THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ
Tên chuyên đề: “Bài tập hỗn hợp sắt và oxít sắt với dung dịch axít”
Tác giả:
- Họ và tên: Phan Thanh Long
- Chức vụ: Giáo viên
- Đơn vị công tác: Trường THCS Lê Hồng Phong – Phúc Yên
Đối tượng học sinh bồi dưỡng:
Học sinh lớp 9 tham gia các kì thi HSG cấp huyện, cấp tỉnh
Thời gian bồi dưỡng: 6 tiết
NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
I. Lý do chọn chuyên đề:
Trước xu thế đổi mới của đất nước hiện nay, đang tiến hành công cuộc
công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Vấn đề “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân
lực, bồi dưỡng nhân tài” là vấn đề cấp bách cần giải quyết. Một trong những trọng
tâm là đổi mới nền giáo dục, phương hướng giáo dục của Đảng, Nhà nước và của
ngành
giáo dục & đào tạo trong thời gian trước mắt cũng như lâu dài, làm sao đào tạo ra
những con người “Lao động, tự chủ, sáng tạo” có năng lực thích ứng với nền kinh
tế thị trường, có năng lực giải quyết được những vấn đề, năng động, linh hoạt và có
óc sáng tạo.
Để bồi dưỡng cho học sinh năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề,
lý luận dạy học hiện đại khẳng định: Cần phải đưa học sinh vào vị trí chủ thể
hoạt động nhận thức, học trong hoạt động. Học sinh bằng họat động tự lực, tích
cực của mình mà chiếm lĩnh kiến thức. Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần
sẽ góp phần hình thành và phát triển cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo.
1
Tăng cường tính tích cực phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh trong quá
trình học tập là một yêu cầu rất cần thiết, đòi hỏi người học tích cực, tự lực tham
gia sáng tạo trong quá trình nhận thức.
Bộ môn Hoá học ở phổ thông có mục đích trang bị cho học sinh hệ thống
kiến thức cơ bản, bao gồm các kiến thức về cấu tạo chất, phân loại chất tính chất,

Là một giáo viên tham gia bồi dưỡng đội tuyển HS giỏi ở trường tôi đã thấy
được nhiều vấn đề mà trong đội tuyển nhiều học sinh còn lúng túng, nhất là khi
giải quyết các bài toán liên quan đến hỗn hợp sắt và các oxít sắt. Trong khi loại bài
tập này không chỉ gặp trong các sách nâng cao lớp 9 mà cả trong chương trình
THPT, các đề thi ĐH-CĐ.
Để góp phần nhỏ giải quyết những khó khăn trên tôi lựa chọn chuyên đề “Bài
toán hỗn hợp sắt và oxít sắt với dung dịch axít” nhằm củng cố, nâng cao kiến thức
cho học sinh đội tuyển khi tham gia các kì thi HSG cấp thị ,cấp tỉnh và giúp các em
sau này có thể học tốt hóa học THPT.
II. Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề
1.Kiến thức cơ bản
a. Tính chất hóa học của sắt
- Tác dụng với phi kim:
+ Tác dụng với oxi:
3Fe(r) + 2O
2
(k)
o
t
→
Fe
3
O
4
(r)
+ Tác dụng với clo:
2Fe(r) + 3Cl
2
(k)
o

→
FeCl
2
+ H
2
*Lưu ý: Fe không tác dụng được với HNO
3
đặc, nguội và H
2
SO4 đặc,
nguội
- Tác dụng với dung dịch muối
Fe + 2AgNO3
→
Fe(NO3)2 + 2Ag
Fe + CuSO4
→
FeSO4 +Cu
→
Kết luận:
Sắt có đầy đủ tính chất hóa học của một kim loại.
b. Tính chất hóa học của oxit sắt.
3Fe
2
O
3
+ CO
o
t
→

+ H
2
O
FeO+ 2HCl
→
FeCl
2
+ H
2
O
Fe
2
O
3
+3H
2
SO
4

→
Fe
2
( SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Fe

O
Fe
3
O
4
+ 8HCl
→
FeCl
2
+ 2FeCl
3
+ 4H
2
O
2.Kiến thức nâng cao
a. Tính chất hóa học của sắt
Tác dụng với dung dịch HNO
3
và H
2
SO
4
đặc, nóng
Fe khử
5
N
+
hoặc
6
S

)
3
+ NO + 5H
2
O
3Fe
3
O
4
+ 28HNO
3
→ 9Fe(NO
3
)
3
+ NO +14H
2
O
Fe
2
O
3
+ 6HNO
3
→ 2Fe(NO
3
)
3
+ 3H
2

4
+ 2KMnO
4
+8H
2
SO
4

→
5Fe
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+2MnSO
4
+8H
2
O
2FeCl
2
+ Cl
2

→

5
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.
III.Hệ thống các phương pháp cơ bản, đặc trưng để giải các dạng bài tập
trong chuyên đề: Phương pháp đai số, phương pháp quy đổi, phương pháp bảo
toàn e, Phương pháp bảo toàn khối lượng.
IV.Các dạng bài tập trong chuyên đề:
1.Dạng 1:Dạng hỗn hợp sắt và các oxit sắt phản ứng với dung dịchHNO
3
;H
2
SO
4
đặc ,nóng
Với giả thiết là cho m gam hỗn hợp gồm Fe và các oxit FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
tác dụng với HNO
3
(dư) thu được 1 khí duy nhất thì ta có thể sử dụng nhiều phương

3
3Fe Fe e
+
→ +
2
2
5
2
3
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
3 2
22,4
x y m
V
x y
+ =


2
SO
4
đặc, nóng (dư) sinh ra khí SO
2
hay một khí khác cũng làm tương tự.
Nếu đề bài yêu cầu tìm khối lượng muối thu được sau phản ứng cần lưu ý sự
liên hệ giữa số mol sắt và số mol muối.
2.Dạng 2. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với dung dịch axit
HCl;H
2
SO
4
loãng
Với dạng bài cho hỗn hợp các oxít sắt ( không chứa Fe) phản ứng với dung
dịch axit HCl;H
2
SO
4
loãng.
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
2H O H O
+ −
 
+ →
 
và tạo ra các muối Fe

Dạng này cơ bản giống dạng trên tuy nhiên sản phẩm phản ứng còn có thể
có H
2
do Fe phản ứng. Nếu trường hợp có H
2
sinh ra do Fe phản ứng thì 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.
V.Các bài tập vận dụng
1. Dạng một: hỗn hợp sắt và các oxit sắt phản ứng với dung
dịchHNO
3
;H
2
SO
4
dặc ,nóng
Bài tập1 : Đốt m gam sắt ngoài không khí sau một thời gian phản ứng sinh
ra 12 gam hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe
2



↑
 
→ →
 




Quy đổi hỗn hợp A về Fe và O.Như vậy xét cả quá trình Fe đóng vai trò chất
khử, O và HNO
3
đóng vai trò chất oxi hóa.
Số mol NO = 0,1 mol.
Gọi số mol Fe và O tương ứng trong A là x và y ta có: 56x + 16y = 12 (1).
Quá trình nhường và nhận e:
0 3
3Fe Fe e
+
→ +
0 2
2
5
2
3
O e O
N e N O
−
+


Giải hệ phương trình trên ta có x = 0,18 và y = 0,12 => m
Fe
=0,18.56 =
10,08g
Cách2: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, FeO: y mol. Ta có
hệ phương trình sau:
56 72 12 0,06
3 0,3 0,12
x y x
x y y
+ = =
 
⇔
 
+ = =
 

⇒ m
Fe
= (0,06 + 0,12).56 = 10,08 gam
Cách3: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm Fe: x mol, Fe
3
O
4
: y mol. Ta
có hệ phương trình sau:

56 232 12 0,09
3 0,3 0,03

= (0,1 + 2.0,4).56 = 10,08 gam
Cách5:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm FeO: x mol, Fe
3
O
4
: y mol. Ta
có hệ phương trình sau:
72 232 12 0,36
0,3 0,06
x y x
x y y
+ = =
 
⇔
 
+ = = −
 
⇒ m
Fe
= [0,36 + 3.(-0,06)].56 = 10,08g
Cách6: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm FeO: x mol, Fe
2
O
3
: y mol.
Ta có hệ phương trình sau:

72 160 12 0,3
0,3 0,06
x y x

= =−
 
⇒ m
Fe
=[3.0,3 + 2.(-0,36)].56 = 10,08g
Cách8:Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm 3 chất Fe:x mol; FeO:y mol;
Fe
2
O
3
: z mol. Ta có hệ phương trình sau:
56 72 160 12(1)
3 0,3(2)
x y z
x y
+ + =


+ =

⇒ x + y+ 2z = 0,18
⇒ mFe = (x+y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 gam.
Cách9: Qui đổi hỗn hợp A thành hỗn hợp gồm 3 chất Fe:x mol,Fe
3
O
4
: y
mol,Fe
2
O

+ + =


+ =

⇒ x + 3y + 2z = 0,18
⇒ mFe = (x+3y+2z).56 = 0,18.56 = 10,08 gam.
Cách11: Do hỗn hợp A chỉ gồm 2 nguyên tố là sắt và oxi nên có thể qui đổi
về một chất có công thức qui đổi là:
0
x y
Fe
. Viết PTHH của phản ứng với công
thức qui đổi:

( ) ( ) ( ) ( )
3 3 2
3
3 0 12 2 3 3 2 6
x y
Fe x y HNO xFe NO x y NO x y H O
+ − → + − + −

10
12
56 16
n
Fe O
x y
x y

Fe
= = =
Cách12: Do hỗn hợp A chỉ gồm 2 nguyên tố là sắt và oxi nên có thể qui đổi
về một chất có công thức qui đổi là
x
FeO
Viết PTHH của phản ứng với công thức qui đổi:
( )
( )
( ) ( )
3 12 2 3 3 2 6
3
3 2
3
FeO x HNO Fe NO x NO x H O
x
+ − → + − + −

0,1 mol
Ta có
12 0,1.3 2
56 16 3-2 3
n x
FeO
x x
x
= = → =
+
→
Công thức qui đổi là FeO

2
O
3
Đặt x, y, z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3

Fe + 4HNO
3
→ Fe(NO
3
)
3
+ NO + 2H
2
O
x mol x mol
3FeO + 10HNO
3
→ 3Fe(NO
3
)
3
+ NO + 5H
2

)
3
+ 3H
2
O
Theo khối lượng hỗn hợp A:
11
56x + 72y +232z + 160t = 12 (1)
Theo số mol nguyên tử Fe: x+y+3z+2t =
56
m
(2)
Theo số mol nguyên tử O: y+4z+3t=
12
16
m−
(3)
Theo số mol NO:
2,24
0,1
3 3 22,4
y z
x + + = =
(4)
Hay 3x+y+z = 0,3
Nhận xét: Với bốn phương trình mà có năm ẩn ở trên chúng ta không thể tìm
ra năm ẩn được. Nhận thấy chỉ cần biến đổi để tìm được giá trị của phương trình
(2) hoặc (3) là tính được m. Chẳng hạn, đi tìm giá trị của phương trình (2) như sau:
Chia (1) cho 8 được:7x +9y +29z +20t = 1,5 (5)
Nhân (4) với 3 được: 3x +y +z =0,3 (6)

Fe NO Fe
= =
3
n
HNO
tạo NO = nNO

= 0,1mol
12
3
n
HNO
tạo Fe(NO
3
)
3
= 3
3
( )
56
3 3
m
n
Fe NO
=
;
3
n
HNO
pư

hơn ,qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện
Khi sử dụng phương pháp quy đổi trong một số trường hợp số mol một chất
có thể có giá trị âm để tổng số mol mỗi nguyên tố không đổi (bảo toàn)
Khi sử dụng phương pháp quy đổi kết ( trường hợp Fe và O) chúng ta có thể
hướng dẫn học sinh chứng minh công thức
( )
56
24
80
m m n
Fe hh NO
= +
sau đó áp dụng
Bài tập 2:Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe
2
O
3
và Fe
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 ?
Nhận xét: bài toán này hoàn toàn có thể giải theo nhiều cách giống bài toán trên ,
ở đây tôi giải theo phương pháp quy đổi
Giải:

3
.
Số mol NO = 0,06 mol.
Gọi số mol Fe và O
2
tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 32y = 11,36
(1).
Quá trình nhường và nhận e:

3
3Fe Fe e
+
→ +

2
2
2
5
4 2
3
O e O
N e N O
−
+
+
+ →
+ →
Tổng electron nhường: 3x (mol)
Tổng electron nhận: ( 4y + 0,18 ) mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 4y + 0,18 (2)

- Nếu đề bài cho m
muối
rồi yêu cầu tính m
hh
ta có thể dùng công thức trên.
-Nếu đề bài cho hỗn hợp khí ( cho số mol của từng khí : N
2
, NO, NO
2
, N
2
O)
ta có thể hướng dẫn học sinh giải theo cách chứng minh công thức:
14
4y
y
x
3x
0,06
0,18
m
muối
=
242
80
(m
hh
+ 24nNO +8nNO
2
+64nN

3
2
à Fe
2 3
( )
3 3
NO
FeO Fe O
HNO
O kk
Fe NO
Fe O v
Fe NO

↑


 
→ → ↑
 





Quy đổi hỗn hợp X gồm Fe và O

. Như vậy xét cả quá trình Fe đóng vai trò
chất khử , O và HNO
3

+ →
+ →
+ →
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 phương trình
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 n
Fe
= 0,3 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:
15
2y
y
x 3x
0,125
0,125 3x
0,125
0,125

 ÷
 
;
4 2
8
3 2
m m
hh Fe
n n n
HNO NO NO
−
= + +
56
24 8
80
2
m m n n
Fe hh NO NO
 
= + +
 ÷
 
=
( )
56
20 24.0.125 8.0,125
80
+ +
16,8g
=

3
O
4
. Hỗn hợp này phản ứng hết
với dung dịch H
2
SO
4
đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO
2
(sản phẩm khử duy
nhất, ở đktc). Tính m?
Giải: Sơ đồ phản ứng
,
( )
3 4
2
2 2 4
à Fe
( )
2 3
2 4 3
FeO Fe O
SO
O kk H SO dn
Fe
Fe O v
Fe SO

↑

2
4 2
0 2 20
0 2 0
e
S e S
−
−
+ →
+ →
16
x 2x
0,225 0,225 x 3
0,1875
0,1875 2x
Tổng electron nhường: 0,675 mol
Tổng electron nhận: ( 2x + 0,375)mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375
→
x =
0,15
Từ đó ta có: m = 12,6 + 0,15x 16 = 15 (gam).
Nhận xét : bài toán trên chúng ta có thể giải theo nhiều cách
- Nếu sử dụng phương pháp đai số thì chúng ta viết bốn PTHH, đặt ẩn :
Đặt x, y, z, t lần lượt là số mol của Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2

O
3
và Fe
3
O
4
tác dụng với dung dịch HCl
hoặc H
2
SO
4
loãng
- Đầu tiên xảy ra phản ứng của các oxit: FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
với dung dịch
HCl , hoặc H
2
SO
4
loãng tạo ra dung dịch muối Fe
2+
; Fe
3+


2
SO
4
loãng thì khi có khí H
2
thoát ra thì dung dịch thu được chỉ gồm có
muối Fe
2+
.
+ Khi cho hỗn hợp: Fe; FeO; Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
tác dụng với dung dịch HCl
hoặc H
2
SO
4
loãng thì khi dung dịch thu được có muối Fe
2+
.thì không có khí H
2
thoát ra
Bài tập1: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe
2
O

→+
Gọi x, y, z, t lần lượt là số mol của FeO; Fe
2
O
3
; Fe
3
O
4
và Fe
m
X
= 11,2 → 72x + 160y + 232z + 56t = 11,2 (*)
Theo các phương trình phản ứng (1), (2), (3), (4):
t2z2y2n
3
FeCl
−+=
18
(**) mol 1,0
127
7,12
t3zxn
2
FeCl
==++=
Từ (*) và (**) ta có:




++→+







Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
(1) mmmmm
OHFeClFeClHClX
232
++=+
mol 1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
Đặt
mol xn
3
FeCl
=
Bảo toàn nguyên tố Cl:
32
FeClFeClHCl
n3n2n +=
= 0,2 + 3x

OFe
OFe
FeO
Fe
X Fe
232
HCl
43
32
O
2
++ →







 →
++

Các quá trình:
0,1-
56
a
3 0,1-
56
a
0,1-

56
a
3






=
8
a-11,2
⇒ a = 8,4
→
mol 15,0
56
4,8
n
Fe
==
Bảo toàn nguyên tố Fe:
mol 05,01,015,0 nn n n n n
2332
Fe
Fe
FeFeFe
Fe
=−=−=→+=
++++
→

HCl

20
Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe
2
O
3
.
Theo bài ra:
2,11y160x72 2,11mm 2,11m
32
OFeFeOX
=+⇒=+⇒=
(1)
Mặt khác:
mol 1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
⇒ x = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒ y = 0,025
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0 m mol 05,0y2n
33
FeClFeCl
=×=⇒==
Cách 2: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe

Theo bài ra:
(1) 2,11y232x72 2,11mm 2,11m
43
OFeFeOX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol
1,0yx =+⇒
(2)
Từ (1) và (2) ⇒



=
=
025,0y
075,0x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0m mol 05,0y2n
33
FeClFeCl
=×=⇒==
Cách 3: Quy đổi hỗn hợp X về Fe

32

Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
.
Theo bài ra:
(1) 2,11y232x160 2,11mm 2,11m
4332
OFeOFeX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol
1,0y =⇒
(2)
Từ (1) và (2) ⇒ x = - 0,075
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125,85,16205,0m mol 05,0y2x2n

2
O
3
.
Theo bài ra:
(1) 2,11y160x56 2,11mm 2,11m
32
OFeFeX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol ⇒ 3x = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒







=
=
120
7

32
HCl
43

Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe
3
O
4
.
Theo bài ra:
(1) 2,11y232x56 2,11mm 2,11m
43
OFeFeX
=+⇒=+⇒=
Mặt khác:
1,0
127
7,12
n
2
FeCl
==
mol ⇒ 3x + y = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒



=
=
04375,0y

+⇒=⇒=
⇒



=
=
⇒=
7y
6x

7
6
y
x

Theo sơ đồ phản ứng:
23
gam 125,85,16205,0m mol 05,0
y2x3
2x)-0,1(2y
n
33
FeClFeCl
=×=⇒=
−
=
Cách 7: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và O
Sơ đồ phản ứng:


−
+→
+→
+
+

2y y
O 2e O
-2o
→+
Theo định luật bảo toàn electron:
0,2 + 3(x – 0,1) = 2y ⇒ 3x – 2y = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒



=
=
175,0y
15,0x
Theo sơ đồ phản ứng:

gam 125,85,16205,0m mol 05,01,0xn
33
FeClFeCl
=×=⇒=−=
Ngoài các cách giải trên chúng ta còn có thể giải theo cách quy đổi hỗn hợp
X về FeO
x
Hoặc sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng

Fe OH
nungtrongkk
FeCl Fe O
Fe O
Fe OH
FeCl
Fe O


↑


↓

 
→ → →
  
↓

 




+ Ta coi H
+
của axit vừa nhận electron để thành H
2
và phản ứng với O
2-

Từ (1) ta có
0,3
H
n mol
+
=
(vì 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.
mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m
Fe
+ m
O
=20g
Nên m
Fe
= 20 – 0,2x16 =16,8 (gam)
→
n
Fe
= 0,3 mol
Ta lại có 2Fe
→
Fe
2

( )
( )
HCl NaOH
Fe
H
FeO
Fe OH
nungtrongkk
FeCl Fe O
Fe O
Fe OH
FeCl
Fe O


↑


↓

 
→ → →
  
↓

 



