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

Chọn đáp án: C

Giải thích:

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

(H2SO4 dư nên chỉ tạo muối Fe(III) )

nSO2 = 0,06 mol

BTe => nFe = 2/3 . nSO2 = 0,04 mol

=> mFe = 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

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

nSO2 = 0,06 mol

BT điện tích ta có: 2H2SO4 + 2e → SO2 + SO42- (trong muối) + 2H2O

=> nSO42- = nSO2 = 0,06 mol

mmuối = mKL + mSO42- = 8,56 => mKL = 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?

Giải thích:

Ta có: nSO2 = 0,145 mol

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

Gọi nFe = x mol; nO = 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:

nFe2(SO4)3 =1/2 nFe = 0,145 mol → mFe2(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.

Chọn đáp án: A

Giải thích:

nFe = 2.58/400 = 0,29 mol

nFeSO4 = x ; nFe2(SO4)3 = y

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

nFe = nFeSO4 + 2. nFe2(SO4)3 = x + 2y = 0,29

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

BT S: nH2SO4 = nFeSO4 + 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

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.

Bài toán sắt tác dụng với H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án Bài toán sắt tác dụng với H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

Ta có: nFe =16,8/56 = 0,3(mol); nSO2 = 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:

mX = mFe + mO2 = 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.

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Đặt nSO2 = x => nSO42- trong muối = ne/2 = x mol

Bảo toàn S => nH2SO4 phản ứng = 2x mol

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

=> mmuối = 56. 0,75x + 96x = 8,28

=> x = 0,06 mol

=> mFe = 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

Chọn đáp án: C

Giải thích:

nFe = 0,1 => ne = 3. nFe = 0,3mol

nkhí = 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 FexOy 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)

Chọn đáp án: A

Giải thích:

nSO2 = 0,0075 mol

Bảo toàn S => nSO42- = nH2SO4 - nSO2 = 0,0675 mol

=> nFe2(SO4)3 = 1/3. nSO42- = 0,0225 mol

=> b = mFe2(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

Chọn đáp án: C

Giải thích:

nSO2 = 5m/224 mol => ne = 5m/112 mol

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

=> nSO42- = nSO2 = 5m/224 mol

—> nOH- trong ↓ = 2. nSO42- = 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

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Đặt nFeS2 = a mol và nCu2S = b mol

=> mX = 120a + 160b = 16  (1)

FeS2 → Fe3+ + 2S+6 +15e

Cu2S → 2Cu2+ + S+6 + 10e

S+6 +2e → S+4

Bảo toàn electron: 2. nSO2 = 15. nFeS2 + 10. nCu2S

=> nSO2 = 7,5a + 5b mol

nH2SO4 = 1,2 mol và nBaSO4 = 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

=> nSO2 = 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.

Chọn đáp án: D

Giải thích:

FeS2 → Fe3+ + 2SO2 + 11e

0,002mol

FeS → Fe3+ + SO2 + 7e

0,003 mol

=> ne nhường = 0,002. 11 + 0,003. 7 = 0,043 mol

S+6 + 2e → SO2

          0,043 mol

BTe => nSO2 = 0,043/2 = 0,0215 mol

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

=> nH2SO4 = 0,0114 mol => nH+ = 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 THPT Quốc gia khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

CHỈ CÒN 250K 1 KHÓA HỌC BẤT KÌ, VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com

Tổng đài hỗ trợ đăng ký khóa học: 084 283 45 85

crom-sat-dong.jsp

Các loạt bài lớp 12 khác
2004 - Toán Lý Hóa