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: mT

= 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 HNO3..

Chất nhường electron: Fe , tạo sản phẩm là Fe3+ .

Chất nhận electron: O và HNO3 , tạo sản phẩm là oxit và V lít NO2 (đktc).

Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1)

Theo định luật bảo toàn electron

Chất khử Chất oxi hóa

3 3Fe Fe e+→ +2

45

2

2

1

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

3 222,4

x y m

Vx 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. 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

2yyx 3x

22,4

V22,4

V

22, 4

V

22, 4

V

y

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 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 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: 2Fe Om m m −= + nên: 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 HNO3

loãng thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO2 có tỉ khối so với H2 là 19.

Tính m và thể tích HNO3 1M đã dùng?

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: 32

2

3 4( )

2 33 3

,

à Fe du( )

HNOO kk

NOFeO Fe O

Fe NOFe O v

Fe NO

↑

→ → ↑

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 HNO3 trong muối và chuyển về các khí.

Giải quyết vấn đề: Theo đề ra ta có: 2

0,125NO NOn n mol= =

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

3 3Fe Fe e+→ +

2

45

2

25

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 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 nFe = 0,3 mol vậy m = 16,8 gam.

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

3 3 3 2

ôi í 3mu KhHNO NO NO Fe NO NOn n n n n n= + = + +

nên 30,3 3 0,125 0,125 1,15HNOn x= + + = mol.

Vậy 3

1,151,15( ít)

1HNOV l= =

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

2yy

x 3x

0,1250,125 3x

y

0,1250,125

1.2. Dạng hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh

Ví dụ 3: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với

dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở

đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Tính m ?

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 3NO− . Nếu chúng ta biết được số

tổng số mol Fe trong X thì sẽ biết được số mol muối Fe(NO3)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

3 3Fe Fe e+→ +2

25

2

3

O e O

N e N O

−

++

+ →

+ →

Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 2y + (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ 56 16 11,36

3 2 0,18

x y

x y

+ = − =

Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15

Như vậy 3 3( ) 0,16Fe Fe NOn n= = mol vậy m = 38,72 gam.

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, Fe2O3 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

2yyx 3x

0,060,18

0,18

0,18

y

Trường hợp 2: Nếu đề ra yêu cầu tính thể tích hoặc khối lượng của HNO3 thì ta tính

số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có:

3 3 3 2

ôi í 3 ( )mu KhHNO NO NO Fe NO NOn n n n n n= + = +

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 Fe2O3 nung nóng. Sau

một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa

tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử

duy nhất ở đktc). Tính m ?

9

Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng

33 4 22 3

2 3 2 3

,

, Fe ( )o

HNO dnCO

t

FeO Fe O NOFe O

Fe O Fe NO

↑ → →

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: 2

0,195NOn mol=

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

3 3Fe Fe e+→ +2

45

2

2

1

O e O

N e N O

−

++

+ →

+ →

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

Từ (1) và (2) ta cú hệ 56 16 10,44

3 2 0,195

x y

x y

+ = − =

Giải hệ trên ta có x = 0,15 và y = 0,1275

Như vậy nFe = 0,15 mol nên 2 30,075Fe On mol= → m = 12 gam.

Nhận xét:

Với bài toán trên, ta cũng có thể giải theo cách tính số mol O bị CO lấy theo

phương trình: 222CO O e CO− + − → và

45

21N e N O+

+ + →

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

2yyx 3x

y

0,1950,195

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: 222H O H O+ − + → 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

Phân tích đề: Sơ đồ 2 2

2 3 2 33 3

3 4

( )

( )HCl NaOH nungtrongkk

FeOFeCl Fe OH

Fe O Fe OFeCl Fe OH

Fe O

↓ → → → ↓

+ 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 Fe2O3

Giải quyết vấn đề: Ta có 0,26HClHn n mol+ = =

Theo phương trình: 222H O H O+ − + → trong O2- là oxi trong hỗn hợp oxit

0,26 0,13

2 0,13O

n mol− = 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.

11

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.

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:

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?

Phân tích đề: Sơ đồ 2

22 2 3

2 3 33

3 4

( )

( )HCl NaOH nungtrongkk

FeH

FeO Fe OHFeCl Fe O

Fe O Fe OHFeCl

Fe O

↑ ↓ → → → ↓

+ 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 20,7 , 0,15HCl HH

n n mol n mol+ = = =

Ta có phương trình phản ứng theo H+:

2

22

2 2 (1)

2 (2)

H e H

H O H O

+

+ −

+ → ↑

+ →

Từ (1) ta có 0,3H

n mol+ = (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

12

2

22

2 2

2

H e H

H O H O

+

+ −

+ → ↑

+ →

Ta lại có 2Fe → Fe2O3. Vậy m = 160 x 0,03/2 = 24 gam.

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 Fe3O4. còn nếu

không có dữ kiện đó thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe2O3. 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

Ta có 3 4

4,640,02

232Fe On mol= =

Ptpư: Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

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

Như vậy ta có 4

0,0020,02( )

0,1KMnOV lit= = 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

13

muối, mặt khác cho Clo dư đi qua X rồi cô 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 FeSO4 và

Fe2(SO4)3. Do đó ta có thể coi hỗn hợp ban đầu chỉ gồm hai oxit FeO và Fe2O3. Ta

thấy khối lượng muối tăng lên đó là do phản ứng:

2Fe2+ + Cl2 → 2Fe3+ + 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+ + Cl2 → 2Fe3+ + 2Cl-

Vậy 77,5 70,4

0,235,5Cl

n mol−

−= = . Như vậy số 24

0,2FeSO FeOFen n n mol+ = = =

Mà 4 2 4 3( ) 70,4FeSO Fe SOm m+ = vậy 2 4 3( )

70,4 0,2 1520,1

400Fe SO

xn mol

−= =

Nên 2 4 3 2 3( ) 0,1Fe SO Fe On n mol= =

Do đó 2 30,2 72 0,1 160 30,4( )FeO Fe Om m m x x gam= + = + = Vậy m = 30,4 gam

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 HNO3 dư

được 5,6 lít NO duy nhất (đktc). Tính m? (Đáp án: 25,2 gam)

Bài 2: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng

m gam hỗn hợp X đun nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64g chất rắn và

11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H2 là 20,4. Tính m ? (Đáp án:70,4 gam)

14

Bài 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe3O4, 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)

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 Fe2O3 nung nóng. Sau một

thời gian thu được hỗn hợp X nặng 44,64 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, 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 Fe2O3 nung nóng. Sau

một thời gian thu được hỗn hợp X nặng 13,92 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Hòa

tan X bằng HNO3 đặc nóng thu được V lít khí NO2 (đktc). Tính V?

(Đáp án: 11,648 lít)

Bài 8: Hỗn hợp M có khối lượng 12 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. 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

15

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 được12A1 34 0 3 12 1912A2 36 0 2 11 23Cộng 70 0 5 23 42

Tỉ lệ (%) 0,0 7,1 32,9 60Tiến 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, kém12A1 34 1 5 7 2112A2 36 0 3 6 27Cộng 70 0 8 13 48

Tỉ lệ (%) 1,4 11,4 18,6 68,6b) 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 phút12 A1 34 11 12 7 412 A2 36 10 11 9 6Cộng 70 21 23 16 10

Tỉ lệ (%) 30,0 32,9 22,8 14,3Tiến 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

16

12A1 34 11 12 8 312A2 36 8 14 9 5Cộng 70 19 26 17 8

Tỉ lệ (%) 27,2 37,1 24,3 11,4

Sau khi học sinh nắm được phương pháp trên thì các bài tập về hỗn hợp sắt và

oxit sắt không còn 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 không bỏ qua dạng bài này khi gặp trong các kỳ thi.

2.2. Bài học kinh nghiệm

Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi 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 chuyên môn

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 môn hoá 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 tôi hoàn thành đề tài này.

PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

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 trò rất quan trọng trong

chương trình hóa học THPT. Thông 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

17

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 lòng đam

mê yêu thích đối với môn học.

Trên đây là những kinh nghiệm mà tôi đã tích luỹ được trong quá 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.

Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các cấp lãnh đạo và bạn bè đồng

nghiệp để đề tài này được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Bảo Yên, ngày 20 tháng 4 năm 2012

Người viết

Phùng Minh Thái

TÀI LIỆU THAM KHẢO

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.

18

3. Nguyễn Thanh Khuyến, Phương pháp giải toán Hóa học vô 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 môn

Hóa học – NXB Đại học Sư phạm, 2010.

7. Đề thi tuyển sinh đại học cao đẳng các khối A, B môn Hóa học từ năm 2007 –

2011.

19

MỤC LỤC

Nội dung TrangPHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên 1 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 6. Thời gian nghiên cứu 2PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG 3 Chương I: TỔNG QUAN 3 1. Các định luật cần vận dụng 3 2. Tổng quan về bài tập hỗn hợp sắt và oxit 3 Chương II: THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI 4 1. Thuận lợi 4 2. Khó khăn 5 Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 6 1. Phương pháp giải một số dạng bài tập điển hình 6 2. Kết quả và bài học kinh nghiệm 15PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

20