Đề tài Chuyên đề phân loại và pp giải bài tập hỗn hợp sắt và các oxit sắt

bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0.18 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ 
Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15 
Như vậy mol vậy m = 38,72 gam.
Với bài toán này ta cũng có thể quy về bài toán kinh điển: Đốt m gam sắt sau phản ứng sinh ra 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). 
Chúng ta sẽ tính m rồi từ suy ra số mol Fe và từ đó tính số mol của sắt.
Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm (Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO) với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hòa tan hết vào dung dịch Y gồm (HCl và H2SO4 loãng) dư thu được dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z cho tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát ra ở đktc là?
	A. 25 ml; 1,12 lít.	B. 0,5 lít; 22,4 lít.
	PC. 50 ml; 2,24 lít.	D. 50 ml; 1,12 lít.
Hướng dẫn giải
Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4. 
Hỗn hợp X gồm: (Fe3O4 0,2 mol; Fe 0,1 mol) tác dụng với dung dịch Y
	Fe3O4 + 8H+ ® Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O
	 0,2 ® 0,2 0,4 mol
	Fe + 2H+ ® Fe2+ + H2­ 
	0,1 ® 0,1 mol
Dung dịch Z: (Fe2+: 0,3 mol; Fe3+: 0,4 mol) + Cu(NO3)2:
	3Fe2+ + NO3- + 4H+ ® 3Fe3+ + NO­ + 2H2O
	 0,3 0,1 0,1 mol
Þ	VNO = 0,1´22,4 = 2,24 lít.
	mol
Þ	lít (hay 50 ml). (Đáp án C)
 Phát triển bài toán: 
Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm sản phẩm khử như NO2, NO ta có vẫn đặt hệ bình thường tuy nhiên chất nhận e bây giờ là HNO3 thì cho 2 sản phẩm. 
Trường hợp 2: Nếu đề ra yêu cầu tính thể tích hoặc khối lượng của HNO3 thì ta tính số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có:
Ví dụ 1.  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 K gồm hai khí NO2 và NO có thể tích 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.
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 
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)
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. 
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 quan đến H+ sẽ có những phản ứng sau:
Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H+ và số mol H2 để tìm số mol của O2- từ đó tính được tổng số mol của Fe.
Ví dụ 1: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H2 (đktc). 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?
A. 11,2g	B. 16,0g	PC. 24g	D. 12g
Phân tích đề: Sơ đồ 
+ Ta coi H+ của axit vừa nhận electron để thành H2 và phản ứng với O2- của oxit
+ Toàn bộ Fe trong oxit cuối cùng chuyển về Fe2O3
+ Từ tổng số mol H+ và số mol H2 ta có thể tính được số mol O trong oxit từ đó tính được lượng Fe có trong oxit.
Giải: Ta có 
Ta có phương trình phản ứng theo H+.
Từ (1) ta có (vì số mol H2=0,15mol) như vậy số mol H+ phản ứng theo phản ứng (2) là 0,4 mol( tổng 0,7 mol). Vậy số mol O2- là: 0,2 mol.
mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mFe + mO =7,68 
Nên mFe = 20 – 0,2x16 =16,8 (gam) nFe = 0,3 mol
Ta lại có 2FeFe2O3
	 0,3 0,15
Vậy m = 0,15x160 = 24 gam. 
V í dụ 2: Cho một luồng khí CO đi qua ống đựng 0,01 mol FeO và 0,03 mol Fe2O3 (hỗn hợp A) đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 4,784 gam chất rắn B gồm 4 chất. Hoà tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít H2 (ở đktc). Tính số mol oxit sắt từ trong hỗn hợp B. Biết rằng trong B số mol oxit sắt từ bằng 1/3 tổng số mol sắt (II) oxit và sắt (III) oxit.
	PA. 0,006.	B. 0,008.	C. 0,01.	D. 0,012.
Hướng dẫn giải
Hỗn hợp A + CO ® 4,784 gam B (Fe, Fe2O3, FeO, Fe3O4) tương ứng với số mol là: a, b, c, d (mol).
Hoà tan B bằng dung dịch HCl dư thu được mol.
	Fe + 2HCl ® FeCl2 + H2
Þ 	a = 0,028 mol. 	(1)
Theo đầu bài: 	 ® 	(2)
Tổng mB là: 	(56.a + 160.b + 72.c + 232.d) = 4,78 gam.	(3)
Số mol nguyên tử Fe trong hỗn hợp A bằng số mol nguyên tử Fe trong hỗn hợp B. Ta có: 
	nFe (A) = 0,01 + 0,03´2 = 0,07 mol 
	nFe (B) = a + 2b + c + 3d
Þ	a + 2b + c + 3d = 0,07	(4)
Từ (1, 2, 3, 4) ® 	b = 0,006 mol
	c = 0,012 mol
	d = 0,006 mol. (Đáp án A)
6. Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương:
Nhận xét: Trong số oxit sắt thì ta coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau. Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi. 
Nếu cho số mol FeO và Fe2O3 có số mol