- Fe và các hợp chất có tính khử của sắt (như: các muối sắt (II), FeO,Fe 3O4, Fe(OH)2) khi tác dụng với axit HNO3 và H2SO4 đặc, nóng đều tạo thành muối sắt
HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI SẮT
3.1. DẠNG TOÁN SẮT TÁC DỤNG VỚI AXIT (HCl, H2SO4 , HNO3...)
Bài 1: Hoà tan Fe trong dung dịch HNO3 thấy sinh ra hỗn hợp khí chứa 0,01 mol NO và 0,03 mol N2. Lượng tối thiểu Fe và HNO3 tương ứng là:
A. 0,06 mol và 0,25 mol C. 0,06 mol và 0,4 mol B. 0,11 mol và 0,4 mol D. 0.09 mol và 0,34 mol
Giải:
Cách 1: Phương pháp bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố Fe → Fe3+ + 3e N + 3e → N x 3x 0,03 0,01 2N + 10e → N2 0,3 0,03 Áp dụng ĐLBT e có: 3x = 0,03 + 0,3 → x = nFe = 0,11 mol Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe và N có: nFe(NO3)3 = nFe/Fe(NO3)3 = nFe = 0,11 mol nHNO3 = nN/HNO3 = 3. nFe(NO3)3 + 1. nNO + 2. nN2 = 3. 0,11 + 1. 0,01 + 2.0,03 → nHNO3 = 0,4 mol → Đáp án: B Cách 2: Theo phương pháp biện luận
+5 +2
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 0,01 0,04 0,01
10Fe + 36HNO3 → 10Fe(NO3)3 + 3N2 + 18 H2O 0,1 0,36 0,03
→ ∑nFe = 0,11 mol và ∑nHNO3 = 0,4 mol
Bài 2: Hoà tan 5,6g Fe bằng dung dịch H2SO4 loãng dư thu được dung dịch X. Dung dịch X phản ứng vừa đủ với V ml dung dịch KMnO4 0,5M. Giá trị của V là:
A. 20 ml B. 80 ml C. 40 ml D. 120 ml Giải:
Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố: H2SO4loãng, dư KMnO4 + H2SO4dư
Tóm tắt quá trình pứ: Fe Fe2+ Fe3+
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe: nFe3+ = nFe2+ = nFe = 0,1 (mol)
Fe2+ → Fe3+ + 1e Mn + 5e → Mn 0,1 0,1 x → 5x
Áp dụng ĐLBT e có: 5x = 0,1 → x = 0,02 mol → Đáp án: C Cách 2: Theo phương pháp biện luận:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
0,1 0,1
10FeSO4+2KMnO4 +8H2SO4→5Fe2(SO4)3 +2MnSO4+K2SO4+8H2O 0,1 0,02
→ V = 40 ml
Bài 3: Cho m g Fe tác dụng với dung dịch HNO3. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 448 ml (ở đktc) khí NO duy nhất, dung dịch A và còn lại 0,12 gam chất rắn. Khối lượng Fe đem phản ứng là:
A. 1,68g B. 1,12g C. 1,80g D. 1,24g Giải:
Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn e Tóm tắt quá trình pứ: Fe Fe3+ Fe2+ Fe → Fe2+ + 2e N + 3e → N x 2x 0,06 0,02 Áp dụng ĐLBT e có: 2x = 0,06 → x = 0,03 mol → m = mFepứ + mFe dư = 0,03. 56 + 0,12 = 1,8 (g) → Đáp án:C Cách 2: Theo phương pháp biện luận
Sau phản ứng còn chất rắn → Fe dư và mFe dư = 0,12g
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 0,02 0,02 0,02
Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 0,01 0,02
→∑nFe pứ = 0,03 mol → m = 1,8g * Lưư ý: mFe đem phản ứng = mFephản ứng + mFedư
Bài 4: Hoà tan 11,2 gam Fe bằng dung dịch HNO3 thu được khí không màu hoá nâu ngoài không khí, dung dịch X và còn lại 2,8 gam một chất rắn. Tính khối lượng muối trong dung dịch X.
A. 36g B. 27g C. 48,4g D. 36,3g
Giải:
Cách 1: Theo phương pháp bảo toàn nguyên tố:
Sau phản ứng còn lại chất rắn nên Fe dư→ muối trong dd X chỉ có muối sắt(II) Fe → Fe(NO3)2 ,
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe có: nFe(NO3)2 = nFepứ = 0,15 mol
→mFe(NO3)2 = 0,15 . 180 = 27(g) →Đáp án: B Cách 2: Theo phương pháp biện luận
mFe pứ = 11,2 – 2 ,8 = 8,4g → nFe pứ = 0,15 mol
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1)
x x
Fedư + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2) HNO3 Fedư
2 x x 2 3x Từ (1) & (2) →∑nFe pứ = x + 2 x = 0,15 → x = 0,1 mol → nFe(NO3)2 = 3x2 = 0,15 → mFe(NO3)2 = 0,15. 180 = 27g
Bài 5: Khi cho cùng một lượng Fe là 0,2 mol phản ứng hết với dung dich HCl và phản ứng hết với dung dịch HNO3 dư thu được muối clorua và muối nitrat có khối lượng chênh lệch m gam. Giá trị của m:
A. 10,6 g B. 23 g C. 2,3g D.15,9g Giải
Cách 1: Phương pháp bảo toàn nguyên tố
* Tóm tắt quá trình pứ: Fe FeCl2 ; Fe Fe(NO3)3 Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe: nFeCl2 = nFe(NO3)3 = nFe = 0,2 ml ΔM= 186 – 71 = 115 (g)
→ m = 115. 0,2 = 23 (g) → Đáp án: B Cách 2: Phương pháp biện luận
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
0,2 0,2
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 0,2 0,2
→ m = mFe(NO3)3 - mFeCl2 = 0,2. 242 – 0,2. 127 = 23 (g)
Bài 6: Cho 6,72 gam Fe vào dung dịch chứa 0,3 mol H2SO4 đặc, nóng (giả thiết SO2 là sản phẩm khử duy nhất). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được:
A. 0,03 mol Fe(SO4)3 và 0,06 mol FeSO4
B. 0,02 mol Fe(SO4)3 và 0,08 mol FeSO4
B. 0,02 mol Fe(SO4)3 và 0,08 mol FeSO4
C. 0,05 mol Fe(SO4)3 và 0,02 mol Fe dư D. 0,12 mol FeSO4
Hướng dẫn giải:
Để giải nhanh dạng bài tập này ta có thể áp dụng theo cách sau:
Nếu: - 2nFe <nH2SO4 < 3nFe thì sau pứ thu được muối Fe(II) và muối Fe(III) và cả Fe và H2SO4 đều pứ hết.
- nH2SO4 ≤ 2nFe sau pứ chỉ có muối FeSO4 (nhỏ hơn thì Fe dư, bằng thì Fe, H2SO4 phản ứng hết)
- nH2SO4 ≥ 3nFe sau pứ chỉ có muối Fe2(SO4)3 ( lớn hơn thì H2SO4 dư bằng thì Fe, H2SO4 pứ hết)
Chỉ áp dụng khi sản phẩm khử là SO2
Ta có: 2.0,12 < nH2SO4 = 0,3 < 3. 0,12
→ sau pứ thu được 2 muối: Fe2(SO4)3 và FeSO4 Khi đó: nFeSO4 = 3nFe - nH2SO4 = 3.0,12 – 0,03 = 0,06 mol
nFe2(SO4)3 = = 0,03 mol → Đáp án: A
Bài 7: Cho 5,04 gam Fe vào dung dịch chứa 0,18 mol H2SO4 đặc, nóng (giả thiết SO2 là sản phẩm khử duy nhất). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được:
A. 0,09 mol FeSO4và 0,03 mol Fe2(SO4)3
B. 0,03 mol Fe2(SO4)3 và 0,03 mol Fe dư C. 0,03 mol Fe2(SO4)3
D. 0,09 mol FeSO4
Hướng dẫn giải:
Ta có: 2nFe = 2. 0,09 = 0,18 = nH2SO4
→ muối thu được chỉ có muối FeSO4 và (Fe, H2SO4) đều phản ứng hết.
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe có: nFeSO4= nFe = 0,09 mol →Đáp án: D Bài 8: Cho 0,015 mol bột Fe vào dung dịch chứa 0,04 mol HNO3 thấy thoát ra khí NO duy nhất. Khi phản ứng hoàn toàn thì khối lượng muối thu được bằng:
A. 2,42g B. 2,70g C. 3,63g D. 5,12g
Hướng dẫn giải:
nHSO - 2nFe
Để giải nhanh bài tập này ta áp dụng: Khi nHNO3 = 3 8
nFe thì cả Fe và HNO3 đều pứ hết và toàn bộ muối sắt(III) chuyển thành muối sắt(II) nên muối thu được là Fe(NO3)2.
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe có: nFe(NO3)2 = nFe = 0,015 mol
→ mFe(NO3)2 = 0,015. 180 = 2,7 (g) → Đáp án: B
Bài 9: Cho 14 gam Fe tác dụng với dung dịch HNO3 dư thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí NO và NO2 có tỉ lệ mol tương ứng là 1: 2. Giá trị của V là:
A. 2,24 lít B. 0,336 lít C. 4,48 lít D. 3,36 lít Hướng dẫn giải: Ta có: nNO = x → nNO2 = 2x N + 3e → N (NO) Fe → Fe3+ + 3e 3x x 0,25 0,75 2N + 1e → N (NO2) 2x 2x Áp dụng ĐLBT e có: 5x = 0,75 → x = 0,15 mol → V = 3,36 lít→ Đáp án: D Bài 10: Cho 20 gam Fe tác dụng với dung dịch HNO3 loãng chỉ thu được sản phẩm khử duy nhất là NO. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, còn dư 3,2 gam Fe. Thể tích NO thoát ra ở đktc là: A. 6,72 lít B. 4,48 lít C. 2,24 lít D.5,6 lít Hướng dẫn giải: Cách 1: Tóm tắt quá trình pứ: Fe Fe3+ Fe2+ Fe → Fe2+ + 2e N + 3e → N 0,3 0,6 3x x Áp dụng ĐLBT e có: 3x = 0,6 → x = 0,2 → Đáp án: B Cách 2: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) x x x
2Fe(NO3)3 + Fedư → 3Fe(NO3)2 (2) x 2 x +5 +2 +5 +4 Fedư HNO3 +5 +2
→∑nFepứ = x + 2 x = 0,3 56 2 , 3 20− = → x = 0,2 mol→ Đáp án: B
Bài 11: Cho một viên bi sắt vào 200 ml dung dịch HNO3, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì có 8,96 lít khí NO bay ra ở điều kiện tiêu chuẩn và viên bi sắt vẫn chưa tan hết. Tính khối lượng muối tạo thành?
Giải
Cách 1:
Phương trình phản ứng:
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) Vì sắt dư sau phản ứng nên muối tạo thành cuối cùng là muối Fe(NO3)2:
Fe + 2Fe(NO3)3→ 3Fe(NO3)2 (2) nNO = 8,9622, 4= 0,4(mol)
Từ phản ứng (1) suy ra số mol Fe(NO3)3 = 0,4 (mol). Từ phản ứng (2) suy ra số mol Fe(NO3)2 = ( 3 3)
3 .
2 nFe NO = 3.0, 4
2 = 0,6 (mol) Vậy khối lượng muối tạo thành là: mFe NO( 3 2) = 0,6.180 = 108 (g)
Cách 2: Fe → Fe2+ + 2e N + 3e → N x 2x 1,2 0,4 Áp dụng ĐLBTe: 2x = 1,2 → x = 0,6 mol
Fe →... →Fe(NO3)2
Áp dụng ĐLBT nguyên tố Fe: nFe(NO3)2 = nFe = x = 0,6 mol → mFe(NO3)2
=108g
3.2. DẠNG TOÁN HOÀ TAN SẮT VÀ HỢP CHẤT CÓ TÍNH KHỬ
CỦA SẮT BẰNG DUNG DỊCH AXIT(HCl, H2SO4, HNO3...)
Bài 1: Cho 11,36g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thu được 1,344 lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:
A. 38,72g B. 35,50g C. 49,09g D. 34,36g Giải:
Bài này có thể chuyển về dạng oxi hoá không hoàn toàn x mol Fe bằng oxi không khí thu được 11,36g, sau đó hoà tan hỗn hợp bằng HNO3 loãng dư.
Fe → Fe3+ + 3e N + 3e → N x 3x 0,18 0,06 O2 + 4e → 2O2- 32 56 36 , 11 − x 8 56 36 , 11 − x Áp dụng ĐLBT e: 3x = 8 56 36 , 11 − x + 0,18 → x = 0,16 mol
→ nFe(NO3)3 = x = 0,16 mol (Fe→Fe(NO3)3) → Đáp án: A Bài 2: Cho 2,88g hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe2O3. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp A bằng dung dịch H2SO4 loãng thu được 0,224 lít H2 (đktc). Mặt khác lấy 5,76g hỗn hợp A khử bằng H2 đến khi hoàn toàn thu được 1,44g H2O. Thành phần phần trăm theo khối lượng của các chất trong hỗn hợp A lần lượt là:
A. 19,45%; 25%; 55,55% C. 20%; 25%; 55%