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: FexOy + 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:
\(\mathop {\left\{ \begin{array}{l}Mg\\Fe\end{array} \right.}\limits_{10g} + HCl \to \left\{ \begin{array}{l}FeC{l_2}\\MgC{l_2}\\HCl\end{array} \right. + \mathop {NaOH}\limits_{0,6mol} \to \left\{ \begin{array}{l}Fe{(OH)_2}\\Mg{(OH)_2}\end{array} \right. + NaCl\)
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 VX = 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:
nAg+ = 0,1 mol; nCu2+ = 0,2 mol
Nếu Ag+ phản ứng hết :
Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
0,05 ← 0,1 → 0,1
=> mtăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8
=> Ag+ phản ứng hết; Cu2+ phản ứng 1 phần
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
=> mtăng = 64x – 56x = 8x
+) tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:
mtăng = 12 + 8x = 12,8 => x = 0,1 mol
=> mkim loại bám vào = mAg+ mCu = 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:
nFe = 0,15 mol; nAgNO3 = 0,2mol; nCu(NO3)2 = 0,1 mol
Nhận xét: 2nFe > nAg
=> không xảy ra phản ứng Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+
=> Fe tạo muối Fe2+
ne Fe cho tối đa = 0,15.2 = 0,3 mol
ne Ag+ nhận tối đa = 0,2 mol
ne Cu2+ nhận tối đa = 0,1.2 = 0,2 mol
Ta thấy : 0,2 < ne Fe cho tối đa< 0,2 + 0,2
=> Ag+ phản ứng hết, Cu2+ phản ứng 1 phần
=> ne Cu2+ nhận tạo Cu = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol => nCu = 0,05 mol
=> m = mAg + mCu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam.
