bài tập hỗn hợp sắt và oxít sắt với dung dịch axít

THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ
Tên chuyên đề: “Bài tập hỗn hợp sắt và oxít sắt với dung dịch axít”
Tác giả:
- Họ và tên: Phan Thanh Long
- Chức vụ: Giáo viên
- Đơn vị công tác: Trường THCS Lê Hồng Phong – Phúc Yên
Đối tượng học sinh bồi dưỡng:
Học sinh lớp 9 tham gia các kì thi HSG cấp huyện, cấp tỉnh
Thời gian bồi dưỡng: 6 tiết
NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
I. Lý do chọn chuyên đề:
Trước xu thế đổi mới của đất nước hiện nay, đang tiến hành công cuộc
công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Vấn đề “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân
lực, bồi dưỡng nhân tài” là vấn đề cấp bách cần giải quyết. Một trong những trọng
tâm là đổi mới nền giáo dục, phương hướng giáo dục của Đảng, Nhà nước và của
ngành
giáo dục & đào tạo trong thời gian trước mắt cũng như lâu dài, làm sao đào tạo ra
những con người “Lao động, tự chủ, sáng tạo” có năng lực thích ứng với nền kinh
tế thị trường, có năng lực giải quyết được những vấn đề, năng động, linh hoạt và có
óc sáng tạo.
Để bồi dưỡng cho học sinh năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề,
lý luận dạy học hiện đại khẳng định: Cần phải đưa học sinh vào vị trí chủ thể
hoạt động nhận thức, học trong hoạt động. Học sinh bằng họat động tự lực, tích
cực của mình mà chiếm lĩnh kiến thức. Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần
sẽ góp phần hình thành và phát triển cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo.
1
Tăng cường tính tích cực phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh trong quá
trình học tập là một yêu cầu rất cần thiết, đòi hỏi người học tích cực, tự lực tham
gia sáng tạo trong quá trình nhận thức.
Bộ môn Hoá học ở phổ thông có mục đích trang bị cho học sinh hệ thống
kiến thức cơ bản, bao gồm các kiến thức về cấu tạo chất, phân loại chất tính chất,

ứng dụng, cách điều chế các chất. Bên cạnh đó, còn rèn cho học sinh các kỹ năng
thực hành, kỹ năng sử dụng các chất thích hợp, hiệu quả, giải thích một số hiện
tượng thực tế, vận dụng giải các bài tập giúp học sinh củng cố và khắc sâu kiến
thức.
Dạy và học hóa học ở các trường hiện nay đã và đang được đổi mới tích cực
nhằm góp phần thực hiện thắng lợi các mục tiêu giáo dục của trường THCS. Ngoài
nhiệm vụ nâng cao chất lượng hiểu biết kiến thức và vận dụng kỹ năng, các nhà
trường còn phải chú trọng đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp; coi trọng
việc hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh. Trong những năm gần
đây, vấn đề bồi dưỡng và dự thi HSG đã được sự quan tâm của các cấp quản lý,
quý phụ huynh và các em học sinh. Tuy nhiên bên cạnh đó vẫn còn nhiều khó khăn
cho cả thầy và trò:
Đối với thầy: Không có điểm mở đầu và kết thúc trong nội dung bồi dưỡng,
phạm vi kiến thức rộng, dạy như thế nào để không thừa mà cũng không thiếu,
nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu cơ bản của đề thi, đây là vấn đề khó.
Đối với trò: Vấn đề học bồi dưỡng chưa thực sự đi vào chiều sâu, vẫn còn
một số em học bồi dưỡng theo phong trào, cùng lúc tham gia bồi dưỡng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau (HSG văn hóa, HSG giải toán bằng máy tính bỏ túi, Giải
toán qua mang ), ngoài ra các em còn học thêm nhiều môn, từ đó dẫn đến quỹ
thời gian không đủ để các em tự học, tự nghiên cứu nhằm trang bị thêm kiến thức
vững chắc cho bản thân.
Qua tham khảo nhiều sách bài tập, sách nâng cao kiến thức, các chuyên đề
bồi dưỡng HSG, tôi thấy rằng các sách biên soạn không theo một trình tự nhất
định nào, do đó học sinh phải cùng lúc tham khảo hay tự học trên nhiều quyển sách
khác nhau (không đủ thời gian).
2
Bên cạnh đó hiện nay chưa có chương trình chính thức trong bồi dưỡng HSG ,
người giáo viên khi nhận nhiệm vụ này phải tự mình đề ra nội dung bồi dưỡng cho
phù hợp với tình hình thực tế của đơn vị, đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của
đề thi nhằm đạt kết quả tốt nhất.

Là một giáo viên tham gia bồi dưỡng đội tuyển HS giỏi ở trường tôi đã thấy
được nhiều vấn đề mà trong đội tuyển nhiều học sinh còn lúng túng, nhất là khi
giải quyết các bài toán liên quan đến hỗn hợp sắt và các oxít sắt. Trong khi loại bài
tập này không chỉ gặp trong các sách nâng cao lớp 9 mà cả trong chương trình
THPT, các đề thi ĐH-CĐ.
Để góp phần nhỏ giải quyết những khó khăn trên tôi lựa chọn chuyên đề “Bài
toán hỗn hợp sắt và oxít sắt với dung dịch axít” nhằm củng cố, nâng cao kiến thức
cho học sinh đội tuyển khi tham gia các kì thi HSG cấp thị ,cấp tỉnh và giúp các em
sau này có thể học tốt hóa học THPT.
II. Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề
1.Kiến thức cơ bản
a. Tính chất hóa học của sắt
- Tác dụng với phi kim:
+ Tác dụng với oxi:
3Fe(r) + 2O
2
(k)
o
t
→
Fe
3
O
4
(r)
+ Tác dụng với clo:
2Fe(r) + 3Cl
2
(k)
o

t
→
2FeCl
3
(r)
Ở nhiệt độ cao sắt phản ứng với nhiều phi kim khác như lưu huỳnh, brom
tạo thành muối FeS, FeBr
3
…
Sắt tác dụng với nhiều phi kim tạo thành oxit hoặc muối
- Tác dụng với dung dịch axit
Sắt phản ứng với dung dịch HCl, H
2
SO
4
loãng … tạo thành muối sắt (II) và
giải phóng khí H
2
Fe + H
2
SO
4

→
FeSO
4
+ H
2
3
Fe + 2HCl

→
FeCl
2
+ H
2
*Lưu ý: Fe không tác dụng được với HNO
3
đặc, nguội và H
2
SO4 đặc,
nguội
- Tác dụng với dung dịch muối
Fe + 2AgNO3
→
Fe(NO3)2 + 2Ag
Fe + CuSO4
→
FeSO4 +Cu
→
Kết luận:
Sắt có đầy đủ tính chất hóa học của một kim loại.
b. Tính chất hóa học của oxit sắt.
3Fe
2
O
3
+ CO
o
t
→

2Fe
3
O
4
+ CO
2
Fe
3
O
4
+ CO
o
t
→
3Fe + CO
2
FeO + CO
o
t
→
Fe + CO
2
FeO + H
2
SO
4

→
FeSO
4

+ H
2
O
FeO+ 2HCl
→
FeCl
2
+ H
2
O
Fe
2
O
3
+3H
2
SO
4

→
Fe
2
( SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Fe

2
O
3
+ 6HCl
→
2FeCl
3
+ 3H
2
O
Fe
3
O
4
+4H
2
SO
4

→
FeSO
4
+ Fe
2
( SO
4
)
3
+ 4H
2

O
Fe
3
O
4
+ 8HCl
→
FeCl
2
+ 2FeCl
3
+ 4H
2
O
2.Kiến thức nâng cao
a. Tính chất hóa học của sắt
Tác dụng với dung dịch HNO
3
và H
2
SO
4
đặc, nóng
Fe khử
5
N
+
hoặc
6
S

+
trong HNO
3
(dư)hoặc H
2
SO
4
đặc, nóng (dư)đến số oxi hoá
thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá thành
3
Fe
+
.
4 ( ) ( ) 2
3 3 3 2
Fe HNO l Fe NO NO H O+ → + +

Fe bị thụ động bởi các axit HNO
3
đặc, nguội hoặc H
2
SO
4
đặc, nguội.
b. Tính chất hóa học của Oxit sắt.
4
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
FeO +4HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3
+ NO
2
+ 2H
2
O
Fe
3
O
4
+ 10HNO
3
→ 3Fe(NO
3
)
3
+ NO
2
+5H
2
O
Dãy thế khử chuẩn (Bảng tuần hoàn các Nguyên tố hóa học)
Một số trường hợp muối sắt(II) lên muối sắt (III)
10FeSO

4
+ 2KMnO
4
+8H
2
SO
4

→
5Fe
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+2MnSO
4
+8H
2
O
2FeCl
2
+ Cl
2

→

2FeCl
3

Một số công thức giải nhanh hóa học trong 68 công thức giải nhanh hóa học
của tác giả Ngô Xuân Quỳnh
3. Các định luật cần vận dụng
a. Định luật bảo toàn khối lượng:
Nội dung: 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 quả1: Gọi m
T
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:
m
T
= m
S
.
Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp
chất ta luôn có: Khối lượng chất = khối lượng của cation+khối lượng anion. Khối
lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo
thành.
b. 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.
c. Định luật bảo toàn electron

5
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 toàn electron vào dạng toán 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.
III.Hệ thống các phương pháp cơ bản, đặc trưng để giải các dạng bài tập
trong chuyên đề: Phương pháp đai số, phương pháp quy đổi, phương pháp bảo
toàn e, Phương pháp bảo toàn khối lượng.
IV.Các dạng bài tập trong chuyên đề:
1.Dạng 1:Dạng hỗn hợp sắt và các oxit sắt phản ứng với dung dịchHNO
3
;H
2
SO
4
đặc ,nóng
Với giả thiết là cho m gam hỗn hợp gồm Fe và các oxit FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
tác dụng với HNO
3
(dư) thu được 1 khí duy nhất thì ta có thể sử dụng nhiều phương

pháp để giải, Nếu thu được nhiều khí thì không nên dùng phương pháp đai số vì
khi đó chúng ta không biết chất nào phản ứng với HNO
3
sinh ra khí nào để viết
phương trình hóa học. Theo cá nhân tôi với dạng bài này chúng ta nên dùng
phương pháp quy đổi. Ta coi như trong hỗn hợp có x mol Fe, y mol O như vậy ta
xét trong phản ứng thì chỉ có chất nhường electron đó là Fe còn chất nhận electron
là O và HNO
3
.
Ví dụ: Với giả thiết là cho m gam hỗn hợp gồm Fe và các oxit FeO, Fe
3
O
4
,
Fe
2
O
3
tác dụng với HNO
3
(dư) thu được khí duy nhất là khí NO . Ta coi như trong
hỗn hợp có x mol Fe, y mol O như vậy ta xét trong phản ứng thì chất nhường
electron đó là Fe còn chất nhận electron là O và HNO
3
.
Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1)
Theo định luật bảo toàn electron
Chất khử Chất oxi hóa
6

3
3Fe Fe e
+
→ +
2
2
5
2
3
O e O
N e N O
−
+
+
+ →
+ →
Tổng electron nhường: 3x mol
Tổng electron nhận: 2y +

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ
56 16
3
3 2
22,4
x y m
V
x y
+ =




− =


Việc giải hệ này khi một khi biết được 2 trong số 4 yếu tố sẽ giải quyết được
yêu cầu của bài toán.
Trường hợp cho m gam hỗn hợp gồm Fe và các oxit FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
tác
dụng với HNO
3
(dư) thu được khí NO
2
và tường hợp cho m gam hỗn hợp gồm Fe
và các oxit FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
tác dụng với H

2
SO
4
đặc, nóng (dư) sinh ra khí SO
2
hay một khí khác cũng làm tương tự.
Nếu đề bài yêu cầu tìm khối lượng muối thu được sau phản ứng cần lưu ý sự
liên hệ giữa số mol sắt và số mol muối.
2.Dạng 2. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với dung dịch axit
HCl;H
2
SO
4
loãng
Với dạng bài cho hỗn hợp các oxít sắt ( không chứa Fe) phản ứng với dung
dịch axit HCl;H
2
SO
4
loãng.
Đây không phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao đổi. Trong
phản ứng này ta coi đó là phản ứng của:
2
2
2H O H O
+ −
 
+ →
 
và tạo ra các muối Fe

2+
và Fe
3+
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.
Với dạng bài sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng dung dịch axit HCl;H
2
SO
4
loãng
7
2y
y
x 3x
3
22,4
V
22,4
V
3
22,4
V
3
22,4
V
y

Dạng này cơ bản giống dạng trên tuy nhiên sản phẩm phản ứng còn có thể
có H
2
do Fe phản ứng. Nếu trường hợp có H
2
sinh ra do Fe phản ứng thì 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 H
2
để tìm số mol
của O
2-
từ đó tính được tổng số mol của Fe.
V.Các bài tập vận dụng
1. Dạng một: hỗn hợp sắt và các oxit sắt phản ứng với dung
dịchHNO
3
;H
2
SO
4
dặc ,nóng
Bài tập1 : Đốt m gam sắt ngoài không khí sau một thời gian phản ứng sinh
ra 12 gam hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe
2

O
3
và Fe
3
O
4
. Hỗn hợp này phản ứng hết
với dung dịch HNO
3
loãng (dư), thu được 2,24 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất,
ở đktc). Tính m.
Giải:
Cách1: Quy đổi hỗn hợp A về Fe và O
Sơ đồ phản ứng
,
( )
3 4
3
2
( )
à Fe
3 3
2 3
FeO Fe O
HNO
O kk
NO
Fe
Fe NO
Fe O v



↑
 
→ →
 




Quy đổi hỗn hợp A về Fe và O.Như vậy xét cả quá trình Fe đóng vai trò chất
khử, O và HNO
3
đóng vai trò chất oxi hóa.
Số mol NO = 0,1 mol.
Gọi số mol Fe và O tương ứng trong A là x và y ta có: 56x + 16y = 12 (1).
Quá trình nhường và nhận e:
0 3
3Fe Fe e
+
→ +
0 2
2
5
2
3
O e O
N e N O
−
+

+
+ →
+ →

Tổng electron nhường: 3x (mol)
Tổng electron nhận:( 2y + 0,3)mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,3 (2)
8
2
2
2
2 2
2
H e H
H O H O
+
+ −
+ → ↑
 
+ →
 
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình
56 16 12
3 2 0,3
x y
x y
+ =


− =


Giải hệ phương trình trên ta có x = 0,18 và y = 0,12 => m
Fe
=0,18.56 =
10,08g
Cách2: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, FeO: y mol. Ta có
hệ phương trình sau:
56 72 12 0,06
3 0,3 0,12
x y x
x y y
+ = =
 
⇔
 
+ = =
 

⇒ m
Fe
= (0,06 + 0,12).56 = 10,08 gam
Cách3: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, Fe
3
O
4
: y mol. Ta
có hệ phương trình sau:

56 232 12 0,09
3 0,3 0,03

x y x
x y y
+ = =
 
⇔
 
+ = =
 
⇒ m
Fe
= (0,09 + 3.0,03).56 = 10,08 gam
Cách4:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, Fe
2
O
3
: y mol. Ta
có hệ phương trình sau:

56 160 12 0,1
3 0,3 0,04
x y x
x y
+ = =
 
⇔
 
= =
 
⇒ m
Fe

= (0,1 + 2.0,4).56 = 10,08 gam
Cách5:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm FeO: x mol, Fe
3
O
4
: y mol. Ta
có hệ phương trình sau:
72 232 12 0,36
0,3 0,06
x y x
x y y
+ = =
 
⇔
 
+ = = −
 
⇒ m
Fe
= [0,36 + 3.(-0,06)].56 = 10,08g
Cách6: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm FeO: x mol, Fe
2
O
3
: y mol.
Ta có hệ phương trình sau:

72 160 12 0,3
0,3 0,06
x y x

x y
+ = =
 
⇔
 
= = −
 
⇒ m
Fe
= [0,3 + 2.(-0,06)].56 = 10,08g

9
Cách7: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe
3
O
4
: x mol, Fe
2
O
3
: y mol.
Ta có hệ phương trình sau:
232 160 12 0,3
0,3 0,36
x y x
x y
+ = =
 
⇔
 

= =−
 
⇒ m
Fe
=[3.0,3 + 2.(-0,36)].56 = 10,08g
Cách8:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm 3 chất Fe:x mol; FeO:y mol;
Fe
2
O
3
: z mol. Ta có hệ phương trình sau:
56 72 160 12(1)
3 0,3(2)
x y z
x y
+ + =


+ =

⇒ x + y+ 2z = 0,18
⇒ mFe = (x+y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 gam.
Cách9: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm 3 chất Fe:x mol,Fe
3
O
4
: y
mol,Fe
2
O

3
:z mol. Ta có hệ phương trình sau:

56 232 160 12(1)
3 0,3(2)
x y z
x y
+ + =


+ =

⇒ x + 3y + 2z = 0,18
⇒ mFe = (x+3y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 g.
Cách10: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm 3 chất FeO:x mol,Fe
3
O
4
:y
mol,
Fe
2
O
3
:z mol. Ta có hệ phương trình sau:

72 232 160 12(1)
0,3(2)
x y z
x y

+ + =


+ =

⇒ x + 3y + 2z = 0,18
⇒ mFe = (x+3y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 gam.
Cách11: Do hỗn hợp A chỉ gồm 2 nguyên tố là sắt và oxi nên có thể qui đổi
về một chất có công thức qui đổi là:
0
x y
Fe
. Viết PTHH của phản ứng với công
thức qui đổi:

( ) ( ) ( ) ( )
3 3 2
3
3 0 12 2 3 3 2 6
x y
Fe x y HNO xFe NO x y NO x y H O
+ − → + − + −

10
12
56 16
n
Fe O
x y
x y

=
+
; n
NO
= 0,1. Ta có tỉ lệ:
3 3 2
12
0,1
56 16
x y
x y
−
=
+
(*)
Từ (*) rút ra:
3
2
x
y
= →
Công thức qui đổi là Fe
3
O
2
.
12
.3.56 0,18.56 10,08
200
m g

Fe
= = =
Cách12: Do hỗn hợp A chỉ gồm 2 nguyên tố là sắt và oxi nên có thể qui đổi
về một chất có công thức qui đổi là
x
FeO
Viết PTHH của phản ứng với công thức qui đổi:
( )
( )
( ) ( )
3 12 2 3 3 2 6
3
3 2
3
FeO x HNO Fe NO x NO x H O
x
+ − → + − + −

0,1 mol
Ta có
12 0,1.3 2
56 16 3-2 3
n x
FeO
x x
x
= = → =
+
→
Công thức qui đổi là FeO

2/3
→
0,18n
FeO
x
=

mol
→

0,18n mol
Fe
=

10,08m g
Fe
→ =
Cách 13 : Dùng phương pháp đại số.
Viết PTHH, đặt ẩn số và lập hệ phương trình đại số:
2Fe + O
2
→ 2FeO ; 3Fe + 2O
2
→ Fe
3
O
4
4Fe + 3O
2
→ 2Fe

2
O
3
Đặt x, y, z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3

Fe + 4HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3
+ NO + 2H
2
O
x mol x mol
3FeO + 10HNO
3
→ 3Fe(NO
3
)
3
+ NO + 5H
2

O
y mol
3
y
mol
3Fe
3
O
4
+ 28HNO
3
→ 9Fe(NO
3
)
3
+ NO +14H
2
O
z mol
3
z
mol
Fe
2
O
3
+ 6HNO
3
→ 2Fe(NO
3

)
3
+ 3H
2
O
Theo khối lượng hỗn hợp A:
11
56x + 72y +232z + 160t = 12 (1)
Theo số mol nguyên tử Fe: x+y+3z+2t =
56
m
(2)
Theo số mol nguyên tử O: y+4z+3t=
12
16
m−
(3)
Theo số mol NO:
2,24
0,1
3 3 22,4
y z
x + + = =
(4)
Hay 3x+y+z = 0,3
Nhận xét: Với bốn phương trình mà có năm ẩn ở trên chúng ta không thể tìm
ra năm ẩn được. Nhận thấy chỉ cần biến đổi để tìm được giá trị của phương trình
(2) hoặc (3) là tính được m. Chẳng hạn, đi tìm giá trị của phương trình (2) như sau:
Chia (1) cho 8 được:7x +9y +29z +20t = 1,5 (5)
Nhân (4) với 3 được: 3x +y +z =0,3 (6)

Cộng (5) với (6) được:10x+10y+30z+20t=1,8(7)
Chia (7) cho 10 được: x+y+3z+2t = 0,18
Vậy : m = 56. 0,18 = 10,08g.
Hoặc đi tìm giá trị của phương trình (3) như sau:
Nhân (1) với
3
8
được: 21x+27y+87z+60t =4,5 (8)
Nhân (4) với 21 được: 21x+7y+7z =2,1 (9)
Lấy (8) trừ (9) được: 20y+80z+60t =2,4 (10)
Chia (10) cho 20 được: y +4z +3t = 0,12
Khối lượng oxi trong oxit là: 0,12. 16 =1,92g
Khối lượng sắt là: m = 12 – 1,92 = 10,08g.
Cách 14: Phương pháp bảo toàn khối lượng :
Cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HNO
3
, theo định luật bảo toàn khối
lượng ta có:
( )
3 3 3 2
m m m m m
A HNO Fe NO NO H O
+ = + +
(1)
Tính số mol của các chất:
( )
56
3 3
m
n n mol

Fe NO Fe
= =
3
n
HNO
tạo NO = nNO

= 0,1mol
12
3
n
HNO
tạo Fe(NO
3
)
3
= 3
3
( )
56
3 3
m
n
Fe NO
=
;
3
n
HNO
pư

=
3 1
0,1 ;
56 2
2
m
n
H O
+ =
3
n
HNO
pư.
Tính khối lượng các chất và thay vào (1) ta được:
3 1 3
12 0,1 .63 .242 0,1.30 0,1 .18
56 56 2 56
m m m
   
+ + = + + +
 ÷  ÷
   
Giải ra m = 10,08g.
Nhận xét:
Bài toán trên có rất nhiều cách giải ,nhiệm vụ của chúng ta là xem xét cách
giải nào phù hợp với đối tượng học sinh mà mình đang dạy.
Phương pháp đại số thì cần viết nhiều phương trình hóa học và nhiều phương
trình toán học nên sẽ tốn thời gian và trong quá trình giải các phương trình toán
học đòi hỏi học sinh phải có trình độ toán học khá giỏi.
Phương pháp quy đổi làm cho hỗn hợp đầu phức tạp chuyển về dạng đơn giản

hơn ,qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện
Khi sử dụng phương pháp quy đổi trong một số trường hợp số mol một chất
có thể có giá trị âm để tổng số mol mỗi nguyên tố không đổi (bảo toàn)
Khi sử dụng phương pháp quy đổi kết ( trường hợp Fe và O) chúng ta có thể
hướng dẫn học sinh chứng minh công thức
( )
56
24
80
m m n
Fe hh NO
= +
sau đó áp dụng
Bài tập 2:Cho 11,36 gam 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 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 ?
Nhận xét: bài toán này hoàn toàn có thể giải theo nhiều cách giống bài toán trên ,
ở đây tôi giải theo phương pháp quy đổi
Giải:

Sơ đồ phản ứng
13
,
3 4
3
( )
à Fe
3 3
2 3
FeO Fe O
HNO
NO
Fe NO
Fe O v


↑
 
→
 




Quy đổi hỗn hợp X về hỗn hợp gồm Fe và O
2
. Như vậy xét cả quá trình
chất nhường e là Fe chất nhận e là O
2
và HNO

3
.
Số mol NO = 0,06 mol.
Gọi số mol Fe và O
2
tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 32y = 11,36
(1).
Quá trình nhường và nhận e:

3
3Fe Fe e
+
→ +

2
2
2
5
4 2
3
O e O
N e N O
−
+
+
+ →
+ →
Tổng electron nhường: 3x (mol)
Tổng electron nhận: ( 4y + 0,18 ) mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 4y + 0,18 (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình
56 32 11,36
3 4 0,18
x y
x y
+ =


− =

Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,075
Như vậy
0,16
( )
3 3
n n
Fe Fe NO
= =
mol vậy m = 38,72 gam.
Nhận xét :
- Với bài toán trên ta có thể hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh
công thức:
m
muối
=
242
80
( m
hh
+ 24nNO) rồi áp dụng

- Nếu đề bài cho m
muối
rồi yêu cầu tính m
hh
ta có thể dùng công thức trên.
-Nếu đề bài cho hỗn hợp khí ( cho số mol của từng khí : N
2
, NO, NO
2
, N
2
O)
ta có thể hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh công thức:
14
4y
y
x
3x
0,06
0,18
m
muối
=
242
80
(m
hh
+ 24nNO +8nNO
2
+64nN

2
O + 80nN
2
) sau đó áp dụng với
chú ý nếu không có khí nào đó thì coi số mol khí đó bằng không
Bài tập3: Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau phản ứng thu
được 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
. Hòa tan hết X trong dung
dịch HNO
3
loãng (dư) thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO
2
có tỉ khối so
với H
2
là 19. Tính khối lượng HNO
3
tham gia phản ứng?
Giải: Sơ đồ phản ứng
2
,
( )
3 4

3
2
à Fe
2 3
( )
3 3
NO
FeO Fe O
HNO
O kk
Fe NO
Fe O v
Fe NO

↑


 
→ → ↑
 





Quy đổi hỗn hợp X gồm Fe và O

. Như vậy xét cả quá trình Fe đóng vai trò
chất khử , O và HNO
3

đóng vai trò chất oxi hóa
Theo đề ra ta có:
0,125
2
n n mol
NO NO
= =
Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 20 (1).
Quá trình nhường và nhận e:
0 3
3Fe Fe e
+
→ +
0 2
4
5
2
2
5
2
1
3
O e O
N e N O
N e N O
−
+
+
+
+

+ →
+ →
+ →
Tổng electron nhường: 3x mol
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) và (2) ta có hệ phương trình
56 16 20
3 2 0,5
x y
x y
+ =


− =

Giải hệ trên ta có x =
0,3
và y = 0,2 . Như vậy n
Fe
= 0,3 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:
15
2y
y
x 3x
0,125
0,125 3x
0,125
0,125

3 3 3 2
ôi í
3
mu Kh
HNO NO NO Fe NO NO
n n n n n n
= + = + +
nên
0,3 3 0,125 0,125 1,15
3
n x
HNO
= + + =
mol.
Vậy
1,15.63 72,45
3
m g
HNO
= =
Nhận xét :Chúng ta có thể hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh
hai công thức: Sau đó áp dụng vào bài
56
24 8
80
2
m m n n
Fe hh NO NO
 
= + +

 ÷
 
;
4 2
8
3 2
m m
hh Fe
n n n
HNO NO NO
−
= + +
56
24 8
80
2
m m n n
Fe hh NO NO
 
= + +
 ÷
 
=
( )
56
20 24.0.125 8.0,125
80
+ +
16,8g
=

4 2
8
3 2
m m
hh Fe
n n n
HNO NO NO
−
= + +

20 16,8
4.0,125 2.0,125
8
−
= + +
( )
1,15 mol
=
Vậy
1,15.63 72,45
3
m g
HNO
= =
Bài tập4: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu
được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
2
O
3
và Fe

3
O
4
. Hỗn hợp này phản ứng hết
với dung dịch H
2
SO
4
đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO
2
(sản phẩm khử duy
nhất, ở đktc). Tính m?
Giải: Sơ đồ phản ứng
,
( )
3 4
2
2 2 4
à Fe
( )
2 3
2 4 3
FeO Fe O
SO
O kk H SO dn
Fe
Fe O v
Fe SO

↑


 
→ →
 





Quy đổi hỗn hợp X gồm Fe và O. Như vậy xét cả quá trình Fe đóng vai trò
chất khử , O và H
2
SO
4
đóng vai trò chất oxi hóa
Ta có
n = 0,1875 mol
2
SO
, n
Fe
= 0,225 mol
Gọi x là số mol O trong X
Các quá trình cho và nhận e

0 3
3Fe Fe e
+
→ +
0 2

2
4 2
0 2 20
0 2 0
e
S e S
−
−
+ →
+ →
16
x 2x
0,225 0,225 x 3
0,1875
0,1875 2x
Tổng electron nhường: 0,675 mol
Tổng electron nhận: ( 2x + 0,375)mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375
→
x =
0,15
Từ đó ta có: m = 12,6 + 0,15x 16 = 15 (gam).
Nhận xét : bài toán trên chúng ta có thể giải theo nhiều cách
- Nếu sử dụng phương pháp đai số thì chúng ta viết bốn PTHH, đặt ẩn :
Đặt x, y, z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2

O
3
ta có các phương
trình
Theo số mol SO
2
: 3x+y+z = 0,375(1)
Theo số mol Fe : x+y+3z+2t =
0,225
(2)
Từ (1) và (2) ta tìm ra m
hh
= 56x + 72y +232z + 160t = 15 (gam)
- Chúng ta có thể hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh công thức
sau rồi áp dụng
80
. 16
56
2
m m n
hh Fe SO
= −
2. Dạng hai: sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng vớidung dịch axit
HCl;H
2
SO
4
loãng
Khi cho hỗn hợp gồm Fe; FeO; Fe
2

O
3
và Fe
3
O
4
tác dụng với dung dịch HCl
hoặc H
2
SO
4
loãng
- Đầu tiên xảy ra phản ứng của các oxit: FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
với dung dịch
HCl , hoặc H
2
SO
4
loãng tạo ra dung dịch muối Fe
2+
; Fe
3+

- Kim loại Fe phản ứng sau.
Do vị trí các cặp oxi hóa - khử trong dãy điện hóa:
Fe
Fe
H
H
Fe
Fe


2
32
+
+++
17
Phản ứng xảy ra tiếp theo là: Fe + 2Fe
3+
→ 3Fe
2+
. Như vậy
+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
tác dụng với dung dịch HCl
hoặc H

2
SO
4
loãng thì khi có khí H
2
thoát ra thì dung dịch thu được chỉ gồm có
muối Fe
2+
.
+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
tác dụng với dung dịch HCl
hoặc H
2
SO
4
loãng thì khi dung dịch thu được có muối Fe
2+
.thì không có khí H
2
thoát ra
Bài tập1: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe
2
O

3
và
Fe
3
O
4
trong dung dịch HCl dư, sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl
2
. Tính khối
lượng FeCl
3
thu được.
Giải:
1. Phương pháp đại số
Phương trình phản ứng:
x x
(1) OHFeClHCl2FeO
22
+→+
2y y
(2) OH3FeCl2HCl6OFe
2332
+→+
2z z z
(3) OH3FeCl2FeClHCl8OFe
23243
++→+
3t 2t t
(4) FeCl3FeCl2Fe
23

→+
Gọi x, y, z, t lần lượt là số mol của FeO; Fe
2
O
3
; Fe
3
O
4
và Fe
m
X
= 11,2 → 72x + 160y + 232z + 56t = 11,2 (*)
Theo các phương trình phản ứng (1), (2), (3), (4):
t2z2y2n
3
FeCl
−+=
18
(**) mol 1,0
127
7,12
t3zxn
2
FeCl
==++=
Từ (*) và (**) ta có:




×=++
=+++
⇔



=++
=+++
(b) 721,0)t3zx(72
(a) 11,2 56t 232z 160y 72x

1,0t3zx
11,2 56t 232z 160y 72x
Lấy (a) – (b): 160y + 160z – 160t = 4 → 2y + 2z – 2t = 0,05
Theo trên:
gam 125,85,16205,0m 05,0t2z2y2n
33
FeClFeCl
=×=→=−+=
2. Phương pháp bảo toàn khối lượng
Sơ đồ phản ứng:
OH3FeClFeCl HCl
OFe
OFe
FeO
Fe
X
232
43
32

++→+







Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
(1) mmmmm
OHFeClFeClHClX
232
++=+
mol 1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
Đặt
mol xn
3
FeCl
=
Bảo toàn nguyên tố Cl:
32
FeClFeClHCl
n3n2n +=
= 0,2 + 3x

Bảo toàn nguyên tố H:
)x32,0(
2
1
n
2
1
n
HClOH
2
+==
Thay vào biểu thức (1):
11,2 + 36,5(0,2 + 3x) = 12,7 + 162,5x + 18.
)x32,0(
2
1
+
→ x = 0,05
→
gam 125,85,16205,0m
3
FeCl
=×=
19
3. Phương pháp bảo toàn electron
Giả sử ban đầu có a gam Fe tác dụng với O
2
thu được hỗn hợp X, khi đó ta có
sơ đồ sau:
OH3FeClFeCl

OFe
OFe
FeO
Fe
X Fe
232
HCl
43
32
O
2
++ →







 →
++

Các quá trình:
0,1-
56
a
3 0,1-
56
a
0,1-

56
a
3e Fe Fe
0,2 0,1 1,0
2e Fe Fe

3
2






+→
+→
+
+


8
a-11,2

16
a-11,2
O 2e O
-2o
→+
Theo định luật bảo toàn electron: 0,2 +
0,1-

56
a
3






=
8
a-11,2
⇒ a = 8,4
→
mol 15,0
56
4,8
n
Fe
==
Bảo toàn nguyên tố Fe:
mol 05,01,015,0 nn n n n n
2332
Fe
Fe
FeFeFe
Fe
=−=−=→+=
++++
→

gam 125,85,16205,0m
3
FeCl
=×=
4. Phương pháp quy đổi
Cách 1: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe
2
O
3
Sơ đồ phản ứng:








 →
 →
+
+
2y y
FeCl2OFe
x x
FeCl FeO
3
HCl
32
2

HCl

20
Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe
2
O
3
.
Theo bài ra:
2,11y160x72 2,11mm 2,11m
32
OFeFeOX
=+⇒=+⇒=
(1)
Mặt khác:
mol 1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
⇒ x = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒ y = 0,025
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0 m mol 05,0y2n
33
FeClFeCl
=×=⇒==
Cách 2: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe

3
O
4
Sơ đồ phản ứng:







+ →
 →
+
+
2y y y
FeCl2FeClOFe
x x
FeCl FeO
32
HCl
43
2
HCl

Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe
3
O
4
.

Theo bài ra:
(1) 2,11y232x72 2,11mm 2,11m
43
OFeFeOX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol
1,0yx =+⇒
(2)
Từ (1) và (2) ⇒



=
=
025,0y
075,0x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0m mol 05,0y2n
33
FeClFeCl
=×=⇒==
Cách 3: Quy đổi hỗn hợp X về Fe

2
O
3
và Fe
3
O
4

Sơ đồ phản ứng:
21







+ →
 →
+
+
2y y y
FeCl2FeClOFe
2x x
FeCl2OFe
32
HCl
43
3
HCl

32

Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
.
Theo bài ra:
(1) 2,11y232x160 2,11mm 2,11m
4332
OFeOFeX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol
1,0y =⇒
(2)
Từ (1) và (2) ⇒ x = - 0,075
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0m mol 05,0y2x2n

33
FeClFeCl
=×=⇒=+=

Cách 4 : Quy đổi hỗn hợp X về Fe và Fe
2
O
3

Sơ đồ phản ứng:







→+
 →
+
3x 2x x
FeCl3FeCl2Fe
2y y
FeCl2OFe
23
3
HCl
32

Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe

2
O
3
.
Theo bài ra:
(1) 2,11y160x56 2,11mm 2,11m
32
OFeFeX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol ⇒ 3x = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒







=
=
120
7

y
30
1
x
Theo sơ đồ phản ứng:
22
gam 125,85,16205,0m mol 05,0x2y2n
33
FeClFeCl
=×=⇒=−=
Cách 5: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và Fe
3
O
4
Sơ đồ phản ứng:







→+
+ →
+
3x 2x x
FeCl3FeCl2Fe
2y y y
FeCl2FeClOFe
23

32
HCl
43

Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe
3
O
4
.
Theo bài ra:
(1) 2,11y232x56 2,11mm 2,11m
43
OFeFeX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol ⇒ 3x + y = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒



=
=
04375,0y

01875,0x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0m mol 05,0x2y2n
33
FeClFeCl
=×=⇒=−=
Cách 6: Quy đổi hỗn hợp X về Fe
x
O
y
Sơ đồ phản ứng:
2 3 2
2 (3 2 ) (2 2 )
0,1 0,1(2y-2x)
0,1
3x-2y 3 2
x y
Fe O yHCl x y FeCl y x FeCl yH O
x y
+ → − + − +
−
Theo bài ra:
2,11
y2x3
1,0
)y16x56( 2,11m 2,11m
yx
OFeX
=
−

+⇒=⇒=
⇒



=
=
⇒=
7y
6x

7
6
y
x

Theo sơ đồ phản ứng:
23
gam 125,85,16205,0m mol 05,0
y2x3
2x)-0,1(2y
n
33
FeClFeCl
=×=⇒=
−
=
Cách 7: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và O
Sơ đồ phản ứng:




 →



++
+
+
OH
Fe ;Fe

O
Fe
2
32
H
Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và O.
Theo bài ra:
(1) 2,11y16x56 2,11mm 2,11m
OFeX
=+⇒=+⇒=
Ta có các quá trình:
0,1)-3(x 0,1- x1,0x
3e Fe Fe
0,2 0,1 1,0
2e Fe Fe

3
2

−
+→
+→
+
+

2y y
O 2e O
-2o
→+
Theo định luật bảo toàn electron:
0,2 + 3(x – 0,1) = 2y ⇒ 3x – 2y = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒



=
=
175,0y
15,0x
Theo sơ đồ phản ứng:

gam 125,85,16205,0m mol 05,01,0xn
33
FeClFeCl
=×=⇒=−=
Ngoài các cách giải trên chúng ta còn có thể giải theo cách quy đổi hỗn hợp
X về FeO
x
Hoặc sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng

Bài tập2:Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
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 ngoài không khí đến khối
lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m
24
Giải:
Sơ đồ phản ứng
2
2
2 2 3
2 3
3
3
3 4
( )
( )
HCl NaOH
Fe
H
FeO

Fe OH
nungtrongkk
FeCl Fe O
Fe O
Fe OH
FeCl
Fe O


↑


↓

 
→ → →
  
↓

 




+ Ta coi H
+
của axit vừa nhận electron để thành H
2
và phản ứng với O
2-

của
oxit
+ Toàn bộ Fe trong oxit cuối cùng chuyển về Fe
2
O
3
Ta có
2
0,7 , 0,15
HCl H
H
n n mol n mol
+
= = =
Ta có phương trình phản ứng theo H
+
.
2
2
2
2 2 (1)
2 (2)
H e H
H O H O
+
+ −
+ → ↑
 
+ →
 

Từ (1) ta có
0,3
H
n mol
+
=
(vì số mol H
2
=0,15mol) như vậy số mol H
+
phản
ứng theo phản ứng (2) là 0,4 mol( tổng 0,7 mol). Vậy số mol O
2-
là: 0,2 mol.
mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m
Fe
+ m
O
=20g
Nên m
Fe
= 20 – 0,2x16 =16,8 (gam)
→
n
Fe
= 0,3 mol
Ta lại có 2Fe
→
Fe
2

O
3
0,3 0,15
Vậy m = 0,15x160 = 24 gam.
Và cũng từ bài toán 2, chúng ta có thể biến đổi thành nhiều bài toán khác
tương đương:ví dụ chúng ta xét bài tập3
Bài tập3: Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
hòa tan vừa
đủ trong 600ml dung dịch HCl aM, thu được V lít H
2
(ở đktc) và dung dịch D.
Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa và đem nung
ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn. Xác định
giá trị V và a .
Giải :
Sơ đồ phản ứng
2
2
2 2 3
2 3
3
3
3 4

( )
( )
HCl NaOH
Fe
H
FeO
Fe OH
nungtrongkk
FeCl Fe O
Fe O
Fe OH
FeCl
Fe O


↑


↓

 
→ → →
  
↓

 





25