Cách giải bài tập Hợp chất sắt tác dụng với axit hay, chi tiết - Hoá học lớp 12

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

Với Cách giải bài tập Hợp chất 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 Hợp chất sắt tác dụng với axit từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 12.

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

Lời giải:

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)

m_{kết tủa} = m_Fe(OH)3 + m_BaSO4 = 107a + 233b = 45,65   (2)

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

BT e => n_NO2 = 3. n_Fe + 6. n_S = 3. 0,1 + 6. 0,15 = 1,2 mol

=> V_NO2 = 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.

Lời giải:

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

n_Fe2(SO4)3 = a/2 = 0,35 mol

=> m_Fe2(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.

Lời giải:

Chọn đáp án: D

Giải thích:

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

m_hh = 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)

=> m_rắn = 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.

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

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

+ m_{hỗn hợp} = 56. x + 32. y = 20,8   (1)

+ Bảo toàn electron: 3n_Fe + 6n_S = n_NO2

=> 3x + 6y = 2,4   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,2 và y = 0,4

Bảo toàn Fe => n_Fe = 2n_Fe2O3

=> n_Fe2O3 = 0,1 => m_Fe2O3 = 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

Lời giải:

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. n_FeS2 + 9. n_FeS = 2. n_SO2

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.

Lời giải:

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)

m_{kết tủa} = m_Fe(OH)3 + m_BaSO4 = 107a + 233b = 126,25   (2)

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

BT e => 3. n_NO = 3. n_Fe + 6. n_S = 3. 0,2 + 6. 0,45

=> n_NO = 1,1 mol => V_NO = 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%

Lời giải:

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Đặt n_Fe3O4 = a mol và n_FeS2 = b mol

Bảo toàn electron => n_NO2 = n_Fe3O4 + 15. n_FeS2 hay a + 15b = 0,07   (1)

Chất rắn sau khi nung là Fe₂O₃

n_Fe = (3a + b) mol => n_Fe2O3 = (3a+b)/2 = 9,76/160 = 0,061 mol   (2)

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

n_OH^- = 0,4mol = 3n_Fe³⁺ + n_{H⁺ dư} => n_{H⁺ dư} = 0,034 mol

Dung dịch Y chứa:

n_Fe³⁺ = 3. 0,04 + 0,002 = 0,122 mol

n_SO4^2- = 2b = 2. 0,002 = 0,004 mol

n_{H⁺ dư} = 0,034 mol

=> n_NO3^- = 0,392 mol

Bảo toàn N => n_HNO3 = n_NO3^- + n_NO2 = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_B = 0,56 mol và m_B = 26,84mol

Đặt n_NO2 = x mol, n_SO2 = y mol

=> x + y = 0,56

46x + 64y = 26,84

=> n_NO2 = x = 0,5 & n_SO2 = y = 0,06

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

n_Fe³⁺ = a + 3b

n_SO4^2- = 2a – 0,06

Bảo toàn điện tích => 3. n_Fe³⁺ = 2. n_SO4^2- + n_NO3^-

=> n_NO3^- = 9b - a + 0,12

=> m_muối = 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 → O^2-

S → S⁺⁶ + 6e

3. n_Fe + 4. n_SO2 + 6. n_SO4^2- = 2. n_O + n_NO2

n_e = 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

Lời giải:

Chọn đáp án: B

Giải thích:

Khí gồm CO₂ và NO₂

n_CO2 = n_FeCO3 = 0,04 mol

n_NO2 = a mol

Bảo toàn electron:

0,01. 10 + 0,04. 1 + 15x = a   (1)

Dung dịch chứa Fe³⁺ (x + 0,04), Cu²⁺ (0,02), SO₄^2- (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

Lời giải:

Chọn đáp án: A

Giải thích:

n_S = n_BaSO4 = 0,02

Đặt a, b là số mol Fe, Cu trong X

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

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

=> 3. n_Fe + 2. n_Cu + 6. n_S = 3. n_NO

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), NO^3- (0,5 – 0,07 = 0,43), SO₄^2- (0,02)

Bảo toàn điện tích => n_H⁺ = 0,38 mol

Y với Cu:

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

0,1425

2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺

0,02

=> n_Cu = 0,1525 mol

=> m_Cu = 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%

Lời giải:

Chọn đáp án: C

Giải thích:

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

m_D = 107a + 98b + 233c = 8,85   (1)

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

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

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

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

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

Bảo toàn Fe: x + y = 0,03   (5)

Từ (4) và (5) => x = 0,01 và y = 0,02

=> %Fe(NO₃)₂ = 62,5%