Bài toán sắt tác dụng với H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng hay, chi tiết - Hoá học lớp 12

Bài toán sắt tác dụng với H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng hay, chi tiết

Với Bài toán sắt tác dụng với H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng 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 H2SO4 (axit sunfuric) đặc nóng từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 12.

1. Phương pháp giải

- Với dung dịch H₂SO₄ đậm đặc và nóng → muối sắt (III)

Sản phẩm khử của S⁺⁶ thường là S⁺⁴ (SO₂)

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

+ Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với H₂SO₄ đậm đặc là muối sắt (III) nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

2Fe³⁺ + Fe → 3Fe³⁺

Hoặc: 2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺

+ Lưu ý: Fe bị thụ động hóa trong môi trường H₂SO₄ đặc nguội.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hòa tan m (gam) Fe bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư, thu được 1,344 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất đo ở đktc). Giá trị của m là

   A. 3,36

   B. 1,764

   C. 2,24

   D. 0,896

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

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

(H₂SO₄ dư nên chỉ tạo muối Fe(III) )

n_SO2 = 0,06 mol

BTe => n_Fe = 2/3 . n_SO2 = 0,04 mol

=> m_Fe = 0,04 . 56 = 2,24g

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn m (g) bột Fe bằng dung dịch H₂SO₄ (đặc, nóng) thu được dung dịch X và 1,344 l khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Cô cạn X, thu được 8,56g muối khan. Giá trị của m là?

   A. 2,8 g

   B. 1,12 g

   C. 2,24g

   D. 1,4g

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

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

Fe + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄  (2)

Có thể có phương trình (2) nếu Fe dư

n_SO2 = 0,06 mol

BT điện tích ta có: 2H₂SO₄ + 2e → SO₂ + SO₄^2- (trong muối) + 2H₂O

=> n_SO4^2- = n_SO2 = 0,06 mol

m_muối = m_KL + m_SO4^2- = 8,56 => m_KL = 8,56 – 96 . 0,06 = 2,8g

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 20,88 (g) một oxit sắt bằng dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thu được dung dịch X và 3,248 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cô cạn dung dịch X thu được m (g) muối sunfat khan. Tính giá trị của m?

Lời giải:

Giải thích:

Ta có: n_SO2 = 0,145 mol

Quy đổi 20,88 g oxit sắt FexOy thành 20,88 g Fe và O

Gọi n_Fe = x mol; n_O = y mol

Quá trình nhường electron:

Fe⁰ - 3e → Fe⁺³

x          3x

Quá trình nhận electron:

O⁰ + 2e → O^-2

y          2y

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

         0,29          0,145

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3x = 2y + 0,29 → 3x - 2y = 0,29  (1)

Mặt khác: 56x + 16y = 20,88  (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,29 và y = 0,29

Muối sinh ra là muối Fe₂(SO₄)₃.

Áp dụng ĐL bảo toàn nguyên tố ta có:

n_Fe2(SO4)3 =1/2 n_Fe = 0,145 mol → m_Fe2(SO4)3 = 0,145. 400 = 58 (g)

3. Bài tập vận dụng

Câu 1: 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.

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_Fe = 2.58/400 = 0,29 mol

n_FeSO4 = x ; n_Fe2(SO4)3 = y

=> m_dd = 152x + 400y = 51,76

n_Fe = n_FeSO4 + 2. n_Fe2(SO4)3 = x + 2y = 0,29

=> x = 0,13 mol, y= 0,08 mol

BT S: n_H2SO4 = n_FeSO4 + 3Fe₂(SO₄)₃ = 0,13 + 3. 0,08 = 0,37

=> b = (0,37. 98)/9,8 . 100% = 370g

Câu 2: 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

Lời giải:

Chọn đáp án: B

Giải thích:

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

Ta có: n_Fe =16,8/56 = 0,3(mol); n_SO2 = 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:

m_X = m_Fe + m_O2 = 16,8 + 32a = 16,8 + 32.0,1 = 20g

Câu 3: Cho Fe tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thu được khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất) và 8,28 gam muối. Biết số mol Fe bằng 37,5% số mol H₂SO₄ phản ứng. Khối lượng Fe đã tham gia phản ứng là:

   A. 2,52 gam.

   B. 1,68 gam.

   C. 1,12 gam.

   D. 1,08 gam.

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Đặt n_SO2 = x => n_SO4^2- trong muối = n_e/2 = x mol

Bảo toàn S => n_H2SO4 phản ứng = 2x mol

=> n_Fe phản ứng = 37,5%. 2x = 0,75x mol

=> m_muối = 56. 0,75x + 96x = 8,28

=> x = 0,06 mol

=> m_Fe = 56. 0,75x = 2,52g

Câu 4: Cho 5,6 gam Fe tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thu được 0,84 lít khí (đktc) gồm một sản phẩm khử duy nhất. Sản phẩm khử duy nhất đó là:

   A. SO₂

   B. S

   C. H₂S

   D. H₂

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

n_Fe = 0,1 => n_e = 3. n_Fe = 0,3mol

n_khí = 0,0375 mol

=> S⁺⁶ đã nhận 0,3/0,0375 = 8e để tạo ra 1 phân tử khí.

=> Khí là H₂S.

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn a gam Fe_xO_y bằng dung dịch H₂SO₄ đậm đặc nóng vừa đủ, có chứa 0,075 mol H₂SO₄ thu được b gam một muối có 168 ml khí SO₂ (đktc) duy nhất thoát ra. Giá trị của b là

   A. 9 (g)

   B. 2,45 (g)

   C. 5 (g)

   D. 3,75 (g)

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_SO2 = 0,0075 mol

Bảo toàn S => n_SO4^2- = n_H2SO4 - n_SO2 = 0,0675 mol

=> n_Fe2(SO4)3 = 1/3. n_SO4^2- = 0,0225 mol

=> b = m_Fe2(SO4)3 = 9 gam

Câu 6: Cho m gam Fe tác dụng hết với H₂SO₄ (đặc, nóng). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 10m/7 gam khí SO₂ và dung dịch X. Cho Ba(OH)₂ dư vào dung dịch X thu được (m + 133,5) gam kết tủa. Giá trị của m là:

   A. 56

   B. 28

   C. 22,4

   D. 16,8

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

n_SO2 = 5m/224 mol => n_e = 5m/112 mol

Ta thấy (2m/56) < (5m/112) < (3m/56) nên có cả 2 muối Fe²⁺, Fe³⁺ => Axit hết.

=> n_SO4^2- = n_SO2 = 5m/224 mol

—> n_OH^- trong ↓ = 2. n_SO4^2- = 5m/112 mol

Kết tủa sau phản ứng có Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ và BaCO₃

m↓ = m + 17. (5m/112) + 233. (5m/224) = m + 133,5

=> m = 22,4g

Câu 7: Hòa tan hoàn toàn 16,0 gam hỗn hợp rắn X gồm FeS₂ và Cu₂S trong 120,0 gam dung dịch H₂SO₄ 98%, đun nóng thu được dung dịch Y và V lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, đkc). Cho BaCl₂ dư vào dung dịch Y thu được 139,8 gam kết tủa. Giá trị của V là:

   A. 17,92       B. 20,16

   C. 16,80       D. 22,4

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

Đặt n_FeS2 = a mol và n_Cu2S = b mol

=> m_X = 120a + 160b = 16  (1)

FeS₂ → Fe³⁺ + 2S⁺⁶ +15e

Cu₂S → 2Cu²⁺ + S⁺⁶ + 10e

S⁺⁶ +2e → S⁺⁴

Bảo toàn electron: 2. n_SO2 = 15. n_FeS2 + 10. n_Cu2S

=> n_SO2 = 7,5a + 5b mol

n_H2SO4 = 1,2 mol và n_BaSO4 = 0,6 mol

Bảo toàn S:

2a + b + 1,2 = 0,6 + 7,5a + 5b  (2)

(1) (2) => a = 0,08 và b = 0,04

=> n_SO2 = 7,5a + 5b = 0,8 mol

=> V = 17,92 (l)

Câu 8: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,002 FeS₂ và 0,003 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 được V lít dung dịch Z không màu trong suốt có pH = 2. Giá trị của V là:

   A. 1,14.      B. 0,14.

   C. 11,4.       D. 2,28.

Lời giải:

Chọn đáp án: D

Giải thích:

FeS₂ → Fe³⁺ + 2SO₂ + 11e

0,002mol

FeS → Fe³⁺ + SO₂ + 7e

0,003 mol

=> n_{e nhường} = 0,002. 11 + 0,003. 7 = 0,043 mol

S⁺⁶ + 2e → SO₂

          0,043 mol

BTe => n_SO2 = 0,043/2 = 0,0215 mol

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

=> n_H2SO4 = 0,0114 mol => n_H⁺ = 0,0228 mol

pH = 2 => [H⁺] = 0,01

=> V = 2,28 lít