Home Hóa lớp 12 Phương pháp giải bài tập về sắt và hợp chất của sắt

Phương pháp giải bài tập về sắt và hợp chất của sắt

15
0

BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT

1 . Các định luật để giải các bài tập về sắt và hợp chất của sắt

– Định luật bảo toàn khối lượng: “ Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất phản ứng”
– Định luật bảo toàn nguyên tố:

  • Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tốluôn được bảo toànnhư vậy có nghĩa: “Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kỳ trước và sau phản ứng luôn bằng nhau”.
  • Mở rộng: tổng khối lượng các nguyên tốtạo thành hợp chất bằng khối lượng của hợp chất đó.

– Định luật bảo toàn electron: Khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng( nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số e mà chất khử nhường bằng tổng số e mà chất oxi hóa nhận” .Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của chất oxi hóa hoặc chất khử, thạm chí không phải bận tâm tới cân bằng các phuhương trình phản ứng. Phương pháp này đặc biệt lí thú đối với các bài toán cần phải biện luận nhiều trường hợp có thể xảy ra.

Sử dụng công thức ∑ e nhường= ∑e nhận    hay  ∑ mol e nhường = ∑ mol e nhận

Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán này cần lưu ý:

  • Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian.
  • Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron.

2 . Một số phản ứng quan trọng thường gặp trong các bài tập về sắt và hợp chất của sắt

Fe + Fe3+ → Fe2+

Cu + Fe3+ → Cu2+ + Fe2+

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag

Fe(NO3)2 nung → Fe2O3 + NO2 + O2

Fe(OH)2 nung trong không khí → Fe2O3 + H2O ( Không có không khí thì ra FeO)

FeCO3 nung trong không khí  + O→ Fe2O+ CO2

Nếu hỗn hợp cho FeO , Fe2O3 , Fe3Ota có thể quy đổi về hỗn hợp FeO , Fe2O3 hoặc chỉ còn Fe3O4 nếu số mol của chúng bằng nhau .

III . Các dạng bài tập về sắt và hợp chất của sắt

Dạng 1: Hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh:

VD: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3  và Fe3O4  phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Tính m ?

Giải:

Số mol NO = 0,06 mol.

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 11,36 (1).

Quá trình nhường  e: Fe0          → Fe+3 + 3e

Tổng electron nhường: 3x (mol)

và nhận e:            O+ 2e  → O-2

                          N+5 + 3e → N+2
Tổng electron nhận: 2y + 0,18 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ
Giải hệ trên ta có x = 0,16 và y = 0,15
Như vậy mol vậy m = 38,72 gam.
Phát triển bài toán:
Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm sản phẩm khử như NO2, NO ta có vẫn đặt hệ bình thường tuy nhiên chất nhận e bây giờ là HNO3 thì cho 2 sản phẩm.
Trường hợp 2: Nếu đề ra yêu cầu tính thể tích hoặc khối lượng của HNO3 thì ta tính số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có:

nHNO3 = 4nNO + 2nNO2 + 10nN2O +12nN2 +10nNH4NO3

Dạng 2: Đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa 

VD: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H2SOđặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính m?

Giải:

Ta có, nFe = 0,225 mol và nSO2 = 0,1875 mol

Quá trình nhường: Fe0          → Fe+3 + 3e

Tổng electron nhường: 3.0,225 = 0,675 (mol)

và nhận e:           O+ 2e  → O-2

                          S+6 + 2e → S+4
Tổng electron nhận: 2x + 0,375 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

 0,675 = 2x + 0,375 → x = 0,15

Mặt khác ta có: nên: m = 12,6 + 0,15.16 = 15 (gam).
ĐS: 15 gam.

Dạng 3: Khử không hoàn toàn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh là HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng

VD: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m ?

Giải:

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có:

56x + 16y = 10,44 (1).

Quá trình nhường:  Fe0          → Fe+3 + 3e

Tổng electron nhường: 3x (mol)

và nhận e:            O+ 2e  → O-2

                          N+5 + 1e → N+4
Tổng electron nhận: 2y + 0,195 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,195 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ
Giải hệ trên ta có x = 0,15 và y = 0,1275
Như vậy nFe = 0,15 mol nên m = 12 gam.
Dạng 4. Hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+

Tổng quan về dạng này:
Đây không phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao đổi. Trong phản ứng này ta coi đó là phản ứng của: và tạo ra các muối Fe2+ và Fe3+ trong dung dịch.

Như vậy nếu biết số mol H+ ta có thể biết được khối lượng của oxi trong hỗn hợp oxit và từ đó có thể tính được tổng số mol sắt trong hỗn hợp ban đầu.

VD: Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 260 ml HCl 1M thu được dung dịch X. Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m

Giải:

Ta có

Theo phương trình: trong O2- là oxi trong hỗn hợp oxit

 2H+  +  O2-  → H2O
0,26      0,13
mà theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mFe + mO = 7,68
Nên mFe = 7.68 – 0,13.16 = 5,6 (gam) → nFe = 0,1 mol
→ m = 0,05.160 = 8 gam.

Dạng 5: Sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+

Tổng quan về dạng này:
Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng ngoài H2O còn có H2 do Fe phản ứng. Như vậy liên quan đến H+ sẽ có những phản ứng sau:

Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H+ và số mol H2 để tìm số mol của O2- từ đó tính được tổng số mol của Fe.

Dạng 6: Chuyển đổi hỗn hợp tương đương:

Tổng quan:
Trong số oxit sắt thì ta coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau.

Như vậy, có thể có hai dạng chuyển đổi. Khi đề ra cho số mol FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe3O4. còn nếu không có dữ kiện đó thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe2O3.

→ hỗn hợp từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương.

VD: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3). Hòa tan 4,64 gam A trong dung dịch H2SO4 loãng dư được 200 ml dung dịch X . Tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X?

Giải:

Vì số mol của FeO bằng số mol của Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp là Fe3O4
Ta có
Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
0,02                          0,02
Trong 100 ml X sẽ có 0,01 mol FeSO4 nên:
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO+ 2MnSO4 + 8H2O

→ nKMnO4 = 0,02 mol → VKMnO4 = 0,02/0,1 = 0,2 lit

IV . Bài tập về sắt và hợp chất của sắt có lời giải

Câu 1: Cho 16,8 gam bột sắt vào 800 ml dung dịch HNO3 0,5 M thu được khí NO duy nhất .

Tính :

  • Thể tích khí thu được
  • Tính khối lượng kim loại còn dư .
  • Khối lượng muối thu được

Giải

 V = 2.24 lít , m kim loại dư = 8.4 g , m Fe(NO3)2 = 27 g

Bài gải :

Fe = 0,3 mol , n HNO3 = 0,4 mol

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO ↑ + 2H2O

Bđ       0,3      0,4

Pư        0,1      0,4               0,1            0,1

Kt        0,2      0                              0,1            0,1

→        2 Fe(NO3)3 + Fe  → 3Fe(NO3)2

Bđ             0,1                 0,2

Pư             0,1                 0,05             0,15

Kt              0                   0,15             0,15

→Khối lượng kim loại dư : 0,15.56 = 8,4 gam , khối lượng muối : 0,15.180 = 27 gam, thể tích khí : 0,1.22,4 = 0,224 lít

Câu 2 :Cho 16,8 gam bột sắt vào V lít dung dịch HNO3 0,5 M thu được 8,4 gam kim loại dư . Tính thể tích khí thu được .

ĐS : V = 2.24 l

Giải:

Fe phản ứng = (16,8 – 8,4)/56 = 0,15 mol

Vì kim loại dư nên chỉ tạo thành muối sắt II

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

x        4x                  x               x

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

            ½ x          x

→ Tổng số mol Fe phản ứng : 3/2x = 0,15 → x = 0,1 mol

→ Thể tích khí thu được : 2,24 lít

Câu 3 :Cho 16,8 gam bột Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M , thu được khí NO duy nhất , lượng muối thu được cho vào dung dịch NaOH dư thu được kết tủa . Nung nóng kết tủa mà không có không khí thu được m gam chất rắn . Tính m ?

Giải:

Fe = 0,3 mol , n HNO3 = 0,4 mol

Fe + 4HNO→ Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Bđ       0,3      0,4

Pư        0,1     0,4       0,1        0,1

Kt        0,2       0                      0,1              0,1

→        2 Fe(NO3)3 + Fe dư → 3Fe(NO3)2

Bđ            0,1              0,2

Pư            0,1              0,05          0,15

Kt          0                   0,15          0,15

Fe(NO3)2 → Fe(OH)2 → FeO

0,15                                   0,15

→ Khối lượng FeO thu được : 0,15.72 = 10,8 gam

Câu 4 :Cho m gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M thu được V lít khí NO duy nhất và 14 gam kim loại . Tính m ? V ?

ĐS : m = 22.4 gam , V = 2,24 lít

Câu 6 :Cho 5,6 gam bột Fe tác dụng với 500 ml dung dịch AgNO3 0,5 M . Tính :

  • khối lượng muối thu được
  • khối lượng kim loại thu được

Giải:

Chú ý phản ứng : Fe(NO3)2 + AgNO3 → Fe(NO3)3 +  Ag

Fe + 2AgNO3  → Fe(NO3)2 + 2Ag

            0,1         0,25 → AgNO3 dư : 0,05 mol , Fe(NO3)2 tạo thành : 0,1 mol

Fe(NO3)2 + AgNO→ Fe(NO3)3 + Ag

0,1                0,05

→ Fe(NO3)2 dư : 0,05 mol , Fe(NO3)3 tạo thành 0,05 mol

→ Tổng số mol Ag ở hai phản ứng : 0,25  mol → m Ag = 0,25.108 = 27 gam

Khối lượng muối : 0,05.180 + 0,05.242 = 21,1 gam

Câu 7 : Cho m gam bột Fe tác dụng với 250 ml dung dịch AgNO3 1M thu được dung dịch A , cho toàn vào dung dịch A một lượng KOH dư thu được kết tủa , nung kết tủa trong chân không thu được 7,6 gam chất rắn.Tính m ?

Gợi ý : Bài toán này xét hai khả năng :

(1)   : Săt dư

(2)   : sắt hết → Có phản ứng :

Fe(NO3)2 + AgNO3 → Fe(NO3)3 +  Ag

Câu 8 : 

Cho 18,5 gam hỗn hợp Z gồm Fe , Fe3O4 tác dụng với 200 ml dung dịch HNO3 loãng đun nóng và khuấy đều . Sau phản ứng xảy ra hòan toàn thu được 2,24 lít khí NO duy nhất đktc , dung dịch Z1 và còn lại 1,46 gam kim loại .

Tính nồng độ mol/lit của dung dịch HNO3

Giải:

Dùng phương pháp quy đôi nguyên tố :

Hỗn hợp z chỉ có hai nguyên tố Fe , O .

Vì  Z + HNO3 còn dư kim loại →  Fe dư , vậy Z1 chỉ có muối sắt II

Fe  – 2e →  Fe+2

x      2x

O  + 2e →  O-2

y      2y

N+5 + 3e   →  N+2

         0,3        0,1

Theo định luật bảo toàn e :

2x – 2y = 0,3

Tổng khối lượng Z : 56x + 16y = 18,5  – 1,46

Giải hệ : x = 0,27 , y = 0,12

Có phương trình :

Fe + HNO3 →  Fe(NO3)2 + NO ↑ + H2O (1)

 a                            a              0,1

Từ đó →  a + a/2 = 0,27 →  a = 0,18 mol

Bảo toàn nguyên tố N ở (1) →  số mol HNO3 = 3a + 0,1 = 0,64

→  Nồng độ mol của HNO3 : 0,64 / 0,2 = 3,2

Câu 9 : Khử 4,8 gam một oxit của kim loại trong dãy điện hóa ở nhiệt độ cao cần 2,016 lít khí H2 đktc . Kim loại thu được đem hòa tan trong dung dịch HCl thu được 1,344 lít khí H2 đktc . Hãy xác định công thức hóa học của oxit đã dùng .

Giải:

Chú ý : Bài này dễ bị nhầm vì không để ý hóa trị thay đổi ở hai phương trình

Oxít chưa biết của kim loại nào → Gọi MxOy

MxOy + yH2 → xM + yH2O

a           ay         ax

→ ay = 0,09 mol

2M + 2nHCl → 2MCln + nH2

ax                                      nax

→ nax / 2= 0,06 mol

Mà : 56ax + 16ay = 4,8

→ ax = 0,06

→ x : y = ax : ay = 0,06 : 0,09 = 3 : 2

→ n = 0,12 : 0,06 = 2

→ Chỉ có Fe thỏa mãn vì nó có hai hóa trị

Câu 10 : Một dung dịch có hòa tan 1,58 gam KMnO4 tác dụng với dung dịch hỗn hợp có hòa tan 9,12 gam FeSO4 và 9,8 gam H2SO4 . Hãy tính số gam các chất có trong dung dịch sau phản ứng .

Giải:

KMnO4 = 0,01  ; n FeSO4 = 0,06 ; n H2SO4 = 0,1 mol

Phản ứng : 10FeSO4 + 2KMnO4   +    8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO+ 8H2O

            Bđ       0,1       0,06                 0,1

            Pư        0,1       0,02                 0,08          0,05                        0,02            0,01

            Kt        0          0,04                 0,02          0,05                        0,02                0,01

→ Dung dịch sau phản ứng gồm các chất : ở dòng kết thúc phản ứng

Câu 11:Hỗn hợp X gồm Cu và Fe có tỉ lệ khối lưọng tương ứng là 7:3 . Lấy m gam X cho phản ứng xảy ra hoàn toàn với dung dịch chứa 44,1 gam HNO3 sau phản ứng còn lại 0,75m gam chất rắn và có 0,56 lít  khí Y gồm NO và NO2 ở đktc . Gía trị của m là?

Giải:

Ban đầu : Cu : 0,7m                              Fe : 0,3m .

Sau phản ứng : Fe : 0,05m                    Cu : 0,7m

Vì sắt dư nên chỉ có muối Fe II .

Fe + HNO3 →  Fe(NO3)2 + NO + NO2 + H2O

Vì NO và NO2 cùng có 1 nguyên tử N nên tổng số mol N trong hai khí là 0,56/22,4 = 0,25

Số mol HNO3 = 0,7 mol → N trong HNO3 là 0,7

Gọi số mol Fe phản ứng là x

Theo định luật bảo toàn nguyên tố N

→ 0,7 = 2x + 0,25 →  x = 0,225 mol .

Khối lượng Fe phản ứng : 0,225.56 = 12,6

Vì sắt phản ứng : 0,3m – 0,05 m  = 0,25m = 12,6 →  m = 50,4 gam

Câu 12Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4 0,25M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m và V lần lượt là

  1. 17,8 và 4,48.                 B. 17,8 và 2,24.
  2. 10,8 và 4,48.                 D. 10,8 và 2,24.

Giải:

Cu(NO3)2 = 0,16 → n Cu2+ = 0,16 , n NO3- = 0,32 mol

H2SO4 = 0,2 → n H+ = 0,4

Vì thu được hỗn hợp kim loại nên → Chỉ có muối Fe2+ tạo thành

3Fe + 2NO3 + 8H+ → 3Fe2+  +  2NO + 4H2O         (1)

0,15———- 0,4—————0,1

Fe      +    Cu2+ → Fe2+ + Cu                                                                          (2)

0,16—–0,16———-0,16

→ Khối lượng đồng trong 0,6m gam hỗn hợp sau phản ứng là : 64.0,16 mol

Bảo toàn sắt : m = 0,15.56 pư(1) + 0,16.56 pư(2) + (0,6m – 0,16.64 )  → m = 17,8

Mặt khác V NO = 0,1.22,4 = 2,24

→ Chọn đáp án B

Câu 13: Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y; cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3. Giá trị của m là :

  1. 9,75B. 8,75                  C. 7,80                  D. 6,50

Giải:

Ta có thể tách Fe3O4 = FeO + Fe2O3

 → Lúc này hỗn hợp chất rắn chỉ còn FeO , Fe2O3

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

x                          x

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Y                         2y

Gọi x , y là số mol của chất FeO , Fe2O3.

→ m chất rắn = 72x + 160y = 9,12 gam

Khối lượng muối FeCl2 là : 127x  = 7,62

Giai hệ : x = 0,06 mol , y = 0,03 mol

→ Khối lượng muối FeCl3 = 2.0,03.162,5 = 9,75 gam

Chọn đáp án A .

Câu 14 : Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn một hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe và 0,15 mol Cu là (biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)

  1. A. 1,0 lít               B. 0,6 lít                 0,8 lítD. 1,2 lít

Giải:

Nhận xét : Lượng HNO3 tối thiểu cần dùng khi: Fe → Fe2+ , Cu → Cu2+

Sơ đồ cho nhận e :

 Fe – 2e → Fe2+               Cu – 2e → Cu2+              N+5 + 3e → N+2

 0,15  0,3                        0,15  0,3                                  3x      x

→ Theo định luật bảo toàn mol e : 0,3 + 0,3 = 3x → x = 0,2 mol

Fe    ,  Cu + HNO3 → Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2 + NO + H2O

0,15     0,15                  0,15           0,15        0,2

→ Bảo toàn nguyên tố N : Số mol HNO3 = 0,3 + 0,3 + 0,2 = 0,8 mol

→ Chọn C .

Câu 15Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml 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 hoà tan tối đa m gam Cu. Giá trị của m là

  1. 1,92.      B. 3,20.                       C. 0,64.                       D. 3,84.

Giải:

                   Fe + 4HNO→ Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Ban đầu     0,12     0,4 mol

→ HNO3 hết , sau phản ứng có : Fe(NO3)0,1 mol ; Fe dư : 0,02 mol

Lượng Cu tối đa đuợc hoà tan hết là khi nó tham gia cả hai phản ứng :

                 Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

Ban đầu   0,02     0,1

→ Sau phản ứng Fe(NO3)dư : 0,1 – 0,04 = 0,06 mol

                  Cu + 2Fe(NO3)→ Cu(NO3)2  + 2Fe(NO3)2

Ban đầu               0,06

→ Số mol Cu tối đa được hoà tan là : 0,03 mol → m Cu = 0,03.64 = 1,92 gam

→ Chọn đáp án A


Qua: “Phương pháp giải bài tập về sắt và hợp chất của sắt” ở trên, các em nắm vững các dạng bài tập và có kết quả cao trong kỳ thi nhé.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here