Skkn vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về hỗn hợp sắt và oxit sắt

1. MỞ ĐẦU
1.1. Lí do chọn đề tài
Trong các mơn học ở TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa, mơn Hóa học giữ một
vai trị khá quan trọng. Hóa học là một mơn khoa học tự nhiên, nó nghiên cứu về
chất và sự biến đổi chất này thành chất khác.
Với những năm giảng dạy bộ mơn Hố học trong TTGDNN-GDTX Thiệu
Hóa , tơi đã được tham gia giảng dạy các khối lớp 10, 11, 12, được tham gia ôn
luyện đội tuyển thi học sinh giỏi . Trong q trình tìm tịi, nghiên cứu nhiều
dạng bài toán hoá học khác nhau về các loại chất khác nhau vô cơ cũng như hữu
cơ, tôi nhận thấy rằng bài tập hỗn hợp gồm sắt và oxit sắt là một trong những
dạng bài tập mà học sinh hay gặp trong các kỳ thi mà đặc biệt là kỳ thi tốt
nghiệp, Đại học, Cao đẳng, do sắt là một kim loại phổ biến có thể tạo ra nhiều
hợp chất ứng với nhiều mức oxi hố khác nhau. Thơng thường những bài tập về
sắt và các oxit thường khá phức tạp và xảy ra theo nhiều phương trình phản ứng
khác nhau. Vậy phương pháp nào để giải quyết bài toán khoa học nhất, hiệu quả
nhất và nhanh nhất. Đó là lý do để tôi viết đề tài“Vận dụng các định luật bảo
tồn để giải bài tốn về hỗn hợp sắt và oxit sắt” nhằm giúp học sinh giải quyết
tốt các bài toán về hỗn hợp sắt và oxit sắt một cách nhanh chóng đồng thời chia
sẻ kinh nghiệm về phương pháp giải bài tập với các đồng nghiệp.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng các định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố,
định luật bảo toàn electron để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh nhất
(khơng cần phải viết phương trình hóa học) dạng bài toán về sắt và oxit sắt
thường gặp trong các đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng.
Đề xuất những ý tưởng để giải nhanh bài toán về sắt và oxit sắt góp phần
nâng cao chất lượng giảng dạy bộ mơn ở trường và là hành trang vững chắc để
các em chuẩn bị bước vào kỳ thi tốt nghiệp, tuyển sinh đại học, cao đẳng.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng là học sinh các lớp 12C1, 12C2 tại TTGDNN-GDTX Thiệu
Hóa.Với khn khổ thời gian nghiên cứu có hạn nên trong đề tài này tôi chỉ
1

skkn


nghiên cứu phương pháp vận dụng các định luật bảo tồn để giải bài bài tốn về
hỗn hợp sắt và oxit sắt bằng cách quy đổi về hỗn hợp gồm sắt và oxi.
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đưa ra các định luật bảo tồn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào các dạng
toán và đề ra phương pháp giải.
Thử nghiệm trên các lớp: 12C1, 12C2 tại TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa.
Giáo viên đưa ra các phiếu học tập bằng các dạng bài tập về sắt và oxit sắt.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
Đọc các tài liệu làm cơ sở xây dựng lí thuyết của chuyên đề: tài liệu lí luận
dạy học (Chủ yếu là phương pháp giải bài tập Hóa học sách cơ bản, nâng cao);
sách giáo khoa, sách bài tập hóa học 12; phương pháp giải bài tập hóa vơ cơ; 16
phương pháp và kĩ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm mơn Hóa học; một số đề
thi học sinh giỏi, đề thi đại học, cao đẳng...
1.5.2 Phương pháp sư phạm
Vận dụng phương pháp bài tập để hướng dẫn học sinh giải quyết bài toán.
Xin ý kiến nhận xét, đánh giá của các giáo viên có kinh nghiệm, giáo viên
giỏi về nội dung sáng kiến.
2. NỘI DUNG
2.1. Các định luật cần vận dụng
2.1.1. Định luật bảo toàn khối lượng
Nội dung định luật: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối
lượng các chất được tạo thành sau phản ứng.
Trong đó chúng ta cần vận dụng các hệ quả
Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, m S 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 ln có: Khối lượng chất = khối lượng của cation+khối lượng anion.

2

skkn


Khối lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu
tạo thành.
2.1.2. 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.
2.1.3. Định luật bảo toàn electron
Nội dung định luật: 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 tồn electron vào dạng tốn 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.
2.1.4. Tổng quan về bài tập hỗn hợp sắt và oxit
Bài tập Fe và hỗn hợp oxit sắt thường có dạng cho khối lượng và cho
phản ứng với một chất oxi hóa như H2SO4 đặc nóng hoặc HNO3 hoặc thậm chí
là axit thường như HCl.
Giải quyết vấn đề: Với giả thiết là cho m gam hỗn hợp gồm Fe và các oxit FeO,
Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với HNO3 thu được khí NO2. Ta xem như đây là quá trình
oxi hố liên tiếp Fe bằng 2 chất oxi hố là O và HNO3..

Chất nhường electron: Fe , tạo sản phẩm là Fe3+ .
Chất nhận electron: O và HNO3 , tạo sản phẩm là oxit và V lít NO2 (đktc).
Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1)
Theo định luật bảo toàn electron
Chất khử

Fe  Fe3  3e
x

3x

Tổng electron nhường: 3x mol

Chất oxi hóa
O  2e  O 2
y 2y y4
N 5  1e  N O2

Tổng electron nhận:

2y +
3

skkn


Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y +

(2)

56 x  16 y  m
V

3x  2 y  22, 4


Từ (1) và (2) ta có hệ 

Việc giải hệ này khi một khi biết được 2 trong số 4 yếu tố sẽ giải quyết
được yêu cầu của bài tốn. Hoặc ta cũng có thể sử dụng phương trình 1 ẩn số để
lập theo nguyên tắc trên là: Số mol e ( Fe cho) = Số mol e ( O nhận) + Số mol e
( NO3- nhận)
3. nFe = 2. nO + nNO2
2.2. THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI
2.2.1. Thuận lợi
Với sự chỉ đạo của ngành giáo dục nhằm thực hiện tốt chủ đề của năm
học: “Tiếp tục đổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục”. Tiếp tục thực hiện các
cuộc vận động: “Học tập và làm theo tấm gương đạo đức Hồ Chí Minh”; cuộc
vận động “Mỗi thầy cô giáo là tấm gương đạo đức, tự học và sáng tạo”; Phong
trào thi đua “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực” đã tạo tiền đề
và khí thế mạnh mẽ ngay từ đầu năm học.
Đội ngũ cán bộ giáo viên nhà trường và tổ bộ môn đảm bảo về số lượng
và chất lượng, đáp ứng yêu cầu của cấp học. Giáo viên trong nhà trường ln có
trách nhiệm cao, say mê với nghề nghiệp và hết lòng yêu thương học sinh. Ngay
từ đầu năm học, ban Giám đốc và tổ bộ mơn đã có triển khai các kế hoạch, chỉ
thị năm học; kiểm tra khảo sát theo bộ môn để phân loại đối tượng học sinh, từ
đó có biện pháp phụ đạo học sinh yếu kém, bồi dưỡng học sinh khá giỏi.
Học sinh trung học phổ thông sau khi được học chương “phản ứng oxi
hoá khử ” ở lớp 10, và phần “ axit HNO 3” ở lớp 11, đã bắt đầu làm quen với
nhiều dạng bài tốn phức tạp, trong đó có bài toán về hỗn hợp sắt và các oxit sắt

phản ứng với các chất có tính oxi hố mạnh (như HNO 3, H2SO4 đặc nóng...)
hoặc cả với những axit mạnh thơng thường (như HCl, H2SO4 loãng...).
4

skkn


Có nhiều học sinh khá, giỏi đã có kĩ năng giải bài tập này theo phương
pháp thông thường (đặt ẩn, lập hệ phương trình).
2.2.2. Khó khăn
Đối tượng học sinh của TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa phần đơng là học
sinh ở vùng nơng thơn, vùng xa thuộc huyện Thiệu Hóa khơng có nhiều điều
kiện cả về kinh tế và thời gian cho việc học tập.
Rất nhiều học sinh lớp 12 vẫn chưa hiểu được bản chất của các phản ứng
của hỗn hợp sắt và oxit sắt với các chất có tính oxi hóa mạnh như axit nitric quá
trình oxi nitric (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) là q trình oxi hố liên tiếp Fe
bằng 2 chất oxi hoá là O và HNO3 (hoặc axit sunfuric đặc, nóng).
Chưa biết cách áp dụng các định luật bảo tồn vào giải tốn, đặc biệt là
bảo tồn electron trong phản ứng oxi hố khử.
Mỗi dạng bài tập có nhiều phương pháp làm, nhưng có 1 phương pháp
hiệu quả nhất để giải quyết mà học sinh chưa tìm ra được.
Thói quen của học sinh về giải tốn hố bao giờ cũng là viết phương trình
hố học, đặt ẩn, lập hệ phương trình. Phương pháp này chỉ phù hợp với những
bài toán đơn giản, khi số ẩn và số phương trình đại số lập được bằng nhau. Mặt
khác, với một câu hỏi trắc nghiệm khách quan trong đề thi Đại học với thời gian
trung bình 1,8 phút/1 câu hỏi thì việc giải nhanh bài toán này là vấn đề khá nan
giải.
2.3. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
2.3.1. Phương pháp giải một số dạng bài tập điển hình
2.3.1.1. Dạng đốt cháy Sắt trong khơng khí rồi cho sản phẩm phản ứng

với chất oxi hóa: Đây là dạng bài tốn kinh điển về bài tập sắt và hỗn hợp sắt và
oxit sắt.
Ví dụ 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngồi khơng 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 HNO3 lỗng (dư), thu được 2,8 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở
đktc). Tính giá trị của m ?(1)
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
5

skkn


[O]

[HNO3]

Fe
hh X
Fe3+
Fe bị oxi hoá thành Fe3+ bằng 2 chất oxi hoá là O và HNO3.
Như vậy:

+ Khối lượng oxit sẽ là tổng của khối lượng sắt và oxi.
+ Trong cả quá trình: chất nhường e là Fe, chất nhận là O và HNO3.

Giải quyết vấn đề: Ta có nNO = 0,125 mol, nFe = 0,225 mol
Gọi số mol oxi trong oxit là x ta có:
Chất khử
Fe
0,225

Chất oxi hóa
3 e + Fe3+

O

0,675

+

x

2e

O2-

2x

NO3- + 3e
0,375
Tổng e (electron) nhường: 0,675 mol

NO
0,125

Tổng e (electron) nhận: 2x + 0,375

(mol)
 x = 0,15
Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375 

Mặt khác ta có: m  mFe  mO nên:
2

m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam).

Ví dụ 2: Nung nóng m gam bột sắt ngồi khơng khí, sau phản ứng thu được 20
gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa tan hết X trong dung dịch
HNO3 lỗng thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO 2 có tỉ khối so với H2
là 19. Tính m và thể tích HNO3 1M đã dùng?(3)
Phân tích đề:
: Sơ đồ phản ứng:

 NO2 

 FeO, Fe3O4
HNO3
Fe  

  NO 
 Fe2O3và Fe du
 Fe( NO )
3 3

O2 ( kk )

+ Hỗn hợp X gồm Fe và O trong oxit.
+ Xét cả quá trình ta thấy chỉ có Fe nhường e, Chất nhận e là Oxi và HNO3 .
+ HNO3 nhận e để cho NO và NO2.
+ Số mol HNO3 ban đầu bằng số mol HNO3 trong muối và chuyển về các khí.

Giải quyết vấn đề: Theo đề ra ta có: nNO  nNO  0,125mol
2

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 20 (1).
6

skkn


Q trình nhường và nhận e:
Chất khử

Chất oxi hóa

O  2e  O 2 
y

Fe  Fe3  3e
x

5

2y

y4

N  1e  N O2

3x

5

2

N  3e  N O

Tổng electron nhường: 3x mol

Tổng electron nhận: 2y +0,125+ 0,125x3 mol

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,5 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ 56 x  16 y  20

3 x  2 y  0, 5

Giải hệ trên ta có x = 0,3 và y = 0,2 . Như vậy nFe = 0,3 mol vậy m = 16,8 gam.
Theo định luật bảo toàn ngun tố ta có:
mi
Khí
nHNO3  nNO

n
 3nFe  nNO  nNO2
NO
3
3

nên nHNO  0,3x3  0,125  0,125  1,15 mol.
3

Vậy VHNO 
3

1,15
 1,15(lít)
1

Ta cũng có thể dùng phương trình ion – electron để tìm số mol H+ chính
là số mol HNO3 phản ứng:
NO3- + e + 2H+  NO2 + H2O
NO3- + 3e + 4H+  NO + 2H2O
nH+ = 2nNO2 + 4nNO
2.3.1.2. Dạng hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh
Ví dụ 3: 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 ?(3)

7

skkn


Phân tích đề: Ta coi như trong hỗn hợp X ban đầu gồm Fe và O. Như vậy xét
cả quá trình chất nhường e là Fe chất nhận e là O và

. Nếu chúng ta biết

được số tổng số mol Fe trong X thì sẽ biết được số mol muối Fe(NO 3)3 trong
dung dịch sau phản ứng. Do đó chúng ta sẽ giải bài toán này như sau:

Giải quyết vấn đề: Số mol NO = 0,06 mol.
Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 11,36 (1).
Q trình nhường và nhận e:
Chất khử

Chất oxi hóa
y

x

2y

y

3x

Tổng electron nhường: 3x (mol)

Tổng electron nhận:

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y +

2y +

(mol)

(2)

Từ (1) và (2) ta có hệ
Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15

Như vậy

mol vậy m = 38,72 gam.

Với bài toán này ta cũng có thể quy về bài tốn kinh điển: Đốt m gam sắt
sau phản ứng sinh ra 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 và Fe3O4. Hỗn hợp
này phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO
(sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Chúng ta sẽ tính m rồi từ suy ra số mol Fe và
từ đó tính số mol của sắt.
Phát triển bài toán:
Trường hợp 1: Cho nhiều 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 HNO 3 thì ta
tính số mol dựa vào bảo tồn ngun tố N khi đó ta sẽ có:
mi
Khí
nHNO3  nNO

n
 3nFe  nNO (nNO2 )
NO
3
3

Hoặc theo phương trình ion- electron như sau:
8

skkn

NO3- + 3e + 4H+  NO + 2H2O
Từ đó có: số mol HNO3 phản ứng = số mol H+ = 4 x số mol NO
Trường hợp 3: Có thể áp dụng cách giải trên cho hỗn hợp oxit các kim loại khác
ngồi sắt.
Ví dụ 4: Cho a g hỗn hợp gồm CuO; Fe 2O3; FeO có số mol bằng nhau nung
nóng với H2 thu được 6,4 g hỗn hợp D gồm 2 kim loại và 4 oxit. Hoà tan hồn
tồn D trong dd HNO3 lỗng dư thu được 0,672 lit khí NO (đktc) là sản phẩm
khử duy nhất. Tính a?(3)
Giải quyết vấn đề: Gọi số mol mỗi oxit CuO, Fe 2O3, FeO trong a gam hỗn hợp
đầu là x, ta có: Cu = x mol, Fe = 3x mol.
Chất khử:

Chất oxi hoá:

Cu  2e + Cu2+

O

x

y

2x

Fe  3e + Fe3+
3x

+ 2e  O22y

NO3- + 3e  NO

9x

0,09

0,03

Lập được hệ phương trình:
11x = 2y + 0,09
64x + 56. 3x + 16y = 6,4
Giải ra được: x = 0,2225. Vậy a = 6,942
2.3.1.3. Dạng khử khơng hồn tồn Fe 2O3 sau cho sản phẩm phản ứng
với chất oxi hóa mạnh là HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng:
Ví dụ 5: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe 2O3 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 HNO 3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản
phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m ?(3)
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
 FeO, Fe3O4 HNO3dn  NO2 
CO
Fe2O3 


o 
t
Fe
O
,
Fe
 Fe( NO2 )3

 2 3

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
9

skkn


được số mol Fe2O3. Bởi vậy ta dùng chính dữ kiện bài tốn hịa tan X trong
HNO3 đề tính tổng số mol Fe.
Giải quyết vấn đề: Theo đề ra ta có: nNO  0,195mol
2

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:
Chất khử

Chất oxi hóa

O  2e  O 2

Fe  Fe3  3e
x
3x

y

5

2y

y4

N  1e  N O2

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,195

(2)

Từ (1) và (2) ta cú hệ 56 x  16 y  10, 44

3 x  2 y  0,195
Giải hệ trên ta có x = 0,15 và y = 0,1275
 m = 12 gam.
Như vậy nFe = 0,15 mol nên nFe O  0, 075mol 
2 3

Nhận xét:
Với bài tốn trên, ta cũng có thể giải theo cách tính số mol O bị CO lấy
4

2
 CO2 và N 5  1e  N O
theo phương trình: CO  O   2e 
2

Sau đó dựa vào định luật bảo tồn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO.
Phát triển bài tốn:
Nếu là dạng khử khơng hồn tồn một oxit sắt khác (như Fe3O4 hoặc FeO)

thì khơng thể áp dụng phương pháp trên được, mà dùng phương pháp quy về bài
toán kinh điển: oxi hoá 1 lượng đơn chất Fe ban đầu bằng 2 chất oxi hoá là O và
HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng để giải bài tốn này.
2.3.1.4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl, H2SO4
lỗng...)
Tổng quan: Đây khơng phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao

2
đổi. Trong phản ứng này ta coi đó là phản ứng của: 2H  O   H 2O và tạo ra

10

skkn


các muối Fe2+ và Fe3+ trong dung dịch. Như vậy nếu biết số mol H+ ta có thể biết
được khối lượng của oxi trong hỗn hợp oxit và từ đó có thể tính được tổng số
mol sắt trong hỗn hợp ban đầu.
Ví dụ 6: Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với
260 ml HCl 1M thu được dung dịch X. Cho X phản ứng với dung dịch NaOH
dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngồi khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu
được đến khối lượng khơng đổi được m(g) chất rắn. Tính m?(4)
 FeO
 FeCl2 NaOH  Fe(OH ) 2  nungtrongkk

HCl

 
 Fe2O3
Phân tích đề: Sơ đồ  Fe2O3 

 FeCl3
 Fe O
 Fe(OH )3 
 3 4

+ Ta coi H+ của axit chỉ phản ứng với O2- của oxit
+ Toàn bộ Fe trong oxit chuyển về Fe2O3
+ Từ số mol H+ ta có thể tính được số mol O trong oxit từ đó có thể
tính được lượng Fe có trong oxit.
+ Nung các kết tủa ngồi khơng khí đều thu được Fe2O3
Giải quyết vấn đề: Ta có nH  nHCl  0, 26mol



2
Theo phương trình: 2H  O   H 2O trong O2- là oxi trong hỗn hợp oxit

0,26

0,13

nO2  0,13mol 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 = 8 gam.
Nhận xét: Ngoài cách giải trên ta cũng có thể quy hỗn hợp về chỉ cịn FeO và
Fe2O3 vì Fe3O4 coi như là hỗn hợp của FeO.Fe2O3 với số mol như nhau.
2.3.1.5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl,
H2SO4 loãng...)

11

skkn


Tổng quan: Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng
ngồi H2O cịn 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 7: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với
700 ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H 2 (đktc). Cho X phản ứng
với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngồi khơng khí đến khối
lượng khơng đổi thu được được m(g) chất rắn. Tính giá trị của m?(4)
 Fe
H 2 
 FeO


 Fe(OH ) 2  nungtrongkk
HCl
NaOH
  FeCl2 


 Fe2O3
Phân tích đề: Sơ đồ  Fe O 
 2 3
 FeCl
 Fe(OH )3 
3

 Fe3O4

+ Ta coi H+ của axit vừa nhận electron để thành H2 và phản ứng với O2- của oxit
+ Toàn bộ Fe trong oxit cuối cùng chuyển về Fe2O3
+ Từ tổng số mol H+ và số mol H2 ta có thể tính được số mol O trong oxit từ đó
tính được lượng Fe có trong oxit.
Giải quyết vấn đề: Ta có nH  nHCl  0, 7mol , nH  0,15mol


2

Ta có phương trình phản ứng theo H+:
2 H   2e 
 H 2  (1)
2 H   O 2  
 H 2O (2)

Từ (1) ta có nH  0,3mol (với số mol H2=0,15mol) như vậy số mol H+ phản ứng


theo phản ứng (2) là 0,4 mol( tổng 0,7 mol). Vậy số mol O2- là: 0,2 mol
Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68
Nên mFe = 20 – 0,2x16 =16,8 (gam)  nFe = 0,3 mol

Ta lại có

 Fe2O3. Vậy m = 160 x 0,03/2 = 24 gam.
2Fe 

2.3.1.6. Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương
Tổng quan: Trong số oxit sắt thì ta coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe 2O3 có
số mol bằng nhau. Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi. Khi đề ra cho số mol
12

skkn


FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe 3O4. còn
nếu khơng có dữ kiện đó thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe 2O3. Như vậy hỗn hợp
từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương.
Ví dụ 8: 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 lỗng dư được 200 ml dung
dịch X. Tính thể tích dung dịch KMnO 4 0,1M cần thiết để phản ứng hết 100 ml
dung dịch X (5)
Phân tích đề:
Theo để ra số mol FeO bằng số mol của Fe2O3 nên ta coi như hỗn hợp chỉ
có Fe3O4. Sau khi phản ứng với H2SO4 sẽ thu được 2 muối là FeSO4 và
Fe2(SO4)3. Dung dịch KMnO4 tác dụng với FeSO4 trong H2SO4 dư. Như vậy từ
số số mol của Fe3O4 ta có thể tính được số mol của FeSO4 từ đó tính số mol
KMnO4 theo phương trình phản ứng hoặc phương pháp bảo tồn electron.
Giải quyết vấn đề : Vì số mol của FeO bằng số mol của Fe 2O3 nên ta coi hỗn
hợp
Ta có
Ptpư:

Fe3O4 + 4H2SO4
0,02

FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
0,02

Trong 100 ml X sẽ có 0,01 mol FeSO4 nên:
10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4
0,01

5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O

0,002

Như vậy ta có

hay 20 ml.

Ví dụ 9: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 tan vừa hết
trong dung dịch H2SO4 tạo thành dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được
70,4 gam muối, mặt khác cho Clo dư đi qua X rồi cơ cạn thì thu được 77,5 gam
muối. Tính giá trị của m (2)

13

skkn


Phân tích đề: Cho oxit tác dụng với H2SO4 ta sẽ thu được 2 muối FeSO 4 và

Fe2(SO4)3. Do đó ta có thể coi hỗn hợp ban đầu chỉ gồm hai oxit FeO và Fe 2O3.
Ta thấy khối lượng muối tăng lên đó là do phản ứng:
2Fe2+ +

2Fe3+ +

Cl2

2Cl-

Như vậy khối lượng tăng lên đó là khối lượng của Clo. Vậy từ khối lượng
của Clo ta có thể tính ra số mol của Fe2+ từ đó tính được số mol FeO, mặt khác
ta có tổng khối lượng muối FeSO 4 và Fe2(SO4)3 mà biết được FeSO4 vậy từ đây
ta tính được Fe2(SO4)3 và như vậy biết được số mol của Fe2O3.
Giải quyết vấn đề: Coi hỗn hợp gồm FeO và Fe2O3 ta có phương trình phản ứng:
FeO + H2SO4

FeSO4 + H2O
Fe2O3 + 3H2SO4

Fe2(SO4)3 + 3H2O

Khối lượng tăng lên đó chính là khối lượng của Cl- có trong muối theo phương
trình:

2Fe2+ +

Vậy
Mà

2Fe3+ +

Cl2

2Cl-

. Như vậy số
vậy

Nên
Do đó

Vậy m = 30,4 gam

2.3.1.7. Phương pháp giải một số dạng bài tập về sắt và hợp chất của sắt
Dạng 1 : Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với dung dịch axit (HCl,
H2SO4 loãng)
* Một số lưu ý cần nhớ:
Oxit sắt + dung dịch axit (HCl, H2SO4) => Dung dịch muối + H2O
=> Ta có phương trình tổng quát:
FexOy + 2y H+ → xFe(2y/x) ++ y H2O
=> n O trong oxit = ½ n H+ phản ứng = n H2O sinh ra sau phản ứng
- Để làm được loại bài tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn khối lượng,
bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố để giải quyết bài tốn.
* Một số ví dụ điển hình:

14

skkn

Ví dụ 1: Hịa tan hồn tồn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dung dịch HCl 4M
thu được 5,6 lít H2 (đktc) và dung dịch D. Để kết tủa hồn toàn các ion trong D
cần 300 ml dung dịch NaOH 2M. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là : (6)
A. 0,1 lít.

B. 0,12 lít.

C. 0,15 lít.

D. 0,2 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:
Ta có sơ đồ phản ứng như sau:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Natri
n NaCl = nNaOH = 0,6 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Clo
=> n HCl = n NaCl = 0,6 (mol)
V HCl = 0,6 : 4 = 0,15 lít
Đáp án C.
Ví dụ 2: Để hồ tan hồn tồn 23,2 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và
Fe2O3 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung
dịch HCl 0,5M. Giá trị của V là :(6)
A. 1,8.

B. 0,8.

C. 2,3.                               D. 1,6.

Hướng dẫn giải chi tiết:
Vì số mol của FeO và Fe2O3 trong hỗn hợp bằng nhau nên ta quy đổi hỗn hợp
FeO, Fe3O4 và Fe2O3 thành Fe3O4.
Ta có  =  23,323323,3233 =   0,1 mol.
n HCl = 2 . n O (trong oxit) = 2 . 0,1 .4 = 0,8 (mol)
=> V HCl = 0,8 : 0,5 = 1,6 lít
Đáp án D
Dạng 2 : Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc
* Một số lưu ý cần nhớ:
- Đối với phản ứng với HNO3, H2SO4 đặc, ta thường dùng định luật bảo toàn
electron để giải quyết bài tốn.
- Nếu sau phản ứng Fe cịn dư, muối tạo thành sau phản ứng là muối sắt (II)
VD: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1)
Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2)
- Fe, Al, Cr bị thụ động trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội
15

skkn


* Một số ví dụ điển hình:
Ví dụ 1: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung
dịch HNO3 63%. Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khí NO2 duy
nhất (đktc). Nồng độ % các chất có trong dung dịch A là : (6)
A. 36,66% và 28,48%.

B. 27,19% và 21,12%.

C. 27,19% và 72,81%.

D. 78,88% và 21,12%.

Hướng dẫn giải chi tiết:
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Nito
=> n HNO3 = n NO3 + n NO2
Do n NO3 = n e trao đổi = n NO2
=> n HNO3 = 1 mol
m HNO3 = 1  . 63 = 63 gam
=> m dd HNO3 = 63 : C% = 63 : 63 . 100 = 100 (gam)
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
m dung dịch muối = m hỗn hợp kim loại + m dd HNO3 – m NO2
= 12 + 100 – 0,5 .46 = 89 (gam)
Gọi số mol của Fe, Cu lần lượt là x, y mol
Ta có hệ phương trình như sau:

56x + 64y = 12
3x + 2y = 0,5

=> x = 0,1 ; y = 0,1
m Fe(NO3)3 = 0,1 . (56 + 62.3) = 24,2 (gam)
m Cu(NO3)2 = 0,1 . (64 + 62.2) = 18,8 (gam)
% m Fe(NO3)3 = 24,2 : 89 . 100% = 27,19%
% m Cu(NO3)2 = 18,8 : 89 . 100% = 21,1%
Ví dụ 2:Hồ tan hồn tồn một lượng hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 63
gam HNO3, thu được 1,568 lít NO2 (đktc). Dung dịch thu được cho tác dụng vừa
đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không
đổi thu được 9,76 gam chất rắn X. Nồng độ % của dd HNO3 có giá trị là (6)
A. 47,2%.

B. 46,2%.

C. 46,6%.

D. 44,2%.

Hướng dẫn giải chi tiết:
Chất rắn X là Fe2O3
=> n Fe2O3 = 9,76 : 160 = 0,061 mol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe
=> n Fe(OH)3 = 2 . n Fe2O3 = 0,061 . 2 = 0,122 mol
16

skkn


Gọi số mol của Fe3O4, FeS2 lần lượt là x, y (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe
=> 3 . n Fe3O4 + n FeS2 = n Fe(OH)3
=> 3x + y = 0,122 (I)
Áp dụng định luật bảo toàn electron
=> n Fe3O4 + 15 . n FeS2 = n NO2
=> x + 15y = 0,07 (II)
Từ (I) và (II) => x = 0,04; y = 0,002
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na
=> n NaOH = n NaNO3 + 2 . n Na2SO4 (1)
n Na2SO4 = 2 . nFeS2 = 0,002 . 2 = 0,004 mol (2)
=> n NaNO3 = 0,04 – 0,004 . 2 = 0,392 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là:
n HNO3 = n NaNO3 + n NO2 = 0,392 + 0,07 = 0,462 (mol)
=> C% HNO3 = (0,462 . 63) : 63 . 100% = 46,2%

Đáp án B
Dạng 3 : Kim loại Fe tác dụng với dung dịch muối
* Một số lưu ý cần nhớ:
- Sắt tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn để tạo dung dịch muối
mới và kim loại mới.
- Để làm loại bài tập này, chúng ta thường áp dụng đinh luật bảo toàn electron
để giải quyết bài tốn.
 * Một số ví dụ điển hình:
Ví dụ 1: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,15 mol AgNO3 và 0,2 mol
Cu(NO3)2. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 12,8 gam thì dừng lại. Tính khối
lượng kim loại bám vào thanh sắt (2)
Hướng dẫn giải chi tiết:
nAg+ = 0,1 mol;  nCu2+ = 0,2 mol
Nếu Ag+ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
0,05 ← 0,1         →      0,1    

=> mtăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8
=> Ag+ phản ứng hết;  Cu2+ phản ứng 1 phần
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
17

skkn


=> mtăng = 64x – 56x = 8x
+) tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là: mtăng = 12 + 8x = 12,8  => x = 0,1 mol
=> mkim loại bám vào = mAg+ mCu = 22,6 gam
Ví dụ 2: Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO3 2M và

Cu(NO3)2 1M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X.
Giá trị của m là (1)
Hướng dẫn giải chi tiết:
nFe = 0,15 mol;  nAgNO3 = 0,2mol;  nCu(NO3)2 = 0,1 mol
Nhận xét: 2nFe > nAg
=> không xảy ra phản ứng Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+
 => Fe tạo muối Fe2+
ne Fe cho tối đa = 0,15.2 = 0,3 mol
ne Ag+ nhận tối đa = 0,2 mol
ne Cu2+ nhận tối đa = 0,1.2 = 0,2 mol
Ta thấy : 0,2 < ne Fe cho tối đa< 0,2 + 0,2
=> Ag+ phản ứng hết, Cu2+ phản ứng 1 phần
=> ne Cu2+ nhận tạo Cu = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol  => nCu = 0,05 mol
=> m = mAg + mCu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam.
2.3.2. Một số bài tập vận dụng
Bài 1: Để m gam sắt ngồi khơng khí một thời gian được hỗn hợp rắn gồm Fe,
FeO, Fe2O3, và Fe3O4 có tổng khối lượng là 30g. Cho hỗn hợp này tan trong
HNO3 dư được 5,6 lít NO duy nhất (đktc). Tính m?

(Đáp án: 25,2 gam)

Bài 2: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ
đựng m gam hỗn hợp X đun nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64g
chất rắn và 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H2 là 20,4. Tính m ?
(Đáp án:70,4 gam)
Bài 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe 3O4, Fe2O3) thì cần
0,05 mol H2. Nếu hồ tan hồn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y trong dung dịch H 2SO4
đặc thì thu được khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí SO2 (đktc)?
(Đáp án: 0,224 lít)
Bài 4: Đốt cháy m gam sắt ngồi khơng khí sau một thời gian thu được 5,04

gam hỗn hợp X gồm sắt và các oxit sắt. Hòa tan hỗn hợp X trong HNO 3 lỗng
dư thu được 0,784 lít khí (đktc) gồm NO và NO 2 có tỉ khối so với H2 là 19. Tính
m?

(Đáp án: 3,92 gam)
18

skkn


Bài 5: Đốt cháy 16,8 gam bột sắt ngồi khơng khí, sau một thời gian thu được
hỗn hợp X gồm sắt và các oxit. Cho hòa tan hết X trong dung dịch H 2SO4 đặc
nóng thu được 5,6 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc).
1. Tính m?
2. Nếu thay H2SO4 bằng HNO3 đặc nóng thì thể tích NO2 (đktc) là bao nhiêu?
(Đáp án: 1. 20 gam; 2. 11,2 lít)
Bài 6: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe 2O3 nung nóng. Sau
một thời gian thu được hỗn hợp X nặng 44,64 gam gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3.
Hòa tan X bằng HNO3 lỗng dư thu được 3,136 lít khí NO (đktc). Tính m?
(Đáp án: 48 g)
Bài 7: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 18,08 gam Fe 2O3 nung nóng.
Sau một thời gian thu được hỗn hợp X nặng 13,92 gam gồm Fe, FeO, Fe 3O4,
Fe2O3. Hòa tan X bằng HNO3 đặc nóng thu được V lít khí NO2 (đktc). Tính V?
(Đáp án: 11,648 lít)
Bài 8: Hỗn hợp M có khối lượng 12 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Hồ tan
hết M vào H2SO4 đặc, nóng dư thu được 3,36 lít SO2 (đtkc) duy nhất. Cơ cạn
dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan?

(Đáp số: 36 gam)

2.4. Hiệu quả của SKKN
Trước khi chưa áp dụng đề tài SKKN “ vận dụng các định luật bảo toàn để
giải bài tốn về hỗn hợp sắt và ơxit sắt”. Tơi thấy kết quả học sinh như sau:
TT

Số em không yêu

Số em xem đó như một

Số em u thích

thích mơn học

mơn phụ

mơn học

Số lượng

30

20

24

Tỷ lệ

40,5%

27,1%

32,4%

Sau khi áp dụng đề tài này vào giảng dạy tôi thấy chất lượng học sinh được
nâng cao rõ rệt. Các em rất hứng thú mỗi khi học, tiếp thu nhanh hơn. Cụ thể
như sau:
*. Chọn lớp thử nghiệm và đối chứng kết quả sau:
Lớp

Sĩ

Khá, giỏi

Trung bình

Yếu, kém

số Số lượng Tỷ lệ % Số lượng Tỷ lệ % Số lượng Tỷ lệ %

12C1

39

12

30,8%

24

61,5%

3

7,7%

12C2

35

9

25,7%

24

68,6%

2

5,7%
19

skkn


Bình quân

74

21

28,4%

48

64,8%

5

6,8%

3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3.1. Kết luận
Qua nghiên cứu và áp dụng cho đối tượng học sinh lớp 12 tại TTGDNNGDTX Thiệu Hóa tơi nhận thấy: Dạng bài tập về sắt và oxit sắt có vai trị rất
quan trọng trong chương trình hóa học TTGDNN-GDTX Thiệu Hóa. Thơng qua
việc giải bài tập hóa học về sắt và oxit sắt, học sinh củng cố và nắm vững được
các khái niệm cũng như các tính chất của chất của sắt và các hợp chất của sắt.
Căn cứ vào thực trạng học tập của học sinh và công tác bồi dưỡng học sinh giỏi
hiện nay, tôi nghĩ rằng người giáo viên cần phải nỗ lực nghiên cứu, tham khảo,
trao đổi kinh nghiệm để tìm ra phương pháp tối ưu nhất để giảng dạy hướng dẫn
học tập tích cực, rèn luyện óc tư duy sáng tạo và có lịng đam mê u thích đối
với mơn học.
3.2. Kiến nghị:
Trên đây là những kinh nghiệm mà tơi đã tích luỹ được trong q trình
giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi tốt nghiệp. Vì thời gian có hạn và
kinh nghiệm bản thân chưa nhiều nên chắc chắn đề tài này sẽ có nhiều điều cần
bổ sung. Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các cấp lãnh đạo và
bạn bè đồng nghiệp để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Xác nhận của thủ trưởng đơn vị

Thiệu Hóa, ngày tháng năm 2022
Tơi xin cam đoan đây là SKKN của
mình viết, khơng sao chép nội dung
của người khác
Người thực hiện
Tạ Thị Dậu
20

skkn