Các dạng bài tập về sắt và hợp chất của sắt tác dụng với HNO3 hoặc H2SO4 đặc hay nhất – Hoá học lớp 12
A. Lý thuyết trọng tâm
- Fe thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội → có thể dùng thùng làm bằng Fe chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
- Với dung dịch HNO3 loãng: tạo muối sắt [III] + NO + H2O
Fe + 4HNO3[loãng] → Fe[NO3]3 + NO + 2H2O
- Với dung dịch HNO3 đậm đặc: tạo muối muối sắt [III] + NO2 + H2O
Fe + 6HNO3 → Fe[NO3]3 + 3NO2 + 3H2O
- Với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng: tạo muối sắt [III] + SO2 + H2O
2Fe + 6H2SO4 → Fe2[SO4]3 + 3SO2 + 6H2O
[**] Chú ý: Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với HNO3 hoặc 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 → 3Fe2+
hoặc 2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+
B. Phương pháp giải
Phương pháp giải các bài tập dạng này chủ yếu là sử dụng định luật bảo toàn electron. Ngoài ra có thể sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích, phương pháp đường chéo và tính toán theo phương trình phản ứng.
Fe khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nóng, nếu kim loại dư thì muối sắt tạo thành trong dung dịch là muối sắt [II].
C. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Cho a gam Fe tác dụng với dung dịch HNO3 thu được 2,24 lít khí NO [sản phẩm khử duy nhất, ở đktc], dung dịch X và còn dư 5,6 gam Fe. Cô cạn X thu được b gam muối khan. Giá trị của a, b lần lượt là
A. 14,0; 27,0.
B. 8,4; 27,0.
C. 14,0; 36,3.
D. 11,2; 27,0.
Lời giải chi tiết
nNO=2,2422,4=0,1 mol
Do sau phản ứng còn dư Fe nên muối thu được là muối sắt [II]
Quá trình cho nhận electron:
Bảo toàn electron: 2nFe phản ứng = 3nNO
→nFe phan ung=3.0,12=0,15 mol
Ta có: a = mFe phản ứng + mFe dư = 0,15.56 + 5,6 = 14 gam
Bảo toàn nguyên tố:
nFe[NO3]2=nFe phan ung=0,15 mol
→b=mFe[NO3]2=0,15.180=27 gam
Chọn A.
Ví dụ 2: Cho a gam Fe vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 0,8M và Cu[NO3]2 1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,92a gam hỗn hợp kim loại và khí NO [sản phẩm khử duy nhất của N+5]. Giá trị của a là
A. 8,4.
B. 11,0.
C. 11,2.
D. 5,6.
Lời giải chi tiết
nHNO3=0,08 mol;nCu2+=0,1 mol
→nH+=nNO3−=0,08 mol
Gọi số mol của Fe phản ứng là x mol
Quá trình cho nhận electron:
Bảo toàn electron: 2x = 0,06 + 0,2
→ x = 0,13
Ta có: mgiảm = a – 0,92a = 0,08a gam
Lại có mgiảm = mFe phản ứng – mCu = 0,13.56 – 0,1.64 = 0,88 gam
→ 0,08a = 0,88
→ a = 11
Chọn B.
Ví dụ 3: Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO3 lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO2 và NO có thể tích 8,96 lít [đktc] và tỉ khối đối với O2 bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của NO, NO2 và khối lượng m của Fe đã dùng là
A. 25% và 75%; 1,12 gam.
B. 25% và 75%; 11,2 gam.
C. 35% và 65%; 11,2 gam.
D. 45% và 55%; 1,12 gam.
Lời giải chi tiết
Đặt số mol của NO2 và NO là x và y
46x+30y=1,3125.32.0,4x+y=0,4→x=0,3y=0,1→%NO2=75%%NO=25%
Áp dụng định luật bảo toàn electron cho các chất khử và oxi hóa ta có:
3nFe=nNO2+3nNO→nFe=0,2 mol→mFe=0,2.56=11,2 gam
Chọn B.
D. Bài tập tự luyện
Câu 1: Cho m gam Fe vào dung dịch chứa 1,38 mol HNO3, đun nóng đến kết thúc phản ứng còn 0,75m gam chất rắn không tan và có 0,38 mol hỗn hợp NO, NO2 [không còn sản phẩm khử khác] thoát ra ở đktc. Giá trị của m là
A. 70.
B. 56.
C. 84.
D. 112.
Câu 2: Cho 8,4 gam Fe vào dung dịch HNO3 loãng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,688 lít khí NO [đktc, là sản phẩm khử duy nhất] và dung dịch A. Khối lượng Fe[NO3]3 trong dung dịch A là
A. 14,95 gam.
B. 21,95 gam.
C. 16,54 gam.
D. 14,52 gam.
Câu 3: Cho 27,75 gam hỗn hợp A gồm Fe, Fe3O4 tác dụng với 300 ml dung dịch HNO3 aM. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 lít khí NO, là sản phẩm khử duy nhất [đktc], dung dịch B và 2,19 gam kim loại chưa tan. Giá trị của a là
A. 3,2.
B. 1,2.
C. 2,4.
D. 1,6.
Câu 4: Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, 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 lít
B. 4,48 lít
C. 5,60 lít
D. 3,36 lít
Câu 5: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 63%. Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khi NO2 duy nhất [đktc]. Nồng độ % các chất có trong dung dịch A là
A. 33,66% và 28,48%.
B. 27,19% và 21,12%.
C. 27,19% và 72,18%.
D. 78,88% và 21,12%.
Câu 6: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam Fe vào HNO3 dư, thu được dung dịch A và 6,72 lít hỗn hợp khí B gồm NO và một khí X, với tỉ lệ thể tích là 1:1. Khí X là
A. NO2.
B. N2.
C. N2O.
D. NO.
Câu 7: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml 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 khối lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá trị tối thiểu của V là
A. 240.
B. 120.
C. 360.
D. 400.
Câu 8: Cho m gam Fe vào dung dịch chứa đồng thời H2SO4 và HNO3 thu được dung dịch X và 4,48 lít NO [duy nhất]. Thêm tiếp H2SO4 vào X thì lại thu được thêm 1,792 lít khí NO duy nhất nữa và dung dịch Y. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 8,32 gam Cu không có khí bay ra [các khí đo ở đktc]. Khối lượng của Fe đã cho vào là
A. 11,2 gam.
B. 16,24 gam.
C. 16,8 gam.
D. 9,6 gam.
Câu 9: Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm AgNO3 0,2M và HNO3 0,25M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 1,4m gam hỗn hợp kim loại và V lít khí NO [duy nhất, ở đktc]. Giá trị của m và V lần lượt là
A. 21,50 và 1,12
B. 25,00 và 2,24
C. 8,60 và 1,12
D. 28,73 và 2,24
Câu 10: Hòa tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 63 gam HNO3, thu được 1,568 lít NO2 [đktc]. Dung dịch thu được cho tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem đến khối lượng không đổi thu được 9,76 gam chất rắn. Nồng độ % của dung dịch HNO3 có giá trị là
A. 47,2%
B. 46,2%
C. 46,6%
D. 44,2%
ĐÁP ÁN
| Câu 1 | Câu 2 | Câu 3 | Câu 4 | Câu 5 | Câu 6 | Câu 7 | Câu 8 | Câu 9 | Câu 10 |
| D | D | A | C | B | A | C | B | A | B |
Xem thêm các dạng bài tập và công thức Hoá học lớp 12 hay, chi tiết khác:
Cách xác định công thức oxit sắt, hợp chất của sắt hay nhất
Các dạng bài toán quy đổi và cách giải
Bài tập tổng hợp về Cu, Zn, Cr, Sn, Pb và cách giải
Trắc nghiệm lý thuyết Chương 8 Phân biệt một số hợp chất vô cơ có lời giải
Trắc nghiệm lý thuyết Chương 9 Hóa học và vấn đề Phát triển kinh tế, xã hội, môi trường có lời giải
09:59:2225/01/2022
Bài viết dưới đây sẽ hướng dẫn các em cách giải bài tập sắt tác dụng với axit nitric HNO3 và axit sunfuric H2SO4 để dạng toán này không thể gây khó cho các em.
I. Cách giải bài tập sắt tác dụng với HNO3 và H2SO4
- Khi cho Fe tác dụng với HNO3, H2SO4 [đặc nóng], trình tự phản ứng xảy ra:
Fe + 4HNO3 → Fe[NO3]3 + NO + 2H2O
- 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 nitrat = mKL + 62.ne[nhận]
II. Ví dụ về bài tập Sắt tác dụng với axit HNO3 và H2SO4
* Ví dụ 1: Cho 6,72 gam Fe vào 400ml 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 hòa tan tối đa m gam Cu. Tìm m?
* Lời giải:
Đổ đơn vị: 400ml = 0,4 lít.
- Theo bài ra, ta có số mol Fe là:
Số mol của axit nitric HNO3 là: nHNO3 = V.CM = 0,4.1 = 0,4[mol]
- Phương trình hóa học:
Fe + 4HNO3 → Fe[NO3]3 + NO + 2H2O [1]
0,1 0,4 0,1[mol]
Theo PTHH [1], ta thấy: nFe [dư] = 0,12 - 0,1 = 0,02[mol].
Như vậy, do Fe dư nên tiếp tục xảy ra phản ứng:
Fe + 2Fe[NO3]3 → 3Fe[NO3]2
0,02 0,04[mol]
Theo PTHH [2] và [1] ⇒ nFe[NO3]3 dư = 0,1 - 0,04 = 0,06[mol]
- Phương trình phản ứng hòa tan Cu:
Cu + 2Fe[NO3]3 → Cu[NO3]2 + 2Fe[NO3]2 [3]
0,03 ← 0,06[mol]
Vậy theo PTHH [3] thì số mol Cu được hòa tan là 0,03[mol]
⇒ Khối lượng Cu bị hòa tan là: mCu = n.M = 0,03.64 = 1,92[g]
* Ví dụ 2: 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 [đktc]. Tính m?
* Lời giải:
- Theo bài ra, còn chất rắn sau phản ứng, nên Fe dư, như vậy chỉ tạo muối Fe[NO3]2.
- Các phương trình phản ứng:
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: 1,38 = 2.nFe[NO3]2 + 0,38
⇒ 2nFe[NO3]2 = 1,38 - 0,38 = 1
⇒ nFe[NO3]2 = 0,5 mol = nFe phản ứng
Vậy khối lượng sắt tham gia phản ứng là:
mFe = 0,5.56 = 112 [g].
* Ví dụ 3: 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?
* Lời giải:
- Theo bài ra, ta có: nFe = 6,72/56 = 0,12[mol].
- Phương trình hóa học:
2Fe + 6H2SO4 → Fe2[SO3]3 + 3SO2 + 6H2O [1]
0,1 ← 0,3 → 0,05[mol]
Theo PTHH [1] ⇒ nFe [dư] = 0,12 - 0,1 = 0,02[mol] nên tiếp tục khử Fe2[SO4]3
Fe + Fe2[SO4]3 → 3FeSO4
0,02 → 0,02 0,06[mol]
- Theo PTHH [2] ⇒ 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
* Ví dụ 4: Cho a gam Fe vào 100ml dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 0,8M và Cu[NO3]2 1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,92a gam hỗn hợp kim loại và khí NO [sản phẩm khử nhất của N+5]. Tính a?
* Lời giải:
- Đổi đơn vị: 100ml = 0,1 lít;
Theo bài ra, ta có: nHNO3 = CM.V = 0,8.0,1 = 0,08[mol]
⇒nH+ = nHNO3 = 0,08[mol]
⇒nNO3- = nHNO3 = 0,08[mol] [1]
nCu[NO3]2 = 1.0,1 = 0,1[mol]
⇒nCu2+ = nCu[NO3]2 = 0,1[mol]
⇒nNO3- = 2nCu[NO3]2 = 0,2[mol] [2]
Từ [1] và [2] ⇒ΣnNO3- = 0,2 + 0,08 = 0,28[mol]
- Ta có PTPƯ ion thu gọn như sau:
Fe + 4H+ + NO3- → Fe3+ + NO + 2H2O
0,02 ← 0,08 → 0,02
Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+
0,01 ← 0,02
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
0,1 ← 0,1 → 0,1
Từ các phản ứng trên ta có tổng số mol Fe tham gia phản ứng là:
nFe [pư] = 0,02 + 0,01 + 0,1 = 0,13[mol]
Suy ra khối lượng Fe tham gia phản ứng là: mFe [pư] = 0,13.56 = 7,28[g].
Khối lượng Fe dư là: mFe [dư] = mFe [ban đầu] - mFe [pư] = a - 7,28
Khối lượng hỗn hợp sau phản ứng gồm Fe dư và Cu theo bài ra là:
mhh [k.loại sau pư] = mFe [dư] + mCu = 0,92a
⇒ 0,92a = a - 7,28 + 0,1.64 ⇒ a = 11
* Ví dụ 5: 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.
* Lời giải:
- Theo bài ra, ta có:
- Vì hỗn hợp Fe và Cu có khối lượng 12 gam hỗn hợp [tỉ lệ mol 1:1] nên hỗn hợp có 0,1 mol Fe [5,6g] và 0,1 mol Cu [6,4g].
- Ta có:
Fe → Fe3+ + 3e
Cu → Cu2+ + 2e
Nên ∑nelectron [do chất khử cho] = 0,1.3 + 0,1.2 = 0,5[mol]
NO2 + 3e → NO
x 3x x
NO3- + 1e → NO2
x x x
Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 4x = 0,5 ⇒ x = 0,125[mol]
Vậy: V = 0,125.2.22,4 = 5,6[lít].
Hy vọng với bài viết Bài tập Sắt [Fe] tác dụng với axit HNO3 và H2SO4 và cách giải ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em hãy để lại dưới phần nhận xét để hayhochoi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tốt!