Các bài toán có chứa nhiều oxit sắt, các hợp chất của sắt thường chúng ta sẽ cảm thấy khó khăn khi giải chúng và không có hướng giải. Nhưng để đơn giản hoá nó, các oxit sắt, hợp chất sắt có thể quy về đơn giản hơn. Nói chung nó là phương pháp quy đổi oxit sắt. Đối với mỗi bài toán, chúng ta cần quy đổi một cách linh hoạt. Đó cũng là sự quy đổi nói chung của hoá học. Dưới đây, là một bài nghiên cứu về phương pháp quy đổi hỗn hợp oxit sắt.
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
Ảnh: oxit sắt2. Ví dụ minh hoạ
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
Ví dụ 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.
Ví dụ 4: 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
Ví dụ 5: 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).
Trên đây, là phương pháp quy đổi hỗn hợp các oxit sắt. Mong rằng, với bài viết này bạn sẽ giải quyết bài toán về sắt một cách hiệu quả và nhanh chóng !
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
Ảnh: oxit sắt
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
Ví dụ 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.
Ví dụ 4: 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
Ví dụ 5: 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).
Trên đây, là phương pháp quy đổi hỗn hợp các oxit sắt. Mong rằng, với bài viết này bạn sẽ giải quyết bài toán về sắt một cách hiệu quả và nhanh chóng !
Sửa lần cuối:
