Bài toán hòa tan hỗn hợp sắt và oxit sắt trong dung dịch axit là một dạng bài tập phổ biến trong chương trình hóa học phổ thông và thường xuất hiện trong các kỳ thi. Để giải quyết các bài toán này một cách hiệu quả, việc nắm vững các kiến thức cơ bản về phản ứng hóa học, định luật bảo toàn và kỹ năng tính toán là vô cùng quan trọng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng phân tích một bài toán điển hình và đưa ra phương pháp giải chi tiết, tập trung vào việc “Hòa Tan Hết” hỗn hợp ban đầu.
Đề bài: Hòa tan hết a gam hỗn hợp X gồm Fe và một oxit sắt trong b gam dung dịch H2SO4 9,8% (lượng vừa đủ), sau phản ứng thu được dung dịch chứa 51,76 gam hỗn hợp hai muối khan. Mặt khác, nếu hòa tan hết a gam X bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thu được duy nhất 58 gam muối Fe (III). Tính giá trị của b.
Phân tích bài toán:
Điểm mấu chốt của bài toán này là việc xác định chính xác các phản ứng xảy ra và áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố một cách linh hoạt. Chúng ta cần chú ý đến hai trường hợp hòa tan khác nhau:
- Trường hợp 1: Hòa tan trong H2SO4 loãng (lượng vừa đủ) tạo ra hỗn hợp hai muối Fe(II) và Fe(III).
- Trường hợp 2: Hòa tan trong H2SO4 đặc nóng chỉ tạo ra muối Fe(III) duy nhất.
Từ dữ kiện về khối lượng muối Fe(III) trong trường hợp 2, chúng ta có thể tính được số mol Fe trong hỗn hợp ban đầu. Sau đó, kết hợp với dữ kiện về khối lượng hỗn hợp muối trong trường hợp 1, chúng ta có thể xác định được số mol của từng muối và từ đó tính được số mol H2SO4 cần dùng và khối lượng dung dịch H2SO4 (b).
Lời giải chi tiết:
-
Xác định số mol Fe2(SO4)3:
Trong trường hợp hòa tan bằng H2SO4 đặc nóng, ta có:
nFe2(SO4)3 = 58 / 400 = 0,145 mol
-
Gọi số mol các muối trong trường hợp 1:
Gọi nFeSO4 = x mol và nFe2(SO4)3 = y mol
Ta có hệ phương trình:
- 152x + 400y = 51,76 (theo khối lượng muối khan)
- x + 2y = 0,145 * 2 = 0,29 (bảo toàn Fe)
Giải hệ phương trình, ta được: x = 0,13 mol và y = 0,08 mol.
-
Tính số mol H2SO4:
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố S, ta có:
nH2SO4 = nFeSO4 + 3nFe2(SO4)3 = 0,13 + 3 * 0,08 = 0,37 mol
-
Tính khối lượng dung dịch H2SO4 (b):
b = (0,37 * 98) / 0,098 = 370g
Vậy, giá trị của b là 370g.
Lưu ý:
- Việc “hòa tan hết” hỗn hợp X là điều kiện quan trọng để áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố.
- Bài toán có thể biến đổi bằng cách thay đổi oxit sắt hoặc yêu cầu tính giá trị của a. Tuy nhiên, phương pháp giải vẫn tương tự.
Mở rộng:
Để nâng cao khả năng giải quyết các bài toán tương tự, bạn nên luyện tập thêm các bài tập về hòa tan hỗn hợp kim loại và oxit kim loại trong dung dịch axit, đặc biệt là các bài toán có liên quan đến phản ứng oxi hóa khử.
Kết luận:
Bài toán hòa tan hết hỗn hợp sắt và oxit sắt là một ví dụ điển hình về việc áp dụng các kiến thức hóa học cơ bản để giải quyết các vấn đề thực tế. Việc nắm vững các định luật, phương pháp tính toán và kỹ năng phân tích đề bài là chìa khóa để thành công trong các bài toán hóa học.
