SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 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 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.

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.
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 m
T
là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, m
S
là khối
lượng các chất sau phản ứng. Dù phản ứng xảy ra với hiệu suất bất kỳ ta đều
có: m
T
= m
S

O
4
, Fe
2
O
3
tác dụng với HNO
3
thu được khí NO
2
. 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 Fe
3+

.
Chất nhận electron: O và HNO
3
, tạo sản phẩm là oxit và V lít NO
2
(đktc).
Theo định luật bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = m (1)
Theo định luật bảo toàn electron
Chất khử Chất oxi hóa
3
3
Fe Fe e



 



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. n
Fe

= 2. n
O
+ n
NO2

Chương II. THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Thuận lợi
2y
y

x

3x
22,4
V

SO
4
đặc nóng )
hoặc cả với những axit mạnh thông thường (như HCl, H
2
SO
4
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 HNO
3
(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.

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 n
NO
= 0,125 mol, n
Fe
= 0,225 mol
Gọi số mol oxi trong oxit là x ta có:
Chất khử Chất oxi hóa
Fe 3 e + Fe
3+
O + 2e O
2-

0,225 0,675 x 2x
NO
3
-

+ 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:

2
3 4
( )
2 3
3 3
,
à Fe du
( )
HN OO kk
N O
FeO Fe O
Fe N O
Fe O v
Fe NO




      
 




+ 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 HNO
3
.
+ HNO
3

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)
2y
y

x

3x
0,125
0,125 3
x
y


Vậy
3
1,15
1,15( ít)
1
HNO
V l
 

Ta cũng có thể dùng phương trình ion – electron để tìm số mol H
+
chính
là số mol HNO
3
phản ứng:
NO
3
-
+ e + 2H
+
 NO
2
+ H
2
O
NO
3
-
+ 3e + 4H
+

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
3
3
Fe Fe e

 

2
2
5
2
3
O e O
N e N O



 
 

2y

sau phản ứng sinh ra 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
. Hỗn
hợp này phản ứng hết với dung dịch HNO
3
loãng (dư), thu được 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 NO
2
, NO ta có vẫn đặt hệ bình
thường tuy nhiên chất nhận e bây giờ là HNO
3
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 toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có:

3 3 3 2
ôi í
3 ( )
mu Kh

khử duy nhất. Tính a?
Giải quyết vấn đề: Gọi số mol mỗi oxit CuO, Fe
2
O
3
, FeO trong a gam hỗn hợp
đầu là x, ta có: Cu = x mol, Fe = 3x mol.
0,06
0,18
0,18
0,18
Chất khử: Chất oxi hoá:
Cu  2e + Cu
2+
O + 2e  O
2-

x 2x y 2y
Fe  3e + Fe
3+
NO
3
-
+ 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 Fe

(sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m ?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
3
3 4
2
2 3
2 3
2 3
,
, Fe
( )
o
HNO dn
CO
t
FeO Fe O
NO
Fe O
Fe O
Fe NO




 
 





5
2
2
1
O e O
N e N O



 
 

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

x

3x

y

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

2
1
N e N O


 

Sau đó dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có: m = 10,44 + m
O
.
Phát triển bài toán:
Nếu là dạng khử không hoàn toàn một oxit sắt khác (như Fe
3
O
4
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 H
2
SO
4
đặc nóng để giải bài toán này.

1.4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H
+
(HCl, H
2

2
O
3
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 3
3
3
3 4
( )
( )
HCl NaOH nungtrongkk
FeO
FeCl Fe OH
Fe O Fe O
FeCl
Fe OH
Fe O




 
  
  


 

Theo phương trình:
2
2
2
H O H O
 
 
 
 
trong O
2-
là oxi trong hỗn hợp oxit
0,26 0,13
2
0,13
O
n mol


mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m
Fe
+ m
O
=7,68
Nên m
Fe
= 7.68 – 0,13x16 =5,6(gam)


2
SO
4
loãng )
Tổng quan: Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng
ngoài H
2
O

còn có H
2
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 H
2
để tìm số mol
của O
2-
từ đó tính được tổng số mol của Fe.
Ví dụ 7: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe

( )
( )
HCl NaOH nungtrongkk
Fe
H
FeO
Fe OH
FeCl Fe O
Fe O
Fe OH
FeCl
Fe O







 
  
  


 






:
2
2
2
2 2 (1)
2 (2)
H e H
H O H O

 
  
 
 
 

Từ (1) ta có
0,3
H
n mol


(với số mol H
2
=0,15mol) như vậy số mol H
+
phản ứng
theo phản ứng (2) là 0,4 mol( tổng 0,7 mol). Vậy số mol O
2-
là: 0,2 mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m

mol FeO và Fe
2
O
3
có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là
Fe
3
O
4.
còn nếu không có dữ kiện đó thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe
2
O
3
. 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
2
O
3
, Fe
3
O
4
(trong đó số mol FeO bằng số mol
Fe
2
O
3
). Hòa tan 4,64 gam trong dung dịch H

3
. Dung dịch KMnO
4
tác dụng với FeSO
4
trong H
2
SO
4
dư. Như vậy từ
số số mol của Fe
3
O
4
ta có thể tính được số mol của FeSO
4
từ đó tính số mol
KMnO
4
theo phương trình phản ứng hoặc phương pháp bảo toàn electron.
Giải quyết vấn đề : Vì số mol của FeO bằng số mol của Fe
2
O
3
nên ta coi hỗn
hợp
Ta có
3 4
4,64
0,02

10FeSO
4
+ 2KMnO
4
+8H
2
SO
4


5Fe
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+2MnSO
4
+8H
2
O
0,01 0,002
Như vậy ta có
4
0,002
0,02( )

(SO
4
)
3
. Do đó ta có thể coi hỗn hợp ban đầu chỉ gồm hai oxit FeO và Fe
2
O
3
.
Ta thấy khối lượng muối tăng lên đó là do phản ứng:
2Fe
2+
+ Cl
2


2Fe
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 Fe
2+
từ đó tính được số mol FeO, mặt
khác ta có tổng khối lượng muối FeSO
4
và Fe
2
(SO

+ H
2
O
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4


Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Khối lượng tăng lên đó chính là khối lượng của Cl
-
có trong muối theo phương
trình:
2Fe
2+
+ Cl
2

FeSO Fe SO
m m 
vậy
2 4 3
( )
70,4 0,2 152
0,1
400
Fe SO
x
n mol

 

Nên
2 4 3 2 3
( )
0,1
Fe SO Fe O
n n mol
 

Do đó
2 3
0,2 72 0,1 160 30,4( )
FeO Fe O
m m m x x gam
     Vậy m = 30,4 gam

1.7. Một số bài tập vận dụng

O
3
) thì cần
0,05 mol H
2
. Nếu hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y trong dung dịch
H
2
SO
4
đặc thì thu được khí SO
2
(sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí SO
2

(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 HNO
3
loãng
dư thu được 0,784 lít khí (đktc) gồm NO và NO
2
có tỉ khối so với H
2
là 19.
Tính m?
(Đáp án: 3,92
gam)

4
,
Fe
2
O
3
. Hòa tan X bằng HNO
3
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
2
O
3
nung nóng.
Sau một thời gian thu được hỗn hợp X nặng 13,92 gam gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
,
Fe
2
O
3
. Hòa tan X bằng HNO
3
đặc nóng thu được V lít khí NO
2
(đktc). Tính V?

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
C
ộng

70

0

5

23

42

Tỉ lệ (%) 0,0 7,1 32,9 60

8

1
4

9

5

Cộng 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


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.
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.

MỤC LỤC


TÀI LIỆU THAM KHẢO
19