Giải Hóa học 12 Bài 31: Sắt - Giải SGK, SBT, Chuyên đề Hóa Học Lớp 12

Giải Hóa học 12 Bài 31: Sắt

121 lượt xem

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Hóa học lớp 12 Bài 31: Sắt chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Sắt lớp 12.

Bài giảng Hóa học 12 Bài 31: Sắt

Giải bài tập Hóa học 12 Bài 31: Sắt

Câu hỏi và bài tập (trang 141 SGK Hóa Học 12)

Bài 1 trang 141 SGK Hóa Học 12: Các kim loại nào sau đây đều phản ứng với dung dịch CuCl2 ?

A. Na, Mg, Ag ; B. Fe, Na, Mg;

C. Ba, Mg, Hg ; D. Na, Ba, Ag.

Lời giải:

Các kim loại phản ứng là: Fe, Na, Mg

Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu↓

Na sẽ tác dụng với H₂O trong dd CuCl₂ trước

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

2NaOH + CuCl₂ → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

Mg + CuCl₂ → MgCl₂ + Cu↓

Đáp án B

Bài 2 trang 141 SGK Hóa Học 12: Cấu hình electron nào sau đây là của Fe³⁺ ?

A.[Ar]3d⁶; B.[Ar]3d⁵ ;

C. [Ar]3d⁴ ; D.[Ar]3d³.

Lời giải:

Cấu hình e của Fe (Z = 26): [Ar]3d⁶4s²

Fe -> Fe³⁺ + 3e=> Cấu hình electron của Fe³⁺ ( Fe mất đi 3e) là: [Ar]3d⁵

Đáp án B

Bài 3 trang 141 SGK Hóa Học 12: Cho 2,52 gam một kim loại tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ loãng, thu được 6,84 gam muối sunfat. Kim loại đó là

A. Mg. B. Zn.

C. Fe. D. Al.

Phương pháp giải:

Gọi kim loại là M hóa trị là n

PTHH: 2M + nH₂SO₄ → M₂(SO₄)_n + nH₂↑

Dựa vào khối lượng kim loại và khối lượng muối, đặt vào phương trình =>giải

Lời giải:

Gọi kim loại là M hóa trị là n

PTHH: 2M + nH₂SO₄ → M₂(SO₄)_n + nH₂↑

Theo PTHH 2M (2M + 96n) gam

Theo Đề Bài 2,52 6,84 gam

=> ta có: 2M. 6,84 = 2,52.(2M + 96n).

=> 13,68M = 5,04M +241,92n

=>8,64M = 241,92n

=> M = 28n

Cho n = 1, 2, 3 thì thấy chỉ n = 2 => M =56 là thỏa mãn

Vậy kim loại là Fe

Đáp án C

Bài 4 trang 141 SGK Hóa Học 12: Ngâm một lá kim loại có khối lượng 50 gam trong dung dịch HCl. Sau khi thu được 336ml khí H₂ (đktc) thì khối lượng lá kim loại giảm 1,68 %. Kim loại đó là :

A.Zn. B.Fe.

C.Al. D.Ni.

Phương pháp giải:

- Tính khối lượng kim loại phản ứng

- Tính số mol khí $H_{2}$

- Viết PTHH

- Từ PTHH suy ra số mol KL từ số mol $H_{2}$

- Lập biểu thức tính nguyên tử khối của kim loại

- Biện luận hóa trị của kim loại, kết luận kim loại cần tìm

Lời giải:

Khối lượng kim loại phản ứng là $m_{K L} = \frac{1, 68 % .50}{100 %} = 0, 84 g a m$

Số mol H₂ là $n_{H_{2}} = \frac{0, 336}{22, 4} = 0, 015 m o l$

2M + 2nHCl $\to$ 2MCl₂ + nH₂

Số mol của M là:

$n_{M} = \frac{2}{n} n_{H_{2}} = \frac{2.0, 015}{n} = \frac{0, 03}{n} m o l$

$M = \frac{0, 84}{\frac{0, 03}{n}} = 28 n$

Với n = 1 thì M = 28 (loại)

Với n = 2 thì M = 56 (Fe)

Với n = 3 thì M = 84 (loại)

Bài 5 trang 141 SGK Hóa Học 12: Hỗn hợp A chứa Fe và kim loại M có hóa trị không đổi trong mọi hợp chất. Tỉ lệ số mol của M và Fe trong hỗn hợp A là 1 : 3. Cho 19,2 gam hỗn hợp A tan hết vào dung dịch HCl thu được 8,96 lít khí H₂ Cho 19,2 gam hỗn hợp A tác dụng hết với Cl₂ thì cần dùng 13,32 lít khí Cl₂. Xác định kim loại M và phần trăm khối lượng các kim loại trong hỗn hợp A. Các thể tích khí đo ở đktc.

Phương pháp giải:

Gọi hóa trị của kim loại M là n

Gọi số mol của M là x, số mol của Fe là 3x.

PTHH:

2M + 2nHCl → 2MCl_n + nH₂

x 0,5nx.

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

3x 3x (mol)

$n_{H_{2}} = 0, 5 n x + 3 x = \frac{8, 96}{22, 4} = 0, 4$ (mol). (1)

2M + nCl₂ $\overset{t^{0}}{\to}$ 2MCl_n

x 0,5nx (mol)

2Fe + 3Cl₂ $\overset{t^{0}}{\to}$ 2FeCl₃

3x 4,5x (mol)

$n_{C l_{2}} = 0, 5 n x + 4, 5 x = \frac{12, 32}{22, 4} = 0, 55$ (2)

Giải hệ (1) và (2) ra được n=?; x=?

=> M

Lời giải:

Gọi hóa trị của kim loại M là n

Gọi số mol của M là x, số mol của Fe là 3x.

2M + 2nHCl → 2MCl_n + nH₂

x 0,5nx. (mol)

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

3x 3x (mol)

$n_{H_{2}} = 0, 5 n x + 3 x = \frac{8, 96}{22, 4} = 0, 4$ (mol). (1)

2M + nCl₂ $\overset{t^{0}}{\to}$ 2MCl_n

x 0,5nx (mol)

2Fe + 3Cl₂ $\overset{t^{0}}{\to}$ 2FeCl₃

3x 4,5x (mol)

$n_{C l_{2}} = 0, 5 n x + 4, 5 x = \frac{12, 32}{22, 4} = 0, 55$ (2)

Giải hệ (1) và (2) ra được n=2 ; x=0,1

=> m_Fe = 3.0,1.56 = 16,8 (gam) ;

=> m_M = 19,2 - 16,8 = 2,4 gam.

$M_{M} = \frac{2, 4}{0, 1} = 24$ (g/mol).

Vậy kim loại là Mg.

%Fe = (16,8 : 19,2).100% = 87,5%.

%Mg = 100% - 87,5% = 12,5%

Lý thuyết Bài 31: Sắt

I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

- Fe: Z = 26 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

=> Sắt nằm ở chu kì 4, nhóm VIIIB, ô số 26.

- Là kim loại chuyển tiếp, có xu hướng nhường 2, 3 electron khi tham gia phản ứng hóa học

- Sắt có 2 kiểu mạng tinh thể là lập phương tâm diện và lập phương tâm khối

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540^oC, có D = 7,9 g/cm³.

- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tác dụng với phi kim

Fe + S $\overset{t^{o}}{\to}$ FeS

3Fe + 2O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ Fe₃O₄

2Fe + 3Cl₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2FeCl₃

2. Tác dụng với axit

- Fe + axit HCl, H₂SO₄ loãng → muối + H₂

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

- Fe + axit có tính OXH mạnh → muối + sản phẩm khử + H₂O

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 2H₂O + NO

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

=> Fe thụ động trong HNO₃ đặc nguội, H₂SO₄ đặc nguội.

3. Tác dụng với dung dịch muối

Fe tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn nó (kim loại đứng sau nó trong dãy hoạt động hóa học)

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Fe + 3AgNO₃ (dư) → Fe(NO₃)₃ + 3Ag

4. Tác dụng với nước

Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước :

3Fe + 4H₂O $\overset{t^{o} < 570^{o} C}{\to}$ Fe₃O₄ + 4H₂

Fe + H₂O $\overset{t^{o} > 570^{o} C}{\to}$ FeO + H₂

IV. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

- Sắt là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong vỏ trái đất (sau nhôm).

- Một số quặng sắt quan trọng: Quặng hematit đỏ chứa Fe₂O₃ khan. Quặng hematit nâu chứa Fe₂O₃.nH₂O. Quặng manhetit chứa Fe₃O₄ , quặng xiđerit chứa FeCO₃, quặng pirit sắt chứa FeS₂.

- Sắt còn có mặt trong hồng cầu của máu.

Phương pháp giải một số dạng bài tập về sắt

Dạng 1

Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với dung dịch axit (HCl, H₂SO₄ loãng)

* Một số lưu ý cần nhớ:

Oxit sắt + dung dịch axit (HCl, H₂SO₄) => Dung dịch muối + H₂O

=> Ta có phương trình tổng quát:

Fe_xO_y + 2y H⁺ → xFe^{(2y/x) +}+ y H₂O

=> n O trong oxit = ½ n H+ phản ứng = n H₂O sinh ra sau phản ứng

- Để làm được loại bài tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố để giải quyết bài toán.

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dung dịch HCl 4M thu được 5,6 lít H₂(đktc) và dung dịch D. Để kết tủa hoàn toàn các ion trong D cần 300 ml dung dịch NaOH 2M. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là :

A. 0,1 lít.

B. 0,12 lít.

C. 0,15 lít.

D. 0,2 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có sơ đồ phản ứng như sau:

$\underset{10 g}{{\begin{cases} M g \\ F e \end{cases}} + H C l \to {\begin{cases} F e C l_{2} \\ M g C l_{2} \\ H C l \end{cases} + \underset{0, 6 m o l}{N a O H} \to {\begin{cases} F e (O H)_{2} \\ M g (O H)_{2} \end{cases} + N a C l$

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Natri

n NaCl = nNaOH = 0,6 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Clo

=> n HCl = n NaCl = 0,6 (mol)

V HCl = 0,6 : 4 = 0,15 lít

Đáp án C.

Ví dụ 2: Để hoà tan hoàn toàn 23,2 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe₂O₃), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 0,5M. Giá trị của V là :

A. 1,8.

B. 0,8.

C. 2,3.

D. 1,6.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Vì số mol của FeO và Fe₂O₃ trong hỗn hợp bằng nhau nên ta quy đổi hỗn hợp FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ thành Fe₃O₄.

Ta có = $\frac{23, 3}{233}$ = 0,1 mol.

n HCl = 2 . n O (trong oxit) = 2 . 0,1 .4 = 0,8 (mol)

=> V HCl = 0,8 : 0,5 = 1,6 lít

Đáp án D

Dạng 2

Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với HNO₃, H₂SO₄ đặc

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Đối với phản ứng với HNO₃, H₂SO₄ đặc, ta thường dùng định luật bảo toàn electron để giải quyết bài toán.

- Nếu sau phản ứng Fe còn dư, muối tạo thành sau phản ứng là muối sắt (II)

VD: Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O (1)

Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂ (2)

- Fe, Al, Cr bị thụ động trong HNO₃ đặc nguội, H₂SO₄ đặc nguội

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1 : Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO₂ và NO có V_X = 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.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi số mol của NO₂, NO lần lượt là x, y.

n Hỗn hợp khí = 8,96 : 22,4 = 0,4 (mol)

=> x + y = 0,4 (I)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là:

1,3125 . 32 = 42 (gam/mol)

=> Khối lượng của hỗn hợp khí trên là: 42 . 0,4 = 16,8 (gam)

=> 46x + 30y = 16,8 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,3 ; y = 0,1

=> % NO₂ = 0,3 : (0,3 + 0,1) . 100% = 75%

% NO = 25%

Áp dụng đinh luật bảo toàn electron ta có:

3 . n Fe = 1 . n NO₂ + 3 . n NO

=> 3 . n Fe = 0,3 + 3 . 0,1 = 0,6

=> n Fe = 0,6 : 3 = 0,2 mol

=> m Fe = 0,2 .56 = 11,2 gam

Đáp án B

Ví dụ 2: 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 khí NO₂ duy nhất (đktc). Nồng độ % các chất có trong dung dịch A là :

A. 36,66% và 28,48%.

B. 27,19% và 21,12%.

C. 27,19% và 72,81%.

D. 78,88% và 21,12%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Nito

=> n HNO₃ = n NO₃ + n NO₂

Do n NO₃ = n e trao đổi = n NO₂

=> n HNO₃ = 1 mol

m HNO₃ = 1 . 63 = 63 gam

=> m dd HNO₃ = 63 : C% = 63 : 63 . 100 = 100 (gam)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m dung dịch muối = m hỗn hợp kim loại + m dd HNO₃ – m NO₂

= 12 + 100 – 0,5 .46 = 89 (gam)

Gọi số mol của Fe, Cu lần lượt là x, y mol

Ta có hệ phương trình như sau:

56x + 64y = 12

3x + 2y = 0,5

=> x = 0,1 ; y = 0,1

m Fe(NO₃)₃ = 0,1 . (56 + 62.3) = 24,2 (gam)

m Cu(NO₃)₂ = 0,1 . (64 + 62.2) = 18,8 (gam)

% m Fe(NO₃)₃ = 24,2 : 89 . 100% = 27,19%

% m Cu(NO₃)₂ = 18,8 : 89 . 100% = 21,1%

Ví dụ 3: Hoà 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 nung đến khối lượng không đổi thu được 9,76 gam chất rắn X. Nồng độ % của dung dịch HNO₃ có giá trị là :

A. 47,2%.

B. 46,2%.

C. 46,6%.

D. 44,2%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Chất rắn X là Fe₂O₃

=> n Fe₂O₃ = 9,76 : 160 = 0,061 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> n Fe(OH)₃ = 2 . n Fe₂O₃ = 0,061 . 2 = 0,122 mol

Gọi số mol của Fe₃O₄, FeS₂ lần lượt là x, y (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> 3 . n Fe₃O₄ + n FeS₂= n Fe(OH)₃

=> 3x + y = 0,122 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn electron

=> n Fe₃O₄ + 15 . n FeS₂ = n NO₂

=> x + 15y = 0,07 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,04; y = 0,002

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na

=> n NaOH = n NaNO₃ + 2 . n Na₂SO₄ (1)

n Na₂SO4 = 2 . nFeS₂ = 0,002 . 2 = 0,004 mol (2)

=> n NaNO₃ = 0,04 – 0,004 . 2 = 0,392 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là:

n HNO₃= n NaNO₃ + n NO₂ = 0,392 + 0,07 = 0,462 (mol)

=> C% HNO₃ = (0,462 . 63) : 63 . 100% = 46,2%

Đáp án B

Dạng 3:

Kim loại Fe tác dụng với dung dịch muối

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Sắt tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn để tạo dung dịch muối mới và kim loại mới.

- Để làm loại bài tập này, chúng ta thường áp dụng đinh luật bảo toàn electron để giải quyết bài toán.

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,15 mol AgNO₃ và 0,2 mol Cu(NO₃)₂. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 12,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Ag+ = 0,1 mol; n_Cu2+= 0,2 mol

Nếu Ag⁺ phản ứng hết :

Fe + 2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,05 ← 0,1 → 0,1

=> m_tăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8

=> Ag⁺ phản ứng hết; Cu²⁺ phản ứng 1 phần

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

=> m_tăng = 64x – 56x = 8x

+) tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

m_tăng = 12 + 8x = 12,8 => x = 0,1 mol

=> m_{kim loại bám vào} = m_Ag+ m_Cu = 22,6 gam

Ví dụ 2: Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO₃ 2M và Cu(NO₃)₂ 1M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Fe= 0,15 mol; n_AgNO3 = 0,2mol; n_Cu(NO3)2 = 0,1 mol

Nhận xét: 2n_Fe> n_Ag

=> không xảy ra phản ứng Ag⁺ + Fe²⁺→ Ag + Fe³⁺

=> Fe tạo muối Fe²⁺

n_{e Fe cho tối đa} = 0,15.2 = 0,3 mol

n_{e Ag+ nhận tối đa} = 0,2 mol

n_{e Cu2+ nhận tối đa} = 0,1.2 = 0,2 mol

Ta thấy : 0,2 < n_{e Fe cho tối đa}< 0,2 + 0,2

=> Ag⁺ phản ứng hết, Cu²⁺ phản ứng 1 phần

=> n_{e Cu2+ nhận tạo Cu} = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol => n_Cu = 0,05 mol

=> m = m_Ag+ m_Cu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam.