CÁC PHƯƠNG PHÁP bảo TOÀN áp DỤNG GIẢI NHANH các bài TOÁN hóa học

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NĂM 2014 VỀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ÁP DỤNG GIẢI
NHANH CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC
MỤC LỤC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NĂM 2014 VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO
TOÀN ÁP DỤNG GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC 1
MỞ ĐẦU
1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Bài tập về sắt là một trong những bài tập hay, phổ biến trong các đề kiểm tra.
Đặc biệt trong các kì thi tốt nghiệp và đại học từ trước đến nay, hình thức thi tự luận
cũng như trắc nghiệm, bài tập về sắt chiếm một tỉ lệ khá cao (khoảng 20 – 30%
trong các đề thi tự luận và 10% trong các đề thi trắc nghiệm).
Hiện nay, với việc chuyển đổi hình thức thi từ tự luận sang trắc nghiệm
khách quan, thời gian làm bài mỗi câu trắc nghiệm khách quan chưa tới hai phút.
Việc giải các bài toán hoá học dạng trắc nghiệm theo phương pháp tự luận không
còn thích hợp nữa vì nó tốn quá nhiều thời gian cho việc viết và cân bằng phương
trình hoá học.
Để làm nhanh các bài toán hoá học dạng trắc nghiệm, đòi hỏi học sinh ngoài
việc nắm vững kiến thức hoá học, có một năng lực tư duy tốt, kỹ năng phản ứng
nhanh đối với các dạng bài tập trắc nghiệm khác nhau, học sinh còn phải biết vận
dụng các phương pháp giải nhanh để giải.
Một trong các phương pháp giải nhanh các bài toán hoá học là áp dụng các
định luật bảo toàn như: “ Định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên
tố, định luật bảo toàn electron, định luật bảo toàn điện tích ” Trong quá trình áp
dụng, học sinh không khỏi mắc các sai lầm. Việc nghiên cứu, phân tích các sai lầm
để giúp học sinh không mắc phải những sai lầm đó, nhằm giúp học sinh đạt điểm
cao trong các kì thi là một việc làm rất cần thiết và bổ ích.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu áp dụng
các định luật bảo toàn vào việc giải nhanh các bài toán về kim loại sắt” để
nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp.
2. KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

2.1. Khách thể nghiên cứu:
Quá trình học tập môn hoá học ở trường THPT
2.2. Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu những sai lầm của học sinh khi áp dụng các định luật bảo toàn
vào việc giải nhanh các bài toán về kim loại Fe.
3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
- Nghiên cứu các dạng toán về kim loại sắt có thể áp dụng các định luật bảo
toàn để giải nhanh.
- Nghiên cứu những sai lầm có thể gặp của học sinh khi giải các dạng toán
đó và đề xuất biện pháp khắc phục nhằm nâng cao chất lượng dạy học môn hoá học
ở trường THPT.
4. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI:
- Nghiên cứu các tài liệu, văn bản về bài tập hoá học của học sinh phổ thông.
- Nghiên cứu những sai lầm có thể gặp của học sinh để tìm cách khắc phục
trong quá trình dạy học.
- Lựa chọn, xây dựng, sắp xếp hệ thống các bài toán về kim loại sắt có thể
dùng các định luật bảo toàn để giải nhanh.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC:
5.1. Nghiên cứu lí luận:
- Nghiên cứu các văn bản và chỉ thị của Đảng, nhà nước và Bộ giáo dục –
Đào tạo có liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan về lý luận dạy học, tâm lý học, giáo dục
học và các tài liệu khoa học cơ bản có liên quan đến đề tài. Đặc biệt nghiên cứu kĩ
những sai lầm của học sinh thường mắc phải và các phương pháp giải nhanh một số
bài toán hóa học.
5.2. Điều tra cơ bản và trao đổi kinh nghiệm:
- Điều tra tổng hợp ý kiến các nhà nghiên cứu giáo dục, các giáo viên dạy
hóa ở trường THPT về nội dung, kiến thức và kĩ năng sử dụng các bài toán về kim
loại sắt trong chương trình THPT.
- Thăm dò ý kiến của giáo viên và học sinh về những sai lầm có thể gặp của

học sinh khi áp dụng các định luật bảo toàn để giải nhanh các bài toán về kim loại
sắt.
6. ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu và dự đoán các sai lầm có thể gặp của học sinh khi áp dụng các
định luật bảo toàn để giải nhanh một số bài toán về kim loại sắt. Đề xuất biện pháp
để khắc phục những sai lầm đó.
4
5
Chương 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BÀI TẬP HOÁ HỌC: [11]
1.1.1. KHÁI NIỆM VỀ BÀI TẬP HÓA HỌC:
Bài tập hóa học là những bài tập mà khi hoàn thành chúng, học sinh sẽ nắm
được một tri thức hay kỹ năng nhất định nào đó về hóa học. Bao gồm:
- Những bài tập chỉ đòi hỏi học sinh tái hiện lại kiến thức như những
câu hỏi về những định luật, quy tắc, khái niệm
- Những bài tập đòi hỏi hoạt động sáng tạo ở học sinh đó là những bài
toán hóa học.
Chính những bài toán hóa học là phương tiện cực kỳ quan trọng để phát triển
tư duy cho học sinh chứ không phải những câu hỏi. Việc hình thành và phát triễn kỹ
năng giải các bài toán hóa học cho phép thực hiện những mối liên hệ qua lại mới
giữa các tri thức thuộc cùng một trình độ của cùng một năm học và thuộc những
trình độ khác nhau của những năm học khác nhau. Đặc biệt là mối liên hệ qua lại
giữa tri thức và kỹ năng.
1.1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA BÀI TẬP HÓA HỌC:
- Trong dạy học hóa học, bài tập hóa học vừa là nội dung vừa là phương
pháp dạy học tích cực, hiệu nghiệm, được áp dụng phổ biến và thường xuyên ở các
cấp học và các loại trường khác nhau. Được sử dụng ở tất cả các khâu của quá trình
dạy học như nghiên cứu tài liệu mới, củng cố, vận dụng, khái quát hóa – hệ thống
hóa và kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo của học sinh.

- Không những cung cấp cho học sinh cả kiến thức, cả con đường giành lấy
kiến thức mà còn mang lại niềm vui sướng của sự phát hiện, tìm ra đáp số. Có hiệu
quả sâu sắc trong việc hình thành phương pháp chung của việc tự học hợp lý, rèn
luyện kĩ năng tự lực, sáng tạo.
- Là phương tiện cơ bản để rèn luyện các thao tác tư duy đồng thời giúp học
sinh hiểu kiến thức một cách sâu sắc, biết vận dụng kiến thức một cách linh hoạt và
6
có hiệu quả từ đó phát triển năng lực nhận thức cho học sinh. Đồng thời giúp học
sinh tập vận dụng kiến thức hóa học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và nghiên cứu
khoa học.
- Phương pháp luyện tập thông qua việc sử dụng bài tập hóa học là một trong
các phương pháp quan trọng nhất để nâng cao chất lượng dạy học hóa học.
1.1.3. TÁC DỤNG CỦA BÀI TẬP HÓA HỌC:
- Rèn luyện cho học sinh kỹ năng vận dụng được các kiến thức đã học, biến
những kiến thức tiếp thu được qua các bài giảng của thầy thành kiến thức của chính
mình.
- Đào sâu mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp
dẫn, giúp học sinh nắm vững kiến thức một cách sâu sắc mà không làm nặng khối
lượng kiến thức học sinh.
- Kiến thức cũ nếu chỉ đơn thuần nhắc lại sẽ làm cho học sinh chán vì không
có gì mới và hấp dẫn. Bài tập hóa học sẽ ôn tập, củng cố và hệ thống hóa các kiến
thức đã học một cách thuận lợi nhất. Một số đáng kể bài tập đòi hỏi học sinh phải
vận dụng tổng hợp kiến thức của nhiều nội dung ở nhiều chương, nhiều bài khác
nhau. Qua việc giải các bài tập hóa học học sinh sẽ tìm ra mối liên hệ giữa các nội
dung từ đó sẽ hệ thống hóa được kiến thức đã học.
- Rèn luyện được những kỹ năng cần thiết về hóa học như kỹ năng cân bằng
phản ứng, kĩ năng tính toán theo công thức hóa học và phương trình hóa học, kĩ
năng thực hành góp phần vào việc giáo dục kĩ năng tổng hợp, đồng thời phát triễn
trí thông minh ở học sinh.
7

1.1.4. BẢN CHẤT CỦA VIỆC GIẢI MỘT BÀI TOÁN HÓA HỌC:
Ta có thể biểu diễn bản chất của việc giải một bài toán hóa học theo sơ đồ
sau:
1.1.5. CÁC BƯỚC GIẢI MỘT BÀI TOÁN HÓA HỌC TỔNG HỢP:
Để giải một bài toán hoá học một cách nhanh và chính xác, đầu tiên ta cần
phân tích kĩ đề, tìm những phương pháp có thể giải được bài toán đó, rồi suy nghĩ
xem đâu là cách giải nhanh nhất, tối ưu nhất. Cụ thể các bước thường sử dụng để
giải một bài toán hoá học tổng hợp như sau:
- Bước 1: Liệt kê các dữ kiện, yêu cầu của đề bài.
- Bước 2: Đặt ẩn số: thường là số mol, công thức chung.
- Bước 3: Viết tất cả các phương trình phản ứng hoá học xảy ra (nhớ cân
bằng phương trình phản ứng).
- Bước 4: Dựa vào các dữ kiện đề bài cho và các dữ kiện biện luận theo
phương trình phản ứng để thiết lập mối liên hệ giữa dữ kiện đề bài với yêu cầu đề
bài, lập các phương trình đại số.
- Bước 5: Sử dụng các thủ thuật tính toán như phương pháp trung bình,
phương pháp ghép ẩn , áp dụng các định luật cơ bản của hoá học như định luật
bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron để giải quyết vấn đề.
- Bước 6: Kiểm tra lại và kết luận.
* Các công thức thường sử dụng khi giải bài toán hoá học:

M
m
n =
;
4,22
V
n =
( đktc) ;
%100% x

m
mct
C =
; n = C
M
. V ;
RT
PV
n =

Kết quả thuộc
dạng cơ bản
Kết quả thuộc
dạng không cơ bản
Tính toán theo
các ptpứ hóa học
Giả thiết cơ
bản
Giả thiết
không cơ bản
8
1.2. KHÁI QUÁT NHỮNG NỘI DUNG VỀ KIM LOẠI SẮT ĐƯỢC
GIẢNG DẠY Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG: [9], [5], [2]
1.2.1. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO:
- Là nguyên tố kim loại chuyển tiếp họ d, thuộc nhóm VIIIB, chu kì 4 của
Bảng tuần hoàn các NTHH, có số hiệu nguyên tử Z= 26.
- Cấu hình electron
26
Fe: 1s
2

2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
6
4s
2
- Phân bố các e lớp ngoài cùng vào các obitan:

3d
6
4 s
2
→ nguyên tử Fe có thể nhường 2e
pl4s
hoặc 3e (2e
pl4s
+ 1e
pl3d
) để tạo ra các ion
Fe
2+
hoặc Fe
3+
.

- Tuỳ thuộc vào nhiệt độ, kim loại Fe có thể tồn tại ở các dạng tinh thể khác
nhau: lập phương tâm khối (Fe
α
) hoặc lập phương tâm diện (Fe
γ
).
1.2.2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ:
- Fe có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt,
dưới 800
o
C sắt có tính nhiễm từ.
- d
Fe
= 7,9g/cm
3
, t
o
nc
= 1540
o
C, t
o
s
= 2870
o
C
1.2.3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC:
- Fe là kim loại có tính khử trung bình, có thể bị oxi hoá thành Fe
2+
hoặc Fe

3+
1.2.3.1. Tác dụng với phi kim:
Fe + S FeS

2Fe + 3Cl
2
2FeCl
3
1.2.3.2. Tác dụng với axit:
- Với dd HCl và H
2
SO
4
loãng: tạo muối Fe
2+
+ H
2
↑
Fe + 2HCl → FeCl
2
+ H
2
Fe + H
2
SO
4
→

FeSO
4

+ H
2

    

t
o
C
t
o
C
9
- Với dd HNO
3
loãng, HNO
3
đặc, H
2
SO
4
đặc và đun nóng:
+ Fe
H
2
SO
4
đặc, t
o
Fe
2

(SO
4
)
3
+ SO
2
+ H
2
O
HNO
3
loãng
Fe(NO
3
)
3
+ NH
4
NO
3
hoặc N
2
hoặc N
2
O hoặc NO
đặc, t
o
+NO
2
* Lưu ý: Fe + ( HNO

3
, H
2
SO
4
) đặc nguội
1.2.3.3. Tác dụng với dung dịch muối:
Fe khử được những ion kim loại đứng sau nó (trong dãy điện hoá), khi không
có mặt chất oxi hoá chỉ tạo muối sắt (II).
* Ví dụ: Fe + CuSO
4
→ FeSO
4
+ Cu↓
Fe + 2AgNO
3
→ Fe(NO
3
)
2
+ 2Ag↓
1.2.3.4. Tác dụng với nước:
- Fe không khử được nước ở nhiệt độ thường.
- Fe khử được hơi nước ở nhiệt độ cao:

Fe + H
2
O Fe
3
O

4
+ H
2

Fe + H
2
O

FeO + H
2
1.2.4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN:
- Fe là kim loại phổ biến nhất trong vỏ quả đất sau Al
- Trong tự nhiên, Fe tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất. Ở trạng thái tự do chỉ
có trong các thiên thạch.
- Một số quặng sắt quan trọng như: quặng hematit đỏ (chứa Fe
2
O
3
khan),
quặng hematit nâu (chứa Fe
2
O
3
. nH
2
O), quặng manhetit (chứa Fe
3
O
4
), quặng xiđerit

(chứa FeCO
3
), quặng pirit sắt (chứa FeS
2
)…Trong đó, quặng manhetit và hematit
dùng để sản xuất gang.
1.2.5. MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA SẮT
t
0
<570
0
C

t
0
>570
0
C

10
1.2.5.1. HỢP CHẤT SẮT(II)
* Tính chất hoá học của hợp chất Fe(II):
Tính chất hoá học chung của các hợp chất sắt(II) là tính khử
- Một số hợp chất Fe(II) vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá:
+ Thể hiện tính khử khi tác dụng với những chất oxi hoá như: dd HNO
3
,
H
2
SO

4
( đặc, t
o
), Cl
2
, dd KMnO
4
/H
2
SO
4
tạo hợp chất Fe(III).
Ví dụ: 3FeO + 10HNO
3
→ 3Fe(NO
3
)
3
+ 5H
2
O + NO↑
+ Thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với chất khử như: H
2
, CO, Al
Ví dụ: FeO + Al

→ Fe + Al
2
O
3

- Oxit và hidroxit sắt (II) có tính bazơ:
FeO + 2HCl → FeCl
2
+ H
2
O
Fe(OH)
2
+ H
2
SO
4

loãng
→ FeSO
4
+ H
2
O
** Điều chế một số hợp chất Fe(II):
- FeO: Có thể đi từ Fe
2
O
3
hoặc Fe(OH)
2
Fe
2
O
3

+ CO 2FeO + CO
2
Fe(OH)
2
FeO + H
2
O
- Fe(OH)
2
: Fe
2+
+ 2OH
-
→ Fe(OH)
2
↓ (trắng xanh)
- Muối Fe
2+
: hợp chất Fe(II) (như FeO, ) + ddHCl hoặc H
2
SO
4
loãng
- Ví dụ: điều chế muối FeCl
2
: FeO + 2HCl → FeCl
2
+ H
2
O

*** Ứng dụng của hợp chất sắt(II):
- FeSO
4
dùng trong sản xuất sơn vô cơ, mực viết, kĩ nghệ nhuộm vải, diệt
côn trùng có hại cho thực vật.
- FeCl
2
hợp chất đầu dùng để điều chế Fe nguyên chất.
1.2.5.2. HỢP CHẤT SẮT(III):
* Tính chất hoá học của hợp chất Fe(III):
500-600
o
C

t
o
C

11
Tính chất hoá học chung của các hợp chất Fe(III) là tính oxi hoá:
- Tính oxi hoá:
Hợp chất Fe(III) + chất khử: tuỳ thuộc vào chất khử sẽ bị khử
thành hợp chất Fe(II) hoặc Fe
Ví dụ: 2FeCl
3
+ Cu → 2FeCl
2
+ CuCl
2
Fe

2
O
3
+ Al

→ Fe + Al
2
O
3
- Oxit và hidroxit sắt (III) có tính bazơ:
Tác dụng với axít tạo muối Fe(III)
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4
→ Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Fe(OH)
3

+ 3HCl → FeCl
3
+ 3H
2
O
** Điều chế một số hợp chất Fe(III):
- Fe
2
O
3
:
Fe(OH)
3
Fe
2
O
3
+ H
2
O
2FeO +
2
1
O
2
→ Fe
2
O
3
- Fe(OH)

3
: Fe
3+
+ 3OH
-

→ Fe(OH)
3
↓ (nâu đỏ)
- Muối Fe
3+
: có thể cho Fe + ( Cl
2
hoặc HNO
3
, H
2
SO
4
đặc, t
o
) hoặc hợp chất
Fe(III) + axít.
Ví dụ: Fe + 4HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3
+ NO↑ + 2H

2
O
2Fe(OH)
3
+ 3H
2
SO
4
→ Fe
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O
*** Ứng dụng của hợp chất sắt(III):
- Fe
2
(SO
4
)
3
: dùng làm chất keo tụ khi làm sạch nước, chất tẩy gỉ kim loại
- FeCl
3
: dùng làm chất keo tụ khi làm sạch nước, chất xúc tác tron tổng hợp
hữu cơ, được dùng trong công nghiệp sợi
- Fe

2
O
3
: dùng để pha chế sơn chống gỉ
1.2.5.3. HỢP KIM CỦA SẮT:
t
o
C

12
Trong thực tế phần lớn Fe được sử dụng không phải ở dạng nguyên chất
mà dưới dạng hợp kim của sắt là gang và thép:
Thành phần Phân loại
Gang Fe>85% C Gang trắng Gang xám
Thành
phần
ít C,Si,
nhiều Fe
3
C
nhiều C,Si
Tính
chất
rất cứng và giòn
ít cứng, ít giòn hơn gang
trắng
Ứng
dụng
dùng để luyện
thép.

Đúc các bộ phận của máy,
ống dẫn nước
Thép
C
0.01→2%,
1 lượng
nhỏ Si,
Mn, Cr,
Ni
Thép thường Thép đặc biệt
Thành
phần
ít C, Si, Mn và rất
ít S, P
chứa thêm: Si, Mn,
Cr,Ni,W
Tính
chất
Thép
cứng
Thép
mềm
Thép
Cr-Ni
Thép
W-Mo-Cr
Thép
Mn
C
>0,9%

C
<0,1%
rất
cứng
rất cứng
dù ở t
o
rất
cao
rất
bền,
chịu
được
va đập
mạnh
Ứng
dụng
thường dùng trong
xây nhà cửa, chế
tạo các vật dụng
trong đời sống.
dùng
để chế
tạo
dụng
cụ y
tế
dùng dể
chế tạo
lưỡi dao

cắt gọt
kim loại
chế
tạo
đường
ray xe
lửa

* Tóm tắt quá trình sản xuất gang trong lò cao:
- Lò cao có chiều cao khoảng 27-31m, vỏ ngoài bằng thép, bên trong lát
bằng gạch chịu lửa, có dạng 2 hình nón cụt úp mặt đáy vào nhau.
+ Cấu tạo lò từ trên xuống dưới:
Miệng lò→ thân lò→bụng lò→ phễu lò → nồi lò→ cửa tháo xỉ→cửa tháo
gang
- Nạp nguyên liệu theo từng lớp xen kẻ: lớp quặng sắt (Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
, tạp
chất: SiO
2
,MnO,P
2
O
5
), lớp than cốc, lớp chất chảy (CaCO

3
và cát) vào lò cao qua
miệng lò. Thổi liên tục không khí đã được nung nóng đến 600-800
0
C từ dưới lên
qua các phễu lò vào lò cao. Tương tác giữa không khí và C nóng đỏ tạo CO. CO
13
khử các oxít sắt đến sắt kim loại theo sơ đồ: Fe
2
O
3
→ Fe
3
O
4
→ FeO → Fe. Fe
nóng chảy tạo ra di chuyển xuống bụng lò, một phần tác dụng với than cốc và CO
tạo Fe
3
C (xementit). Cùng với quá trình khử oxit sắt là quá trình khử các tạp chất
( SiO
2
, MnO, P
2
O
5
) nhờ C tạo Si, P, Mn. Hỗn hợp C, Fe
3
C, Si, P, Mn, tan vào
Fe nóng chảy tạo thành gang. Và quá trình tạo xỉ CaSiO

3
( SiO
2
+ CaO do CaCO
3
phân huỷ ). Xỉ tập trung ở nồi lò tạo thành một lớp, do xỉ nhẹ hơn gang nên nằm
trên gang lỏng bảo vệ gang không bị oxi hoá bởi không khí thổi vào lò. Sau một
thời gian nhất định người ta tháo xỉ ra theo cửa trên và tháo gang (gang trắng &
gang xám) ra theo cửa dưới của lò.
* Tóm tắt quá trình luyện thép:
Gang loại bớt lượng dư các tạp chất C,S,P,Si, Mn ta thu được thép. Loại bỏ
lượng dư các tạp chất C,S,P,Si, Mn bằng cách oxi hoá chúng thành các oxit ở trạng
thái khí (CO, SO
2
) hoặc rắn (SiO
2
, P
2
O
5
) bởi O
2
. Oxit ở trạng thái khí thì bay ra
ngoài không khí, còn Oxit ở trạng thái rắn cho hoá hợp với CaO tạo xỉ (CaSiO
3
,
Ca
3
(PO
4

)
2
) nổi trên bề mặt thép lỏng.
Có 3 phương pháp dùng trong quá trình luyện thép:
- Phương pháp Bet-xơ-me: Thời gian luyện thép ngắn, chủ yếu dùng để
luyện thép thường.
- Phương pháp Mac-tanh: Chủ yếu dùng để luyện thép có chất lượng cao.
- Phương pháp lò điện: Dùng để luyện thép đặc biệt mà thành phần có những
kim loại khó nóng chảy như W, Mo, Cr, S, P.
14
Chương 2
ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀO VIỆC
GIẢI NHANH BÀI TOÁN VỀ KIM LOẠI SẮT
2.1. NHỮNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CÓ THỂ ÁP DỤNG ĐỂ GIẢI
NHANH BÀI TOÁN HOÁ HỌC: [3], [6], [12]
2.1.1. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG:
2.1.1.1 Nội dung của định luật:
2.1.1.2. Kinh nghiệm áp dụng định luật:
- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng khi một phản ứng hoá học có n chất
mà ta biết được khối lượng của (n - 1) chất (kể cả chất phản ứng và sản phẩm).
- Khi áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho một phản ứng thì phản ứng
đó không cần cân bằng mà chỉ cần quan tâm chất tham gia phản ứng và sản phẩm
thu được.
2.1.1.3. Công thức của định luật:
Xét phản ứng: A + B → C + D (1)
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho pứ (1) có:

Trong đó: m
A
, m

B
lần lượt là phần khối lượng tham gia phản ứng của chất A,
B
m
C
, m
D
lần lượt là khối lượng được tạo thành của chất C, D
m
A
+ m
B
= m
C
+ m
D
Trong phản ứng hóa học thì tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng
tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng ( không tính khối lượng của
phần không tham gia phản ứng).
15
* Ví dụ: Cho m gam Fe
x
O
y
tác dụng với dd H
2
SO
4
đặc nóng vừa đủ, có chứa
0,075 mol H

2
SO
4
, thu được dung dịch X và 0,672 lít SO
2
(đktc) duy nhất
thoát ra. Cô cạn dung dịch X thu được 9 gam muối khan. Tính m
Giải
Fe
x
O
y
+ H
2
SO
4
→ Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ H
2
O (1)
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho phản ứng (1) ta được:
m
FexOy

+ m
H
2
SO
4

= m
Fe
2
(SO
4
)
3

+ m
SO
2

+ m
H
2
O
→ m + 0,075.98 = 9 + 0,03. 64 + 0,075.18
→ m = 4,92g
2.1.2. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ:
2.1.2.1. Nội dung của định luật:
Trong mọi quá trình biến đổi hóa học, các nguyên tố sẽ bảo toàn cho nhau
trước và sau phản ứng. Nghĩa là một nguyên tố khi tham gia phản ứng hóa học chỉ
chuyển từ chất này sang chất khác.
→

2.1.2.2. Kinh nghiệm áp dụng định luật:
- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố khi gặp các bài toán không thể áp
dụng được định luật bảo toàn khối lượng hoặc viết phương trình phản ứng nhưng lại
không thấy hướng giải.
- Các bài toán dùng phương pháp bảo toàn nguyên tố thì thường giữa chất đề
bài cho và hỏi có cùng một nguyên tố nào đó.
- Khi giải một bài toán dùng phương pháp bảo toàn nguyên tố thì không cần
viết các phương trình phản ứng để tìm quan hệ giữa số mol mà chỉ cần xét trạng thái
đầu và cuối đối với nguyên tố đó.
Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng số
mol nguyên tử của nguyên tố đó sau phản ứng.
16
2.1.2.3. Công thức của định luật:
Trước phản ứng nguyên tố X có trong các chất A,B
Sau phản ứng nguyên tố X có trong các chất C, D
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho nguyên tố X có:
n
A
.số ntử X trong A + n
B
.số ntử X trong B =n
C
.số ntử X trong C +n
D
.số ntử X trongD
* Ví dụ: Cho hỗn hợp A



bmolOFe

amolFeO
:
:
32
→
CO
hỗn hợp rắn B







tmolFe
zmolOFe
ymolFeOdu
xmolduOFe
:
:
:
:
43
32
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho nguyên tố Fe có:
∑n
Fe
/A
= ∑n
Fe

/B

→ a.1+b.2 = x.2 + y.1 + z.3 +t.1
2.1.3. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON:
2.1.3.1. Nội dung của định luật:
Khi có nhiều chất oxi hoá và chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều
phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số electron mà các chất khử
cho phải bằng tổng số electron mà các chất oxi hoá nhận.
→

2.1.3.2. Kinh nghiệm áp dụng định luật:
- Áp dụng định luật bảo toàn electron khi gặp các bài toán mà những phản
ứng xảy ra là phản ứng oxi hoá khử (phức tạp, nhiều giai đoạn, nhiều quá trình)
- Khi giải bài toán dùng phương pháp bảo toàn electron không cần viết
phương trình phản ứng mà chỉ cần tìm xem trong quá trình phản ứng có bao nhiêu
mol e do chất khử cho và bao nhiêu mol e do chất oxi hoá nhận. Muốn vậy ta cần
xác định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối (bỏ qua các giai đoạn trung gian).
Tổng số mol electron mà các chất khử cho bằng tổng số mol electron mà các
chất oxi hoá nhận
17
2.1.3.3. Công thức của định luật:
Giả sử bài toán hoá học có: chất khử là A có số mol : n
A
chất oxi hoá là B có số mol : n
B
Áp dụng định luật bảo toàn electron cho 2 quá trình oxi hoá và khử của 2
chất A,B có:
* Ví dụ: Tính thể tích dd FeSO
4
0,5M cần thiết để phản ứng vừa đủ với 100

ml dung dịch KMnO
4
0,2M trong môi trường axít.
Giải
Gọi số mol FeSO
4
tham gia phản ứng là x
Quá trình khử: Fe
2+
→ Fe
3+
+ 1e
x 1.x
Quá trình oxi hoá: Mn
+7
+ 5e → Mn
+2
0,02 5.0,02
Áp dụng định luật bảo toàn e có: 1.x = 5.0,02 → x = 0,1 mol
→ V = 0.2 lít
2.1.4. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH:
2.1.4.1. Nội dung của định luật:
Trong một dung dịch, nếu tồn tại đồng thời các ion dương và ion âm thì tổng
số điện tích dương bằng tổng số điện tích âm. Vì vậy dung dịch luôn trung hoà về
điện.
→
2.1.4.2. Kinh nghiệm áp dụng định luật:
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích khi gặp:
- Những bài toán cho biết số mol, nồng độ của các ion trong dung
dịch, yêu cầu xác định biểu thức liên hệ giữa các số mol

∑số e nhường x n
A
= ∑số e nhận x n
B
Tổng số mol các điện tích dương của ion dương bằng tổng số mol các điện
tích âm của ion âm
18
- Hoặc những bài toán yêu cầu tính khối lượng chất rắn sau khi cô cạn
một dung dịch khi biết số mol các chất hoặc ion trong dung dịch.
- Các bài toán pha chế dung dịch, xử lý nước cứng.
2.1.4.3. Công thức của định luật:

* Ví dụ: Giả sử trong một dung dịch tồn tại các ion: A
n+
có số mol là x,
B
m+
có số mol là y, C
p-
có số mol là z, D
q-
có số mol là t
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích có:

2.2. MỘT SỐ DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP VỀ KIM LOẠI SẮT CÓ
THỂ ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỂ GIẢI NHANH [ 1],
[3], [4], [7],[8], [10], [11].
2.2.1. DẠNG TOÁN SẮT TÁC DỤNG VỚI AXIT (HCl, H
2
SO

4
, HNO
3
)
2.2.1.1. Phương pháp giải:
- Fe + (HCl hoặc H
2
SO
4
loãng) → Fe
2+
+ H
2
Nếu đề cho n
H
2
ta tính được n
Fe
theo tỉ lệ: n
Fe
= n
H
2
- Fe + HNO
3
/ H
2
SO
4
đặc → Fe

3+
+ sản phẩm khử chứ N hoặc S + H
2
O
Nếu axit (HNO
3
/ H
2
SO
4
đặc) dư thì sau phản ứng chỉ thu được muối
sắt (III).
Nếu sau phản ứng vẫn còn kim loại chứng tỏ Fe dư (hoặc đề cho Fe
dư sau phản ứng) thì sản phẩm cuối cùng sau phản ứng chỉ có muối sắt (II) vì:
Fe + 2Fe
3+
3Fe
2+
.
Nếu Fe và axit cùng hết có thể muối tạo thành sau phản ứng là hỗn
hợp 2 muối sắt (II) và sắt (III).
- m
muối tạo thành
= m
Fe
+ m
gốc axit tạo muối
Đối với phản ứng Fe + HNO
3
ta có:

m
muối tạo thành
= m
Fe
+
3
NO
m
−
tạo muối

n
HNO
3
phản ứng
= n
N trong HNO
3
=
3
NO
n
−
tạo muối
+ n
N trong sản phẩm khử
(
3
NO
n

−
tạo muối
= số mol electron nhường hoặc số mol electron nhận).
∑ n
ion dương
x điện tích ion dương = ∑ n
ion âm
x điện tích ion âm
x. n + y. m = z. p + t. q
19
2.2.1.2. Bài tập vận dụng
Ví dụ 1: Cho Fe phản ứng với 0,04 mol dung dịch HNO
3
loãng, sau phản
ứng thu được dung dịch A, khí NO và chất rắn B. Khối lượng muối thu được trong
dung dịch X là:
A. 9,68g B. 2,42g C. 10,8g D. 2,7g
Giải:
Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố
Tóm tắt quá trình pứ: Fe Fe
3+
Fe
2+
Áp dụng ĐLBT nguyên tố N: 1. n
HNO
3
pứ
= 3. n
Fe(NO
3

)
3
+ 1.n
NO
= 0,04
→ n
HNO
3
pứ
=

3. x + 1. x = 0,04
→ x = 0,01mol
Fe → Fe
2+
+ 2e N + 3e → N
x  x 2x 0,03 0,01
Áp dụng ĐLBT e có: 2x = 0,03 → x = 0,015 mol
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe: n
Fe(NO
3
)
2
= n
Fe
= 0,015 mol→ Đáp án:D
Cách 2: Phương pháp biện luận
Fe + 4HNO
3
→ Fe(NO

3
)
3
+ NO + 2H
2
O (1)
0,04 0,01
Fe
dư
+ 2Fe(NO
3
)
3
→ 3Fe(NO
3
)
2
(2)
0,01 0,015
→ m
Fe(NO
3
)
2

= 0,015. 180 = 2,7g
* Phân tích một sai lầm của học sinh:
+ Sai lầm 1: Cho muối thu được trong dung dịch X là muối sắt(III) nên xác
định số mol e do Fe cho sai: Fe → Fe
3+

+ 3e
x  3x
không biết được sau phản ứng Fe vẫn còn dư thì trong dung dịch không còn muối
sắt(III) chỉ tồn tại muối sắt (II) do: Fe
dư
+2Fe
3+
→ 3Fe
2+
và xem số mol HNO
3
oxi
hoá chính là số mol HNO
3
phản ứng nên xác định số mol e nhận sai:
N + 3e → N
0,04 0,12
Áp dụng ĐLBT e: 3x = 0,12 → x = 0,04 ml
→ m
Fe(NO
3
)
3

= 0,04. 242 = 9,68g → chọn A (sai)
HNO
3
Fe
dư
+5

+2
+5 +2
20
+ Sai lầm 2: xác định đúng muối tạo thành là muối sắt (II) nhưng xác định
số mol HNO
3
oxi hoá sai nên xác định số mol e nhận sai như sai lầm 1:
Fe → Fe
2+
+ 2e N + 3e → N
x  2x 0,04 0,12
Áp dụng ĐLBT e: 2x = 0,12 → x = 0,06 mol
→ m
Fe(NO
3
)
2

= 0,06. 180 = 10,8g → chọn C (sai)
 Ví dụ 2: Cho m gam Fe tác dụng với dung dịch H
2
SO
4
loãng thu được
6,72 lít khí (ở đktc). Cũng m gam Fe trên cho tác dụng với dung dịch HNO
3
loãng
thì thể tích khí NO (ở đktc) duy nhất sinh ra là:
A. 224 ml B. 448 ml C. 672 ml D. 336 ml
Giải:

Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn e
n
Fe
= n
H
2
= 0,03 mol (Fe và H
2
đều nhường 2e)
Fe → Fe
3+
+ 3e N + 3e → N ( NO)
0,03 0,09 3x  x
Áp dụng ĐLBT e có: 3x = 0,09 → x = 0,03 mol → Đáp án: C
Cách 2: Theo phương pháp biện luận
Fe + H
2
SO
4
→ FeSO
4
+ H
2
0,03 0,03
Fe + 4 HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3

+ NO + 15H
2
O
0,03 0,03
→ V = 672 ml
* Phân tích một số sai lầm của học sinh:
+ Sai lầm 1: Cho Fe tác dụng với HNO
3
cũng tạo ra muối sắt (II) như Fe
tác dụng với H
2
SO
4
loãng nên xác định số mol e cho sai:
Fe → Fe
2+
+ 2e N + 3e → N ( NO)
0,03 0,06 3x  x
Áp dụng ĐLBT e có: 3x =0,06→ x = 0,02 mol
→ V
NO
= 0,448 lít→ chọn B(sai)
+5 +2
+5 +2
+5 +2
21
+ Sai lầm 2: Cho Fe tác dụng với H
2
SO
4

loãng tạo muối sắt (III) như Fe tác
dụng với HNO
3
nên xác định số mol Fe sai → xác định số mol e cho sai:
2Fe + 6H
+
→ Fe
3+

+ 3H
2
0,02 0,03
Fe → F e
3+
+3e
0,02 0,06 → chọn B (sai)
2.2.2. DẠNG TOÁN HOÀ TAN SẮT VÀ HỢP CHẤT CÓ TÍNH KHỬ
CỦA SẮT BẰNG DUNG DỊCH AXIT (HCl, H
2
SO
4
, HNO
3
)
2.2.2.1. Phương pháp giải:
- Fe và các hợp chất có tính khử của sắt (như: các muối sắt (II), FeO, Fe
3
O
4
,

Fe(OH)
2
) khi tác dụng với axit HNO
3
và H
2
SO
4
đặc, nóng đều tạo thành muối sắt
(III) và kèm theo các sản phẩm khử chứa nitơ (hoặc chứa lưu huỳnh).
- Hỗn hợp (Fe + oxit sắt) khi tác dụng với axit (HCl và H
2
SO
4
loãng), sau
phản ứng thu được khí H
2
, khí H
2
sinh ra là do Fe tác dụng với axit, khi đó:
n
Fe
= n
H
2
- Các oxit sắt (FeO, Fe
2
O
3
, Fe

3
O
4
) tác dụng với axit ( HCl hoặc H
2
SO
4

loãng), sau phản ứng chỉ thu được muối sắt có hoá trị tương ứng và nước (không
sinh ra khí).
Khi đó số mol H
+
phản ứng = 2 số mol nguyên tử O trong oxit vì:
O
2-
+ 2H
+
→ H
2
O
- Tính khối lượng Fe hoặc oxit sắt hoặc khối lượng nguyên tử O trong oxit
sắt theo công thức: m
Oxit sắt
= m
O/Oxit
+ m
Fe
.
22
2.2.2.2. Bài tập vận dụng :

 Ví dụ 1: Cho 18,5g hỗn hợp Z gồm Fe, Fe
3
O
4
tác dụng với 200 ml dung
dịch HNO
3
loãng đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu
được 2,24 lít khí NO duy nhất, dung dịch Z
1
và còn lại 1,46g kim loại. Nồng độ
mol/l của dung dịch HNO
3
là:
A. 4,15M B. 3,17M C. 0,32 D. 3,2M
Giải:
Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố
Fe → Fe
3+
+ 3e
x x 3x N + 3e → N
0,3 0,1
3Fe (Fe
3
O
4
) → 3Fe
3+
+ 1e
y → 3y y

Áp dụng ĐLBT e: 3x + y = 0,3 (1)
2Fe
3+
+ Fe → 3Fe
2+
(x+3y)→
2
3yx +
→ (x +
2
3yx +
). 56 + 232y = 18,5 – 1,46 = 17,04
→ 84x + 316y = 17,04 (2) ; giải (1) & (2) →



=
=
03,0
09,0
y
x

Áp dụng ĐLBT nguyên tố N có: n
HNO
3
= 3n
Fe(NO
3
)

3
+ n
NO

→ n
HNO
3

= 3. (x + 3y) + 0,1 = 0,64
mol
→ C
M
3
HNO
= 3,2M → Đáp án: D
Cách 2: Theo phương pháp biện luận
Fe + 4HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3
+ NO + 2H
2
O
x 4x x x
3Fe
3
O
4

+ 28HNO
3
→ 9Fe(NO
3
)
3
+ NO + 14H
2
O
y
3
28y
3y
3
y
2Fe(NO
3
)
3
+

Fe → 3Fe(NO
3
)
2
+8/3
+5 +2
23
x + 3y
2

3yx +
→





=+
=+
04,1731684
1,0
3
yx
y
x
→



=
=
03,0
09,0
y
x
→ n
HNO
3
= 4x +
3

28y
= 0,64
mol
→ C
M
3
HNO
= 3,2M
* Phân tích một số sai lầm của học sinh:
Khi đặt n
Fe
3
O
4

= y (mol) nhưng khi đưa vào bán phản ứng:
3Fe (Fe
3
O
4
) → 3Fe
3+
+ 1e
y  y
3
y
→ sai
Học sinh lầm tưởng như cách tính số mol trong phương trình phản ứng:
sử dụng quy tắc tam suất nhân chéo chia.
Ở đây, theo ĐLBT e: n

e cho
= n
chất khử cho
. số e cho
Nên 1 ptử Fe
3
O
4
có số mol là y cho 1e → n
e cho
= y.1 = y, không phải
3
y

Fe
3
O
4
→ Fe(NO
3
)
3
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe: 3. n
Fe
3
O
4
= 1. n
Fe(NO
3

)
3
= n
Fe
+3
→ n
Fe
+3

= 3y, không phải y
Hoặc (Fe
3
O
4
→ 3 Fe(NO
3
)
3
)
y 3y
 Ví dụ 2: Hoà tan m gam hỗn hợp FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
bằng HNO
3

đặc nóng
dư, sau phản ứng thu được 1,12 lít khí N
2
O ( sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cô
cạn dung dịch sau phản ứng được 145,2g muối khan. Giá trị của m là:
A. 44,8g B. 42,8g C. 46,4g D. 56g
Giải
Fe
3
O
4
= FeO.Fe
2
O
3
nên có thể xem hỗn hợp gồm FeO và Fe
2
O
3

Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố
Fe
2+
(FeO) → Fe
3+

+1e 2N + 8e → 2N(N
2
O)
+8/3

+5 +1
24
x x 0,4  0,05
Áp dụng ĐLBT e: x = 0, 4 mol = n
FeO
( FeO, Fe
2
O
3
) 145,2g Fe(NO
3
)
3
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe: 1. n
FeO
+ 2n
Fe
2
O
3

= 1. n
Fe(NO
3
)
3
→ 1. 0,4 + 2n
Fe
2
O

3
= 1. 0,6
→ n
Fe
2
O
3

= 0,1 mol
m = m
FeO
+ m
Fe
2
O
3
= 0,4. 72 + 0,1. 160 = 44,8g → Đáp án: C
Cách 2: Theo phương pháp biện luận
8FeO + 26HNO
3
→ 8Fe(NO
3
)
3
+ N
2
O + 13H
2
O (1)
x x

8
x
Fe
2
O
3
+ 6HNO
3
→ 2Fe(NO
3
)
3
+ 3H
2
O (2)
y 2y
Theo đề và ptpứ (1), (2) có: n
N
2
O
=
8
x
= 0,05 mol → x = 0,4 mol = n
FeO
n
Fe
(
NO
3

)

3

= x + 2y = 0,6 mol → y = 0,1 mol
→ m = m
FeO
+ m
Fe
2
O
3
= 0,4. 72 + 0,1. 160 = 44,8g
* Phân tích một số sai lầm của học sinh:
+ Sai lầm 1: n
N
2
O
= 0,05 mol nhưng khi đưa vào bán phản ứng:
2N + 8e → 2N(N
2
O)

2
05,0.8
 0,05
Dẫn đến số mol e nhận là: 0,2 mol → n
FeO
= n
Fe

2
O
3
= 0,2 mol →C (sai)
+ Sai lầm 2: Khi giải theo phương pháp biện luận do viết sai phương trình
phản ứng dẫn đến không cân bằng được phương trình phản ứng nên không tìm ra
kết quả: Fe
2
O
3
+ HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3
+ N
2
O + H
2
O
HNO
3
+1 +5
25