Cách giải Bài toán sắt tác dụng với HNO3 (axit nitric) 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

- Khi cho Fe tác dụng với HNO3 trình tự phản ứng xảy ra:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O  (1)

+ Sản phẩm khử của N+5 phụ thuộc vào nồng độ HNO3:

Với dung dịch HNO3 loãng thường cho sản phầm là NO

Với dung dịch HNO3 đậm đặc thường cho sản phẩm là NO2

+ Nếu Fe dư thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

⇒ Khi cho Fe vào dung dịch HNO3 nếu sau phản ứng Fe dư thì muối sinh ra là muối Fe2+.

* Lưu ý:

+ Khi cho Fe và hỗn hợp kim loại, trong đó có Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 thì:

mmuối nitrar = mKl + mNO3- = mKl + 62.ne nhận

+ Fe bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho m (g) Fe vào dung dịch chứa 1,38 mol HNO3, đun nóng đến kết thúc phản ứng còn 0,75m (g) chất rắn không tan và có 0,38 mol hỗn hợp khí NO, NO2 thoát ra ở (dktc). Giá trị của m là:

   A. 70      B. 56

   C. 84      D. 112

Chọn đáp án: D

Giải thích:

Sau phản ứng Fe dư nên chỉ tạo muồi Fe(NO3)2.

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

Áp dụng sự bảo toàn khối lượng (số mol) N ta có:

nN (trong HNO3) = nN trong Fe(NO3)2 + nN trong NO, NO2

Hay: 1,28 = 2. nFe(NO3)2 + 0,38

⇒ nFe(NO3)2 = 0,5 mol = nFe phản ứng

Vậy: mFe = 0,5. 56 = m - 0,75m → m = 112 (g)

Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Giá trị của V là.

   A. 2,24      B. 5,60

   C. 3,36      D. 4,48

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Như vậy đề bài cho axit dư nên 2 muối thu được là Fe3+ và Cu2+

Gọi x là số mol Fe và Cu ta có: 56x + 64x = 12 => x = 0,1 mol

Fe → Fe3+ + 3e

0,1 mol          0,3 mol

Cu → Cu2+ + 2e

0,1 mol          0,2 mol

Mặt khác: dX/H2 = 19 => MX = 38

Đặt x, y là số mol của NO và NO2 thì 30x + 46 y = 38 (x+ y) => x = y

ne nhận = 3x + y = 4x, ne cho = 0,5 => 4x = 0,5 . Vậy x = 0,125 mol

V = 0,125. 2. 22.4 = 5,6 lít

3. Bài tập vận dụng

Câu 1: Cho 20 gam bột Fe vào dung dịch HNO3 và khuấy đến khi phản ứng xong thu V lít khí NO (đkc) và còn 3,2 gam kim loại. Giá trị của V là

   A. 2,24 lít

   B. 4,48 lít

   C. 6,72 lít

   D. 5,6 lít

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Fe còn dư nên dung dịch chỉ gồm Fe2+

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

mFe (pư) = 20 – 3,2 = 16,8g => nFe = 0,3 mol

Fe - 2e → Fe2+

N+5 + 3e → N+2 (NO)

BT e => 3nNO = 2nFe = 2. 0,3 = 0,6 mol => nNO = 0,2 mol => V= 4,48l

Câu 2: Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn 18 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là: ( biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)

   A. 1,0 lít

   B. 0,6 lít

   C. 0,8 lít

   D. 1,2 lít

Chọn đáp án: C

Giải thích:

nFe = nCu = 0,15 mol

- Do thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất → muối Fe2+

→ ∑ ne cho = 2.(0,15 + 0,15) = 0,6 mol

- Theo ĐLBT mol electron: nH+ = nHNO3 = (0,6. 4) : 3 = 0,8 mol

→ VHNO3 = 0,8 lít

Câu 3: Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Dung dịch X có thể hoà tan tối đa m gam Cu. Giá trị của m là:

   A. 1,92 gam

   B. 3,20 gam

   C. 0,64 gam

   D. 3,84 gam

Chọn đáp án: A

Giải thích:

nFe = 0,12 mol → ne cho = 0,36 mol; nHNO3 = 0,4 mol → ne nhận = 0,3 mol

- Do ne cho > ne nhận → Fe còn dư → dung dịch X có Fe2+ và Fe3+

- Các phản ứng xảy ra là:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

0,1 ← 0,4 →        0,1

Fe (dư) + 2Fe3+ → 3Fe2+

0,02 →     0,04

Cu + 2Fe3+(dư) → Cu2+ + 2Fe2+

0,03 ← 0,06

→ mCu = 0,03. 64 = 1,92 gam

Câu 4: Cho hỗn hợp A gồm 2 gam Fe và 3 gam Cu vào dung dịch HNO3 thấy thoát ra 0,448 lít khí NO duy nhất (đktc). Tính khối lượng muối trong dung dịch thu được.

   A. 54g      B. 42g

   C. 36g      D. 32g

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Ta có: nNO = 0,02 mol, nFe ban đầu = 0,0375 mol

N+5 + 3e → N+2

      0,06    0,02 mol

Fe → Fe3+ + 3e

   0,0375    0,1125 mol

Nếu Fe phản ứng hết, số mol electron nhường = 0,0375. 3 = 0,1125 > 0,06

=> Fe dư, Cu chưa phản ứng với dung dịch HNO3

Fephản ứng → Fe3+ + 3e

0,02          0,06 mol

2Fe+3 + Fe → 3Fe2+

0,02    0,01    0,03 mol

Như vậy sau khi phản ứng kết thúc Fe dư, Cu chưa phản ứng muối tạo ta là Fe(NO3)3

mFe(NO3)2 = 0,03. 180 = 54g

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3 thu được V lít hỗn hợp X gồm(NO và NO2) và dung dịch Y chỉ chứa 2 muối và axit dư. Tỉ khối hơi của X đối vơi hidro bằng 19. Tính thể tích hỗn hợp khí X.

   A. 3,36l

   B. 4,48l

   C. 5,6l

   D. 1,2 l

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Ta có: MX = 38 = (30+46)/2

=> nNO = nNO2

Trong 12 gam hỗn hợp có 0,1 mol Fe và 0,1 mol Cu

Fe → Fe3+ + 3e

Cu → Cu2+ + 2e

=>∑nelectron do chất khử cho = 0,5(mol)

   NO2 + 3e → NO

(mol) x     3x    x

   NO3- +1e → NO2

(mol) x    x    x

Áp dụng định luật bảo toàn electron : 4x = 0,5 => x = 0,125(mol)

Vậy : V = 0,125. 2. 22,4 = 5,6 l

Câu 6: Cho hỗn hợp gồm 2 gam Fe và 3 gam Cu vào dung dịch HNO3 thấy thoát ra 0,448 lít khí NO(đktc). Tính khối lượng muối thu được trong dung dịch , biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.

   A. 4,5g

   B. 3,6g

   C. 2,4g

   D. 5,4g

Chọn đáp án: D

Giải thích:

Phản ứng:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O  (1)

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2  (2)

Từ (1) => nFe = nFe(NO3)3 = nNO = 0,448/22,4 = 0,02(mol)

Từ (2) => nFe = 1/2 nFe(NO3)2 = 0,01(mol)

nFe(NO3)2 = 3/2 nFe(NO3)3 = 0,03(mol)

nFe dư = 0,0375 - 0,02 - 0,01 = 0,0075(mol)

Fe dư nên Cu chưa phản ứng.

=> mFe(NO3)3 = 180. 0,03 = 5,4(gam)

Câu 7: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe3O4 tác dụng với 200ml dung dịch HNO3 loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc), dung dịch Y và 1,46 gam kim loại. Nồng độ mol của dung dịch HNO3 là:

   A. 2M

   B. 2,4M

   C. 2,5M

   D. 3,2M

Chọn đáp án: D

Giải thích:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

          x    4x       x       x

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

y          28y/3          3y          y/3

Fe dư + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

(x+3y)/2    x+3y

Ta có:Cách giải Bài toán sắt tác dụng với HNO3 (axit nitric) hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

CM = (4x + (28y/3) )/0,2 = 3,2M

Câu 8: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe và a mol Cu vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được 5,6 lít hỗn hợp NO và N2 (đktc) có tỷ khối hơi so với H2 là 14,5. Vậy a có giá trị là:

   A. 0,6625

   B. 0,6225

   C. 0,0325

   D. 0,165

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Gọi x, y là số mol của N2 và NO trong hỗn hợp.

Ta có:Cách giải Bài toán sắt tác dụng với HNO3 (axit nitric) hay, chi tiết | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

Quá trình cho electron

Fe - 3e → Fe3+

0,1    0,3

Cu - 2e → Cu2+

a    2a

Quá trình nhận electron:

2N+5 + 10e → N2

       1,25    0,125

N+5 + 3e → N+2

       0,375     0,125

Ta có: ∑ne cho = ∑ne nhận ⇒ 0,3 + 2a = 1,25 + 0,375

⇒ a = 0,6625 mol

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