Hai hợp chất Fe(II) phổ biến trong phòng thí nghiệm là và . Khi tìm hiểu về hợp chất Fe(II), bạn Nam biết được các chất này dễ hút ẩm và Fe(II) bị oxi hoá bởi oxygen trong không khí thành Fe(III). Quan sát các hoá chất này khi để lâu trong phòng thí nghiệm, Nam nhận thấy có sự chảy rữa và chuyển sang màu nâu đỏ ở cả hai chất với mức độ khác nhau. Dựa vào hiểu biết của bản thân và hiện tượng quan sát được, Nam đề xuất giả thuyết: "Trong cùng thời gian bảo quản, phần trăm Fe(II) bị oxi hoá trong lớn hơn trong ". Để kiểm chứng giả thuyết này, Nam tiến hành cân, ghi lại khối lượng ( gam) mỗi chất tinh khiết rồi cho vào hai lọ sạch, đặt là mẫu X (chứa ) và mẫu Y (chứa ). Sau 1 tháng bảo quản trong cùng điều kiện, Nam thực hiện thí nghiệm lần lượt với mẫu X và mẫu Y theo các bước như sau:
Bước 1: Cân và xác định lại khối lượng mẫu trong lọ, thu được khối lượng gam. Hòa tan toàn bộ lượng mẫu và pha thành 100,0 mL dung dịch.
Bước 2: Lấy chính xác 10,00 mL dung dịch đã pha ở bước 1 vào bình tam giác, thêm khoảng 5 mL dung dịch 3 M. Chuẩn độ dung dịch trong bình tam giác bằng dung dịch 0,020 M đến khi dung dịch có màu hồng bền thì dừng, ghi lại thể tích dung dịch đã dùng. Lặp lại phép chuẩn độ thêm hai lần nữa. Lấy thể tích trung bình (, mL) của dung dịch sau ba lần chuẩn độ.
Các kết quả thực nghiệm đối với mẫu X, mẫu Y được ghi vào bảng bên.
Biết: Các mẫu X, Y chỉ bị oxi hoá bởi oxygen và hút ẩm trong quá trình bảo quản; phần trăm Fe(II) bị oxi hoá trong mỗi mẫu được xác định bằng tỉ số phần trăm giữa số mol Fe(III) trong dung dịch ở bước 1 so với số mol Fe(II) trong mẫu ban đầu; đối với mẫu X, phần trăm Fe(II) đã bị oxi hoá là .
Mẫu X Mẫu Y (gam) 3,136 2,780 (gam) 3,164 2,822 (mL) 7,04 8,32
Hai hợp chất Fe(II) phổ biến trong phòng thí nghiệm là và . Khi tìm hiểu về hợp chất Fe(II), bạn Nam biết được các chất này dễ hút ẩm và Fe(II) bị oxi hoá bởi oxygen trong không khí thành Fe(III). Quan sát các hoá chất này khi để lâu trong phòng thí nghiệm, Nam nhận thấy có sự chảy rữa và chuyển sang màu nâu đỏ ở cả hai chất với mức độ khác nhau. Dựa vào hiểu biết của bản thân và hiện tượng quan sát được, Nam đề xuất giả thuyết: "Trong cùng thời gian bảo quản, phần trăm Fe(II) bị oxi hoá trong lớn hơn trong ". Để kiểm chứng giả thuyết này, Nam tiến hành cân, ghi lại khối lượng ( gam) mỗi chất tinh khiết rồi cho vào hai lọ sạch, đặt là mẫu X (chứa ) và mẫu Y (chứa ). Sau 1 tháng bảo quản trong cùng điều kiện, Nam thực hiện thí nghiệm lần lượt với mẫu X và mẫu Y theo các bước như sau:
Bước 1: Cân và xác định lại khối lượng mẫu trong lọ, thu được khối lượng gam. Hòa tan toàn bộ lượng mẫu và pha thành 100,0 mL dung dịch.
Bước 2: Lấy chính xác 10,00 mL dung dịch đã pha ở bước 1 vào bình tam giác, thêm khoảng 5 mL dung dịch 3 M. Chuẩn độ dung dịch trong bình tam giác bằng dung dịch 0,020 M đến khi dung dịch có màu hồng bền thì dừng, ghi lại thể tích dung dịch đã dùng. Lặp lại phép chuẩn độ thêm hai lần nữa. Lấy thể tích trung bình (, mL) của dung dịch sau ba lần chuẩn độ.
Các kết quả thực nghiệm đối với mẫu X, mẫu Y được ghi vào bảng bên.
Biết: Các mẫu X, Y chỉ bị oxi hoá bởi oxygen và hút ẩm trong quá trình bảo quản; phần trăm Fe(II) bị oxi hoá trong mỗi mẫu được xác định bằng tỉ số phần trăm giữa số mol Fe(III) trong dung dịch ở bước 1 so với số mol Fe(II) trong mẫu ban đầu; đối với mẫu X, phần trăm Fe(II) đã bị oxi hoá là .
Bước 1: Cân và xác định lại khối lượng mẫu trong lọ, thu được khối lượng gam. Hòa tan toàn bộ lượng mẫu và pha thành 100,0 mL dung dịch.
Bước 2: Lấy chính xác 10,00 mL dung dịch đã pha ở bước 1 vào bình tam giác, thêm khoảng 5 mL dung dịch 3 M. Chuẩn độ dung dịch trong bình tam giác bằng dung dịch 0,020 M đến khi dung dịch có màu hồng bền thì dừng, ghi lại thể tích dung dịch đã dùng. Lặp lại phép chuẩn độ thêm hai lần nữa. Lấy thể tích trung bình (, mL) của dung dịch sau ba lần chuẩn độ.
Các kết quả thực nghiệm đối với mẫu X, mẫu Y được ghi vào bảng bên.
Biết: Các mẫu X, Y chỉ bị oxi hoá bởi oxygen và hút ẩm trong quá trình bảo quản; phần trăm Fe(II) bị oxi hoá trong mỗi mẫu được xác định bằng tỉ số phần trăm giữa số mol Fe(III) trong dung dịch ở bước 1 so với số mol Fe(II) trong mẫu ban đầu; đối với mẫu X, phần trăm Fe(II) đã bị oxi hoá là .
| Mẫu X | Mẫu Y | |
|---|---|---|
| (gam) | 3,136 | 2,780 |
| (gam) | 3,164 | 2,822 |
| (mL) | 7,04 | 8,32 |
Các mệnh đề Đúng / Sai:
a)
Tại thời điểm dung dịch có màu hồng bền ở bước 2, lượng Fe(II) trong bình tam giác đã phản ứng hết.
b)
Giá trị của là 82,4 (kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả phép tính cuối cùng được làm tròn đến hàng phần mười).
c)
Ngoài việc xác định được khối lượng phản ứng, kết quả thí nghiệm còn giúp Nam tính được khối lượng đã hấp thụ vào mỗi mẫu sau 1 tháng bảo quản.
d)
Kết quả thu được của thí nghiệm đã bác bỏ giả thuyết của Nam.
Đáp án chính thức: a:Đ,b:S,c:Đ,d:Đ
Hướng dẫn giải chi tiết
Ta xử lí từng mẫu.
Bước 1. Tính số mol Fe(II) ban đầu.
Mẫu X: chất ban đầu là có khối lượng mol g/mol; mol. Mỗi mol chất chứa 1 mol nên ban đầu có mol.
Mẫu Y: có g/mol; mol.
Bước 2. Tính lượng còn lại bằng . Trong môi trường acid: Như vậy 1 mol phản ứng với 5 mol .
Với mẫu X: 10,00 mL dung dịch cần 7,04 mL 0,020 M. Số mol : mol. Số mol trong 10 mL: mol. Toàn bộ dung dịch là 100 mL, tức gấp 10 lần: mol. đã bị oxi hóa: mol. Tỉ lệ bị oxi hóa: .
Với mẫu Y: mol dùng cho 10 mL; trong 10 mL: mol; trong 100 mL: mol; bị oxi hóa: mol. Phần trăm bị oxi hóa: .
Ta thấy .
a) Đúng: khi dung dịch xuất hiện màu hồng bền của , lượng đã phản ứng hết; một lượng rất nhỏ dư làm dung dịch có màu hồng.
b) Sai: , không phải 82,4\%.
c) Đúng: khối lượng mẫu tăng do hấp thụ và hút ; từ số mol bị oxi hóa tính được ; biết khối lượng và độ tăng khối lượng mẫu suy ra khối lượng hấp thụ (ví dụ mẫu X: g; g; g).
d) Đúng: mẫu X: 12,0\% < mẫu Y: 16,8\%, kết quả thí nghiệm bác bỏ giả thuyết của Nam.
Kết luận Câu 3: Đ – S – Đ – Đ.
a) Khi dung dịch xuất hiện màu hồng bền của , lượng đã phản ứng hết. Một lượng rất nhỏ dư làm dung dịch có màu hồng. Kết luận: Đúng.
b) Ta vừa tính được , không phải 82,4\%. Kết luận: Sai.
c) Khối lượng mẫu tăng là do hấp thụ và hút . Từ số mol bị oxi hóa, ta có thể tính số mol đã tham gia. Mỗi nhường 1 electron nên theo quá trình khử oxygen : . Biết khối lượng đã hấp thụ và biết độ tăng khối lượng mẫu thì suy ra được khối lượng hấp thụ. Ví dụ mẫu X: g; số mol : mol; khối lượng : g; do đó lượng hấp thụ: g. Vì vậy phát biểu đúng. Kết luận: Đúng.
d) Giả thuyết của Nam: phần trăm Fe(II) bị oxi hóa ở mẫu X lớn hơn mẫu Y. Thực tế: mẫu X: 12,0\%; mẫu Y: 16,8\%. Nên : kết quả thí nghiệm bác bỏ giả thuyết. Kết luận: Đúng.
Bước 1. Tính số mol Fe(II) ban đầu.
Mẫu X: chất ban đầu là có khối lượng mol g/mol; mol. Mỗi mol chất chứa 1 mol nên ban đầu có mol.
Mẫu Y: có g/mol; mol.
Bước 2. Tính lượng còn lại bằng . Trong môi trường acid: Như vậy 1 mol phản ứng với 5 mol .
Với mẫu X: 10,00 mL dung dịch cần 7,04 mL 0,020 M. Số mol : mol. Số mol trong 10 mL: mol. Toàn bộ dung dịch là 100 mL, tức gấp 10 lần: mol. đã bị oxi hóa: mol. Tỉ lệ bị oxi hóa: .
Với mẫu Y: mol dùng cho 10 mL; trong 10 mL: mol; trong 100 mL: mol; bị oxi hóa: mol. Phần trăm bị oxi hóa: .
Ta thấy .
a) Đúng: khi dung dịch xuất hiện màu hồng bền của , lượng đã phản ứng hết; một lượng rất nhỏ dư làm dung dịch có màu hồng.
b) Sai: , không phải 82,4\%.
c) Đúng: khối lượng mẫu tăng do hấp thụ và hút ; từ số mol bị oxi hóa tính được ; biết khối lượng và độ tăng khối lượng mẫu suy ra khối lượng hấp thụ (ví dụ mẫu X: g; g; g).
d) Đúng: mẫu X: 12,0\% < mẫu Y: 16,8\%, kết quả thí nghiệm bác bỏ giả thuyết của Nam.
Kết luận Câu 3: Đ – S – Đ – Đ.
a) Khi dung dịch xuất hiện màu hồng bền của , lượng đã phản ứng hết. Một lượng rất nhỏ dư làm dung dịch có màu hồng. Kết luận: Đúng.
b) Ta vừa tính được , không phải 82,4\%. Kết luận: Sai.
c) Khối lượng mẫu tăng là do hấp thụ và hút . Từ số mol bị oxi hóa, ta có thể tính số mol đã tham gia. Mỗi nhường 1 electron nên theo quá trình khử oxygen : . Biết khối lượng đã hấp thụ và biết độ tăng khối lượng mẫu thì suy ra được khối lượng hấp thụ. Ví dụ mẫu X: g; số mol : mol; khối lượng : g; do đó lượng hấp thụ: g. Vì vậy phát biểu đúng. Kết luận: Đúng.
d) Giả thuyết của Nam: phần trăm Fe(II) bị oxi hóa ở mẫu X lớn hơn mẫu Y. Thực tế: mẫu X: 12,0\%; mẫu Y: 16,8\%. Nên : kết quả thí nghiệm bác bỏ giả thuyết. Kết luận: Đúng.