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

PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong các mơn học ở trường phổ thơng, 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 7 năm giảng dạy bộ mơn Hố học trong trường phổ thơng, tôi đã được
tham gia giảng dạy các khối lớp 10, 11, 12, được tham gia ôn luyện đội tuyển thi
học sinh giỏi và luyện thi Đại học, Cao đẳng. Trong q trình tìm tịi, nghiên cứu
nhiều dạng bài tốn hố 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 kì thi 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 tơi viết đề tài “ Vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán 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.
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng các định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo tồn ngun tố,
định luật bảo tồn electron để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh nhất
(không cần phải viết phương trình hóa học) dạng bài tốn 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 tốn về sắt và oxit sắt góp phần
nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn ở trường phổ thông và là hành trang vững
chắc để các em chuẩn bị bước vào kì thi tuyển sinh đại học, cao đẳng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng là học sinh các lớp 12A1, 12A2 Trường THPT số 1 Bảo Yên –
huyện Bảo Yên – tỉnh Lào Cai.
1

Với khn khổ thời gian nghiên cứu có hạn nên trong đề tài này tôi chỉ
nghiên cứu phương pháp vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài bài toán về hỗn
hợp sắt và oxit sắt bằng cách quy đổi về hỗn hợp gồm sắt và oxi.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đưa ra các định luật bảo toàn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào các dạng
tốn và đề ra phương pháp giải.
Thử nghiệm trên các lớp: 12A1; 12A2 trường THPT số 1 Bảo Yên.
Giáo viên đưa ra các phiếu học tập bằng các dạng bài tập về sắt và oxit sắt.
5. Phương pháp nghiên cứu
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 THPT); 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 môn Hóa học; một số đề thi học sinh giỏi, đề thi đại
học, cao đẳng...
5.2. Phương pháp sư phạm
a. Phương pháp chuyên gia
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.
b. Tìm hiểu chất lượng học sinh ở những lớp mình điều tra
c. Chọn lớp thử nghiệm và đối chứng kết quả
6. Thời gian nghiên cứu
Từ tháng 8 năm 2011 đến tháng 4 năm 2012.

2

PHẨN THỨ HAI: NỘI DUNG
Chương I: TỔNG QUAN
1. Các định luật cần vận dụng
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: m T
= 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. Khối
lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo
thành.
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.
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 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.
2. 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 H 2SO4 đặc nóng hoặc HNO3 hoặc thậm chí là axit
thường như HCl.

3


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 q trình oxi
hố liên tiếp Fe bằng 2 chất oxi hoá 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 tồn khối lượng: 56x + 16y = m (1)
Theo định luật bảo toàn electron
Chất khử

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

Fe � Fe3  3e
x
3x

V
22, 4

Tổng electron nhường: 3x mol

V
22, 4

Tổng electron nhận:

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

V

2y + 22, 4

V
(2)
22, 4

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
u 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
Chương II. THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Thuận lợi
Năm học 2011 – 2012 với sự 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.
4


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 hiệu 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 lỗng...).
Có nhiều học sinh khá, giỏi đã có kĩ năng giải bài tập này theo phương pháp
thơng thường (đặt ẩn, lập hệ phương trình).
2. Khó khăn
Đối tượng học sinh của trường THPT số 1 Bảo Yên phần đông là học sinh ở
vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa thuộc huyện Bảo Yên – tỉnh Lào Cai nên 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 nit q trình oxi
nitrric (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) là q trình oxi hoá 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 tốn này là vấn đề khá nan giải.
5


Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1. Phương pháp giải một số dạng bài tập điển hình
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 loãng (dư), thu được 2,8 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc).
Tính giá trị của m?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
[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
3 e + Fe3+

Fe
0,225

Chất oxi hóa
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  mO2

nên:

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. Hịa 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?
�
NO2 �
FeO, Fe3O4
�
�
HNO3
Fe ���� �
���
��
NO �
Fe2O3và Fe du
�

�
Fe( NO3 )3
�
O2 ( kk )

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng:

6


+ Hỗn hợp X gồm Fe và O trong oxit.
+ Xét cả q 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  nNO2  0,125mol

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:
Chất khử

Chất oxi hóa

O  2e � O 2

y

2y

y

5

4

N  1e � N O2

3
Fe
�
Fe
 3x
3e
x

0,125 0,125

5

2

N  3e � N O
0,125 x3

Tổng electron nhường: 3x mol

0,125

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

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,5 (2)
56 x  16 y  20
�
�
3 x  2 y  0,5
Từ (1) và (2) ta có hệ �
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 tồn ngun tố ta có:
mi
Khí
nHNO3  nNO
 nNO
 3nFe  nNO  nNO2
3
3

nên
Vậy

nHNO3  0,3 x3  0,125  0,125  1,15

VHNO3 

mol.

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
7


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, Fe 2O3 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 ?
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 NO3 . 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).
Quá trình nhường và nhận e:
Chất khử

Chất oxi hóa

O  2e � O 2 

3

Fe � Fe  3e

x

y

3x

2y

y

2

N 5  3e � N O
0,18

Tổng electron nhường: 3x (mol)

0, 06

Tổng electron nhận:

2y + 0,18 (mol)

Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)
56 x  16 y  11,36
�
�
3 x  2 y  0,18
Từ (1) và (2) ta có hệ �
Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15

Như vậy nFe  nFe ( NO )  0,16 mol vậy m = 38,72 gam.
3 3

Với bài tốn này ta cũng có thể quy về bài toán 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 lỗng (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 tốn:

8


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:
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; Fe2O3; 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 hoàn toàn D
trong dd HNO3 lỗng dư thu được 0,672 lit khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất.
Tính a?
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
1.3. Dạng khử không hoàn toàn 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, Fe 2O3 và Fe3O4. Hòa
9


tan hết X trong dung dịch HNO 3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO 2 (sản phẩm khử
duy nhất ở đktc). Tính m ?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
�FeO, Fe3O4 HNO3dn �NO2 �
CO
Fe2O3 ��
����
��
o ��
t
Fe
O
,
Fe

� 2 3
�Fe( NO2 )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 được số
mol Fe2O3. Bởi vậy ta dùng chính dữ kiện bài tốn hịa tan X trong HNO 3 đề tính
tổng số mol Fe.
Giải quyết vấn đề: Theo đề ra ta có:

nNO2  0,195mol

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 10,44 (1).
Q trình nhường và nhận e:
Chất khử

Chất oxi hóa

O  2e � O 2

y

Fe � Fe3  3e
x
3x

N

2y

5

y

4

 1e � N O2

0,195 0,195

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

(2)

56 x  16 y  10, 44
�
�
3 x  2 y  0,195
Từ (1) và (2) ta cú hệ �
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 theo

phương trình:

CO  �
O 2 �

� CO2
�
� 2e ��

4

N 5  1e � N O2
và

Sau đó dựa vào định luật bảo tồn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO.
Phát triển bài toán:

10


Nếu là dạng khử khơng hồn tồn một oxit sắt khác (như Fe 3O4 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 HNO 3
hoặc H2SO4 đặc nóng để giải bài tốn này.
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 đổi.
Trong phản ứng này ta coi đó là phản ứng của:

2H   �
O 2 �
�
�� H 2O

và tạo ra 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
�FeO
�Fe(OH ) 2 � nungtrongkk
�FeCl2 NaOH �
�
HCl
��
���
��
����� Fe2O3
�Fe2O3 ���
FeCl
Fe
(
OH
)
�
�
3
�
�
3
Phân tích đề: Sơ đồ �Fe3O4

+ 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
Theo phương trình:

2H   �
O 2 �
�
�� H 2O

0,26

nO2  0,13mol

nH   nHCl  0, 26mol

trong O2- là oxi trong hỗn hợp oxit

0,13

mà theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68

Nên mFe = 7.68 – 0,13x16 =5,6(gam) � nFe = 0,1 mol
11

� Fe2O3
Ta lại có 2Fe ��

0,1

0,05

Vậy m = 0,05x160 = 8 gam.
Nhận xét: Ngồi cách giải trên ta cũng có thể quy hỗn hợp về chỉ còn FeO và Fe 2O3
vì Fe3O4 coi như là hỗn hợp của FeO.Fe2O3 với số mol như nhau.
1.5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H + (HCl, H2SO4
loãng...)
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
2 H   2e ��
� H2 �

sau:

2H   �
O 2 �
� H 2O
�
���

Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H+ và số mol H2 để tìm số mol của O2từ 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?

Phân tích đề: Sơ đồ

�Fe
�H 2 �
�FeO
�Fe(OH ) 2 � nungtrongkk
�
�
�
HCl
NaOH
���
� �FeCl2 ���
��
����� Fe2O3
�
�Fe2O3
�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, 7 mol , nH 2  0,15mol

Ta có phương trình phản ứng theo H+:
2 H   2e ��
� H 2 �(1)
2H   �
O 2 �
� H 2O (2)
�
���

12


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 toàn 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 ��

1.6. Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương

Tổng quan: Trong số oxit sắt thì ta coi Fe 3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3 có số
mol bằng nhau. Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi. Khi đề ra cho số mol FeO
và Fe2O3 có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe 3O4. cịn 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, Fe 2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng số mol
Fe2O3). Hòa tan 4,64 gam trong dung dịch H2SO4 loãng dư được 200 ml dung dịch
X. Tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1M cần thiết để phản ứng hết 100 ml dung dịch
X?
Phân tích đề:
Theo để ra số mol FeO bằng số mol của Fe 2O3 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 Fe 3O4 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 Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp
Ta có
Ptpư:

nFe3O4 

4, 64
 0, 02mol
232

� FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 ��

0,02

0,02

Trong 100 ml X sẽ có 0,01 mol FeSO4 nên:
� 5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O
10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4 ��

0,01

0,002
13


Như vậy ta có

VKMnO4 

0, 002
 0, 02(lit )
0,1
hay 20 ml.

Ví dụ 9: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe 3O4 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?
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 Fe 2+ từ đó tính được số mol FeO, mặt khác ta có
tổng khối lượng muối FeSO4 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:
� FeSO4 + H2O
FeO + H2SO4 ��
� Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 ��

Khối lượng tăng lên đó chính là khối lượng của Cl - có trong muối theo phương
trình:
2Fe2+ +
Vậy
Mà

nCl  

� 2Fe3+ +
Cl2 ��

2Cl-

77, 5  70, 4
 0, 2mol

35,5
. Như vậy số nFe2  nFeSO4  nFeO  0, 2mol

mFeSO4  mFe2 ( SO4 )3  70, 4

vậy

nFe2 ( SO4 )3 

70, 4  0, 2 x152
 0,1mol
400

Nên nFe ( SO )  nFe O  0,1mol
2

4 3

2 3

Do đó m  mFeO  mFe O  0, 2 x 72  0,1x160  30, 4( gam) Vậy m = 30,4 gam
2 3

1.7. 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 HNO 3 dư
được 5,6 lít NO duy nhất (đktc). Tính m?

(Đáp án: 25,2 gam)
14

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 hoà tan hoàn 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 NO2 có tỉ khối so với H2 là 19. Tính m?
(Đáp án: 3,92 gam)
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 Fe2O3 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. Hịa
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. Kết quả và bài học kinh nghiệm
2.1. Kết quả
Trong khi giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi và ôn thi đại học tơi đó có rất
nhiều trăn trở khi dạy phần hỗn hợp sắt và hợp chất của sắt. Tôi nhận thấy kể cả đề
15


thi học sinh giỏi và đề thi đại học số lượng câu hỏi về sắt và hợp chất sắt luôn chiếm
một tỉ lệ nhất định và đặc biệt là những bài tốn kinh điển. Trên thực tế như vậy, tơi
đã mạnh dạn đưa các phương pháp giải dạng bài tập này vào và qua giảng dạy tôi
thấy học sinh nắm vấn đề tương đối nhẹ nhàng và có hiệu quả rõ rệt không những
chỉ ở những học sinh khá giỏi mà một số học sinh trung bình đã tiếp cận và áp dụng
được ở một số bài tập.
Tôi đã hướng dẫn cách làm này cho nhiều lớp học sinh và thu được kết quả
rất đáng mừng. Với kiểu bài này, học sinh khá giỏi chỉ làm trong khoảng từ 1 đến 2
phút/câu tuỳ theo tính chất đơn giản hay phức tạp của đề bài.
Trong thời gian thử nghiệm năm học 2011 – 2012 tôi đã thu được những kết
quả nhất định, được thể hiện thông qua các 12A1, 12A2 trường THPT số 1 Bảo Yên
của trường THPT số 1 Bảo Yên như sau:
a) Trước khi thử nghiệm
Thời gian trung bình để học sinh làm 1 bài tập dạng hỗn hợp sắt và oxit sắt
trên phiếu học tập thu được kết quả thu được như sau:
Lớp
Sĩ số

 5 phút 5-10 phút
>10 phút không giải được
12A1
34
0
3
12
19
12A2
36
0
2
11
23
Cộng
70
0
5
23
42
Tỉ lệ (%)
0,0
7,1
32,9
60
Tiến hành làm bài kiểm tra trắc nghiệm trên phiếu học tập bao gồm 10 bài tập
trong thời gian 30 phút thu được kết quả như sau:
Lớp
Sĩ số
Giỏi

12A1
34
1
12A2
36
0
Cộng
70
0
Tỉ lệ (%)
1,4
b) Sau khi thử nghiệm

Khá
5
3
8
11,4

Trung bình
7
6
13
18,6

Yếu, kém
21
27
48
68,6

Thời gian trung bình để học sinh làm 1 bài tập dạng hỗn hợp sắt và oxit sắt
trên phiếu học tập thu được kết quả thu được như sau:
Lớp
12 A1
12 A2
Cộng

Sĩ số
34
36
70

 1 phút
11
10
21

1-2 phút
12
11
23
16

2-3 phút
7
9
16

>3 phút

4
6
10


Tỉ lệ (%)
30,0
32,9
22,8
14,3
Tiến hành làm bài kiểm tra trắc nghiệm trên phiếu học tập bao gồm 10 bài tập
trong thời gian 30 phút thu được kết quả như sau:
Lớp
12A1
12A2
Cộng
Tỉ lệ (%)

Sĩ số
34
36
70

Giỏi
11
8
19
27,2

Khá

12
14
26
37,1

Trung bình
8
9
17
24,3

Yếu, kém
3
5
8
11,4

Sau khi học sinh nắm được phương pháp trên thì các bài tập về hỗn hợp sắt và
oxit sắt khơng cịn là vấn đề trở ngại cho học sinh khi ôn thi đại học và thi học sinh
giỏi. Đây là kết quả đáng mừng và chúng ta chắc chắn rằng số học sinh khá giỏi, kể
cả học sinh diện trung bình sẽ khơng bỏ qua dạng bài này khi gặp trong các kỳ thi.
2.2. Bài học kinh nghiệm
Trong q trình thực hiện đề tài này, tơi đã đúc kết ra một số bài học kinh
nghiệm như sau:
Phát huy tinh thần tự học, tự bồi dưỡng nhằm nâng cao trình độ chun mơn
nghiệp vụ của người thầy. Ban lãnh đạo trường cần có phương án kiểm tra, đánh giá,
khích lệ cụ thể.
Có ý thức trách nhiệm cao đối với học sinh, đặt việc giảng dạy cho học sinh là
tầm quan trọng hàng đầu trong sự nghiệp giáo dục.
Người thầy phải biết tạo cho học sinh sự hứng thú, niềm đam mê vào việc học

tập bộ mơn hố học. Hay nói cách khác, người thầy phải là người truyền lửa để thắp
sáng tâm hồn và trái tim của các thế hệ học sinh
Phần quan trọng nhất trong quá trình áp dụng phương pháp này là giúp học
sinh định hướng được dạng bài tập, tìm ra bản chất của vấn đề để rút ngắn thời gian
giải bài tập. Đó cũng là động lực để tơi hồn thành đề tài này.

PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
17


Qua nghiên cứu và áp dụng cho đối tượng học sinh lớp 12 trường THPT số 1
Bảo Yên tôi nhận thấy: Dạng bài tập về sắt và oxit sắt có vai trị rất quan trọng trong
chương trình hóa học THPT. 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.
Trên đây là những kinh nghiệm mà tơi đã tích luỹ được trong q trình giảng
dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học và cao đẳng. 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.
Tơi 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.
Xin chân thành cảm ơn!
Bảo Yên, ngày 20 tháng 4 năm 2012
Người viết

Phùng Minh Thái

TÀI LIỆU THAM KHẢO
18


1. Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Phạm Văn Hoan, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình
Rãng, Nguyễn Phú Tuấn, Hóa học 12 ban cơ bản – NXB Giáo dục, 2007.
2. Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Từ Ngọc Ánh, Phạm Văn Hoan, Bài tập Hóa
học 12 – NXB Giáo dục, 2007.
3. Nguyễn Thanh Khuyến, Phương pháp giải tốn Hóa học vơ cơ – NXB Giáo dục,
1998.
4. Nguyễn Cương (Chủ biên), Nguyễn Mạnh Dung, Nguyễn Thị Sửu, Phương pháp
dạy học Hóa học, NXB Giáo dục, 2001.
5. Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lí thuyết các phản ứng hóa học – NXB
Giáo dục, 2008.
6. Phạm Ngọc Bằng (Chủ biên), Vũ Khắc Ngọc, Hoàng Thị Bắc, Tử Sĩ Chương, Lê
Thị Mỹ Trang, Hoàng Thị Hương Giang, Võ Thị Thu Cúc, Lê Phạm Thành, Khiếu
Thị Hương Chi, 16 phương pháp và kĩ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm mơn Hóa
học – NXB Đại học Sư phạm, 2010.
7. Đề thi tuyển sinh đại học cao đẳng các khối A, B mơn Hóa học từ năm 2007 –
2011.

19


MỤC LỤC
Nội dung
PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
2. Mục đích nghiên cứu
3. Đối tượng và phạm vi nghiên

4. Nhiệm vụ nghiên cứu
5. Phương pháp nghiên cứu
6. Thời gian nghiên cứu
PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG
Chương I: TỔNG QUAN
1. Các định luật cần vận dụng
2. Tổng quan về bài tập hỗn hợp sắt và oxit
Chương II: THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Thuận lợi
2. Khó khăn
Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1. Phương pháp giải một số dạng bài tập điển hình
2. Kết quả và bài học kinh nghiệm
PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

20

Trang
1
1
1
1
2
2
2
3
3
3
3

4
4
5
6
6
15
18
19