Phương pháp quy đổi để giải nhanh bài toán oxit sắt cực hay

Bài giảng: Bài tập tổng hợp về sắt và hợp chất của sắt - Cô Nguyễn Thị Thu (Giáo viên VietJack)

1. Phương pháp

- Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (hỗn hợp X) (từ ba chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất hay chỉ còn một chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp.

- Có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kì cặp chất nào, thậm chí quy đổi về một chất. Tuy nhiên ta nên chọn cặp chất nào đơn giản có ít phản ứng oxi hóa khử nhất để đơn giản việc tính toán.

- Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số âm đó là sự bù trừ khối lượng của các chất trong hỗn hợp. Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình phương và kết quả cuối cùng vẫn thỏa mãn.

Khi quy đổi hỗn hợp X về một chất là FexOy thì oxit FexOy tìm được chỉ là oxit giả định không có thực.

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl dư. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3. Giá trị của m là:

   A. 9,75      B. 8,75

   C. 7,80      D. 6,50

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Xem Fe3O4 là FeO.Fe2O3

Ta có: nFeCl2 = 7,62/127 = 0,06 (mol)

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

0,06                    0,06

⇒ nFe2O3 = (9,12 - 0,06. 72)/160 = 0,03 mol

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

0,03                         0,06

⇒ mFeCl3 = 0,06. 162,5 = 9,75 (g)

Ví dụ 2: Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam chất rắn X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung dich HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là:

   A. 11,2 gam

   B. 10,2 gam

   C. 7,2 gam

   D. 6,9 gam

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Cách 1: Quy hỗn hợp X về 2 chất Fe và Fe2O3:

Hòa tan hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư ta có:

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)2 + 3NO2 + 3H2O

0,1/3                                        0,1

Số mol nguyên tử Fe trong oxit Fe2O3 là

⇒ nFe = (8,4/56) - (0,1/3) = 0,35/3 → nFe2O3 = 0,35/(3×2)

Vậy mX = mFe + mFe2O3

⇒ mX = (0,1/3). 56 + (0,35/3). 160 = 11,2 gam.

Cách 2: Quy hỗn hợp X về hai chất FeO và Fe2O3:

FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

0,1                                           0,1 mol

Ta có: 0,15 mol

2Fe + O2 → 2FeO

0,1                0,1 mol

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

0,05                0,025 mol

mhh X = 0,1. 72 + 0,025. 160 = 11,2 gam

Chú ý: Vẫn có thể quy hỗn hợp X về hai chất (FeO và Fe3O4) hoặc (Fe và FeO), hoặc (Fe và Fe3O4) nhưng việc giải trở nên phức tạp hơn (cụ thể là ta phải đặt ẩn số mol mỗi chất, lập hệ phương trình, giải hệ phương trình hai ẩn số).

Cách 3: Quy hỗn hợp X về một chất là FexOy

FexOy + (6x - 2y)HNO3 → Fe(NO3)3 + (3x - 2y)NO2 + (3x - y)H2O

0,1/(3x - 2y)                                              0,1 mol

⇒ nFe = 8,4/56 = 0,1x/(3x - 2y) ⟶ x/y = 6/7

Vậy công thức quy đổi là Fe6O7 (M = 448) và

nFe6O7 = 0,1/(3. 6 - 2. 7 ) = 0,025 mol

mX = 0,025. 448 = 11,2 gam

Nhận xét: quy đổi hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 về hỗn hợp hai chất là FeO và Fe2O3 là đơn giản nhất.

3. Bài tập vận dụng

Câu 1: Hòa tan hoàn toàn 20,88 gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch X và 3,248 lít khí SO2 (sản phầm khử duy nhất, ở đktc). Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan. Giá trị của m là:

   A. 52,2      B. 48,4

   C. 54,0      D. 58,0

Chọn đáp án: D

Giải thích:

Ta có: nSO2 = 0,145 mol

Quy đổi 20,88g oxit sắt FexOy thành 20,88g Fe và O

Gọi nFe = x mol; nO = y mol

Quá trình nhường electron:

Fe0 - 3e → Fe3+

x    3x

Quá trình nhận electron:

O0 + 2e → O-2

y    2y

N+5 + 3e → N+2

       0,29    0,145

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có:

3x = 2y + 0,29 → 3x - 2y = 0,29    (1)

Mặt khác: 56x + 16y = 20,88    (2)

Từ (1) và (2) → x = 0,29 và y = 0,29

Muối sinh ra là muối Fe2(SO4)3. Áp dụng ĐL bảo toàn nguyên tố ta có:

nFe2(SO4)3 = 1/2 nFe = 0,145 mol → mFe2(SO4)3 = 0,145. 400 = 58 (g)

Câu 2: 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. Giá trị của m là:

   A. 38,72      B. 35,50

   C. 49,09      D. 34,36

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Quy đổi hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 thành Fe và Fe2O3.

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

0,06                       0,06          0,06

⇒ nFe2O3 = (11,36- 0,06. 56)/160 = 0,05 mol

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

0,05        0,1

Vậy muối = (0,1 + 0,06). 242 = 38,72 (g)

*Cách 2:

Xem hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 chỉ gồm 2 nguyên tố Fe và O

Ta có sơ đồ: Fe: x mol; Fe(NO3)3: x mol

O : y mol

Ta có 56x + 16y = 11,36    (1)

Quá trình nhường electron:

Fe0 - 3e → Fe+3

x       3x

Quá trình nhận electron:

O+0 + 2e → O-2

y       2y

N+5 + 3e → N+2

          0,18    0,06

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3x = 2y + 0,18    (2)

Từ (1) và (2) → x = 0,16 mol và y = 0,15 mol

⇒ mFe(NO3)3 = 0,16. 242 = 38,72 (g)

Câu 3: 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 ?

   A. 42,18g

   B. 38,72g

   C. 36,27g

   D. 41,24g

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Số mol NO = 0,06 mol.

Quy hỗn hỗn hợp X về 2 nguyên tố Fe và O

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có:

56x + 16y = 11,36    (1).

Quá trình nhường: Fe0 → Fe+3 + 3e

Quá trình nhận e: O0 + 2e → O-2

N+5 + 3e → N+2

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18    (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,16 và y = 0,15

=> m = 38,72 gam.

Câu 4: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3). Hòa tan 4,64 gam A trong dung dịch H2SO4 loãng dư được 200 ml dung dịch X . Tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X?

   A. 0,1 (l)

   B. 0,12 (l)

   C. 0,2 (l)

   D. 0,24 (l)

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Vì số mol của FeO bằng số mol của Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp là Fe3O4

Ta có

Fe3O4 +4H2SO4 → FeSO4 +Fe2(SO4)3 +4H2O

0,02                           0,02

Trong 100 ml X sẽ có 0,01 mol FeSO4 nên:

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

→ nKMnO4 = 0,02 mol → VKMnO4 = 0,02/0,1 = 0,2 lit

Câu 5: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3, cần 0,05 mol H2. Mặt khác hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thu được thể tích V (ml) SO2 (đktc). Giá trị V(ml) là:

   A. 112 ml      B. 224 ml

   C. 336 ml      D. 448 ml.

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Quy đổi hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất FeO và Fe2O3 với số mol là x, y

Ta có: FeO + H2 → Fe + H2O    (1)

           x          x          x

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O    (2)

y          3y          2y

Có: x + 3y = 0,05 và 72x +160y = 3,04

=> x = 0,02mol; y = 0,01mol

2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O    (3)

0,02                            0,01mol

Vậy VSO2 = 0,01. 22,4 = 0,224 lít hay 224ml

Câu 6: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính m?

   A. 15g

   B. 9g

   C. 18g

   D. 24g

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Ta có, nFe = 0,225 mol và nSO2 = 0,1875 mol

Quy hỗn hỗn hợp X về 2 nguyên tố Fe và O

Quá trình nhường: Fe0 → Fe+3 + 3e

Quá trình nhận e: O0 + 2e → O-2

S+6 + 2e → S+4

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

0,675 = 2x + 0,375 → x = 0,15

Mặt khác ta có: nên: m = 12,6 + 0,15. 16 = 15 (gam).

Bài giảng: Bài tập sắt, hợp chất của sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh - Cô Nguyễn Thị Thu (Giáo viên VietJack)

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

CHỈ CÒN 250K 1 KHÓA HỌC BẤT KÌ, VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com

Tổng đài hỗ trợ đăng ký khóa học: 084 283 45 85

crom-sat-dong.jsp

Các loạt bài lớp 12 khác
2004 - Toán Lý Hóa