Luận văn sáng kiến kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về hỗn hợp sắt và oxit sắt

  • 20 trang
  • file .pdf
PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong các môn học ở trường phổ thông, môn Hóa học giữ một vai trò khá
quan trọng. Hóa học là một môn khoa học tự nhiên, nó nghiên cứu về chất và sự
biến đổi chất này thành chất khác.
Với 7 năm giảng dạy bộ môn Hoá học trong trường phổ thông, 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 quá trình tìm tòi, 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 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 hoá khác nhau. Thông 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 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 toàn nguyên tố,
định luật bảo toàn electron để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh nhất
(không 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 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 khuôn 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
toán 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 vô 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, mS 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 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.
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 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.
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 H2SO4 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 quá trình oxi
hoá liên tiếp Fe bằng 2 chất oxi hoá là O và HNO 3..
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 Chất oxi hóa
Fe  Fe3  3e O  2e  O 2
y 2y y4
x 3x N 5  1e  N O2
V V
22, 4 22, 4 V
Tổng electron nhường: 3x mol Tổng electron nhận: 2y + 22, 4
V
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + (2)
22, 4
56 x  16 y  m
Từ (1) và (2) ta có hệ 
 V
3 x  2 y  22, 4

Việc giải hệ này khi một khi biết được 2 trong số 4 yếu tố sẽ giải quyết được
yêu cầu của bài toán. 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 ( NO 3- 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 luôn 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 môn 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 HNO3” ở lớp 11, đã bắt đầu làm quen với nhiều dạng
bài toán phức tạp, trong đó có bài toán về hỗn hợp sắt và các oxit sắt phản ứng với
các chất có tính oxi hoá mạnh (như HNO3, H2SO4 đặc nóng...) hoặc cả với những
axit mạnh thông thường (như HCl, H2SO4 loãng...).
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. 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 không
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 quá trình oxi
nitrric (hoặc axit sunfuric đặc, nóng) là quá 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 toàn vào giải toán, đặc biệt là bảo
toàn electron trong phản ứng oxi hoá 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 toán hoá bao giờ cũng là viết phương trình hoá
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.
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 không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất
oxi hóa: Đây là dạng bài toán kinh điển về bài tập sắt và hỗn hợp sắt và oxit sắt.
Ví dụ 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không 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 Fe 3+
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 HNO 3.
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 Chất oxi hóa
Fe 3 e + Fe3+ O + 2e O2-
0,225 0,675 x 2x
NO3- + 3e NO
0,375 0,125
Tổng e (electron) nhường: 0,675 mol Tổng e (electron) nhận: 2x + 0,375 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375 
 x = 0,15
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 ngoài không khí, sau phản ứng thu được 20 gam
hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa tan hết X trong dung dịch HNO 3
loãng 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 , Fe O 
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: Fe 
O2 ( kk )

3 4

HNO3
  NO 
 Fe2O3và Fe du  Fe( NO )
 3 3
6
+ 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 HNO 3 trong muối và chuyển về các khí.
Giải quyết vấn đề: Theo đề ra ta có: nNO  nNO  0,125mol2
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4
3
Fe  Fe  3e 5
N  1e  N O2
x 3x 0,125 0,125
2
5
N  3e  N O
0,125 x3 0,125
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 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 nguyên tố ta có:
nHNO3  nNO
muôi
3
 nNO
Khí
3
 3nFe  nNO  nNO2
nên nHNO  0,3 x3  0,125 0,125 1,15 mol.
3
1,15
Vậy VHNO   1,15(lít)
3
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
Fe  Fe3  3e O  2e  O2
y 2y y
2
5
x 3x N  3e  N O
0,18 0, 06
Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 2y + 0,18 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ 56 x  16 y  11,36

3 x  2 y  0,18
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 toán 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 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.
8
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 toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có:
nHNO3  nNO
muôi
3
 n Khí
NO 3
 3nFe  nNO (nNO2 )
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
ngoài 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 loãng 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, Fe2O3, 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 + 2e  O2-
x 2x y 2y
Fe  3e + Fe3+ NO3- + 3e  NO
3x 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 Fe2O3 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
tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử
duy nhất ở đktc). Tính m ?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
9
 FeO, Fe3O4 HNO3dn  NO2 
Fe2O3 
CO
o    
 Fe( NO2 )3
t
 Fe2O3 , Fe 
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 toán hòa 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 y 2y y
4
x 3x N 5  1e  N O2
0,195 0,195
Áp dụng định luật bảo toàn 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
Như vậy nFe = 0,15 mol nên nFe O  0, 075mol 
2 3
 m = 12 gam.
Nhận xét:
Với bài toán trên, ta cũng có thể giải theo cách tính số mol O bị CO lấy theo
4
5
 CO2 và N  1e  N O2
phương trình: CO  O 2   2e 
Sau đó dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO.
Phát triển bài toán:
Nếu là dạng khử không hoàn toàn một oxit sắt khác (như Fe3O4 hoặc FeO) thì
không 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 toán này.
10
1.4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ (HCl, H2SO4
loãng...)
Tổng quan: 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: 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 ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được đến
khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m
 FeO
 Fe(OH ) 2  nungtrongkk
 FeCl2 NaOH 
Phân tích đề: Sơ đồ  Fe2O3  
HCl
    Fe2O3
 Fe O  FeCl3  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 ngoài không khí đều thu được Fe 2O3
Giải quyết vấn đề: Ta có nH  nHCl  0, 26mol

Theo phương trình: 2H   O 2   H 2O trong O2- là oxi trong hỗn hợp oxit
0,26 0,13
nO 2  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
Ta lại có 2Fe 
 Fe2O3
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 còn FeO và Fe2O3
vì Fe3O4 coi như là hỗn hợp của FeO.Fe2O3 với số mol như nhau.
11
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 ngoài
H2O còn có H2 do Fe phản ứng. Như vậy liên quan đến H+ sẽ có những phản ứng
sau: 2 H   2e 
 H2 
2 H   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
O2- từ đó tính được tổng số mol của Fe.
Ví dụ 7: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700
ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H2 (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 được m(g) chất rắn. Tính giá trị của m?
 Fe
 FeO H 2 
   Fe(OH ) 2  nungtrongkk
Phân tích đề: Sơ đồ  
HCl
  FeCl2 
NaOH
  Fe2O3
 Fe2O3  FeCl  Fe(OH )3 
 Fe3O4  3
+ 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 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 
12
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 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. còn nếu
không 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 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 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 toàn electron.
Giải quyết vấn đề : Vì số mol của FeO bằng số mol của Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp
4, 64
nFe3O4   0, 02mol
Ta có 232
Ptpư:  FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 
0,02 0,02
Trong 100 ml X sẽ có 0,01 mol FeSO4 nên:
10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4 
 5Fe2(SO4)3 + K2SO4+2MnSO4+8H2O
0,01 0,002
0, 002
VKMnO4   0, 02(lit )
Như vậy ta có 0,1 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 cô cạn thì thu được 77,5 gam muối. Tính
giá trị của m?
13
Phân tích đề: Cho oxit tác dụng với H2SO4 ta sẽ thu được 2 muối FeSO4 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+ +  2Fe
Cl2  3+
+ 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 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:
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+ +  2Fe
Cl2  3+
+ 2Cl-
77,5  70, 4
Vậy nCl    0, 2mol . Như vậy số nFe2  nFeSO4  nFeO  0, 2mol
35,5
70, 4  0, 2 x152
Mà mFeSO  mFe ( SO )  70, 4 vậy nFe ( SO )   0,1mol
4 2 4 3 2 4 3
400
Nên nFe ( SO )  nFe O  0,1mol
2 4 3 2 3
Do đó m  mFeO  mFe O  0, 2 x72  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 ngoài không 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)
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 H2SO4 đặc thì
thu được khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí SO2 (đktc)?
(Đáp án: 0,224 lít)
14
Bài 4: Đốt cháy m gam sắt ngoài không 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 HNO3 loãng 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 ngoài không khí, sau một thời gian thu được hỗn
hợp X gồm sắt và các oxit. Cho hòa tan hết X trong dung dịch H2SO4 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 loãng 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, Fe 3O4, Fe2O3. Hoà tan hết
M vào H2SO4 đặc, nóng dư thu được 3,36 lít SO2 (đtkc) duy nhất. Cô 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 tôi đó có rất
nhiều trăn trở khi dạy phần hỗn hợp sắt và hợp chất của sắt. Tôi nhận thấy kể cả đề
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 toán kinh điển. Trên thực tế như vậy, tôi
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.
15
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 Khá Trung bình Yếu, kém
12A1 34 1 5 7 21
12A2 36 0 3 6 27
Cộng 70 0 8 13 48
Tỉ lệ (%) 1,4 11,4 18,6 68,6
b) Sau 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  1 phút 1-2 phút 2-3 phút >3 phút
12 A1 34 11 12 7 4
12 A2 36 10 11 9 6
Cộng 70 21 23 16 10
Tỉ lệ (%) 30,0 32,9 22,8 14,3
16