Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết - Hoá học lớp 12

Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết

Với Cách giải Bài toán sắt tác dụng với axit hay, chi tiết Hoá học lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập sắt tác dụng với axit từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 12.

1. Phương pháp:

Sắt là kim loại trung bình có nhiều hóa trị. Khi làm bài tập về sắt vấn đề khó khăn là xác định được sản phẩm là sắt (II) hay sắt (III). Sắt tác dụng với các loại axit khác nhau tùy thuộc vào tính oxi hóa và tỷ lệ mà sản phẩm có thể là muối sắt (II), muối sắt (III) hoặc cả hai loại muối.

1. Với H⁺ (HCl, H₂SO₄ loãng... ) → muối sắt (II) + H₂

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Fe + H₂SO₄ loãng → FeSO₄ + H₂

Lưu ý: Sau phản ứng trên nếu cho thêm tác nhân oxi hóa (thường gặp là Ag⁺; NO₃; MnO^4-; ...) thì sẽ có phản ứng thì có phản ứng oxi hóa Fe²⁺ trong môi trường axit. Nếu là HCl còn có phản ứng của Cl^- với Ag⁺ hoặc MnO^4-

2. Với axit có tính oxi hóa mạnh (H₂SO₄ đặc nóng, HNO₃) → muối sắt (III)

- Với dung dịch HNO₃ loãng → muối sắt (III) + NO + H₂O:

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

- Với dung dịch HNO₃ đậm đặc → muối sắt (III) + NO₂ + H₂O:

Fe + 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

- Với dung dịch H₂SO₄ đậm đặc và nóng → muối sắt (III) + H₂O + SO₂:

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

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

Fe + 2Fe³⁺ → 3Fe²⁺

- Lưu ý: Fe bị thụ động hóa trong HNO₃ đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hòa tan 5,6 gam Fe vào H₂SO₄ loãng, rất dư thu được dung dịch X. Cho X tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch KMnO₄ 0,5M. Tính V.

Lời giải:

Giải thích:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

0,1mol

10FeSO₄ + 8H₂SO₄ + 2KMnO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O

   0,1

BTe => nFe = 0,1 => nFe²⁺ = 0,1mol

nFe²⁺ = 5nKMnO₄ => nKMnO₄ = 0,02 mol

=> V = 0,04 lít = 40 ml

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 14,4g hỗn hợp Fe và FeS bằng 200ml dung dịch HCl vừa đủ thu được hỗn hợp khí X có tỉ khối so với H₂ là 9 .Tính nồng độ mol của HCl đã dùng?

Lời giải:

Giải thích:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

x mol

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S

y mol

Ta có: 56x+ 88y = 14,4

M_X = (2.x+34.x)/(x+y) = 9.2

Giải hệ pt => x = y = 0,1 mol

=> n_HCl = 2.(x+y) = 2.0,2 = 0,4 mol

C_{M (HCl)} = 0,4/0,2 = 2M

Ví dụ 3: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe₃O₄ tác dụng với 200 ml dung dịch HNO₃ loãng, đun nóng. 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.

a) Tính nồng độ HNO₃

b) Tính khối lượng muối trong dung dịch Y.

Lời giải:

Giải thích:

Các phản ứng:

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ +NO + 2H₂O

x →                      x mol

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

y →                                3y mol

Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂

(x+3y)/2 ← (x + 3y) mol

Ta có: n_NO = x+(y/3) = 0,1 mol

m_hh = 56.(x + (x+3y)/2 ) + 232. y = 18,5 – 1,46 =17,04 g

=> x = 0,09 (mol) và y = 0,03 (mol)

n_HNO3= 4x + (28y/3) = 0,64 mol

=> C_{M (HNO3)} = 0,64/0,2 = 3,2 M

m_Fe(NO3)2 = 3. (x+3y)/2 . 180 = 48,6 g

3. Bài tập vận dụng

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 3,86g hỗn hợp gồm Fe, Al, Cu thu được 4,66g oxit. Cho toàn bộ lượng oxit này tác dụng với dung dịch axit H₂SO₄ 20% (d = 1,14 g/ml). Vậy thể tích H₂SO₄ cần dùng tối thiểu là:

   A. 21,1 ml

   B. 21,5 ml

   C. 23,4 ml

   D. 19,6 ml

Lời giải:

Chọn đáp án: B

Giải thích:

m_O = m_oxit - m_{kim loại} = 4,66 - 3,86 = 0,8g

n_O = 0,8/16 = 0,05 mol

n_O = 2n_H⁺ = n_H2SO4 = 0,05 mol

V = (0,05. 98. 100)/(20. 1,14) = 21,5 ml

Câu 2: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H₂SO₄ 0,5M và NaNO₃ 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá trị tối thiểu của V là:

   A. 360

   B. 240

   C. 400

   D. 120

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Số mol Fe = 0,02 mol; số mol Cu = 0,03 mol; số mol H⁺ = 0,4 mol; số mol NO₃^- = 0,08 mol

Các phản ứng xảy ra:

Fe + 4H⁺ + 2NO₃^- → Fe³⁺ + 2NO↑ + 2H₂O

0,02   0,08   0,02   0,02 mol

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

0,03    0,08    0,02    0,03 mol

Sau 2 phản ứng trên, trong dung dịch X có 0,02 mol Fe³⁺; 0,03 mol Cu²⁺ và 0,24 mol H⁺ dư, ngoài ra còn có ion NO₃^- và SO₄^2-. Tuy nhiên chỉ có 3 loai ion đầu là phản ứng với OH^-.

H⁺ + OH^- → H₂O

0,24    0,24

Fe³⁺ + 3OH^- → Fe(OH)₃

0,02    0,06

Cu²⁺ + 2OH → Cu(OH)₂

0,03    0,06

Tổng số mol OH^- = 0,24 + 0,06 + 0,06 = 0,36 mol → V = 360ml

Câu 3: Hòa tan m g hỗn hợp gồm FeO và Fe₃O₄ vừa đủ vào dung dịch HCl 1,2l dung dịch HCl 1M. Cô cạn thu được 70,6g muối khan. Giá trị m là?

Lời giải:

Giải thích:

Hỗn hợp (FeO, Fe₃O₄ ) + HCl → hỗn hợp muối (FeCl₂, FeCl₃)

n_HCl = 1,2 mol

Áp dụng tăng giảm khối lượng và bảo toàn điện tích

=> m_tăng = 1,2. (35,5 - 16/2) = 33g

=> m = 70,6 – 33 = 37,6 g

Câu 4: Nung m gam bột sắt trong oxi thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan X trong dung dịch HNO₃ (dư) thoát ra 0,56 lit (đktc) khí NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là:

   A. 2,22

   B. 2,62

   C. 2,52

   D. 2,32

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Ta có: n_NO = 0,56/22,4 (mol); n_O =(3-m)/16 (mol) và n_Fe = m/56 (mol)

Các bán phản ứng:

           Fe → Fe³⁺ + 3e

(mol) m/56             3m/56

           O + 2e → O^2-

(mol) (3-m)/16       (2(3-m))/16

   NO₃^- + 3e → NO

(mol)     0,075 ←  0,025

Áp dụng định luật bảo toàn electron

(3m)/56 = (3-m)/8 +0,075 => m = 2,52 (gam)

Câu 5: 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:

   A. 0,02 mol Fe₂(SO₄)₃ và 0,08 mol FeSO₄

   B. 0,12 mol FeSO₄

   C. 0,03 mol Fe₂(SO₄)₃ và 0,06 mol FeSO₄

   D. 0,05 mol Fe₂(SO₄)₃ và 0,02 mol Fe dư

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

Ta có: nFe = 0,12 mol

Phản ứng 2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O  (1)

(mol)       0,1 → 0,3              0,05 mol

=>n_{Fe dư} = 0,12 – 0,1 = 0,02 (mol) nên tiếp tục khử Fe₂(SO₄)₃

           Fe + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄

(mol) 0,02 → 0,02            0,06 mol

=>n_Fe2(SO4)3 = 0,05 – 0,02 = 0,03 (mol)

Câu 6: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,01 mol Al; 0,05 mol Zn và 0,03 mol Fe cần vừa đủ 200ml dung dịch HCl 0,1M và H₂SO₄ a mol/l. Giá trị của a là?

   A. 0,425

   B. 0,5

   C. 0,625

   D. 0,75

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

∑n_H⁺ = 0,2.0,2 + 0,2.2a = 0 ,02 + 0,4a (mol)

∑n_{e cho} = 0,01.3 + 0,05.2 + 0,03.2 = 0,19 (mol)

Ta có: n_e cho = n_e nhận = n_H⁺

=> 0,02 + 0,4a = 0,19 → a = 0,425

Câu 7: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe₂O₃ nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 g chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄. Hòa tan hết X bằng HNO₃ đặc nóng thu được 4,368 lít NO₂ (đktc). Xác định giá trị của m.

Lời giải:

Giải thích:

Sơ đồ:

Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ (10,44 gam) NO₂, Fe³⁺

Áp dụng định luật bảo toàn electron cho cả quá trình:

Fe³⁺ Fe^X Fe³⁺

C²⁺ → ⁴⁺ + 2e

a          2a mol

N⁵⁺ + 1e → N⁺⁴

          0,195 mol

BTe => 2a = 0,195 => a = 0,0975 (mol)

=> n_CO = 0,0975 mol = n_CO2

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

m_Fe2O3 +m_{CO phản ứng}= m_X + m_CO2

=> m_Fe2O3 = 10,44 + 0,0975. (44 - 28) = 12g

Câu 8: Khử hoàn toàn hỗn hợp X gồm 0,4 mol FeO và 0,1 mol Fe₂O₃ và dung dịch HNO₃ loãng, dư thu được dung dịch A và khí NO (duy nhất). Dung dịch A cho tác dụng với dung dịch NaOH dư được kết tủa. Lấy toàn bộ kết tủa nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m chất rắn. Tìm m.

Lời giải:

Giải thích:

FeO, Fe₂O₃ NO + dd (A) Fe(OH)₃ →t ^o Fe₂O₃

Nhận xét: Bảo toàn nguyên tử Fe.

n_Fe2O3=1/2 n_{Fe trong hỗn hợp}=1/2. (0,4 + 0,1. 2) = 0,3 (mol)

m_Fe2O3 = 0,3 .160 = 48 g