Cách giải bài tập Sắt tác dụng với axit HNO3, H2SO4 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)

A. Phương pháp & Ví dụ

Lý thuyết và Phương pháp giải

    Khi cho Fe tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc nóng, trình tự phản ứng xảy ra:

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

    Nếu Fe dư thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

    Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

    ⇒ Khi cho Fe vào dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, 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 + 62.ne nhận

Ví dụ minh họa

Bài 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

Hướng dẫn:

    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)

Bài 2: Cho 6,72 gam Fe vào axit đặc chứa 0,3 mol H2SO4, đun nóng (giả sử SO2 là sản phẩm khử duy nhất). sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được những sản phẩm nào?

Hướng dẫn:

    Ta có nFe = 6,72/56 = 0,12(mol)

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    ⇒ nFedu = 0,12 - 0,1 = 0,02(mol) nên tiếp tục khử Fe2(SO4)3

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    ⇒ nFe2(SO4)3 = 0,05 - 0,02 = 0,03(mol)

    Vậy sau phản ứng thu được 0,03 mol Fe2(SO4)3 và 0,06 mol FeSO4

Bài 3: Cho x mol Fe tan hoàn toàn trong dung dịch chứa y mol H2SO4 (tỉ lệ x : y = 2 : 5), thu được một sản phẩm khử duy nhất và dung dịch chỉ chứa muối sunfat. Số mol electron do lượng Fe trên nhường khi bị hòa tan là:

    A. 3x         B. y         C. 2x         D. 2y

Hướng dẫn:

    Do H2SO4 chưa biết nồng độ nên xét 2 trường hợp:

    * TH1: H2SO4 loãng:

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    ⇒ loại vì x = y

    * TH2: H2SO4 đặc nóng

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Ta có: Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Do Fe dư nên tiếp tục xảy ra phản ứng:

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Vậy Fe hết

    Cuối cùng: Fe → Fe2+ nên ta có:

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2x = y

    Đáp án B.

Bài 4: 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

Hướng dẫn:

    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 + 64 x = 12 ⇒ x = 0,1 mol

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Mặt khác:

    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 (đáp án B)

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 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

Đáp án: B

    Fe còn dư nên dung dịch chỉ gồm Fe2+

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

    Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

    mFe (pu) = 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

Bài 2: 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.

Đáp án: A

    nFe = 2. 58/400 = 0,29 mol

    nFeSO4 = x , n = yFe2(SO4)3

    → mdd = 152 x + 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% = 370g

Bài 3: 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

Đáp án: C

    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

Bài 4: 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

Đáp án: A

    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:

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    → mCu = 0,03.64 = 1,92 gam

Bài 5: 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

Đáp án: A

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

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    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.

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Như vậy sau khi phản ứng kết thúc Fe dư, Cu chưa phản ứng muối tạo ta là Fe(NO3)2: mFe(NO3)2 = 0,03 × 180 = 54(gam)

Bài 6: 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

Đáp án: B

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

Hóa học lớp 12 | 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 = 20(gam)

Bài 7: 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

Đáp án: C

    Ta có: Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án là trung bình cộng nên 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)

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

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

    Vậy : V = 0,125.2.22,4 = 5,6(lít)

Bài 8: 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

Đáp án: D

    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)

    nFedu = 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)

Bài 9: 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

Đáp án: D

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Ta có:

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

Bài 10: 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

Đáp án: A

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

    Ta có: Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

Hóa học lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Hóa học 12 có đáp án

    Ta có: ∑necho = ∑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


sat-va-mot-so-kim-loai-quan-trong.jsp


Các loạt bài lớp 12 khác
2004 - Toán Lý Hóa