứng ta coi phản ứng của: 2H   O 2   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 Đề ra: 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 không khí đến khối lượng không đổi thu đến khối lượng không đổi m(g) chất rắn Tính m GV Nguyễn Quốc Tuấn Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập hỗn hợp sắt oxit sắt [B].k  FeO  FeCl2 NaOH  Fe(OH )2  nungtrongkk  HCl Phân tích đề: Sơ đồ  Fe2 O3       Fe2O3  Fe(OH )3   FeCl3  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 không khí thu Fe2O3 Giải: Ta có nH   nHCl  0, 26mol Theo phương trình: 2H   O 2   H 2O O2- oxi hỗn hợp oxit 0,26 nO2  0,13mol 0,13 mà theo định luật bảo toàn 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 Nhận xét: Ngoài cách giải ta quy hỗn hợp FeO Fe2O3 Fe3O4 coi hỗn hợp FeO.Fe2O3 với số mol Dạng sắt hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ Tổng quan dạng này: Dạng giống dạng thứ nhiên sản phẩm phản ứng H2O có H2 Fe phản ứng Như liên quan đến H+ có phản ứng sau: H   2e   H2  H   O     H 2O Như dựa vào tổng số mol H+ số mol H2 để tìm số mol O2- từ tính tổng số mol Fe Đề ra: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu dung dịch X 3,36 lít khí H2 (đktc) Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu kết tủa Y Nung Y không khí đến khối lượng không đổi thu đến khối lượng không đổi m(g) chất rắn Tính m GV Nguyễn Quốc Tuấn Trang