Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài toán sắt và hợp chất của sắt

 MỤC LỤC
 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1. Lời giới thiệu..........................................................................................................2
2. Tên sáng kiến: ........................................................................................................2
3. Tác giả sáng kiến:...................................................................................................2
4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến....................................................................................2
5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: ..................................................................................2
6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử:......................................2
7. Mô tả bản chất của sáng kiến:................................................................................2
 7.1. Phương pháp nghiên cứu: ...............................................................................2
 7.2. Nội dung sáng kiến: ........................................................................................3
 7.2.1. Cơ sở lý thuyết: ........................................................................................3
 7.2.1.1. SẮT ...................................................................................................3
 7.2.1.2. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA SẮT .........................5
 7.2.1.3. HỢP KIM CỦA SẮT........................................................................8
 7.2.2. Phân dạng và phương pháp giải bài tập: ..................................................9
 7.2.2.1. Dạng hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh: ......9
 7.2.2.3. Dạng khử không hoàn toàn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với 
 chất oxi hóa mạnh là HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng:.....................................12
 7.2.2.4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ .....................13
 7.2.2.5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ ...........13
 7.2.2.6. Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương: ........................................14
 7.2.2.7. Bài tập áp dụng và đáp án: ..............................................................16
8. Những thông tin cần được bảo mật......................................................................21
..................................................................................................................................21
9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến ......................................................21
10. Đánh giá lợi ích thu được...................................................................................21
11. Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng ....................................22
 -1- - Nghiên cứu tài liệu: sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu và sách tham 
khảo,
 - Nghiên cứu và tổng kết kinh nghiệm giảng dạy.
 - Phân tích, tổng hợp và hệ thống lí thuyết.
 - Tổng hợp các dạng bài toán có liên quan đến nội dung nghiên cứu .
7.2. Nội dung sáng kiến:
7.2.1. Cơ sở lý thuyết:
7.2.1.1. SẮT
7.2.1.1.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn
 2 2 6 2 6 6 2
- Cấu hình e nguyên tử: 26Fe: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s .
- Vị trí: Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.
- Cấu hình e của các ion được tạo thành từ Fe: 
Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
Fe3+ 1s22s22p63s23p63d5
7.2.1.1.2. Tính chất vật lí
- Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém 
đồng và nhôm.
 0 0 0
- Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (800 C) sắt mất từ tính. T nc = 1540 C.
7.2.1.1.3. Trạng thái tự nhiên
 Là kim loại phổ biến sau nhôm, tồn tại chủ yếu ở các dạng:
- Hợp chất: oxit, sunfua, silicat...
- Quặng: hematit đỏ (Fe2O3 khan), hematit nâu (Fe2O3.nH2O), manhetit (Fe3O4), 
xiđerit (FeCO3) và pirit (FeS2).
7.2.1.1.4. Tính chất hóa học
 Fe là chất khử trung bình. Trong các phản ứng, Fe có thể nhường 2 hoặc 3e:
Fe → Fe3+ + 3e
Fe → Fe2+ + 2e
7.2.1.1.4.1. Tác dụng với các phi kim
 Sắt tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng:
- Với halogen → muối sắt (III) halogenua (trừ iot tạo muối sắt II):
 -3- Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2
- Fe tham gia phản ứng với muối Fe3+ → muối sắt (II):
2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
Chú ý: Với muối Ag+, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối Fe3+:
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag
Fe(NO3)2 + AgNO3 dư → Fe(NO3)3 + Ag
7.2.1.2. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA SẮT
7.2.1.2.1. Các oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3)
7.2.1.2.1.1. FeO 
- Là chất rắn, đen, không tan trong nước.
- Tính chất hoá học:
+ Là oxit bazơ:
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2
FeO + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2O
+ FeO là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh: H2, CO, Al → Fe:
 0
FeO + H2 → Fe + H2O (t )
 0
FeO + CO → Fe + CO2 (t )
 0
3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe (t )
+ FeO là chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh:
4FeO + O2 → 2Fe2O3
3FeO + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
- Điều chế FeO:
FeCO3 → FeO + CO2 (nung trong điều kiện không có không khí)
Fe(OH)2 → FeO + H2O (nung trong điều kiện không có không khí)
7.2.1.2.1.2. Fe3O4 (FeO.Fe2O3)
- Là chất rắn, đen, không tan trong nước và có từ tính.
- Tính chất hoá học:
+ Là oxit bazơ: 
Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 loãng → Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O
+ Fe3O4 là chất khử: 
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
+ Fe3O4 là chất oxi hóa: 
 -5- 3Fe(OH)2 + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O
- Điều chế: 
 2+ - 
Fe + 2OH → Fe(OH)2 (trong điều kiện không có không khí)
7.2.1.2.2.2. Fe(OH)3
- Là chất kết tủa màu nâu đỏ.
- Tính chất hoá học:
+ Là bazơ không tan:
* Bị nhiệt phân: 
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
* Tan trong axit → muối sắt (III): 
Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3HNO3 → Fe(NO3)3 + 3H2O
- Điều chế: 
 3+ -
Fe + 3OH → Fe(OH)3
7.2.1.2.3. Muối sắt
7.2.1.2.3.1. Muối sắt (II)
 Không bền, có tính khử, khi tác dụng với chất oxi hóa tạo thành muối sắt (III).
2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3
3Fe(NO3)2 + 4HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
2FeSO4 + 2H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
Chú ý: Các muối sắt (II) không tan như FeCO 3, FeS, FeS2 bị đốt nóng trong không 
khí tạo Fe2O3.
2FeCO3 + 1/2O2 → Fe2O3 + 2CO2
4FeS + 9O2 → 2Fe2O3 + 4SO2
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
7.2.1.2.3.2. Muối sắt (III) 
- Có tính oxi hóa khi tác dụng với chất khử.
2FeCl3 + Cu → CuCl2 + 2FeCl2
2FeCl3 + 2KI → 2FeCl2 + 2KCl + I2
 -7- CO + 2Fe2O3 → Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
+ Phản ứng tạo xỉ. 
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + SiO2 → CaSiO3
7.2.1.3.2. Thép
- Là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C ít hơn 2%C (theo khối lượng).
- Nguyên liệu: tùy theo phương pháp: Gang, sắt, thép phế liệu, chất chảy, không 
khí nóng, dầu mazut.
- Nguyên tắc: khử các tạp chất Mn, Si, Ca, S, P có trong gang.
- Các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép:
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2
Si + O2 → SiO2
CaO + SiO2 → CaSiO3 (xỉ)
7.2.2. Phân dạng và phương pháp giải bài tập:
7.2.2.1. Dạng hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh:
Đề bài: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với 
dung dịch HNO3 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 NO3 . Nếu chúng ta biết được số 
tổng số mol Fe trong X thì sẽ biết được số mol muối Fe(NO3)3 trong dung dịch sau 
phản ứng. Do đó chúng ta sẽ giải bài toán này như sau:
Giải: 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
 2 
 Fe Fe3 3e O 2e O
 y 2y y 2
 x 3x N 5 3e N O
 0,18 0,06
 -9- 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
 m m m
Mặt khác ta có: Fe O2 nên: m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam).
ĐS: 15 gam.
Đề Bài 2: Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau phản ứng thu được 20 
gam 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
 NO2 
 O (kk ) FeO, Fe3O4 HNO 
 Fe 2  3 NO 
 Fe O và Fe du
 2 3 Fe(NO )
 3 3
+ 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 HNO3 .
+ HNO3 nhận e để cho NO và NO2.
+ Số mol HNO3 ban đầu bằng số mol HNO3 trong muối và chuyển về các khí.
Giải: Theo đề ra ta có: n n 0,125mol
 NO NO2
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
 O 2e O2 
 y 2y y
 3 4
 Fe Fe 3e N 5 1e N O
 0,125 0,1252
 x 3x 2
 N 5 3e N O
 0,125x3 0,125
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 56x 16y 20
 3x 2y 0,5
Giải hệ trên ta có x = 0,3 và y = 0,2 
Như vậy nFe = 0,3 mol vậy m = 16,8 gam.
Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có: 
 n nmuôi nKhí 3n n n
 HNO3 NO3 NO3 Fe NO NO2
 -11- . 
Sau đó dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có: m = 10,44 + mO
7.2.2.4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+
Tổng quan về dạng này:
Đây không phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao đổi. Trong phản ứng 
 2 2+ 3+
này ta coi đó là phản ứng của: 2H O H2O và tạo ra các muối Fe và Fe trong 
 +
dung dịch. Như vậy nếu biết số mol H ta có thể biết được khối lượng của oxi trong hỗn 
hợp oxit và từ đó có thể tính được tổng số mol sắt trong hỗn hợp ban đầu.
Đề ra: 
Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 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
 FeO
 HCl FeCl2 NaOH Fe(OH )2  nungtrongkk
Phân tích đề: Sơ đồ Fe2O3    Fe2O3
 FeCl
 3 Fe(OH )3 
 Fe3O4
+ Ta coi H+ của axit chỉ phản ứng với O2- của oxit
 + Toàn bộ Fe trong oxit chuyển về Fe2O3
 + Từ số mol H+ ta có thể tính được số mol O trong oxit từ đó có thể tính 
được lượng Fe có trong oxit.
 + Nung các kết tủa ngoài không khí đều thu được Fe2O3
 n n 0,26mol
Giải: Ta có H HCl
 2 2-
Theo phương trình: 2H O H2O trong O là oxi trong hỗn hợp oxit
 0,26 0,13
 n 0,13mol
 O2 mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68 
Nên mFe = 7.68 – 0,13x16 =5,6(gam) nFe = 0,1 mol
Ta lại có 2Fe  Fe2O3
 0,1 0,05
Vậy m = 0,05x160 = 8 gam. 
Nhận xét: Ngoài cách giải trên ta cũng có thể quy hỗn hợp về chỉ còn FeO và Fe2O3 vì 
Fe3O4 coi như là hỗn hợp của FeO.Fe2O3 với số mol như nhau. 
7.2.2.5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+
Tổng quan về dạng này:
Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng ngoài H2O còn có H2 do 
Fe phản ứng. Như vậy liên quan đến H+ sẽ có những phản ứng sau:
 2H 2e  H2 
 2 
 2H O  H2O
 + 2-
Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H và số mol H2 để tìm số mol của O từ 
đó tính được tổng số mol của Fe.
 -13-