Chuyên đề Phân loại và phương pháp giải bài toán hỗn hợp sắt và các hợp chất của sắt

1,12 lít (đktc) và tỉ khối hỗn hợp K so với hiđro bằng 19,8. Trị số của m là:
A. 20,88 gam               B. 46,4 gam        C. 23,2 gam               D. 16,24 gam
Ví dụ 2: Cho a gam hỗn hợp A gồm oxit Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng hoàn toàn với lượng vừa đủ là 250 ml dung dịch HNO3 khi đun nóng nhẹ, thu được dung dịch B và 3,136 lít (đktc) hỗn hợp khí C gồm NO2 và NO có tỉ khối so với hiđro là 20,143. C ô cạn dung dịch sau 
phản ứng thu được 48,4 g một muối khan duy nhất. Tính a.
	PA. 13,44gam. 	B. 13,21 gam.	 C. 15,68 gam.	 D. Kết quả khác.
Loại 2: Hỗn hợp sắt và hợp chất với lưu huỳnh phản ứng với chất oxi hoá mạnh
Ví dụ 1: Hoà tan 20,8 gam hoãn hôïp gồm FeS, FeS2, S baèng dung dòch HNO3 đac nóng dư thu ñöôïc 53,76 lít NO2 (saûn phaåm khöû duy nhaát)ñkc, và dung dòch A. Cho dd A tác duïng vôùii dung dòch NaOH dư, loïc lấy toàn bộ kêt tuûa nung trong không khí đên khối löôïng không đoi thì khôi lưôïng chất rắn thu đñöôïc là:
16 gam 	B. 9 gam 	C. 8,2 gam 	D. 10,7 gam
Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 25,6 gam chất rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằng dung dịch HNO3 dư, thoát ra V lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Thêm Ba(OH)2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa. Giá trị của V là: A. 17,92. 	B. 19,04. 	C. 24,64. 	 D. 27,58.
Ví dụ 3: Cho 6,51 gam hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol bằng nhau (M là kim loại có hóa trị không đổi) tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch HNO3 đun nóng thu được dung dịch A và 13,216 lít (đktc) hỗn hợp khí X có khối lượng là 26,34 gam gồm NO2 và NO. Thêm dung dịch BaCl2 dư vào dung dịch A thấy có m gam kết tủa trắng, không tan trong axit dư.
1. Kim loại M là:	A. Cu	B. Mg	C. Fe	D. Zn
2. Giá trị của m là:	A. 20,97g	B. 13,98g	C. 20,79g	D. 13,89g.
2. Dạng đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa 
Ví dụ 1: 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. 12g	B. 12,25g	PC. 15g	D. 20g
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
Fe phản ứng với Oxi cho 3 sản phẩm oxit và lượng sắt dư, sau đó hỗn hợp oxit này phản ứng với H2SO4 đặc nóng đưa lên sắt +3. Trong quá trình Oxi nhận e để đưa về O2- có trong oxit và H2SO4(S+6) nhận e để đưa về SO2 (S+4). 
Như vậy: 	+ Khối lượng oxit sẽ là tổng của khối lượng sắt và oxi. 
	+ Cả quá trình chất nhường e là Fe chất nhận là O và H2SO4.
Giải: Ta có , nFe = 0,225 mol
Gọi số mol oxi trong oxit là x ta có:
Chất khử	Chất oxi hóa
x
2x
0,225 x 3
0,225
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
Mặt khác ta có: nên: m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam).
ĐS: C
Ví dụ 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?
	PA. 16,8g; 1,15 lít	B. 14g; 1,15 lít
	C. 16,8g; 1,5 lít	D. 14g; 1,5 lít
Phân tích đề: sơ đồ phản ứng
+ 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: 
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
x
3x
y
2y
y
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 
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: 
nên mol.
Vậy 
Ta có thể khái quát hoá bài toán như sau:
	Để m gam phoi bào sắt A ngoài không khí sau một thời gian biến thành hỗn hợp B có khối lượng m1 gam gồm sắt và các oxit săts. Cho B tác dụng hoàn toàn với HNO3 dư thấy giải phóng V lít khí NxOy (sản phẩm khử duy nhất). Tính khối lượng m của A, khối lượng muối tạo thành, khối lượng HNO3 tham gia phản ứng?
Phân tích bài toán:
Sơ đồ: Fe 
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có 
	x NO3- + (5x-2y)e ® NxOy
	x.a (5x-2y).a a
Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:
m=0,7n+5,6n
Vậy ta đã chứng minh được biểu thức tính: 
Khối lượng muối tạo thành: 
Số mol HNO3 phản ứng: 	
m=0,7n+5,6n
Nhận xét: Sau khi đã làm quen với HNO3 giáo viên có thể thay thế bằng H2SO4 đặc nóng cho kết quả tương tự.
Khối lượng muối tạo thành: 
Số mol H2SO4 phản ứng: 
Mở rộng bài toán: Để m gam hỗn hợp A gồm phoi bào sắt và một kim loại M có hoá trị không đổi ngoài không khí sau một thời giạn biến thành hốn hợp B có khối lượng m1 gam gồm Fe và các oxit sắt FeO, Fe2O3, Fe3O4, M2On và M. Cho B tác dụng hoàn toàn với HNO3 dư thấy giải phóng ra V lít khí duy nhất NxOy. Tính khối lượng m của A, khối lượng muối và khối lượng HNO3 tham gia phản ứng?
Hướng dẫn giải
Sơ đồ: 
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Fe ® Fe3+ + 3e	O2 + 4e ® 2O2-
a/56	3a/56	(mhh-m)/32 (mhh-m)/8
M ® Mn+ + ne	xN+5 + (5x-2y)e ® xN+2y/x
b/M	 nb/M	c.x	 (5x-2y).c
Đặt u = c(5x-2y) trong đó c là số mol của NxOy
Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:
Kết hợp với a+b=m ®a = m-b ta tính được biểu thức: 
Trong đó:
M: Là khối lượng mol của M
n: Là hoá trị
b: Khối lượng kim loại M
u: số mol e trao đổi
Khối lượng muối nitrat và khối lượng HNO3
Bài tập áp dụng: Cho m gam hốn hợp gồm Fe và Al trong đó Al có khối lượng 2,7 gam. Nung A trong không khí một thời gian thu được hỗn hợp B gồm Fe, Al dư và các oxit có khối lượng 18,7 gam. Cho B tác dụng với dung dịch HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO duy nhất ở đkc. Tính m?
Hướng dẫn giải
Áp dụng hệ thức trên có:
3. Dạng khử không hoàn toàn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh là HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng:
Ví dụ 1: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m ?
	A. 11,2g	B. 16,0g	C. 24g	PD. 12g
Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng
Trong trường hợp này xét quá trình đầu và cuối ta thấy chất nhường e là CO, chất nhận e là HNO3. Nhưng nếu biết tổng số mol Fe trong oxit ta sẽ biết được số mol Fe2O3. Bởi vậy ta dùng chính dữ kiện bài toán hòa tan X trong HNO3 đề tính tổng số mol Fe. 
Giải: Theo đề ra ta có: 
Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 10,44 (1).
Quá trình nhường và nhận e: 
Chất khử	Chất oxi hóa
x
3x
y
2y
y
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ 
Giải hệ trên ta có x = 0,15 và y = 0,1275 
Như vậy nFe = 0,15 mol nên m = 12 gam.
Ví dụ 2: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 cần 0,05 mol H2. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn là
	A. 448 ml.	PB. 224 ml.	C. 336 ml.	D. 112 ml.
Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng: 
Thực chất phản ứng khử các oxit trên là
	H2 + O ¾® H2O
	0,05 ® 0,05 mol
Coi hỗn hợp ban đầu có 0,05 mol O và 
Fe ¾® Fe3+ + 3e	O + 2e ¾® O-2
0,04	 0,12 (mol)	0,05 0,1 (mol)
	S+6 + 2e ¾® S+4	
	 0,01 0,02
Vậy:	 (Đáp án B)
Mở rộng bài toán: Nếu chúng ta thêm vào hỗn hợp một số oxit các kim loại từ Al trở về trước thì tình hình sẽ như thế nào.
Ví dụ: Thổi một luồng khí CO dư đi qua ống sứ đựng 6,54g các oxit FeO, Fe2O3, Fe3O4, Al2O3, MgO (số mol FeO băng Fe2O3) lượng khí thu được dẫn qua dung dịch nước vôi trong dư thì thu được 5 gam kết tủa trắng. Mặt khác hoà tan hoàn toàn 6,54 g lượng oxit nói trên trong dung dịch HNO3 loãng dư thì thu được bao nhiêu lít khí NO (đkc)?
Hướng dẫn giải
4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ 
Nhận xét:
Đây không phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao đổi. Trong phản ứng này ta coi đó là phản ứng của: và tạo ra các muối Fe2+ và Fe3+ 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.
ví dụ 1: 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?
	PA. 8g 	B. 8,2g	C. 5,03g	D. 9,25g
Phân tích đề: Sơ đồ 
+ 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
Giải: Ta có 
Theo phương trình: trong O2- là oxi trong hỗn hợp oxit
	 0,26 0,13
 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 2FeFe2O3
	 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. 
Ví dụ: 2
	Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl dư. phản ứng kết thúc thu được 7,62 g FeCl2 và m gam FeCl3. Tính m?
	A. 8,75	B. 7,80	C. 6,50	PD. 9,75
Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 trong 425 ml dung dịch HCl 2,0M thu được một dung dịch X chứa Fe2+ và Fe3+ với tỉ lệ số mol 1:2. Sục một lượng O2 vào dung dịch X thì thu được dung dịch Y. Y làm mất màu vừa đủ 100 ml dd Br20,25M. Giá trị của m là:
	A. 11,6g	B. 46,4 g	C. 32,8g	PD. 23,2g
5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+( Bỏ qua quá trình H nguyên tử khử Fe3+ thành Fe2+)
Nhận xét: 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