Chuyên đề Bài toán kim loại với dung dịch muối Fe³⁺

 THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ
1. Tên chuyên đề: “Bài toán kim loại với dung dịch muối Fe3+”
2. Tác giả:
 - Họ và tên: Nguyễn Tuấn Anh.
 - Chức vụ: Giáo viên
 - Đơn vị công tác: Trường THCS Tam Đảo – Tam Đảo.
3. Đối tượng học sinh bồi dưỡng:
 Học sinh lớp 9 tham gia các kì thi HSG cấp huyện, cấp tỉnh
4. Thời gian bồi dưỡng: 3 tiết
 NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
 I. Lí do chọn đề tài:
 Trong chương trình SGK Hóa học lớp 9, chủ yếu là giới thiệu cho học sinh 
 khái niệm, phân loại, tính chất chung của các dạng chất (các loại hợp chất 
 vô cơ, hữu cơ, đơn chất kim loại và phi kim); giới thiệu 1 số đại diện cơ 
 bản. Đây mới chỉ là những kiến thức mang tính chung chung, chưa đi sâu 
 vào những chi tiết, cụ thể. chính vì điều đó khi học sinh vận dụng kiến thức 
 lí thuyết vào giải bài tập, thường hay mắc phải những sai lầm, nhất là những 
 bài tập khó, những đề thi HSG.
 Để thực hiện nhiệm vụ nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi, ngoài 
 việc trang bị cho các em kiến thức, vận dụng những dạng toán cơ bản, bên 
 cạnh đó cần hướng dẫn các em tiếp xúc với các kiến thức nâng cao, vận 
 dụng linh hoạt trong giải các bài toán, nhất là những tính chất hóa học đặc 
 biệt của các chất, những bẫy thường mắc phải trong giải toánGiúp các em 
 hiểu sâu sắc bản chất, đặc thù của bộ môn.
 Trong các bài toán khó, học sinh thường dễ mắc những sai lầm có những bài 
 toán liên quan đến phản ứng giữa kim loại với dung dịch muối Fe 3+, bởi nó 
 có những phản ứng tiếp diễn, hoặc thay đổi trình tự phản ứng, Bài toán 
 này không chỉ có ở lớp 9, mà trong chương trình Hóa học cấp III, thi ĐHCĐ 
 cũng thường hay gặp.
 Chính vì những lí do đó, tôi lựa chọn chuyên đề “Bài toán kim loại với 
 dung dịch muối Fe3+” nhằm củng cố vững chắc hơn kiến thức, kĩ năng cho 
 học sinh đội tuyển khi tham gia các kì thi HSG cấp huyện, cấp tỉnh, làm tiền 
 đề cho học sinh học tốt hóa học THPT.
 II. Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề:
 1. Kiến thức cơ bản
 - Tính chất hóa học của muối (SGKHH9-T31)
 ND: Dung dịch muối có thể tác dụng với kim loại tạo thành muối mới và kim 
 loại mới.
 - Tính chất hóa học chung của kim loại (SGKHH9- T50)
 ND: Kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn (trừ Na, K, Ca) có thể đẩy kim 
 loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối, tạo thành muối mới và kim 
 loại mới.
 - Dãy hoạt động hóa học của kim loại và ý nghĩa (SGKHH9-T53,54)
 1 + Đối với kim loại M không tan trong nước đứng trước Fe trong dãy điện 
 hóa, thì khi phản ứng với muối Fe3+ có thể xảy ra theo 2 giai đoạn:
 Đầu tiên: M + Fe3+ →Mn+ + Fe2+
 Sau đó: M + Fe2+ →Mn+ + Fe
 VD: Cho 6,5 gam kẽm vào 200ml dung dịch FeCl3 0,5M. Tính khối 
 lượng chất rắn tạo thành sau phản ứng?
 n n
 Theo đề ta có: Zn = 0,1 mol; FeCl3 = 0,1 mol
 Các quá trình xảy ra: 
 Zn + 2FeCl3 → ZnCl2 + 2FeCl2
 0,05mol← 0,1mol→ 0,1mol
 Zn + FeCl2 → ZnCl2 + Fe
 0,05mol→ 0,05mol→ 0,05mol
 Vậy rắn sau phản ứng là Fe, mFe = 0,05.56 = 2,8 (g)
 + Đối với kim loại từ Fe đến Cu thì phản ứng chỉ xảy ra theo một giai 
 đoạn: 
 M + Fe3+ →Mn+ + Fe2+
 VD: Cho 1,28 gam Cu vào 100 gam dung dịch Fe 2(SO4)3 16%. Sau khi 
 phản ứng kết thúc thu được dung dịch A. Tính nồng độ phần trăm của 
 dung dịch A?
 n n
 Theo đề ta tính được Cu = 0,02 mol; Fe2(SO4)3 = 0,04 mol
 Phương trình phản ứng:
 Cu + Fe2(SO4)3 → CuSO4 + 2FeSO4
 0,02 mol→ 0,02 mol → 0,02 mol → 0,04 mol
  0,04molFeSO4 6,08gamFeSO4
  
 => dung dịch sau phản ứng có  0,02molCuSO4 hay  3,2gamCuSO4 
  
 0,02molFe2 (SO4 )3 8gamFe2 (SO4 )3
 Khối lượng dung dịch sau phản ứng = 100+ 1,28 = 101,28 (g)
  6,08.100
 C%FeSO   6%
  4 101,28
 
  3,2.100
 Vậy  C%CuSO4   3,16%
  101,28
  8.100
 C%Fe2 (SO4 )3   7,9%
  101,28
 + Đối với kim loại sau Cu: không phản ứng với muối Fe3+
 VD: Cho kim loại Ag vào dung dịch muối FeCl3.
- Phương pháp giải:
 + Xác định chiều phản ứng
 + Xác định thứ tự phản ứng
 + Xác định các sản phẩm có thể tạo thành.
- Các dạng biến thường gặp:
 + Dấu trường hợp kim loại tác dụng với muối Fe 3+ trong sản phẩm tạo 
 thành.
 +Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch muối Fe3+.
 + Một kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp muối có chứa muối Fe3+.
 3 Mg + 2Fe(NO3)3→ Mg(NO3)2 + 2Fe(NO3)2 (2)
0,01mol ← 0,02mol → 0,02mol 
Sau phản ứng (2): = 0,005 mol; = 0,02 mol
Mg + Fe(NO3)2 → Mg(NO3)2 + Fe (3)
0,005mol→0,005mol →0,005mol
Chất rắn gồm 0,03mol Ag và 0,005mol Fe
Vậy giá trị m = 0,03.108+ 0,005.56 = 3,52 (g) 
5. Nhúng 1 thanh Mg vào 400ml dung dịch Fe(NO3)30,5M. Sau một thời 
gian lấy thanh kim loại ra sấy khô và cân thấy khối lượng thanh kim loại 
tăng 0,8 gam. Tính khối lượng Mg đã tan ra?
Bài giải: 
n
Fe(NO3)3 = 0,2 mol
m thanh kim loại tăng = mFe tạo thành – mMg phản ứng 
phương trình phản ứng xảy ra:
Mg + 2Fe(NO3)3→ Mg(NO3)2 + 2Fe(NO3)2 (1)
0,1mol ← 0,2mol → 0,2mol 
Mg + Fe(NO3)2 → Mg(NO3)2 + Fe (2)
x mol →x mol →x mol
=> 56x – (0,1+x).24 = 0,8 →x = 0,1(mol) 
=> mMg tan = (0,1+0,1).24 = 4,8 (g).
6. Cho 27,2 gam hỗn hợp Fe và Fe2O3 hòa tan hoàn toàn trong lượng 
cần thiết dung dịch HCl 2M, sau phản ứng thu được 2,24 lit khí (ở đktc). 
Tính:
a. Phần trăm khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu.
b. Thể tích dung dịch axit đã dùng.
Bài giải:
(Ở dạng bài này học sinh rất dễ nhầm lẫn chỉ có phản ứng của HCl với Fe, 
HCl với Fe2O3). Hướng giải như sau:
 n
Đặt số mol của Fe2O3 là x (mol); H2 = 0,1 mol
PTHH: 
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
x mol→6x mol →2x mol
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
0,1mol← 0,2mol← 0,1mol
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
x mol← 2x mol
theo đề bài, ta có: 160x + 56(0,1+x) = 27,2 => x=0,1(mol)
Vậy trong hỗn hợp ban đầu : %Fe2O3 = 58,82%
Thể tích HCl 2M đã dùng là: 400ml
7. Cho 5,4 gam Al vào 150ml dung dịch hỗn hợp Fe(NO3)3 1M và 
Cu(NO3)2 1M. Sau khi phản ứng kết thúc thì thu được khối lượng chất rắn là 
bao nhiêu?
 Bài giải: (ở bài này học sinh rất dễ nhầm lẫn thứ tự phản ứng). Hướng 
giải như sau: 
 5 2FexOy + (6x-2y)H2SO4 →xFe2(SO4)3 + (3x-2y)SO2 + (6x-2y)H2O (1)
2Fe +6H2SO4 →Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 3H2O (2)
Fe + Fe2(SO4)3 →3FeSO4 (3)
2KI + Fe2(SO4)3 →2FeSO4 + I2 + K2SO4 (4)
 = 0,02 mol; 
 . 0,1.1,1 = 0,055 mol
Trường hợp 1: Nếu không xảy ra phản ứng (3)
 = 0,01 mol => 0,055-0,01= 0,045 mol 
 => 
Từ (1) ta có: (không hợp lí)
Trường hợp 2 : Nếu xảy ra phản ứng (3)
Gọi a, b, c lần lượt là số mol của Fe xOy, Fe tham gia các phản ứng (1), (2), 
(3).
 => , vậy công thức của oxit sắt là Fe3O4
 10. Nhúng một thanh kim loại R (hóa trị II) nặng 9,6g vào 0,5 lit dung 
 dịch hỗn hợp A gồm Fe 2(SO4)3 0,24M và FeSO4 0,2M. Sau một thời gian, 
 lấy thanh kim loại ra, thấy dung dịch A biến đổi thành dung dịch B và có 
 khối lượng đúng bằng khối lượng của dung dịch A ban đầu (coi lượng 
 dung dịch hao hụt khối lượng không đáng kể và thể tích dung dịch xem 
 như không thay đổi). Đem hòa tan hết thanh kim loại trong dung dịch HCl 
 có dư thì thấy thoát ra 6,272 lit khí H2 (đktc).
 a. Xác định tên kim loại R
 b. Tính nồng độ mol các chất trong dung dịch B.
 Bài giải :
 a. Đặt số mol R (trong 9,6g) là a mol ; 
 Theo đề bài dung dịch A chứa 0,12 mol Fe2(SO4)3 và 0,1 mol FeSO4
 Do tính oxi hóa Fe2+ < Fe3+ nên khi nhúng kim loại trước hết có phản ứng:
 7 3. Cho 13,44 gam Fe vào dung dịch chứa 0,6 mol H2SO4 đặc nóng, sau 
 phản ứng thu được dung dịch A và khí B duy nhất (đktc). Cô cạn dung 
 dịch A thu được bao nhiêu gam muối khan?
4. Đun nóng m gam hỗn hợp Cu và Fe có tỉ lệ khối lượng tương ứng là 7:3 
 với một lượng dung dịch HNO3. Khi các phản ứng kết thúc, thu được 
 0,75m gam chất rắn, dung dịch X và 5,6 lit hỗn hợp khí NO và NO 2 (sản 
 phẩm khử duy nhất, ở đktc). Biết lượng HNO 3 đã phản ứng là 44,1g. Tìm 
 giá trị của m?
5. Cho 4,32g bột Al vào 240ml dung dịch chứa CuCl 2 1M và FeCl30,5M. 
 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được chất rắn A và dung dịch 
 B.
 a. Tính khối lượng của A?
 b. Tính nồng độ của dung dịch B?
6. Cho a gam bột Fe tan vừa hết trong dung dịch chứa y mol H2SO4 thu 
 được 2,688 lit SO2 (đktc) và dung dịch A, cô cạn A được 16,56 gam muối 
 khan. Tìm giá trị x, y?
7. Tính lượng dung dịch HNO3 1M cần thiết để hòa tan hết 8,4 gam Fe. Biết 
 trong quá trình phản ứng thoát ra khí NO duy nhất.
8. Cho một oxit sắt vào dung dịch H 2SO4 loãng dư thu được dung dịch X. 
 Dung dịch X có khả năng tác dụng được với dung dịch brom, làm mất 
 màu dung dịch thuốc tím, hòa tan được đồng kim loại. Tìm công thức của 
 oxit sắt và viết các phương trình phản ứng xảy ra?
9. Tính khối lượng dung dịch H 2SO4 nhỏ nhất để hòa tan hoàn toàn 18 gam 
 hỗn hợp đồng mol Fe và Cu. Biết khí tạo thành là SO2 (duy nhất)?
10.Nung hỗn hợp bột gồm 32 gam Fe 2O3 với m gam Al ở nhiệt độ cao. Sau 
 khi phản ứng hoàn toàn thu được 34,7 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan 
 toàn bộ hỗn hợp X trong lượng cần thiết dung dịch HCl 7,3% thoát ra V 
 lit khí H2 (đktc)và thu được dung dịchX. 
 a. Tính giá trị a, V?
 b. Tính nồng độ phần trăm của dung dịch X?
11.Cho 23,2 gam hỗn hợp gồm Mg, Fe có tỉ lệ mol tương ứng là 3:7 phản 
 ứng với V lit dung dịch HNO 3 0,5M, thu được dung dịch B và 3,36 lit 
 hỗn hợp khí Y (đktc) có khối lượng là 5,2 gam gồm 2 khí không màu 
 (trong đó có 1 khí bị hóa nâu trong không khí) và còn lại 2,8 gam kim 
 loại. Tính giá trị của V?
 9