Đang tải... (xem toàn văn)
GIẢI BÀI TOÁN Fe, OXIT SẮT TÁC DỤNG HNO3 HOẶC H2SO4 đặc THEO NHIỀU CÁCH ÁP DỤNG CHO HỌC SINH THCS Nguyễn Đình Hành- THCS Chu Văn An, Đăk Pơ, Gia Lai Ngô Võ Thạnh, Nguyễn Hữu Thọ - Trường[r]
(1)GIẢI BÀI TOÁN (Fe, OXIT SẮT) TÁC DỤNG HNO3 HOẶC H2SO4 (đặc) THEO NHIỀU CÁCH ÁP DỤNG CHO HỌC SINH THCS Nguyễn Đình Hành- THCS Chu Văn An, Đăk Pơ, Gia Lai Ngô Võ Thạnh, Nguyễn Hữu Thọ - Trường CĐSP Gia Lai Thực tế nhiều năm làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, chúng tôi nhận thấy không ít học sinh (HS) biết bắt chước làm theo, kỹ giải toán không bền vững nên sau thời gian định, nhiều học sinh lại không giải bài toán tương tự (mặc dù trước đó đã giải rồi) Để giúp HS có thêm kỹ giải bài tập chúng tôi xin giới thiệu số cách giải bài toán hỗn hợp sắt và các oxit sắt tác dụng với HNO3 H2SO4 đặc Đây là dạng bài toán khá quen thuộc đã chúng tôi làm tươi lại góc nhìn bậc Trung học sở I- Tổng quát Bài toán thường gặp FeO, Fe O3 HNO O2 Fe(NO3 )3 + B {NO, NO2} + H2O A Fe, Fe2O3 3 Fe n1 =? m1 m2 = ? n2 FeO, Fe O3 H SO O2 Fe (SO ) A Fe, Fe2O3 2 Fe + B {SO2} + H2O n1 =? m1 m2 = ? n2 Biết: m1 và n2 Hoặc ngược lại với giả thiết này Yêu cầu: Tính đại lượng còn lại n1 và m2 Bài toán khảo sát: {Một bài toán trắc nghiệm THCS} Đốt m gam Fe khí oxi sau thời gian thu 9,12 gam rắn A gồm Fe và các oxit sắt Cho A vào dung dịch HNO3 dư, sau phản ứng hoàn toàn thu dung dịch B và thấy có 1,344 lít NO2 bay (khí nhất, đo đktc) Giá trị m là A 3,92 B 5,60 C 6,72 D 8,40 II- Một số phương pháp và cách giải Phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn mol nguyên tố * TRƯỜNG HỢP PHẢN ỨNG VỚI HNO3 n n1 Bảo toàn mol nguyên tố Fe → Fe( NO3 )3 n 3n1 n Bảo toàn mol N → HNO3 ( pö) n n Bảo toàn mol H → H 2O = ½ HNO3 (pư) = ½ (3n1 + n2) n nHNO3 ( pu ) nFe ( NO3 )3 nNO2 nNO nH 2O Bảo toàn mol O → O2 m A maxit m muoái m H 2O m B BTKL ta có: + + + (pư) = M m1 + 63.(3n1 + n2) = 242n1 + 9.(3n1 + n2) + n2 B (1) Giải pt (1) tìm n1 Từ đây tính tất * TRƯỜNG HỢP PHẢN ỨNG VỚI H2SO4 (đặc) n 0,5n1 Bảo toàn mol nguyên tố Fe → Fe2 (SO4 )3 n (1,5n1 n ) Bảo toàn mol S → H 2SO ( pö) n n Bảo toàn mol H → H 2O = H2SO4 (pư) = (1,5n1 + n2) (2) BTKL ta có: mA + maxit (pư) = m muoái + mH 2O + mB → m1 + 98.(1,5n1 + n2) = 200n1 + 18.(1,5n1 + n2) + n2 Giải pt (2) tìm n1 MB (2) *Giải bài toán khảo sát theo phương pháp bảo toàn khối lượng FeO, Fe O3 HNO3 (m gam)Fe +O 9,12 gam (3n1 0,06) mol Fe, Fe3O Fe(NO ) (0, 06 mol) NO + n1 mol n1 (mol) H 2O 3n1 0, 06 mol BTKL ta có: 9,12 + 63.(3n1 + 0,06) = 242n1+ 9.(3n1+0,06) + 0,06.46 → n1 = 0,12 mol → m = 0,12.56 = 6,72 gam Phương pháp qui đổi Vì A phản ứng với HNO dư, sau phản ứng thu muối sắt (III) nên có thể quy đổi A thành: Fe và Fe2O3 FexOy Fe và O 2.1 Quy đổi A Fe, Fe2O3 Fe O3 (a mol) Fe (b mol) HNO 3 Fe(NO3)3 + (0,06 mol) NO2 + H2O 9,12 gam A Cách Tính b dựa vào phương trình phản ứng Chỉ có Fe phản ứng với HNO3 sinh NO2 Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O b 0,06 → b =0,06.1:3 = 0,02 mol → a.160 + b.56 = 9,12 → a = 0,05 mol → m = 0,02.56 + 0,05.2.56 = 6,72 gam Cách Tính b theo quy tắc hóa trị b.3 = 0,06.1 → b = 0,02 mol 9,12 0, 02.56 0, 05 160 →a= mol m = (0,05.2 + 0,02).56 = 6,72 gam Cách Phương pháp đường chéo n NO 0, 06 mA 9,12 152 Đặt T = = Fe 3NO2 T =3/56 1/152 25/532 50 1/152 Fe2O3 m Fe 50 NO2 T2= (7 + 0,7 50) 9,12 57 Ta có: (bđ) = = 6,72 gam 2.2 Quy đổi A chất giả định FexOy Cách Phân tích hệ số HNO3 Sơ đồ: FexOy xFe(NO3)3 + (3x-2y) NO2 + H2O m Fe 2O3 m Fe (3) Gọi a, b là số mol Fe, O A n 3n 2n O Phân tích hệ số thấy: NO2 = Fe 3a 2b 0, 06 Ta có: 56a 16b 9,12 → a = 0,12 ; b = 0,15 → m = 0,12*56 = 6,72 gam Cách Đồng hệ số (tìm tỷ lệ số nguyên tử Fe và O hợp chất) FexOy + (6x – 2y) HNO3 xFe(NO3)3 + (3x-y)H2O + (3x-2y)NO2 Đồng thức từ hệ số PTHH và kiện đề cho, ta có: 3x 2y 0, 06.k x 56x 16y 9,12.k → y 4.56 9,12 6,72 4.56 5.16 → A : Fe4O5 → gam Cách Tìm tỷ lệ nguyên tử Fe và O thông qua hệ số tỷ lượng phương trình phản ứng FexOy + (6x – 2y) HNO3 xFe(NO3)3 + (3x-y)H2O + (3x-2y)NO2 0, 06 3x 2y 0,06 (mol) m 0, 06 56x 16y 9,12 Ta có: 3x 2y m x 4.56 14 14 Fe m 9,12 y mO 5.16 19 6,72 gam 2.3 Quy đổi A chất giả định Fe xOy có phản ứng với HNO3 dư tạo NO2 với tỷ lệ mol là 1:1 thì 3x y 1 9,12 152 56 x 16 y 0, 06 9,12 x 2; y 2,5 m 2.56 152 6,72 gam 2.4 Quy đổi A nguyên tố Fe và O Fe : x(mol) 9,12 gam A O : y(mol) HNO Fe(NO3)3 + (0,06 mol) NO2 + H2O m(g)Fe Cách Tính x và y theo qui tắc hóa trị Ta thấy Fe tăng hóa trị = 3; N giảm hóa trị 1 ; O giảm hóa trị 2 M FexOy 56x 16y 9,12 n Fe 1 n O n NO2 x.3 0, 06.1 y.2 Ta có : → x = 0,12 ; y = 0,15 → m = 0,12.56 = 6,72 gam Cách Tính x, y theo phương pháp bảo toàn mol nguyên tố 56.x 16.y 9,12 y.1 3.x 0,06 x.3.3 0, 06.2 3.x 0, 06 : 2.1 → x = 0,12; y = 0,15 → m = 0,12.56 = 6,72 gam Phương pháp ghép ẩn số (4) Fe3O4 luôn coi là FeO + Fe2O3 → A: NO2 ; Fe 3NO2 FeO FeO : x (mol) y (mol) Fe : Fe O : z (mol) n Fe = (x + y + 2z ) x x y 3y (mol) Ta có: 72x + 56y + 160z = 9,12 (1) x + 3y = 0,06 → 8x + 24y = 0,48 (2) Cộng (1) và (2) được: 80x + 80y + 160z = 9,6 n → x + y + 2z = 0,12 = Fe → m = 6,72 gam Phương pháp đưa thêm giả thiết phụ Xem A có FexOy FexOy + (6x-2y)HNO3 xFe(NO3)3 + (3x-y)H2O + (3x-2y)NO2 (1) Giả sử đốt hỗn hợp A O2 rắn A’ có Fe2O3 1,5x y x FexOy + ( ) O2 Fe2O3 (2) Sản phẩm tạo thành hợp chất sắt (1) và (2) chứa sắt có hóa trị III Từ hệ số NO 0, 06 0, 015 n O n NO2 và O2 (1),(2) => = (mol) m Fe 2O3 (A’) = m A mO = 9,12 + 0,015 32 = 9,6 gam 112 m → Fe (ban đầu) = 160 9,6 = 6,72 gam Phương pháp hóa trị trung bình Gọi x là hóa trị trung bình Fe A ( x ) FeO0,5x x HNO3 Fe NO3 0,5x H 2O x NO2 9,12 gam 0,06 mol (56 0,5 x.16).0, 06 (3 x).9,12 x 2,5 9,12 m 56 56 0,5.2,5.16 → 6,72 gam III - BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ Bài Đốt m gam Fe khí oxi sau thời gian thu 1,368 gam rắn A gồm Fe và các oxit sắt Cho A vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư, sau phản ứng hoàn toàn thu dung dịch B và thấy có 100,8 ml lít SO2 bay (khí nhất, đo đktc) Giá trị m là A 0,588 B 0,840 C 1,008 D 1,260 Bài Đốt 0,504 gam Fe khí oxi sau thời gian thu 0,684 gam rắn A gồm Fe và các oxit sắt Cho A vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư, sau phản ứng hoàn toàn thu dung dịch B và thấy có V ml lít SO2 bay (khí nhất, đo đktc) Giá trị V là A 75,6 B 50,4 C 100,8 D 94,9 Bài 3: Đốt cháy m(g) Fe khí O2 sau thời gian thu (m + 0,64) gam hỗn hợp X gồm Fe và các oxit sắt Hòa tan hết X vào dung dịch H 2SO4 (đặc nóng, dư), phản ứng hoàn toàn thấy có 0,784 lít SO2 (khí nhất, đktc) Giá trị m là: A.1,12 B.1,4 C 2,8 D 3,36 Bài 4: Để x(gam) sắt không khí sau thời gian thu (x + 0,24) gam rắn A gồm Fe và oxit sắt Hòa tan hoàn toàn A 80ml dung dịch HNO3 1M thu dung dịch B và giải (5) phóng khí NO (khí nhất) Để trung hòa vừa hết lượng axit dư B thì cần đúng 100ml dung dịch NaOH 0,1M Giá trị x là: A.3,36 B.2,80 C 1,40 D 1,12 Bài 5: Khử 0,15 mol Fe 2O3 khí CO sau thời gian thu m(gam) rắn X gồm chất Hòa tan X dung dịch HNO dư, kết thúc phản ứng thấy sinh 4,48 lít hỗn hợp khí Y {chỉ d gồm NO và NO2} Biết Y / H2 = 21, thể tích khí đo đktc Giá trị m là: A 15,2 B 21,6 C 16,8 D 28,8 Bài 6: Hỗn hợp A gồm ba oxit sắt (FeO, Fe 3O4, Fe2O3) có số mol Hòa tan hết m gam hỗn hợp A này dung dịch HNO3 thì thu hỗn hợp B gồm hai khí NO và NO có thể tích 1,12 lít (đktc) và tỉ khối hỗn hợp B so với hiđro 19,8 Trị số m là: A 20,88 B 46,4 C 23,2 D 16,24 III Lời kết Bài viết này đề cập đến số phương pháp giải toán hóa học mà học sinh cấp Trung học sở có thể tiếp nhận Ngoài 13 cách giải trên, học sinh cấp Trung học phổ thông còn có thể dụng phương pháp khác (như bảo toàn electron, dùng công thức kinh nghiệm, ) Riêng phương pháp quy đổi ta còn có thể quy đổi theo nhiều hướng khác Ví dụ: Quy đổi A [Fe, FeO], [Fe, Fe3O4], [FeO, Fe2O3], [FeO, Fe3O4], [Fe3O4, FeO] thì kết không thay đổi Nếu giải bài tập tự luận thì các phương pháp nêu trên áp dụng được, khác chỗ HS bị bắt buộc phải viết các PTHH phản ứng xảy (6)