Cách giải Bài toán sắt tác dụng với HNO₃ (nitric acid) (hay, chi tiết)

Bài viết Cách giải Bài toán sắt tác dụng với HNO₃ (nitric acid) với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Cách giải Bài toán sắt tác dụng với HNO₃ (nitric acid).

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

m_{muối nitrar} = m_Kl + m_NO3^- = m_Kl + 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

Lời giải:

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:

n_{N (trong HNO3)} = n_{N trong Fe(NO3)2} + n_{N trong NO, NO2}

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

⇒ n_Fe(NO3)2 = 0,5 mol = n_Fe phản ứng

Vậy: m_Fe = 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

Lời giải:

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: d_X/H2 = 19 => M_X = 38

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

n_{e nhận} = 3x + y = 4x, n_{e 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

Lời giải:

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

m_{Fe (pư)} = 20 – 3,2 = 16,8g => n_Fe = 0,3 mol

Fe - 2e → Fe²⁺

N⁺⁵ + 3e → N⁺² (NO)

BT e => 3n_NO = 2n_Fe = 2. 0,3 = 0,6 mol => n_NO = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

n_Fe = n_Cu = 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⁺ = n_HNO3 = (0,6. 4) : 3 = 0,8 mol

→ V_HNO3 = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_Fe = 0,12 mol → n_e cho = 0,36 mol; n_HNO3 = 0,4 mol → n_e nhận = 0,3 mol

- Do n_e cho > n_e 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

→ m_Cu = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Ta có: n_NO = 0,02 mol, n_{Fe 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

Fe_{phản 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

m_Fe(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

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Ta có: M−_X = 38 = (30+46)/2

=> n_NO = n_NO2

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

Fe → Fe³⁺ + 3e

Cu → Cu²⁺ + 2e

=>∑n_{electron 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

Lời giải:

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) => n_Fe = n_Fe(NO3)3 = n_NO = 0,448/22,4 = 0,02(mol)

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

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

n_{Fe dư} = 0,0375 - 0,02 - 0,01 = 0,0075(mol)

Fe dư nên Cu chưa phản ứng.

=> m_Fe(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

Lời giải:

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:

C_M = (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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

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

Ta có:

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: ∑n_{e cho} = ∑n_{e nhận} ⇒ 0,3 + 2a = 1,25 + 0,375

⇒ a = 0,6625 mol

4. Bài tập tự luyện

Câu 1: Hòa tan hết 3,04 g hỗn hợp bột kim loại sắt và đồng trong dung dịch HNO₃ loãng thu được 0,9916 lít NO là sản phẩm khử duy nhất (đkc). Thành phần % khối lượng kim loại sắt và đồng trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là

A. 63,2% và 36,8%.

B. 36,8% và 63,2%.

C. 50% và 50%.

D. 36,2% và 36,8%.

Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 1,84 gam hỗn hợp Fe và Mg trong lượng dư dung dịch HNO₃, thu được 0,04 mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Số mol Fe và Mg trong hỗn hợp lần lượt là

A. 0,01 và 0,01

B. 0,03 và 0,03

C. 0,02 và 0,02

D. 0,03 và 0,02

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 58 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO₃ dư thu được 0,15 mol NO, 0,05 mol N₂O (không có sản phẩm khử khác) và dung dịch Y. Khối lượng muối khan thu được khi cô cạn Y là

A. 110,7 gam.

B. 89,8 gam.

C. 116,9 gam.

D. 90,3 gam.

Câu 4: Hỗn hợp X gồm Cu và Fe có tỉ lệ khối lượng tương ứng là 7 : 3. Lấy m gam X phản ứng hoàn toàn với dung dịch chứa 0,7 mol HNO₃. Sau phản ứng còn lại 0,75 g chất rắn và có 0,25 mol khí Y gồm NO và NO₂ duy nhất. Giá trị của m là

A. 40,5

B. 50,4

C. 50,2

D. 50

Câu 5: Cho miếng Fe nặng m gam vào dung dịch HNO₃, sau phản ứng thấy có 0,3 mol NO₂ (đkc) và thoát ra còn lại 2,4 g chất rắn không tan. Giá trị của m là

A. 8.

B. 5,6.

C. 10,8.

D. 8,4.

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:

• Bài toán sắt tác dụng với H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng
• Bài toán sắt tác dụng với dung dịch muối
• 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

---