SÁNG KIẾN KINH NGHIỆMĐỀ TÀI:“BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT TRONG CHƢƠNGTRÌNH THPT”A.I. Lý do chọntv ntàiGiúp học sinh nắm vững kiến thức hoá học, biết khai thác, vận dụng để giải quyết cácvấn đề gặp phải trong thực tiễn cũng như trong khi học tập bộ môn là nhiệm vụ thườngxuyên và quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoá ở bậc phổ thông trung học. Bêncạnh việc khắc sâu kiến thức, nó còn giúp học sinh tiếp cận với quy luật tự nhiên và thựctiễn khách quan, có cách nhìn khoa học hơn để nhận biết sự việc, hiên tượng .Nhằm mục đích này, đồng thời để giúp học sinh có thể tự nghiên cứu, tự học tập và ápdụng cho những trường hợp khác, khi giảng dạy cả ở những giờ chính khoá cũng như bồidưỡng học sinh khá, giỏi, tôi đã tìm hiểu các dạng bài tập thường gây khó khăn cho họcsinh để ngiên cứu phương pháp thể hiện một cách đơn giản và hiệu quả nhất.Trong số các nguyên tố và hợp chất được học trong chương trình THPT, Sắt và hợp chấtc a sắt là phần kiến thức rất phong phú, đa dạng. Bài tập về sắt là một phần quan trọngtrong chương trình THPT, đặc biệt là chương trình lớp 12. Nghiên cứu kỹ bài tập về sắtcó thể vận dụng hiệu quả cho bài tập về crôm do điểm tương đồng là hai kim loại cónhiều số oxi hoá. Bài tập về sắt thường xuyên gặp phải các trường hợp biến đổi giữa 3 sốoxi hoá. Sự biến đổi các số oxi hóa c a Sắt là dạng phản ứng mà học sinh thường rất lúngtúng khi xét các trường hợp xảy ra.Vì vậy tôi đã tập trung tìm hiểu các dạng bài tập về Sắt và hợp chất, phân loại theo nhómbài tập phổ biến thường gặp trong chương trình học cũng như trong các đề thi, hệ thốnglại các dạng bài tập trên và đưa ra phương pháp giải loại bài tập này nhằm giúp học sinhdễ hiểu, giải quyết vấn đề nhanh, chính xác, đầy đ và gọn gàng hơn. Đồng thời giúp họcsinh có khả năng tư duy độc lập để vận dụng trong những trường hợp khác.II. Mục ích và nhiệm vụ nghiên cứu.- Tìm hiểu cơ sở lí luận c a đề tài.- Phân tích tính chất c a sắt và các hợp chất, phân loại các bài toán trên cơ sở sự thay đổisố oxi hóa c a sắt và hợp chất.- Hệ thống các dạng bài toán hoá học tương ứng với mỗi dạng phản ứng, phân tích các sailầm có thể có c a học sinh và đưa ra cách giải hợp lý, đơn giản.- Hình thành kĩ năng tư duy cho học sinh, giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tác với dạngbài tập ứng với phản ứng khác và rút ra cách xét các trường hợp phản ứng dạng tương tự.III. ối tƣợng, phạm vi nghiên cứu- Các trường hợp phản ứng c a Sắt và hợp chất, sự thay đổi số oxi hóa .- Các dạng bài toán về Sắt và hợp chất, sự thay đổi số oxihóa trong chương trình hoá họcbậc THPT và thi tuyển sinh vào các trường Đại học hàng năm.- Phạm vi nghiên cứu: Quá trình dạy học Hoá học ở trường THPT .IV. Nhiệm vụ nghiên cứu- Nghiên cứu lí thuyết về Sắt và hợp chất, sự thay đổi số oxi hóa- Tìm hiểu chương trình Hóa học phổ thông, các tài liệu hướng dẫn giải các bài tập Hoáhọc, các đề thi tuyển sinh ...Hệ thống, sắp xếp các dạng bài tập theo đặc điểm chung, đưa ra cách giải chung cho từngdạng.B. Giải qu t vấn1- Sự chu ển hóa các số oxi hóa của SắtTrong chương trình hoá học bậc THPT, Sắt là nguyên tố xuất hiện nhiều nhất trong cácdạng bài toán do có nhiều số oxi hóa, sự biến đổi các số oxi hóa phong phú, đa dạngkhiến bài tập về Sắt và hợp chất có nhiều trường hợp phản ứng xảy ra.Sự biến đổi các số oxi hoá c a Sắt tập trung theo sơ đồ chuyển hóaFeFe2+Fe3+1.1- Phản ứng khử hợp chất Sắt [III]:1.1.1- Đặc điểm chuyển hóa:hi hợp chất sắt [III] tác dụng với chất khử yếu có thể tạo hợp chất sắt [II].hi hợp chất sắt [III] tác dụng với các chất khử mạnh có thể tạo hợp chất sắt [II] hoặctạo ra đơn chất sắt.1.1.2- Các phản ứng thường gặp1.1.2.1- Hợp chất sắt [III] tác dụng với chất khử yếu:- Các kim loại từ Fe đến Cu1.1.2.2- Hợp chất sắt [III] tác dụng với các chất khử mạnh :- Phản ứng c a dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Mg đến Zn.- Phản ứng khử Fe2O3 bằng các chất khử như C, CO, H2, Al ...1.2- Phản ứng oxi hóa Sắt:1.2.1- Đặc điểm chuyển hóa:hi sắt tác dụng với chất oxi hóa yếu tạo hợp chất sắt [II]hi sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh có thể tạo hợp chất sắt [II] hoặc hợp chấtsắt [III].1.2.2- Các phản ứng thường gặp1.2.2.1- Sắt tác dụng với chất oxi hóa yếu:Phản ứng với phi kim: lưu huỳnh, IotPhản ứng với dung dịch muối c a các kim loại: từ sau Fe đến Cu1.1.2.2- Sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh:- Phản ứng c a Fe với các chất có tính oxi hoá mạnh [Các halogen từ Flo đến Brom, dungdịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, Hg[NO3]2, AgNO3].- Phản ứng c a Fe với oxi.1.3- Phản ứng của hợp chất Sắt [II]1.3.1- Đặc điểm chuyển hóa:Hợp chất sắt [II] có số oxi hoá trung gian nên có thể hiện tính khử khi gặp chất oxihoá mạnh, thể hiện tính oxi hoá khi gặp chất khử mạnh.1.3.2- Các phản ứng thường gặp1.3.2.1- Phản ứng thể hiện tính khử c a Fe2+ với chất có tính oxi hoá mạnh:Dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, Hg[NO3]2, AgNO3; F2, Cl2, Br2 ...; [H2O + O2]1.3.2.2- Phản ứng thể hiện tính oxi hoá c a hợp chất Fe2+ với các chất khử mạnh: Kimloại mạnh, CO, C, H2, ...Các trường hợp phản ứng trên được sử dụng, phân loại theo nhiều cách, tuỳ thuộc nguyêntắc phân chia và mục đích vận dụng trong các dạng bài tập. Có thể phân loại theo cáccách cơ bản sau:2- Ph n loại bài tập v sắt và hợp chất của sắt:2.1- Bài toán về phản ứng c a Fe với dung dịch các chất có tính oxi hoá mạnh [HNO3,H2SO4 đặc nóng, AgNO3].2.2- Bài toán về phản ứng c a dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Mg đến Zn.2.3- Bài toán về hỗn hợp c a sắt và các oxit2.4- Bài toán xác định công thức c a oxit.3- Các phƣơng pháp thƣờng ƣợc áp dụng trong bài toán v sắt và hợp chất của sắt:3.1- Phương pháp bảo toàn khối lượng các chất3.2- Phương pháp bảo toàn electron.3.3- Phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử các nguyên tố3.4- Phương pháp bán phản ứng [phương trình ion-electron.3.5- Phương pháp tăng giảm khối lượng4- Ph n tíchc iểm một số phản ứng thƣờng g p4.1- Phản ứng của Fe với dung dịch các axit có tính oxi hoá mạnh.Thí nghiệm 1: Cho bột sắt tác dụng với dung dịch HNO3 loãng.Phản ứng, hiện tượng:hi cho từ từ bột sắt vào dung dịch HNO3 đầu tiên có khí thoát ra do:Fe+4HNO3Fe[NO3]3+NO +2H2OKhi HNO3 hết, dung dịch thu được vẫn hoà tan thêm một lượng bột sắt do:Fe+2Fe[NO3]33Fe[NO3]2Phản ứng c a Fe với H2SO4 đặc nóng được xét tương tự như trên.Thí nghiệm 2: Cho bột sắt tác dụng với dung dịch AgNO3.Phản ứng, hiện tượng: hi cho bột sắt vào dung dịch AgNO3 có kết t a thoát ra:Fe+ 2AgNO3Fe[NO3]2+2Agkhi Fe hết khối lượng kết t a vẫn tiếp tục tăng, do:AgNO3 + Fe[NO3]2Fe[NO3]3+AgĐặc điểm bài toán:hi sắt tác dụng với dung dịch chất có tính oxi hoá mạnh, sản phẩm thu được cóthể gồm hợp chất sắt [II], hợp chất sắt [III].4.2- Phản ứng của dung dịch muối Fe3+ với kim loại.4.2.1- Phản ứng của dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ Mgn Zn.Thí nghiệm: Cho bột Mg tác dụng với dung dịch Fe[NO3]3.Phản ứng, hiện tượng: hi cho từ từ bột kim loại [từ Mg đến Zn] dung dịch muối Fe 3+,đầu tiên không có chất rắn thoát ra do:Mg+2Fe3+Mg2+ +2Fe2+Sau khi Fe3+ phản ứng hết, tiếp tục thêm bột Mg sẽ tạo ra chất rắn mới do:Mg+Fe2+ Mg2+ +FeĐặc điểm:Các kim loại không tác dụng với H2O, mạnh hơn Fe trong dãy điện hoá đều có thể thamgia phản ứng với dung dịch muối Fe3+ như trên.hi các kim loại không tác dụng với H2O, mạnh hơn Fe trong dãy điện hoá phản ứng vớidung dịch muối Fe3+ có thể có chất rắn thu được hoặc chỉ có phản ứng hòa tan chất rắn.4.2.2- Phản ứng của dung dịch muối Fe3+ với các kim loại từ FePhản ứng, hiện tượng:có chất rắn thoát ra do:Cu+2Fe3+n Cu.hi cho bột kim loại [từ Fe đến Cu] dung dịch muối Fe3+, khôngCu2+ +2Fe2+Đặc điểm:Các kim loại yếu hơn Fe trong dãy điện hoá vẫn có thể tham gia phản ứng với dung dịchmuối Fe3+ như trên.hi các kim loại yếu hơn Fe trong dãy điện hoá phản ứng với dung dịch muối Fe 3+ chỉ cóphản ứng hòa tan chất rắn.4.3- Phản ứng của Fe với O2.Phản ứng:2Fe +O22FeO3Fe +2O2Fe3O42Fe +3O22Fe2O3Đặc điểm:hi cho Fe tác dụng với O2, hỗn hợp thu được có thể gồm 4 chất.4.4- Phản ứng của Fe2O3 với chất khử [CO].Phản ứng:3Fe2O3 +CO2Fe3O4 + CO2Fe3O4 +CO3FeO+ CO2FeO +COFe+ CO2Đặc điểm: Khi cho Fe2O3 tác dụng với chất khử, hỗn hợp thu được có thể gồm 4 chất.4.5- Phản ứng của hỗn hợp sắt và các oxit với dung dịch axit.Phản ứng:Cho hỗn hợp X gồm sắt và 3 oxit c a sắt tác dụng với dung dịch HCl.Fe2O3+6HCl2FeCl3 + 3H2OFe3O4 +8HCl2FeCl3 + FeCl2 + 4H2OFeO +2HClFeCl2+ H2OFe+2HClFeCl2+ H2Fe+2FeCl33FeCl2Đặc điểm:- Thứ tự ưu tiên các phản ứng: axit hòa tan các oxit, chất phản ứng cuối cùng là Fe.Nếu có chất rắn còn dư sẽ là sắt, có thể có các oxit.- Nếu có chất rắn dư, chắc chắn sẽ có phản ứng c a Fe với Fe3+.- Nếu chất rắn tan hết, tùy yêu cầu c a đề: Nếu đề cho tính ôxi hóa c a Fe3+ mạnhhơn c a H+ hoặc tính khử c a hydro mới sinh mạnh hơn c a Fe2+ thì có phản ứng c a Fevới Fe3+.4.6- Phản ứng của hợp chất sắt [II]- hác với nhiều hợp chất khác c a kim loại chỉ có tính ôxi hóa, hợp chất sắt [II]thể hiện cả tính ôxi hóa và tính khử tùy chất phản ứng.4.6.1- Tính ôxi hóa- Nếu gặp chất khử mạnh, hợp chất sắt [II] thể hiện tính ôxi hóa:FeO +COMg2+Fe2+ Mg+Fe+ CO2+ Fe4.6.2- Tính khử- Nếu gặp chất ôxi hóa mạnh, hợp chất sắt [II] thể hiện tính khử:AgNO3 + Fe[NO3]23FeO+Fe[NO3]3+10HNO3 3Fe[NO3]3 + NO4Fe[OH]2+ O2 + 2H2OAg+ 5H2O4Fe[OH]35- Các bài tập áp dụng5.1- Bài toán phản ứng của sắt với dung dịch các chất oxi hoá mạnhVí dụ 1: Một dung dịch chứa b mol H2SO4 hoà tan hết a mol Fe thu được khí A và 42,8gam muối khan. Nung lượng muối khan ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có khôngkhí đến khối lượng không đổi được hỗn hợp khí B.1- Tính giá trị c a a, b [biếta 2,5].b62- Tính dA/B.Bài giải:hi Fe phản ứng với H2SO4 thu được khí A , A có thể là H2 hoặc SO2 .Nếu A là H2 , phản ứng tạo FeSO4:Fe+H2SO4aFeSO4+Theo đề:nFeH2[*].bTheo phản ứng [*]:nFenH 2 SO4a 1;a 1nH 2SO4a 2,5b6hông phù hợpNếu A là SO2, phản ứng tạo Fe2[SO4]3:2Fe + 6H2SO4a[**]3aTheo phản ứng [**]:Theo đề:Fe2[SO4]3 + 3SO2 + 6H2OnFenH 2SO4nFenH 2 SO4a 13a 3hông phù hợpa 2,5b6Vậy, trường hợp xảy ra là Fe tác dụng với H2SO4 tạo Fe2[SO4]3 và SO2, còn dư Fe tácdụng với Fe2[SO4]3.2Fe+6H2SO4Fe2[SO4]3 + 3SO2 + 6H2OFe+Fe2[SO4]33FeSO4Fe+2H2SO4FeSO4+ SO2 + 2H2OCó thể coi như một phần Fe tác dụng tạo thành x mol Fe2[SO4]3 :2Fe+6H2SO42xFe2[SO4]3 + 3SO2 + 6H2O [1].6xxMột phần Fe tác dụng tạo thành y mol FeSO4:Fe+ 2H2SO4yFeSO42y+SO2+ 2H2O [2]ySố mol Fe phản ứng là: 2x + y = aSố mol H2SO4 phản ứng là: 6x + 2y = bết hợp ta được hệ : 2x y a6 x 2 y b a 2,56bGiải hệ ta được: x = 0,2a ; y = 0,6aTheo đề tổng khối lượng muối thu được nặng 42,8 gam400x + 152y = 42,8Thay giá trị c a x và y theo a vào ta được a = 0,25; b = 0,6.Muối gồm 0,05 mol Fe2[SO4]3 và 0,15 mol FeSO4. khi nung trong không khí:2Fe2[SO4]32Fe2O30,05+6SO20,154FeSO42Fe2O30,15+3O2[3]O2[4]0,075+4SO20,15+0,0375Khí B gồm 0,3 mol SO2 và 0,1125 mol O2.dBKK0,3.64 0,1125 .32 1,91[0,3 0,1125 ].29Ví dụ 2. Cho hỗn hợp bột gồm 2,7 gam Al và 5,6 gam Fe vào 550 ml dung dịch AgNO31M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam chất rắn. Tính giá trị c a mlà [biết thứ tự trong dãy thế điện hoá: Fe3+/Fe2+ đứng trước Ag+/Ag]Bài giải:Ta có: nAl = 2,7:27 = 0,1 mol; nFe= 5,6:56 = 0,1 mol; n AgNO = 0,55 mol3Al+0,1Fe3AgNO3Al[NO3]3 +3Ag0,3+0,1Fe[NO3]2 +0,32AgNO3Fe[NO3]2 +0,22Ag0,2AgNO3Fe[NO3]3 +0,05Ag0,05Chất rắn thu được là Ag. m = 108.[0,2 + 0,3 + 0,05] = 59,4gNhận xét: Do sắt có khả năng thể hiện số ôxi hóa +2 hoặc +3, nên dạng bài tập phản ứngc a Fe với các chất oxi hóa mạnh khá phức tạp. Với dạng bài tập này, cần chú ý khả năngphản ứng tạo sắt [II] hay sắt [III].5.2- Bài toán phản ứng của kim loại với dung dịch muối của Fe3+.Phân tích trường hợp: cho hỗn hợp X gồm Zn và Al tác dụng với dung dịch Y chứaFeCl3. Xác định các phản ứng có thể xảy ra.Lưu ý: Ta có thể có các trường hợp- Chỉ có Al tác dụng với FeCl3, có 1 bước phản ứng, tạo Fe2+.- Chỉ có Al tác dụng với FeCl3, có 2 bước phản ứng, tạo Fe2+ và Fe.- Có Al và Zn tác dụng với FeCl3, có 1 bước phản ứng, tạo Fe2+.- Có Al và Zn tác dụng với FeCl3, có 2 bước phản ứng, tạo Fe2+ và Fe, trong đó lạicó thể có các trường hợp nhỏ:+ Chỉ có Al tác dụng với FeCl3, tạo Fe2+.+ Có Al và Zn tác dụng với FeCl3, tạo Fe2+.Ví dụ 1: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4 tác dụng với 200 ml dung dịch HNO3loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24 lít khíNO duy nhất ở điều kiện tiêu chuẩn, dung dịch Y và còn lại 1,46 gam kim loại.1. Viết các phương trình phản ứng xảy ra.2. Tính nồng độ mol/l c a dung dịch HNO3 .3. Tính khối lượng muối trong dung dịch Y.Bài giải:Gọi x là số mol Fe tác dụng với dung dịch HNO3, y là số mol Fe2O3. [x, y > 0]Fe+ 4HNO3Fe[NO3]3 + NO + 2H2Oxx3Fe3O4 + 28HNO39Fe[NO3]3 + NO + 14H2O28 y3y2Fe3yy3+ Fe[NO3]3 3Fe[NO3]2x 3y2Theo đề:n NO [x + 3y]2,24 0,1 22,4x+Số mol sắt đã phản ứng là: [x +x56[x +x 3y2y3= 0,1 [*]x 3y2]; lượng sắt còn dư là 1,46 gam.] + 232y = 18,5 – 1,46 = 17,04. [**]ết hợp 2 phương trình [*] và [**], giải hệ ta được x = 0,09 ; y = 0,03.Từ kết quả trên ta tính được: CM [ HNO ] = 3,2M ; mFe[ NO ] = 48,6 gam.33 2Ví dụ 2: Cho 7,7 gam hỗn hợp X gồm Mg và Zn tác dụng với dung dịch HCl dư thu được3,36 lít khí [đo ở điều kiện tiêu chuẩn]. Cho 7,7 gam X tác dụng với 500 ml dung dịchFeCl3 0,4M thu được chất rắn Y. Tính khối lượng Y.Bài giải:Gọi số mol c a Mg và Zn tương ứng trong 7,7 gam X là x, y. [x, y > 0].Theo đề: 24x + 65y = 7,7.Mg+2HCl[*]MgCl2+xZnH2[1]x+2HClZnCl2+yH2[1]yTheo đề: số mol H2= 0,15ết hợp [*] và [**] ta có hệ :x + y = 0,15 [**]24 x 65 y 7,7 x y 0,15Giải hệ ta có: x = 0,05; y= 0,1.hi cho X tác dụng với dung dịch FeCl3: nFeCl3 0,5.0,4 0,2Mg+0,05Zn2FeCl3MgCl2+0,1+0,052FeCl32FeCl2[3]0,1ZnCl2+0,12FeCl2[4]0,1Sau khi FeCl3 phản ứng hết, còn 0,05 mol Zn tác dụng với FeCl2.Zn0,05+FeCl20,05ZnCl2+Fe[5]0,05Chất rắn Y chỉ gồm 0,05 mol Fe. mY = 0,05. 56 = 2,8 gam.Ví dụ 3. Tính thể tích dung dịch HNO3 1M [loãng] ít nhất cần dùng để hòa tan hoàn toànhỗn hợp gồm 0,15 mol Fe và 0,15 mol Cu là [biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO]Bài giảiTa có:Fe+4HNO30,150,6Fe[NO3]3+NO+2H2O0,15Để VddHNO3 nhỏ nhất thì 1 phần Cu sẽ phản ứng với Fe[NO3]33Cu+0,0758HNO33Cu[NO3]2 + 2NO2Fe[NO3]2+4H2O0,2Cu+ 2Fe[NO3]30,075+ Cu[NO3]20,15 n HNO= 0,6 + 0,2 = 0,8 [mol]3 VHNO3= 0,8 : 1 = 0,8[l]Nhận xét: Thường bài toán kim loại tác dụng với dung dich muối sắt [III] thường đi cùngvới sắt tác dụng với dung dịch chất có tính oxi hóa mạnh do bản thân Fe3+ là chất oxi hóamạnh. Với dạng bài tập này, cần chú ý khả năng phản ứng tạo sắt [II] hay sắt đơn chất tùythuộc tỉ lệ mol giữa các chất được lấy.5.3- Bài toán xác ịnh ôxit của sắt5.3.1- Nguyên tắc:Xác định công thức FexOy:- Nếuxy=1- Nếuxy=23 FexOy là: Fe2O3- Nếuxy=34 FexOy là: Fe3O4 FexOy là: FeO- Nếu oxit sắt [FexOy] tác dụng với H2SO4 đặc, HNO3 đặc không giải phóng khí đó làFe2O3.5.3.2- Bài toán minh họa:Ví dụ 1. Đốt cháy hoàn toàn 16,8 gam Fe trong khí O2 cần vừa đ 4,48 lít O2 [điều kiệntiêu chuẩn] tạo thành một ôxit sắt. Xác định công thức phân tử c a oxit đó.Bài giải:Ta có: nFe = 16,8 : 56 = 0,3 mol; n O = 4,48 : 22,4 = 0,2 mol2Gọi oxit sắt cần tìm là FexOy2xFe + yO20,32FexOy0,22x0,3x3== y0, 2y2=34CT cần tìm là: Fe3O4Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn y gam một oxit sắt bằng H2SO4 đặc nóng thấy thoát ra khí SO2duy nhất. Trong thí nghiệm khác, sau khi khử hoàn toàn cũng y gam oxit đó bằng CO ởnhiệt độ cao rồi hòa tan lượng sắt tạo thành bằng H2SO4 đặc nóng thì thu được lượng khíSO2 nhiều gấp 9 lần lượng khí SO2 ở thí nghiệm trên. Xác định công thức c a oxit sắt.Bài giải2FemOn + [6m-2n] H2SO4mFe2[SO4]3 + [6m-2n]H2O+ [3m-2n]SO2y [3m 2n]2[56m 16 n]y56m 16nnFe =my56m 16nSố mol sắt được bảo toàn trong phản ứng khử nên ta có:2Fe + 6H2SO4Fe2[SO4]3 + 6H2O + 3SO23my2[56m 16n]my56m 16nTheo đề bài ta có:3my2[56m 16n]m = 3[3m-2n]= 9y [3m 2n]2[56m 16n]m 6 3= =n 8 4Công thức oxit sắt là Fe3O4Nhận xét:Ôxit c a sắt có thể là 1 trong 3 trường trường hợp, hóa trị c a sắt trong oxit có thểkhông phải số nguyênhi xác định oxit c a sắt cần xét tỉ lệ mol giữa sắt và oxi, chọn tỷ lệ thích hợp vớiôxit đề choVới bài toán xác định oxit c a sắt, thường gặp phản ứng thể hiện tính khử c a oxitkhi tác dụng với chất ôxi hóa mạnh, khi ấy phải viết dưới dạng công thức tổng quát c aoxit.5.4- Bài toán v hỗn hợp sắt và các oxit của sắt5.4.1- Đặc điểm bài toán:Thường các bài toán về hỗn hợp sắt và các oxit c a sắt với yêu cầu tổng quát, cácyêu cầu c a đề thường không đòi hỏi tính thành phần c a các chất trong hỗn hợp mà tínhkhối lượng hỗn hợp, khối lượng sắt, số mol chất oxi hóa, số mol sản phẩm khử khi hỗnhợp phản ứng.5.4.2- Phương pháp thường dùng+ Phương pháp bảo toàn electron.+ Phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử các nguyên tố.+ Phương pháp bán phản ứng [phương trình ion-electron].+ Phương pháp quy đổi.5.4.3- Các dạng bài toán5.4.3.1- Bài toán phản ứng của Fe với O2.* Ví dụ sử dụng phương pháp bảo toàn electron:Ví dụ 1 Đốt cháy x mol Fe bởi oxi thu được 5,04 gam hỗn hợp [A] gồm các oxit sắt. Hòatan hoàn toàn [A] trong dung dịch HNO3 thu được 0,035 mol hỗn hợp [Y] gồm NO vàNO2. Tỷ khối hơi c a Y đối với H2 là 19. Tính x.Bài giảiGọi z, t lần lượt là số mol NO và NO2. Theo đề ta có hệ phương trình: z t 0, 035 z t 0, 035 z 0, 0175 30 z 46tz t 0t 0, 0175 z t 38Ta có sơ đồ biểu diễn các quá trình nhường nhận e:Quá trình ôxi hóa:Fe - 3exFe+33xCác quá trình khử:O+ 2ey2yO-2N+5 + e0,0175N+5 + 3e0,0525N+40,0175N+20,0175Vì tổng số mol e nhường bằng tổng số mol e nhận nên ta có:0,0525 + 0,0175 + 2y = 3x 3x - 2y = 0,07Lại có: mhh = 56z + 16t = 5,043x 2 y 0, 07 x 0, 0756 x 16 y 5, 04 y 0, 07* Ví dụ dùng phương pháp quy đổiCác chú ý khi dùng phương pháp quy đổi- Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất [hỗn hợp X - từ ba chất trở lên] thành hỗn hợp hai chấthay một chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp.- Có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kì cặp chất nào thậm chí có thể quy đổi về một chất.Tuy nhiên nên chọn cặp chất nào có phản ứng oxi hoá khử là ít nhất để đơn giản trongtính toán.- Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi ta gặp số âm đó là do sự bù trừvề khối lượng c a các chất trong hỗn hợp. Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bìnhthường và kết quả cuối cùng vẫn thoả mãn.- hi quy đổi hỗn hợp X về một chất FexOy thì oxit FexOy tìm được chỉ là oxit giả địnhkhông có thực.Ví dụ 2: Nung 8,4 gam Fe trong không khí sau phản ứng ta thu được m gam chất rắn Xgồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Hoà tan m gam hỗn hợp X trong dưng dịch HNO3 dư thuđược 2,24 lít khí NO2 [điều kiện tiêu chuẩn] là sản phẩm khử duy nhất. Tính giá trị c am?Cách quy đổi 1: Quy hỗn hợp X về hai chất FeO và Fe2O3. Ta có các phương trình phảnứng.FeO+4HNO3Fe[NO3]3 + NO2 + 2H2O[1]Fe2O3 +6HNO32Fe[NO3]3 + 3H2O[2]Ta có nFe = 0,15 mol, nNO2 = 0,1 mol nFeO = nNO2 = 0,1 molTa có 0,15 mol c a Fe thì2Fe+O22FeO0,1 mol0,1 mol4Fe2Fe2O3+ 3O20,05 mol0,025 molDo đó mx = 0,1x72 + 0,05x160 = 11,2 gam.Cách quy đổi 2: Quy hỗn hợp chất rắn X về hai chất Fe và FeO có số mol trong hỗn hợptương ứng là x và y. áp dụng định luật bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố ta có: x +y = 0,153x + y = 0,1 giải hệ ta có x = -0,025 mol và y = 0,175 molVậy m = 56x[-0,025] + 72x0,175 = 11,2 gam.Cách quy đổi 3: Quy hỗn hợp X về một chất FexOy.FexOy + [6x–2y]HNO30.13x 2 yxFe[NO3]3 + [3x–2y]NO2 + [3x–y]H2Omol0,1 molTa có nFe = 0,15 =Vậy m =0,15.44860.13x 2 yxy=67Công thức quy đổi là Fe6O7= 11,2 gam.5.4.3.2- Bài toán khử Fe2O3.Ví dụ 1:A là ôxit c a kim loại M [hoá trị n] có chứa 30% oxy theo khối lượng. Xác định côngthức phân tử c a A .Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam oxit A [ở ý 1] ở nhiệt độ cao một thời gianngười ta thu được 6,72 gam hỗn hợp gồm 4 chất rắn khác nhau .Đem hoà tan hoàn toàn hỗn hợp này bằng dung dịch HNO3 dư thấy tạo thành 0,448 lítkhí B duy nhất có tỉ khối hơi so với H2 là 15. Tính m .Bài giảiXác định công thức phân tử của A:Gọi công thức phân tử c a A là M2On ta16n 3có:2M 756nM =3Chỉ có cặp nghiệm n = 3 và M = 56 hợp lý . Vậy A là Fe2O3 .Tính m:Phản ứng khử Fe2O3 :3Fe2O3 + CO2Fe3O4 +CO2[1]Fe2O3 + CO2FeO+CO2[2]Fe2O3 + 3CO2Fe+ 3 CO2[3]Chất rắn thu được gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3.Hoà tan chất rắn bằng HNO3 thu được B .Theo đề MB = 2.15 = 30. Vậy B là NOFe2O3 + 6HNO32Fe[NO3]3 + 3H2O3Fe3O4 + 28HNO39Fe[NO3]3 +NO+ 14H2O[5]+ 10HNO3 3Fe[NO3]3 +NO+ 5H2O[6]NO+ 2H2O[7]3FeOFeTheo đề+ 4HNO3n NO 0,448 0,0222,4Quá trình phản ứng:AFe[NO3]3 +CO[4]hỗn hợp XHNO3Fe3+Giai đoạn 1: Từ A [là Fe2O3 sắt có số oxi hoá +3] bị khử thành hỗn hợp X [4 chất rắn].Số mol e mà Fe+3 nhận là a [mol]Giai đoạn 2: Từ hỗn hợp X [gồm 4 chất rắn] bị oxi hoá trở lại thành Fe3+:Số mol e mà X nhường là b [mol]Do từ A [sắt có số ôxihoá +3] bị CO khử thành hỗn hợp X [4 chất rắn]. Từ hỗn hợp X[chất rắn] bị HNO3 oxi hoá trở lại thành Fe3+, trong hai quá trình này số electron đượcbảo toàn. Vì vậy a = bở giai đoạn 2:NO3- + 4H+ + 3eNO + 2H2One = 3 nNO = 3.0.02 = 0,06Vậy ở giai đoạn 1, số mol electron mà Fe2O3 đã nhận là 0,06 .Quá trình bị khử c a Fe2O3:O -2 - 2e = OSố mol O-2 bị khử: nO-2 = 0,5 ne = 0,5.0,06 = 0,03Lượng oxy mất đi [tham gia phản ứng biến đổi CO thành CO2]bằng 0,03.16 = 0,48. Vậy lượng Fe2O3 ban đầu là:m = mX + 0,48 = 6,72 + 0,48 = 7,2 [ gam ]Ví dụ 2: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau mộtthời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết Xtrong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 [sản phẩm khử duy nhất ở điềukiện tiêu chuẩn]. Tính m ?Bài giải:Sơ đồ phản ứng FeO, Fe3O4 HNO3dn NO2 COFe2O3 o t Fe[ NO2 ]3 Fe2O3 , FeTrong trường hợp này xét quá trình đầu và cuối ta thấy chất nhường e là CO, chất nhận elà HNO3. Nhưng nếu biết tổng số mol Fe trong oxit ta sẽ biết được số mol Fe 2O3. Bởi vậyta dùng chính dữ kiện bài toán hòa tan x trong HNO3 đề tính tổng số mol Fe.Theo đề ra ta có:nNO2 0,195molGọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và yta có: 56x + 16y = 10,44 [1].Quá trình nhường và nhận e:Fe –Quá trình ôxi hóa:xCác quá trình khử:Oy3eFe3+3x+2e2yN+5 + 1e0,195O2yN+40,195Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,195Từ [1] và [2] ta có hệ56 x 16 y 10,443x 2 y 0,195[2]Giải hệ trên ta có x = 0,15 và y = 0,1275Như vậy nFe = 0,15 mol nên nFe O 0,075mol m = 12 gam.2 35.4.3.3- Bài toán khác về hỗn hợp sắt và các oxitVí dụ 1: Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng dd HNO3 đặc nóngthu được 4,48 lít khí NO2 [điều kiện tiêu chuẩn]. Cô cạn dd sau phản ứng thu được 145,2gam muối khan. Tính m.Bài giải:Số mol NO2 = 0,2 mol;Số mol Fe[NO3]3 =145, 2242= 0,6 molQuy hỗn hợp X về hỗn hợp 2 chất FeO và Fe2O3 ta có:FeO + 4HNO3 → Fe[NO3]3 + NO2 + 2H2O0,20,20,2Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe[NO3]3 + 3H2O0,20,4 mX = 0,2[72 + 160] = 46,4[g]Ví dụ 2: Cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 có khối lượng 4,04g phản ứng hết với ddHNO3 dư thu được 336ml khí NO [điều kiện tiêu chuẩn] là sản phẩm khử duy nhất. Tínhsố mol HNO3.Bài giải: Quy hỗn hợp X về 2 chất FeO và Fe2O3, ta có:Số mol NO = 0,015 molKhí NO được tạo thành chỉ do FeO:3FeO + 10HNO3 → 3Fe[NO3]3 + NO + 5H2O0,0450,150,015 mFeO= 0,015 x 72 = 3,24[g]; m Fe O = 0,8[g]; n Fe O = 0,005 mol23Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe[NO3]3 + 3H2O0,0050,03 Tổng số mol HNO3 = 0,08 mol23Nhận xét:Bài toán về sắt và các ôxit c a sắt thường không yêu cầu, không có dữ kiệnđể tính trực tiếp số mol các chất trong hỗn hợp, chỉ dựa trên khả năng phản ứng c a toànhỗn hợp và số mol sản phẩm. Nếu đặt ẩn số là số mol các chất thành phần để tính thì việcgiải bài toán sẽ rất khó khăn.Để giải các bài toán về sắt và oxit c a sắt có thể sử dụng các phương pháp:phương pháp bảo toàn electron, phương pháp bảo toàn số mol nguyên tử các nguyên tố,phương pháp quy đổi … Các phương pháp trên được sử dụng linh hoạt.5.5- Bài toán v phản ứng của hợp chất sắt [II].Ví dụ 1:Hỗn hợp A gồm: M, MO, MCO3. Lấy 61,6 gam A hòa tan trong 1 lít dung dịch HCl 3Mthu được dung dịch B và 11,2 lít [ở điều kiện tiêu chuẩn] hỗn hợp khí D. Cho D vào dungdịch Ca[OH]2 thu được 10 gam kết t a, tách kết t a khỏi dung dịch rồi them dung dịchNaOH dư vào phần nước lọc thu được 5,0 gam kết t a. Để trung hòa axit dư trong dungdịch B cần dùng 700 ml dung dịch NaOH 2M.1- Xác định tên kim loại M.2- Thổi khí O2 vào dung dịch B, sau một thời gian thu được dung dịch E. Cho dung dịchOH dư vào dung dịch E thu được kết t a X. Nung X trong không khí đến khối lượngkhông đổi thấy khối lượng giảm đi 17% so với trước khi nung. Tính nồng độ mol/l c acác chất trong dung dịch E.Bài giải:Gọi số mol các chất M, NO, MCO3 trong A lần lượt là x, y, z [x, y, z > 0]hi cho A tác dụng với dung dịch HCl, nHCl = 3.1 = 3 [mol]M+2HClx2xMO +x2HCly2yMCO3z++H2.+H2OxMCl2y2HCl2zMCl2zMCl2z+CO2 +H2O11,2 0,5 x + z = 0,522,4Khí D gồm x mol H2 và z mol CO2. n D hi hấp thụ D vào dung dịch Ca[OH]2 thu được 10 gam kết t aCO2 + Ca[OH]2 CaCO30,1+nCaCO3 10 0,1100H2O0,1Dung dịch lọc tác dụng với dung dịch NaOH tạo kết t a nên có muối hyđrocacbonat:2CO2+ Ca[OH]2 Ca[HCO3]22aaKhi thêm dung dịch NaOH dư:Ca[HCO3]2+2NaOHCaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2Oa nCO2 a5 0, 05100Tổng số mol CO2 là: 0,1 + 2a = 0,2 z = 0,2; x = 0,3.Trung hòa axit dư trong B bằng dung dịch NaOH. Số mol NaOH là:nNaOH = 0,7.2 = 1,4 [mol]HCl+1,4NaOHNaCl+H2O1,4 2x + 2y + 2z + 1,4 = 3 y = 0,3 0,3M + 0,3[M + 16] + [0,2[M + 60] = 61,6 M = 56 im loại M là sắt.Dung dịch B gồm 0,8 mol FeCl2 và 1,4 mol HCl.ứng:12FeCl2+ 3O2+ 6H2Ohi sục O2 vào B có t mol FeCl2 phản8FeCl3 + 4Fe[OH]3Do trong B có HCl, Fe[OH]3 bị hòa tan ngayFe[OH]3+ 3HClFeCl3 + 3H2OCó thể viết tổng hợp hai phản ứng trên:4FeCl2+ O2 + 4HCl4FeCl3+ 2H2OtttDung dịch E gồm t mol FeCl3; [0,8 – t] mol FeCl2 và [1,4 – t] mol HCl.hi cho E tác dụng với dung dịch OH dư:HCl+ KOHKClFeCl3+ 3KOHFe[OH]3 + 3KCltFeCl2+ H2 Ot+ 2KOHFe[OH]2 + 2KCl[0,8 - t][0,8 - t]ết t a X thu được gồm t mol Fe[OH]3 và [0,8 – t] mol Fe[OH]2.Khi nung X trong không khí:4Fe[OH]2 + O2 + 2H2O[0,8 - t]4Fe[OH]2[0,8 - t]hi chuyển hóa hết Fe[OH]2, tổng số mol Fe[OH]3 là 0,8 mol.2Fe[OH]30,8Fe2O3 + 3H2O0,4Chất rắn thu được gồm 0,4 mol Fe2O3 có khối lượng bằng 83% khối lượng c a X. 0, 4.16083107t 90[0,8 t ] 100 t = 0,3Trong quá trình phản ứng, thể tích dung dịch coi như không đổi nên dung dịch E cóthể tích 1 lít.Dung dịch E gồm các chất và có nồng độ mol/lit:0,3 mol FeCl3 nồng độ 0,3M0,5 mol FeCl2 nồng độ 0,5M1,1 mol HCl nồng độ 1,1MVí dụ 2: Cho 500 ml dung dịch FeCl2 0,5M tác dụng với 500 ml dung dịch AgNO3 1,2Mthu được chất rắn A và dung dịch B. Tính khối lượng A và nồng độ các chất trong B.Bài giải:Số mol FeCl2 là 0,5.0,5 = 0,25 [mol]. Số mol AgNO3 là: 0,5.1,2 = 0,6 mol.Phản ứng xảy ra:FeCl2+2AgNO30,25Fe[NO3]20,5+ 2AgCl0,250,5Sau phản ứng, còn 0,1 mol AgNO3, tiếp tục tác dụng với Fe[NO3]2:Fe[NO3]2 + AgNO3 0,1Fe[NO3]30,1+Ag0,10,1Chất rắn A gồm mol AgCl và 0,1 mol Ag.MA = 0,5.143,5 + 0,1.108 = 82,55 [gam]Dung dịch B có thể tích bằng tổng thể tích hai dung dịch ban đầu [1 lit], gồm các chất vànồng độ tương ứng:Fe[NO3]2 0,15 mol, nồng độ 0,15MFe[NO3]2 0,1 mol, nồng độ 0,1MVí dụ 3: Sục 2,24 lít Cl2 vào 500 ml dung dịch FeBr2 0,3M thu được dung dịch A. Tínhnồng độ các chất trong A.Bài giải:nCl 2 2,52 0,1125 ; nFeBr2 0,5.0,3 0,1522,4Phản ứng xảy ra:6FeBr20,15+ 3Cl20,0754FeBr3+0,12FeCl3.0,05Sau phản ứng còn 0,0375 mol Cl2 tiếp tục phản ứng với FeBr3:2FeBr30,025+ 3Cl20,03752FeCl3+0,0253Br2.0,0375Dung dịch A gồm 0,075 mol FeCl3; 0,075 mol FeBr3 và 0,0375 mol Br2.Nồng độ các chất trong A là:C FeCl3 0,075 0,15 [M];0,5C FeBr3 0,075 0,15 [M];0,5C Br23 0,0375 0,075 [M]0,5Nhận xét:Hợp chất sắt [II] thể hiện tính chất tùy thuộc khả năng thể hiện tính khử, tinh oxihóa c a các chất cùng phản ứng và độ mạnh yếu c a chúng.Trong các phản ứng c a hỗn hợp các chất và hợp chất sắt [II] cần lưu ý đến khảnăng phản ứng và thứ tự ưu tiên c a các chất.Trường hợp hỗn hợp phản ứng gồm nhiều chất, nhiều ion có khả năng tham gia,học sinh thường không chú ý đến khả năng có nhiều trường hợp xảy ra tùy thuộc theo khảnăng phản ứng [thứ tự ưu tiên], tỉ lệ mol các chất phản ứng, khả năng chất dư tác dụngvới sản phẩm …C. K t luậnCó nhiều cách khai thác khác nhau đối với bài tập về sắt và các hợp chất c a sắt. Trongphạm vi c a bài viết này khó có thể tổng hợp hết các cách khai thác đó. Trên đây, tôi chỉnêu lên một số cách xem xét và phân tích bài tập về sắt và các hợp chất trên cơ sở khảnăng chuyển hóa các số oxi hóa c a sắt trong các dạng bài toán thường gặp đối với họcsinh bậc học Trung học Phổ thông.Trên cơ sở phân tích, hệ thống các dạng bài tập về sắt, các hợp chất c a sắt và cách giảicác bài tập vận dụng, tôi đã thống kê một số dạng bài tập thường gặp, nêu các cách phântích và hướng áp dụng cho các bài tập tương tự. hi áp vào quá trình giảng dạy, các emđã vận dụng linh hoạt và giải các bài toán nhanh, chính xác, đặc biệt là khi gặp các bàitập trắc nghiệm. Trong các kỳ thi tuyển sinh vào đại học và cao đ ng những năm gần đây,học sinh đã biết cách phân tích và giải các bài tập về sắt và hợp chất c a sắt đạt hiệu quảcao hơn.