Giải bài toán (Fe, oxit sắt) tác dụng HNO3 hoặc H2SO4 (đặc) theo nhiều cách áp dụng cho học sinh THCS

GIẢI BÀI TOÁN (Fe, OXIT SẮT) TÁC DỤNG HNO3 HOẶC H2SO4 (đặc) THEO NHIỀU CÁCH ÁP DỤNG CHO HỌC SINH THCS
Nguyễn Đình Hành- THCS Chu Văn An, Đăk Pơ, Gia Lai
Ngô Võ Thạnh, Nguyễn Hữu Thọ - Trường CĐSP Gia Lai
Thực tế nhiều năm làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, chúng tôi nhận thấy không ít học sinh (HS) chỉ biết bắt chước làm theo, kỹ năng giải toán không bền vững nên sau một thời gian nhất định, nhiều học sinh lại không giải được những bài toán tương tự (mặc dù trước đó đã giải rồi). Để giúp HS có thêm kỹ năng giải bài tập chúng tôi xin giới thiệu một số cách giải bài toán hỗn hợp sắt và các oxit sắt tác dụng với HNO3 hoặc H2SO4 đặc. Đây là dạng bài toán khá quen thuộc nhưng đã được chúng tôi làm tươi mới lại dưới góc nhìn của bậc Trung học cơ sở.
I- Tổng quát
Bài toán thường gặp
Fe A + B {NO, NO2} + H2O 
 n1 =? m1 m2 = ? n2 
Fe A + B {SO2} + H2O 
n1 =? m1 m2 = ? n2 
 Hoặc ngược lại với giả thiết này
Biết: m1 và n2.
Yêu cầu: Tính 2 đại lượng còn lại n1 và m2. 
Bài toán khảo sát: {Một bài toán trắc nghiệm THCS}
Đốt m gam Fe trong khí oxi sau một thời gian thu được 9,12 gam rắn A gồm Fe và các oxit sắt. Cho A vào dung dịch HNO3 dư, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch B và thấy có 1,344 lít NO2 bay ra (khí duy nhất, đo ở đktc). Giá trị của m là
A. 3,92.	B. 5,60.	C. 6,72.	D. 8,40. 
II- Một số phương pháp và cách giải
1. Phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn mol nguyên tố
* TRƯỜNG HỢP PHẢN ỨNG VỚI HNO3
 Bảo toàn mol nguyên tố Fe → 
 Bảo toàn mol N → 
 Bảo toàn mol H → = ½ (pư) = ½ (3n1 + n2)
	Bảo toàn mol O → 
BTKL ta có: + (pư) = + + 
Þ m1 + 63.(3n1 + n2) = 242n1 + 9.(3n1 + n2) + n2. (1) 
Giải pt (1) tìm được n1. Từ đây sẽ tính được tất cả.
* TRƯỜNG HỢP PHẢN ỨNG VỚI H2SO4 (đặc)
Bảo toàn mol nguyên tố Fe → 
 Bảo toàn mol S → 
 Bảo toàn mol H → = (pư) = (1,5n1 + n2)
BTKL ta có: + (pư) = + + 
→ m1 + 98.(1,5n1 + n2) = 200n1 + 18.(1,5n1 + n2) + n2. (2) 
Giải pt (2) tìm được n1. 
*Giải bài toán khảo sát theo phương pháp bảo toàn khối lượng 
BTKL ta có: 9,12 + 63.(3n1 + 0,06) = 242n1+ 9.(3n1+0,06) + 0,06.46 
 → n1 = 0,12 mol → m = 0,12.56 = 6,72 gam.
2. Phương pháp qui đổi
Vì A phản ứng với HNO3 dư, sau phản ứng thu được muối sắt (III) duy nhất nên có thể quy đổi A thành: Fe và Fe2O3 hoặc FexOy hoặc Fe và O.
2.1 Quy đổi A về Fe, Fe2O3
 9,12 gam A Fe(NO3)3 + (0,06 mol) NO2 h + H2O
Cách 1. Tính b dựa vào phương trình phản ứng.
Chỉ có Fe phản ứng với HNO3 sinh ra NO2.
Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
 b 0,06
→ b =0,06.1:3 = 0,02 mol
→ a.160 + b.56 = 9,12 → a = 0,05 mol.
→ m = 0,02.56 + 0,05.2.56 = 6,72 gam
Cách 2. Tính b theo quy tắc hóa trị.
 b.3 = 0,06.1 → b = 0,02 mol.
→ a = mol.
 m = (0,05.2 + 0,02).56 = 6,72 gam 
Cách 3. Phương pháp đường chéo
 Đặt T = = 
 Ta có: Þ (bđ) = = 6,72 gam 
2.2 Quy đổi A về một chất giả định FexOy 
Cách 1. Phân tích hệ số
 Sơ đồ: FexOy xFe(NO3)3 + (3x-2y) NO2 ­ + H2O
 Gọi a, b lần lượt là số mol Fe, O trong A.
 Phân tích hệ số thấy: = 
 Ta có: → a = 0,12 ; b = 0,15 → m = 0,12*56 = 6,72 gam 
Cách 2. Đồng nhất hệ số (tìm tỷ lệ số nguyên tử Fe và O trong hợp chất)
 FexOy + (6x – 2y) HNO3 xFe(NO3)3 + (3x-y)H2O + (3x-2y)NO2 ­ 
 Đồng nhất thức từ hệ số trong PTHH và dữ kiện đề cho, ta có:
 → 
 → A : Fe4O5 →gam
Cách 3. Tìm tỷ lệ nguyên tử Fe và O thông qua hệ số tỷ lượng của phương trình phản ứng.
 FexOy + (6x – 2y) HNO3 xFe(NO3)3 + (3x-y)H2O + (3x-2y)NO2 ­ 
 0,06 (mol)
Ta có: 
6,72 gam
2.3 Quy đổi A về chất giả định FexOy có phản ứng với HNO3 dư tạo NO2 với tỷ lệ mol là 1:1 thì .
6,72 gam
2.4 Quy đổi A về 2 nguyên tố Fe và O
m(g)Fe 9,12 gam A Fe(NO3)3 + (0,06 mol) NO2 ­ + H2O 
Cách 1. Tính x và y theo qui tắc hóa trị. 
Ta thấy Fe tăng hóa trị = 3; N giảm hóa trị ; O giảm hóa trị 2. 
Ta có : 
→ x = 0,12 ; y = 0,15 → m = 0,12.56 = 6,72 gam 
Cách 2. Tính x, y theo phương pháp bảo toàn mol nguyên tố.
→ x = 0,12; y = 0,15 → m = 0,12.56 = 6,72 gam 
3. Phương pháp ghép ẩn số
 Fe3O4 luôn coi là FeO + Fe2O3 → A: = (x + y + 2z ).
 FeO NO2 ; Fe 3NO2 
 x x y 3y (mol)
 Ta có: 72x + 56y + 160z = 9,12 (1)
 x + 3y = 0,06 → 8x + 24y = 0,48 (2)
 Cộng (1) và (2) được: 80x + 80y + 160z = 9,6 
→ x + y + 2z = 0,12 = → m = 6,72 gam
4. Phương pháp đưa thêm giả thiết phụ 
 Xem A chỉ có FexOy 
 FexOy + (6x-2y)HNO3 ® xFe(NO3)3 + (3x-y)H2O + (3x-2y)NO2 (1)
Giả sử đốt hỗn hợp A bằng O2 được rắn A’ chỉ có Fe2O3.
FexOy + () O2 ® Fe2O3 (2)
Sản phẩm tạo thành hợp chất của sắt trong (1) và (2) đều chứa sắt có hóa trị III. Từ hệ số của NO2 và O2 trong (1),(2) => = (mol) 
 (A’) = = 9,12 + 0,015= 9,6 gam 
 → (ban đầu) = .9,6 = 6,72 gam
5. Phương pháp hóa trị trung bình 
 Gọi là hóa trị trung bình của Fe trong A ().
 → 6,72 gam
III - BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ
Bài 1. Đốt m gam Fe trong khí oxi sau một thời gian thu được 1,368 gam rắn A gồm Fe và các oxit sắt. Cho A vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch B và thấy có 100,8 ml lít SO2 bay ra (khí duy nhất, đo ở đktc). Giá trị của m là
A. 0,588.	B. 0,840.	C. 1,008.	D. 1,260. 
Bài 2. Đốt 0,504 gam Fe trong khí oxi sau một thời gian thu được 0,684 gam rắn A gồm Fe và các oxit sắt. Cho A vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch B và thấy có V ml lít SO2 bay ra (khí duy nhất, đo ở đktc). Giá trị của V là
A. 75,6.	B. 50,4.	C. 100,8.	D. 94,9. 
Bài 3: Đốt cháy m(g) Fe trong khí O2 sau một thời gian thu được (m + 0,64) gam một hỗn hợp X gồm Fe và các oxit sắt. Hòa tan hết X vào dung dịch H2SO4 (đặc nóng, dư), phản ứng hoàn toàn thấy có 0,784 lít SO2 (khí duy nhất, đktc). Giá trị m là:
A.1,12 	B.1,4 	C. 2,8 	D. 3,36 
Bài 4: Để x(gam) sắt trong không khí sau một thời gian thu được (x + 0,24) gam rắn A gồm Fe và 3 oxit của sắt. Hòa tan hoàn toàn A trong 80ml dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch B và giải phóng khí NO (khí duy nhất). Để trung hòa vừa hết lượng axit dư trong B thì cần đúng 100ml dung dịch NaOH 0,1M. Giá trị của x là:
A.3,36 	B.2,80 	C. 1,40 	D. 1,12 
Bài 5: Khử 0,15 mol Fe2O3 bằng khí CO sau một thời gian thu được m(gam) rắn X gồm 4 chất. Hòa tan X trong dung dịch HNO3 dư, kết thúc phản ứng thấy sinh ra 4,48 lít hỗn hợp khí Y {chỉ gồm NO và NO2}. Biết = 21, thể tích khí đo ở đktc. Giá trị m là:
 A.	15,2 	B. 21,6 	C. 16,8 	D. 28,8 
Bài 6: Hỗn hợp A gồm ba oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3) có số mol bằng nhau. Hòa tan hết m gam hỗn hợp A này bằng dung dịch HNO3 thì thu được hỗn hợp B gồm hai khí NO2 và NO có thể tích 1,12 lít (đktc) và tỉ khối hỗn hợp B so với hiđro bằng 19,8. Trị số của m là:
 A. 20,88             	B. 46,4            	C. 23,2                	D. 16,24 
III. Lời kết
Bài viết này chỉ đề cập đến một số phương pháp giải toán hóa học mà học sinh cấp Trung học cơ sở có thể tiếp nhận được. Ngoài 13 cách giải trên, đối với học sinh cấp Trung học phổ thông còn có thể dụng phương pháp khác (như bảo toàn electron, dùng công thức kinh nghiệm, ...). Riêng phương pháp quy đổi ta còn có thể quy đổi theo nhiều hướng khác nhau. Ví dụ: Quy đổi A về [Fe, FeO], [Fe, Fe3O4], [FeO, Fe2O3], [FeO, Fe3O4], [Fe3O4, FeO] thì kết quả vẫn không hề thay đổi. Nếu giải bài tập tự luận thì các phương pháp nêu trên đều áp dụng được, chỉ khác ở chỗ HS bị bắt buộc phải viết các PTHH của phản ứng xảy ra.
--------------------