Bài toán sắt tác dụng với H₂SO₄ (axit sunfuric) đặc nóng (hay, chi tiết)

Bài viết Bài toán sắt tác dụng với H₂SO₄ (axit sunfuric) đặc nóng với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài toán sắt tác dụng với H₂SO₄ (axit sunfuric) đặc nóng.

Bài toán sắt tác dụng với H₂SO₄ (axit sunfuric) đặc nóng (hay, chi tiết)

Bài giảng: Bài tập tổng hợp về sắt và hợp chất của sắt - Cô Nguyễn Thị Thu (Giáo viên VietJack)

1. Phương pháp giải

- Với dung dịch H₂SO₄ đậm đặc và nóng → muối sắt (III)

Sản phẩm khử của S⁺⁶ thường là S⁺⁴ (SO₂)

PTHH: 2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

+ Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với H₂SO₄ đậm đặc là muối sắt (III) nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

2Fe³⁺ + Fe → 3Fe³⁺

Hoặc: 2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺

+ Lưu ý: Fe bị thụ động hóa trong môi trường H₂SO₄ đặc nguội.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hòa tan m (gam) Fe bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư, thu được 1,344 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất đo ở đktc). Giá trị của m là

   A. 3,36

   B. 1,764

   C. 2,24

   D. 0,896

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

(H₂SO₄ dư nên chỉ tạo muối Fe(III) )

n_SO2 = 0,06 mol

BTe => n_Fe = 2/3 . n_SO2 = 0,04 mol

=> m_Fe = 0,04 . 56 = 2,24g

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn m (g) bột Fe bằng dung dịch H₂SO₄ (đặc, nóng) thu được dung dịch X và 1,344 l khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Cô cạn X, thu được 8,56g muối khan. Giá trị của m là?

   A. 2,8 g

   B. 1,12 g

   C. 2,24g

   D. 1,4g

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O  (1)

Fe + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄  (2)

Có thể có phương trình (2) nếu Fe dư

n_SO2 = 0,06 mol

BT điện tích ta có: 2H₂SO₄ + 2e → SO₂ + SO₄^2- (trong muối) + 2H₂O

=> n_SO4^2- = n_SO2 = 0,06 mol

m_muối = m_KL + m_SO4^2- = 8,56 => m_KL = 8,56 – 96 . 0,06 = 2,8g

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 20,88 (g) một oxit sắt bằng dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thu được dung dịch X và 3,248 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cô cạn dung dịch X thu được m (g) muối sunfat khan. Tính giá trị của m?

Lời giải:

Giải thích:

Ta có: n_SO2 = 0,145 mol

Quy đổi 20,88 g oxit sắt FexOy thành 20,88 g Fe và O

Gọi n_Fe = x mol; n_O = y mol

Quá trình nhường electron:

Fe⁰ - 3e → Fe⁺³

x          3x

Quá trình nhận electron:

O⁰ + 2e → O^-2

y          2y

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

         0,29          0,145

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3x = 2y + 0,29 → 3x - 2y = 0,29  (1)

Mặt khác: 56x + 16y = 20,88  (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,29 và y = 0,29

Muối sinh ra là muối Fe₂(SO₄)₃.

Áp dụng ĐL bảo toàn nguyên tố ta có:

n_Fe2(SO4)3 =1/2 n_Fe = 0,145 mol → m_Fe2(SO4)3 = 0,145. 400 = 58 (g)

3. Bài tập vận dụng

Câu 1: 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). Giá trị của b là

   A. 370.       B. 220.

   C. 500.       D. 420.

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_Fe = 2.58/400 = 0,29 mol

n_FeSO4 = x ; n_Fe2(SO4)3 = y

=> m_dd = 152x + 400y = 51,76

n_Fe = n_FeSO4 + 2. n_Fe2(SO4)3 = x + 2y = 0,29

=> x = 0,13 mol, y= 0,08 mol

BT S: n_H2SO4 = n_FeSO4 + 3Fe₂(SO₄)₃ = 0,13 + 3. 0,08 = 0,37

=> b = (0,37. 98)/9,8 . 100% = 370g

Câu 2: Nung nóng 16,8 gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm các oxit sắt và sắt dư. Hòa tan hết hỗn hợp X bằng H₂SO₄ đặc nóng thu được 5,6 lít SO₂ (đktc). Hãy xác định khối lượng của hỗn hợp X.

   A. 40g       B. 20g

   C. 25g      D. 32g

Lời giải:

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Áp dụng bảo toàn electron cho các quá trình oxi hóa và khử tổng hợp từ các giai đoạn của các phản ứng.

Ta có: n_Fe =16,8/56 = 0,3(mol); n_SO2 = 5,6/22,5 = 0,25(mol)

Theo bảo toàn electron ta có: 4a + 0,5 = 0,9 => a = 0,1(mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_X = m_Fe + m_O2 = 16,8 + 32a = 16,8 + 32.0,1 = 20g

Câu 3: Cho Fe tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thu được khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất) và 8,28 gam muối. Biết số mol Fe bằng 37,5% số mol H₂SO₄ phản ứng. Khối lượng Fe đã tham gia phản ứng là:

   A. 2,52 gam.

   B. 1,68 gam.

   C. 1,12 gam.

   D. 1,08 gam.

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Đặt n_SO2 = x => n_SO4^2- trong muối = n_e/2 = x mol

Bảo toàn S => n_H2SO4 phản ứng = 2x mol

=> n_Fe phản ứng = 37,5%. 2x = 0,75x mol

=> m_muối = 56. 0,75x + 96x = 8,28

=> x = 0,06 mol

=> m_Fe = 56. 0,75x = 2,52g

Câu 4: Cho 5,6 gam Fe tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thu được 0,84 lít khí (đktc) gồm một sản phẩm khử duy nhất. Sản phẩm khử duy nhất đó là:

   A. SO₂

   B. S

   C. H₂S

   D. H₂

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

n_Fe = 0,1 => n_e = 3. n_Fe = 0,3mol

n_khí = 0,0375 mol

=> S⁺⁶ đã nhận 0,3/0,0375 = 8e để tạo ra 1 phân tử khí.

=> Khí là H₂S.

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn a gam Fe_xO_y bằng dung dịch H₂SO₄ đậm đặc nóng vừa đủ, có chứa 0,075 mol H₂SO₄ thu được b gam một muối có 168 ml khí SO₂ (đktc) duy nhất thoát ra. Giá trị của b là

   A. 9 (g)

   B. 2,45 (g)

   C. 5 (g)

   D. 3,75 (g)

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_SO2 = 0,0075 mol

Bảo toàn S => n_SO4^2- = n_H2SO4 - n_SO2 = 0,0675 mol

=> n_Fe2(SO4)3 = 1/3. n_SO4^2- = 0,0225 mol

=> b = m_Fe2(SO4)3 = 9 gam

Câu 6: Cho m gam Fe tác dụng hết với H₂SO₄ (đặc, nóng). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 10m/7 gam khí SO₂ và dung dịch X. Cho Ba(OH)₂ dư vào dung dịch X thu được (m + 133,5) gam kết tủa. Giá trị của m là:

   A. 56

   B. 28

   C. 22,4

   D. 16,8

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

n_SO2 = 5m/224 mol => n_e = 5m/112 mol

Ta thấy (2m/56) < (5m/112) < (3m/56) nên có cả 2 muối Fe²⁺, Fe³⁺ => Axit hết.

=> n_SO4^2- = n_SO2 = 5m/224 mol

—> n_OH^- trong ↓ = 2. n_SO4^2- = 5m/112 mol

Kết tủa sau phản ứng có Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ và BaCO₃

m↓ = m + 17. (5m/112) + 233. (5m/224) = m + 133,5

=> m = 22,4g

Câu 7: Hòa tan hoàn toàn 16,0 gam hỗn hợp rắn X gồm FeS₂ và Cu₂S trong 120,0 gam dung dịch H₂SO₄ 98%, đun nóng thu được dung dịch Y và V lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, đkc). Cho BaCl₂ dư vào dung dịch Y thu được 139,8 gam kết tủa. Giá trị của V là:

   A. 17,92       B. 20,16

   C. 16,80       D. 22,4

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Đặt n_FeS2 = a mol và n_Cu2S = b mol

=> m_X = 120a + 160b = 16  (1)

FeS₂ → Fe³⁺ + 2S⁺⁶ +15e

Cu₂S → 2Cu²⁺ + S⁺⁶ + 10e

S⁺⁶ +2e → S⁺⁴

Bảo toàn electron: 2. n_SO2 = 15. n_FeS2 + 10. n_Cu2S

=> n_SO2 = 7,5a + 5b mol

n_H2SO4 = 1,2 mol và n_BaSO4 = 0,6 mol

Bảo toàn S:

2a + b + 1,2 = 0,6 + 7,5a + 5b  (2)

(1) (2) => a = 0,08 và b = 0,04

=> n_SO2 = 7,5a + 5b = 0,8 mol

=> V = 17,92 (l)

Câu 8: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,002 FeS₂ và 0,003 mol FeS vào lượng dư H₂SO₄ đặc, nóng thu được Fe₂(SO₄)₃, SO₂ và H₂O. Hấp thụ hết SO₂ bằng một lượng vừa đủ dung dịch KMnO₄ được V lít dung dịch Z không màu trong suốt có pH = 2. Giá trị của V là:

   A. 1,14.      B. 0,14.

   C. 11,4.       D. 2,28.

Lời giải:

Chọn đáp án: D

Giải thích:

FeS₂ → Fe³⁺ + 2SO₂ + 11e

0,002mol

FeS → Fe³⁺ + SO₂ + 7e

0,003 mol

=> n_{e nhường} = 0,002. 11 + 0,003. 7 = 0,043 mol

S⁺⁶ + 2e → SO₂

          0,043 mol

BTe => n_SO2 = 0,043/2 = 0,0215 mol

5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄

=> n_H2SO4 = 0,0114 mol => n_H⁺ = 0,0228 mol

pH = 2 => [H⁺] = 0,01

=> V = 2,28 lít

Bài giảng: Bài tập sắt, hợp chất của sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh - Cô Nguyễn Thị Thu (Giáo viên VietJack)

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 12 có trong đề thi Tốt nghiệp THPT khác:

• Phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài toán oxit sắt
• Bài toán xác định tên kim loại
• Bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với axit
• Hợp chất sắt tác dụng với axit
• Bài tập về tính oxi hóa của muối Sắt 3 III
• Bài tập về muối của kim loại chuyển tiếp Fe, Cu, Ag, Zn

---