Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và phương pháp giải nhanh bài tập về sắt và hợp chất của sắt

 MỤC LỤC
I. LỜI GIỚI THIỆU...............................................................................................2
II. TÊN SÁNG KIẾN ............................................................................................3
III. TÁC GIẢ SÁNG KIẾN ..................................................................................3
V. LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN..............................................................3
VII. MÔ TẢ BẢN CHẤT CỦA SÁNG KIẾN .....................................................4
VII.1. NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN.................................................................4
 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN ..........................................................................................4
 1.1. Các định luật hóa học, phương pháp cần vận dụng....................................4
 1.2. Tổng quan về bài tập hỗn hợp sắt và hợp chất của sắt ...............................5
 2. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ....................................................................6
 3. PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ 
 CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT............................................................................6
 3.1. Phân loại và phân tích, hướng dẫn giải. .....................................................6
 a) Dạng 1: Sắt tác dụng với dung dịch axit HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng....6
 b) Dạng 2: Đốt cháy sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với 
 chất oxi hóa ...................................................................................................8
 c) Dạng 3: Hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh........11
 d) Dạng 4: Khử không hoàn toàn Fe2O3 sau đó cho sản phẩm phản ứng với 
 chất oxi hóa mạnh........................................................................................12
 e) Dạng 5: Hỗn hợp sắt và các oxit sắt phản ứng với axit thường (HCl, 
 H2SO4 loãng...) ............................................................................................14
 g) Dạng 6: Muối FeCl2 tác dụng với dung dịch AgNO3 .............................16
 3.2. Bài tập vân dụng.......................................................................................17
VII.2. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA SÁNG KIẾN...........................................22
VIII. NHỮNG THÔNG TIN CẦN BẢO MẬT..................................................23
IX. CÁC ĐIỀU KIỆN CẦN THIẾT ĐỂ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN....................23
X. ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH THU ĐƯỢC ...............................................................24
XI. DANH SÁCH NHỮNG TỔ CHỨC/CÁ NHÂN ĐÃ THAM GIA ÁP DỤNG 
THỬ.....................................................................................................................28
 1 trình phản ứng khác nhau, nhiều giai đoạn khác nhau, thay đổi nhiều mức oxi 
hóa. Vì vậy muốn hoàn thành chính xác, nhanh các bài tập về sắt và các hợp 
chất của sắt, học sinh cần nắm vững kiến thức về tính chất của sắt và các hợp 
chất của sắt đồng thời biết vần dụng khéo léo, linh hoạt các phương pháp giải 
nhanh như quy đổi, bảo toàn mol electron, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối 
lượngĐể giúp học sinh làm tốt được việc này, tôi đã nghiên cứu và áp dụng 
sáng kiến kinh nghiệm “Phân loại và phương pháp giải nhanh bài tập về sắt 
và hợp chất của sắt” vào giảng dạy cho học sinh lớp 12 trường THPT Quang 
Hà. 
II. TÊN SÁNG KIẾN
 Phân loại và phương pháp giải nhanh bài tập về sắt và hợp chất của sắt
III. TÁC GIẢ SÁNG KIẾN
 - Họ và tên: Phạm Văn Hoạt
 - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Quang Hà, Bình Xuyên – Vĩnh Phúc
 - Số điện thoại: 0984760442 
 - E_mail: phamvanhoat.gvquangha@vinhphuc.edu.vn
IV. CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN
 - Họ và tên: Phạm Văn Hoạt
 - Địa chỉ: Trường THPT Quang Hà, Bình Xuyên – Vĩnh Phúc
 - Số điện thoại: 0984760442 
 - E_mail: phamvanhoat.gvquangha@vinhphuc.edu.vn
V. LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN
 - Giảng dạy chuyên đề “Sắt và hợp chất của sắt” trong chương trình Hóa học 
12, sau khi học sinh học xong kiến thức cơ bản về sắt và hợp chất của sắt.
 - Giảng dạy vào thời điểm tổng ôn tập chương trình Hóa học THPT chuẩn bị 
cho học sinh bước vào kì thi THPT quốc giạ.
 - Dùng cho học sinh không có điều kiện đến trường có thể tự học, tự ôn tập 
chuẩn bị cho kì thi THPT quốc gia. 
VI. NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG LẦN ĐẦU: 20/4/2018
 3 d) Phương pháp quy đổi
 Là phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu là một hỗn 
hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho bài toán trở nên dễ dàng 
thuận tiện. Khi quy đổi phải đảm bảo 2 nguyên tắc:
 - Bảo toàn nguyên tố, tức tổng số mol mỗi nguyên tố ở hỗn hợp đầu và 
hỗn hợp sau quy đổi phải như nhau.
 - Bảo toàn số oxi hóa, tức là tổng số oxi hóa của các nguyên tố trong hai 
hỗn hợp là như nhau.
1.2. Tổng quan về bài tập hỗn hợp sắt và hợp chất của sắt 
 Bài tập về sắt và các hợp chất của sắt là dạng bài tập đa dạng, phức tạp và 
rất phổ biến trong đề thi ĐH, CĐ và đề thi THPT quốc gia những năm gần đây. 
Bài tập về sắt và các hợp chất của sắt thường có các đặc điểm sau:
 - Các phản ứng xảy ra thường là phản ứng oxi hóa – Khử, trong đó số oxi 
hóa của Fe thường thay đổi theo nhiều giai đoạn. Vì vậy, đa số các bài đều sử 
dụng phương pháp báo toàn mol electron.
 - Đa số là bài toán hổn hợp (sắt và oxit của sắt; sắt và muối sắt; hỗn hợp 
nhiều loại hợp chất của sắt, hỗn hợp hợp chất của sắt và kim loại khác). Với 
những bài tập này, phương pháp hữu hiệu nhất là quy đổi kết hợp với bảo toàn 
nguyên tố.
 - Sắt là kim loại có nhiều số oxi hóa. Do vậy, cần nắm vững kiến thức để 
xác định mức oxi hóa sắt đạt được trong từng phản ứng.
 3+
Trường hợp chỉ tạo Fe - Sắt tác dụng với Cl2, O2 dư.
 - Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với dung dịch 
 HNO3 dư, H2SO4 đặc nóng dư, muối nitrat dư 
 trong môi trường axit dư.
 - Sắt tác dụng với AgNO3 dư. 
 2+
Trường hợp chỉ tạo Fe - Sắt tác dụng với S, I2.
 - Sắt tác dụng với dung dịch muối Cu2+, Fe3+, HCl, 
 H2SO4 loãng...
 - Sắt dư tác dụng với dung dịch HNO 3, H2SO4 đặc 
 nóng, muối nitrat trong môi trường axit, AgNO3.
 5 HNO3 3+ 
 Fe  Fe + NO + NO2
 Giải quyết vấn đề: 
 Ta có nNO = 0,1 mol, nNO2 = 0,3 mol
 Gọi số mol Fe là x ta có:
Quá trình oxi hóa Quá trình khử
 5 4
 Fe  Fe3+ + 3e N + 1e  N
 x(mol) 3x(mol) 0,3(mol) 0,3(mol)
 5 2
 N + 3e  N 
 0,3(mol) 0,1(mol)
 Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 0,6(mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 0,6  x = 0,2
 m = 56 ×0,2 = 11,2 (gam).
Ví dụ 2: Cho m gam bột sắt vào dung dịch HNO 3, sau khi phản ứng hoàn toàn, 
 5
thu được 2,24 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N , ở đktc) và 2,4 gam 
chất rắn. Tìm m. 
 Phân tích đề: Bài này cho sắt còn dư 2,4 gam nên sản phẩm duy nhất của 
sắt là Fe(NO3)2. Sơ đồ phản ứng
 Fe  HNO3 Fe2+ + NO 
 Giải quyết vấn đề: 
 Ta có nNO = 0,1 mol, gọi số mol Fe là x ta có:
Quá trình oxi hóa Quá trình khử
 5 2
 Fe  Fe2+ + 2e N + 3e  N 
 x(mol) 2x(mol) 0,3(mol) 0,1(mol)
 Tổng electron nhường: 2x (mol) Tổng electron nhận: 0,3(mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2x = 0,3  x = 0,15
 m = 56 ×0,15 + 2,4 = 10,8 (gam).
 7 Giải quyết vấn đề: 
 Ta có nNO = 0, 25 mol, nFe = 0,45 mol
 Gọi số mol oxi trong oxit là x ta có:
Quá trình oxi hóa Quá trình khử
 Fe  Fe3+ + 3e O + 2e  O2-
 0,45(mol) 1,35(mol) x(mol) 2x(mol)
 5 2
 N + 3e  N (NO)
 0,75(mol) 0, 25(mol)
 Tổng electron nhường: 1,35 (mol) Tổng electron nhận: 2x + 0, 75(mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 1,35 = 2x + 0,75  x = 0,3
 m m m
Mặt khác ta có: Fe O2 nên: m = 25,2 + 0,3 ×16 = 30 (gam).
Ví dụ 2: Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau phản ứng thu được 
20gam 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: 
 N O 2 
 O ( kk ) F eO , F e3O 4 H N O 
 F e  2    3 N O 
 F e O và Fe du
 2 3 F e( N O )
 3 3
 + Hỗn hợp X gồm Fe và O trong oxit.
 + Xét cả quá trình, chỉ có Fe nhường e, chất nhận e là Oxi và HNO3.
 5 2 4
 + N (HNO3) nhận electron tạo thành N (NO) và N (NO2).
 5 5
 + Số mol N (trong HNO3) ban đầu bằng tổng số mol N (NO 3 ) trong muối 
 2 4
và N (NO) cộng với N (NO2).
 Giải quyết vấn đề: 
 Đặt số mol của NO là a (mol), NO2 là b (mol)
 a b 0,25
 Theo giả thiết ta có: 30a 46b 
 38
 0,25
 9 S+6 + 2e  S+4
 0,375 mol 0,1875 mol
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 mol  m = 12,6 + 0,15 × 16 = 15 gam
c) Dạng 3: Hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh
 Ví dụ 1: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 và Fe3O4 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: Quy 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 NO3 . 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. 
 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 oxi hóa Quá trình khử
 Fe  Fe3+ + 3e O + 2e  O2-
 x(mol) 3x(mol) y(mol) 2y(mol) 
 5 2
 N + 3e  N (NO)
 0,18(mol) 0,06(mol) 
Tổng electron nhường: 3x (mol) Tổng electron nhận: 2y + 0,18 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)
 56x 16y 11,36
Từ (1) và (2) ta có hệ: 
 3x 2y 0,18
Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15 
 11