Cách giải bài tập Hợp chất sắt tác dụng với axit hay, chi tiết

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

I. Phương pháp quy đổi là phương pháp chính để giải dạng bài tập này

- Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (hỗn hợp X) (từ ba chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất hay chỉ còn một chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp.

- Có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kì cặp chất nào, thậm chí quy đổi về một chất. Tuy nhiên ta nên chọn cặp chất nào đơn giản có ít phản ứng oxi hóa khử nhất để đơn giản việc tính toán.

- Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số âm đó là sự bù trừ khối lượng của các chất trong hỗn hợp. Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình phương và kết quả cuối cùng vẫn thỏa mãn.

II. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho 10,4 gam hỗn hợp X (gồm Fe, FeS, FeS2, S) tác dụng với dung dịch HNO3 đặc nóng, dư thu được V lít khí NO2 (là sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc) và dung dịch A. Cho A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư được 45,65 gam kết tủa. Giá trị của V:

   A. 26,88

   B. 13,44

   C. 17,92

   D. 16,8

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Quy đổi hỗn hợp đầu gồm Fe (x mol) và S (y mol)

Cho X tác dụng với Ba(OH)2 tạo kết tủa BaSO4 và Fe(OH)3

Ta có: 56a + 32b = 10,4   (1)

mkết tủa = mFe(OH)3 + mBaSO4 = 107a + 233b = 45,65   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,1 mol; y = 0,15 mol

BT e => nNO2 = 3. nFe + 6. nS = 3. 0,1 + 6. 0,15 = 1,2 mol

=> VNO2 = 26,88 (l)

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 (đktc). Khối lượng muối trong dung dịch Y là

   A. 160 gam.

   B. 140 gam.

   C. 120 gam.

   D. 100 gam.

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe (a) và O (b)

=> mX = 56a + 16b = 49,6

Bảo toàn electron: 3a = 2b + 0,4. 2

=> a = 0,7 và b = 0,65

nFe2(SO4)3 = a/2 = 0,35 mol

=> mFe2(SO4)3 = 140g

Ví dụ 3: Cho 3,76 gam hỗn hợp X gồm FeS, S, FeS2 pư với dd HNO3 đặc nóng dư được 0,48 mol NO2 duy nhất và dung dịch D. Cho D + Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn. Giá trị của m là:

   A. 11,650 gam

   B. 12,815 gam

   C. 13,98 gam

   D. 17,545 gam.

Chọn đáp án: D

Giải thích:

Quy đổi hỗn hợp đầu gồm Fe (x mol) và S (y mol)

mhh = 56x + 32y = 3,76

BTe => 3x + 6y = 0,48. 1

Giải hệ => x = 0,03 và y = 0,065

Chất rắn gồm Fe2O3 (0,015) và BaSO4 (0,065)

=> mrắn = 17,545 g

III. Bài tập vận dụng

Câu 1: Hoà tan 20,8 gam hỗn hợp bột gồm FeS, FeS2, S bằng dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu được 53,76 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy toàn bộ kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là

   A. 16 gam.

   B. 9 gam.

   C. 8,2 gam.

   D. 10,7 gam.

Chọn đáp án: A

Giải thích:

+ Quy đổi hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp Fe (x mol) và S (y mol)

+ mhỗn hợp = 56. x + 32. y = 20,8   (1)

+ Bảo toàn electron: 3nFe + 6nS = nNO2

=> 3x + 6y = 2,4   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,2 và y = 0,4

Bảo toàn Fe => nFe = 2nFe2O3

=> nFe2O3 = 0,1 => mFe2O3 = 16 gam

Câu 2: Hòa tan hết hỗn hợp X gồm 0,02 mol FeS2 và 0,03 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 thu được dung dịch Y không màu, trong suốt, có pH = 2. Tính thể tích của dung dịch Y?

   A. 11,4l

   B. 22,8l

   C. 34,2l

   D. 11,2l

Chọn đáp án: B

Giải thích:

+ Ta có sơ đồ: FeS2 → Fe3+ + 2S+6 + 15e

FeS → Fe3+ + S+6 + 9e

S+6 + 2e → S+4

+ Áp dụng ĐLBT electron ta có: 15. nFeS2 + 9. nFeS = 2. nSO2

Hay 0,02. 15 + 0,03. 9 = 2x => x = 0,285 mol.

+ Phản ứng của SO2 với thuốc tím:

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

0,285      0,114 mol

=> [H+] = 0,285. 2 => V = 22,8 lít.

Câu 3: Hòa tan 25,6 gam chất rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằng dd HNO3 loãng dư thu được V lít NO duy nhất ở đktc và dd Y. Thêm Ba(OH)2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa. Giá trị của V là:

   A. 17,92

   B. 19,04

   C. 24,64

   D. 27,58.

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Quy đổi hỗn hợp đầu gồm Fe (x mol) và S (y mol)

Cho X tác dụng với Ba(OH)2 tạo kết tủa BaSO4 và Fe(OH)3

Ta có: 56a + 32b = 25,6   (1)

mkết tủa = mFe(OH)3 + mBaSO4 = 107a + 233b = 126,25   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,2 mol; y = 0,45 mol

BT e => 3. nNO = 3. nFe + 6. nS = 3. 0,2 + 6. 0,45

=> nNO = 1,1 mol => VNO = 24,64 (l)

Câu 4: Hòa tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp A gồm Fe3O4 và FeS2 trong 63 gam dung dịch HNO3, thu được 1,568 lít NO2 thoát ra ở đktc. Dung dịch thu được cho phản ứng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung tới khối lượng không đổi thu được 9,76 gam chất rắn. Tính C% của dung dịch HNO3.

   A. C% = 59,2%

   B. C% = 46,2%

   C. C% = 67%

   D. C% = 58,4%

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Đặt nFe3O4 = a mol và nFeS2 = b mol

Bảo toàn electron => nNO2 = nFe3O4 + 15. nFeS2 hay a + 15b = 0,07   (1)

Chất rắn sau khi nung là Fe2O3

nFe = (3a + b) mol => nFe2O3 = (3a+b)/2 = 9,76/160 = 0,061 mol   (2)

Từ (1) và (2) => a = 0,04 và b = 0,002

nOH- = 0,4mol = 3nFe3+ + nH+ => nH+ = 0,034 mol

Dung dịch Y chứa:

nFe3+ = 3. 0,04 + 0,002 = 0,122 mol

nSO42- = 2b = 2. 0,002 = 0,004 mol

nH+ = 0,034 mol

=> nNO3- = 0,392 mol

Bảo toàn N => nHNO3 = nNO3- + nNO2 = 0,462 mol

=> C%HNO3 = 63. 0,462/63. 100% = 46,2%

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm FeS2 và Fe3O4 bằng dung dịch HNO3 (đặc nóng dư). Sau phản ứng thu được dung dịch A và 12,544 lít hỗn hợp khí B (đktc) gồm NO2 và SO2 có khối lượng 26,84 gam. Cô cạn dung dịch A thu được 23,64 gam chất rắn. Giá trị của m là?

   A. 9,44g

   B. 8,76g

   C. 7,34g

   D. 8,56g

Chọn đáp án: A

Giải thích:

nB = 0,56 mol và mB = 26,84mol

Đặt nNO2 = x mol, nSO2 = y mol

=> x + y = 0,56

46x + 64y = 26,84

=> nNO2 = x = 0,5 & nSO2 = y = 0,06

Đặt a, b là số mol FeS2 và Fe3O4. Trong A có:

nFe3+ = a + 3b

nSO42- = 2a – 0,06

Bảo toàn điện tích => 3. nFe3+ = 2. nSO42- + nNO3-

=> nNO3- = 9b - a + 0,12

=> mmuối = 56(a + 3b) + 96(2a – 0,06) + 62(9b – a + 0,12) = 23,64

Bảo toàn e: (Quy đổi hợp chất thành Fe, S, O)

Fe0 → Fe3+ + 3e

N+5 + e → N+4

S → S+4 + 4e

O + 2e → O2-

S → S+6 + 6e

3. nFe + 4. nSO2 + 6. nSO42- = 2. nO + nNO2

ne = 3(a + 3b) + 4. 0,06 + 6(2a – 0,06) = 2. 4b + 0,5

Giải hệ => a = 0,04 và b = 0,02

=> m = 9,44 gam

Câu 6: Hòa tan hết hỗn hợp gồm 0,01 mol Cu2S; 0,04 mol FeCO3 và x mol FeS2 bằng dung dịch HNO3 vừa đủ. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu đc V lít (đktc) hỗn hợp hai khí, trong đó có 1 khí màu nâu đỏ và dung dịch chỉ chứa muối của Cu2+, Fe3+ với 1 anion. Giá trị của V là:

   A. 50,176

   B. 51,072

   C. 46,592

   D. 47,488

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Khí gồm CO2 và NO2

nCO2 = nFeCO3 = 0,04 mol

nNO2 = a mol

Bảo toàn electron:

0,01. 10 + 0,04. 1 + 15x = a   (1)

Dung dịch chứa Fe3+ (x + 0,04), Cu2+ (0,02), SO42- (2x + 0,01)

Bảo toàn điện tích:

3(x + 0,04) + 2. 0,02 = 2(2x + 0,01)   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,14 và a = 2,24

V = 22,4(a + 0,04) = 51,072 lít

Câu 7: Hòa tan hết 2,72gam hỗn hợp X gồm FeS2, FeS, Fe, CuS và Cu trong 500ml dung dịch HNO3 1M, sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y và 0,07 mol một chất khí thoát ra. Cho Y tác dụng với lượng dư dung dịch BaCl2 thu 4,66 gam kết tủa.Mặt khác, dung dịch Y có thể hòa tan tối đa m gam Cu.Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất là NO. Giá trị m là

   A. 9,76

   B. 4,96

   C. 5,92

   D. 9,12

Chọn đáp án: A

Giải thích:

nS = nBaSO4 = 0,02

Đặt a, b là số mol Fe, Cu trong X

mX = 56a + 64b + 0,02. 32 = 2,72   (1)

Bảo toàn electron: (Quy đổi hỗn hợp X thành Fe, Cu, S)

=> 3. nFe + 2. nCu + 6. nS = 3. nNO

Hay 3a + 2b + 0,02. 6 = 0,07. 3   (2)

Từ (1) và (2) => a = 0,02 & b = 0,015

Dung dịch Y chứa Fe3+ (0,02), Cu2+ (0,015), NO3- (0,5 – 0,07 = 0,43), SO42- (0,02)

Bảo toàn điện tích => nH+ = 0,38 mol

Y với Cu:

3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

0,1425

2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+

0,02

=> nCu = 0,1525 mol

=> mCu = 9,76g

Câu 8: Cho 5,76 gam hỗn hợp A gồm FeS2, FeS, CuS và Fe(NO3)2 tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 đặc nóng. Sau phản ứng thấy thoát ra 5,376 lít khí (đktc) B gồm NO2, SO2 và dung dịch C. Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào C thu được 8,85 gam kết tủa D rồi nung tới khối lượng không đổi thu được 7,86 gam chất rắn E. Trong E oxi chiếm 27,481% về khối lượng. Phần trăm khối lượng của Fe(NO3)2 trong A có giá trị gần nhất với

   A. 40%      B. 50%

   C. 60%      D. 80%

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Đặt a, b, c là số mol Fe(OH)3, Cu(OH)2, BaSO4 trong D

mD = 107a + 98b + 233c = 8,85   (1)

mE = 160. a/2 + 80b + 233c = 7,86   (2)

nO(E) = 3.a/2 + b + 4c = (7,86. 27,418%)/16   (3)

Từ (1), (2) và (3) => a = 0,03 & b = 0,01 & c = 0,02

Vậy A chứa FeS2 (x), CuS (0,01) và Fe(NO3)2 (y)

=> mA = 120x + 96. 0,01 + 180y = 5,76   (4)

Bảo toàn Fe: x + y = 0,03   (5)

Từ (4) và (5) => x = 0,01 & y = 0,02

=> %Fe(NO3)2 = 62,5%

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