Phương pháp quy đổi để giải nhanh bài toán oxit sắt cực hay - Hoá học lớp 12

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

Với Phương pháp quy đổi để giải nhanh bài toán oxit sắt cực hay Hoá học lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Phương pháp quy đổi để giải nhanh bài toán oxit sắt từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 12.

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 Fe_xO_y thì oxit Fe_xO_y 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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Xem Fe₃O₄ là FeO.Fe₂O₃

Ta có: n_FeCl2 = 7,62/127 = 0,06 (mol)

FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O

0,06                    0,06

⇒ n_Fe2O3 = (9,12 - 0,06. 72)/160 = 0,03 mol

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

0,03                         0,06

⇒ m_FeCl3 = 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

Lời giải:

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

⇒ n_Fe = (8,4/56) - (0,1/3) = 0,35/3 → n_Fe2O3 = 0,35/(3×2)

Vậy m_X = m_Fe + m_Fe2O3

⇒ m_X = (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

m_{hh 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 Fe_xO_y

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

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

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

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

n_Fe6O7 = 0,1/(3. 6 - 2. 7 ) = 0,025 mol

m_X = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: D

Giải thích:

Ta có: n_SO2 = 0,145 mol

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

Gọi n_Fe = x mol; n_O = 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:

n_Fe2(SO4)3 = 1/2 n_Fe = 0,145 mol → m_Fe2(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

Lời giải:

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

⇒ n_Fe2O3 = (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

⇒ m_Fe(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

Lời giải:

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)

Lời giải:

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

→ n_KMnO4 = 0,02 mol → V_KMnO4 = 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.

Lời giải:

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 V_SO2 = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Ta có, n_Fe = 0,225 mol và n_SO2 = 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).