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
1
(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.

các chất được tạo thành sau phản ứng.
Trong đó chúng ta cần vận dụng các hệ quả
3
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
.
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

.
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
3Fe Fe e
+
→ +
2
4
5
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

y
x 3x
22,4
V
22,4
V
22,4
V
22,4
V
y
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.
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 HNO
3
” 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 HNO
3

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.
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, Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
. Hỗn hợp này phản ứng hết với dung
dịch HNO
3
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] [HNO
3
]
7
Fe hh X Fe
3+
Fe bị oxi hoá thành Fe
3+
bằng 2 chất oxi hoá là O và HNO

O
m 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, Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
. 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 H
2
là 19.
Tính m và thể tích HNO
3
1M đã dùng?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng:
32
2
3 4
( )
2 3

+ Số mol HNO
3
ban đầu bằng số mol HNO
3
trong muối và chuyển về các khí.
Giải quyết vấn đề: Theo đề ra ta có:
2
0,125
NO NO
n 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
4
5
2
2
5
2
1
3
O e O
N e N O
N e N O

= + = + +
nên
3
0,3 3 0,125 0,125 1,15
HNO
n x= + + =
mol.
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:
9
2y
y
x 3x
0,125
0,125 3x
y
0,125
0,125

3
O
4
phản ứng hết với
dung dịch HNO
3
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
3
NO
−
. 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
3
3Fe Fe e
+
→ +
2
2

y
Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15
Như vậy
3 3
( )
0,16
Fe Fe NO
n 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, 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

2
O
3
; FeO có số mol bằng nhau nung nóng
với H
2
thu được 6,4 g hỗn hợp D gồm 2 kim loại và 4 oxit. Hoà tan hoàn toàn D
trong dd HNO
3
loãng dư thu được 0,672 lit khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất.
Tính a?
11
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.
Chất khử: Chất oxi hoá:
Cu → 2e + Cu
2+
O + 2e → O
2-

x 2x y 2y
Fe → 3e + Fe
3+
NO
3
-

4
. Hòa
tan hết X trong dung dịch HNO
3
đặc, nóng thu được 4,368 lít NO
2
(sản phẩm khử
duy nhất ở đktc). Tính m ?
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
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

↑


+
→ +
2
4
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)
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 n
Fe

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
13
2y
y
x 3x
y
0,195
0,195
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
SO
4
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:
2

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


↓

 
→ → →
  
↓





+ Ta coi H
+
của axit chỉ phản ứng với 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)
→
n
Fe
= 0,1 mol
Ta lại có 2Fe
→
Fe
2
O
3
0,1 0,05
Vậy m = 0,05x160 = 8 gam.

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
2
O
3
tác dụng vừa hết với 700
ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H
2
(đktc). Cho X phản ứng với
dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đến khối lượng
không đổi thu được được m(g) chất rắn. Tính giá trị của m?
15
2
2
2
2 2
2
H e H



↓

 
→ → →
  
↓

 




+ Ta coi H
+
của axit vừa nhận electron để thành H
2
và phản ứng với O
2-
của oxit
+ Toàn bộ Fe trong oxit cuối cùng chuyển về Fe
2
O
3
+ Từ tổng số mol H
+
và số mol H
2
ta có thể tính được số mol O trong oxit từ đó tính

=
(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
Fe
+ m
O
=7,68
Nên m
Fe
= 20 – 0,2x16 =16,8 (gam)
→
n
Fe
= 0,3 mol
Ta lại có 2Fe
→
Fe
2
O
3
. 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 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
2
SO
4
loãng dư được 200 ml dung dịch
X. Tính thể tích dung dịch KMnO
4
0,1M cần thiết để phản ứng hết 100 ml dung dịch
X?
Phân tích đề:
Theo để ra số mol FeO bằng số mol của Fe
2
O
3
nên ta coi như hỗn hợp chỉ có
Fe
3
O
4
. Sau khi phản ứng với H
2
SO

2
O
3
nên ta coi hỗn hợp
Ta có
3 4
4,64
0,02
232
Fe O
n mol= =
Ptpư: Fe
3
O
4
+ 4H
2
SO
4

→
FeSO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3
+ 4H

O
0,01 0,002
Như vậy ta có
4
0,002
0,02( )
0,1
KMnO
V lit= =
hay 20 ml.
Ví dụ 9: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
tan vừa hết trong
dung dịch H
2
SO
4
tạo thành dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được 70,4 gam
17
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 H
2
SO

tổng khối lượng muối FeSO
4
và Fe
2
(SO
4
)
3
mà biết được FeSO
4
vậy từ đây ta tính
được Fe
2
(SO
4
)
3
và như vậy biết được số mol của Fe
2
O
3.
Giải quyết vấn đề: Coi hỗn hợp gồm FeO và Fe
2
O
3
ta có phương trình phản ứng:
FeO + H
2
SO
4

2Fe
2+
+ Cl
2

→
2Fe
3+
+ 2Cl
-
Vậy
77,5 70,4
0,2
35,5
Cl
n mol
−
−
= =
. Như vậy số
2
4
0,2
FeSO FeO
Fe
n n n mol
+
= = =
Mà
4 2 4 3

Bài 1: Để m gam sắt ngoài không khí một thời gian được hỗn hợp rắn gồm Fe, FeO,
Fe
2
O
3,
và Fe
3
O
4
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, Fe
2
O
3
. 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 H
2
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
3
O
4
, Fe
2
O
3

được 5,6 lít khí SO
2
(sản phẩm khử duy nhất ở đktc).
1. Tính m?
2. Nếu thay H
2
SO
4
bằng HNO
3
đặc nóng thì thể tích NO
2
(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
2
O
3
nung nóng. Sau một
thời gian thu được hỗn hợp X nặng 44,64 gam gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
. Hòa tan
X bằng HNO
3

3
. Hoà tan hết M
vào H
2
SO
4
đặc, nóng dư thu được 3,36 lít SO
2
(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.
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.
20
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:

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 thời gian
giải bài tập. Đó cũng là động lực để tôi hoàn thành đề tài này.
22
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
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

25