Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra V lít khí NO2

Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ (dư), sinh ra V lít khí NO₂ (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra? là bài tập cơ bản điển hình cho chuyên đề axit nitric. Giúp các bạn nắm được kiến thức đã học vận dụng làm bài tập, tiền đề cho các bài hóa nâng cao Hóa học lớp 11.

1. Axit nitric đặc tác dụng với kim loại

Axit nitric tác dụng với kim loại trừ Au và Pt tạo muối và nhiều sản phẩm oxi hóa khác nhau như NO₂, NO, N₂O ,N₂, NH₄NO₃

Sản phẩm khử của N⁺⁵ sinh ra tùy thuộc vào độ mạnh yếu của kim loại và nồng độ của dung dịch axit, thông thường thì:

• Dung dịch HNO₃ đặc tác dụng với kim loại → NO₂;
• Dung dịch HNO₃ loãng tác dụng với kim loại khử yếu (như: Cu, Pb, Ag,..) → NO;
• Dung dịch HNO₃ loãng tác dụng với kim loại mạnh (như: Al, Mg, Zn,...) thì N bị khử xuống mức càng sâu → (N₂, N₂O, NH₄NO₃).

Cách phân biệt các khí sản phẩm sinh ra

• N₂O là khí gây cười
• N₂ không duy trì sự sống, sự cháy
• NO₂ có màu nâu đỏ
• NO khí không màu nhưng bị oxit hóa thành NO₂ màu nâu đỏ
• NH₄NO₃ không sinh ra ở dạng khí, khi cho kiềm vào kim loại thấy có mùi khai amoniac NH₃

NH₄NO₃ + NaOH → NaNO₃ +NH₃ + H₂O

Ví dụ:

• 8Fe + 30HNO₃ → 8Fe(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O (1)
• Fe + 6HNO_{3đặc nóng} → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O (2)
• Fe + 4HNO_{3 loãng} → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O (3)

Khi giải bài tập về phần axit nitric đặc nóng thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố.

Chú ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội.

2. Axit nitric đặc tác dụng với phi kim

C + 4HNO_{3đặc nóng} → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

3. Axit nitric đặc tác dụng với các chất khử khác

4HNO₃ + FeCO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂↑ + 2H₂O + CO₂↑

4. Nguyên tắc giải bài tập

Dùng định luật bảo toàn e

M^o → Mⁿ⁺ + ne                         => n_{e nhường} = n_{e nhận}

N⁺⁵ + (5-x)e → N⁺⁵

Đặc biệt:

+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử N thì n_{e nhường} = Σn_{e nhận}

+ Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng Σn_{e nhường} = n_{e nhận}

Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng điện tích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn nguyên tố

Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn các quá trình.

+ Đặc biệt trong trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO₃ ta có:

n_{HNO3 (pư)} = 2n_NO2 = 4n_NO = 10 n_N2O = 12n_N2 = 10n_NH4NO3

n_{NO3- (trong muối)} = n_NO2 = 3n_NO = 8n_N2O = 10n_N2 = 8n_NH4NO3

Nếu hỗn hợp gồm cả kim loại và oxit kim loại phản ứng với HNO₃ (và giả sử tạo ra khí NO) thì:

n_{HNO3 (pư)} = 4n_NO + 2n_O (trong oxit KL)

5. Bài tập trắc nghiệm minh họa  

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

Fe+ 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

n_Fe= 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ n_NO2 = 3n_Fe=0,1 x 0,3= 0,3 mol

→ V = 0,3 x 22,4 = 6,72 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (2)

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

8Fe + 30HNO₃ → 8Fe(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O

n_Fe = 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ nN₂O = 3/8n_Fe= 0,1 x 3/8 = 0,0375 mol

→ V = 0,0375 x 22,4 = 0,84 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (1)

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

Fe + 4HNO₃ loãng → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

n_Fe = 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ n_NO = n_Fe= 0,1 x 1 = 0,1 mol

→ V = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (3)

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

n_NO = 2,24/22,4 = 0,1 mol; n_NaOH = 0,3.0,2 = 0,06 mol
a. Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được kết tủa R chỉ chứa Cu(OH)₂.

Chất rắn thu được khi nung là CuO => n_CuO = 20/80 = 0,25 mol

=> n_{Cu(OH )2} = n_CuO = 0,25 mol.

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

n_{Cu (ban đầu)} = n_{Cu (trong CuO)} = 0,25 mol => m_Cu = 0,25.64 = 16 g

b. Trong X, n_Cu²⁺ = n_Cu(OH)2 = 0,25 mol => m_Cu(NO3)2 = 188.0,25 = 47 g
Cu → Cu²⁺ + 2e

0,25 mol 0,5 mol

Mà: N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,3 mol 0,1 mol

Vậy chứng tỏ phản ứng của Cu và HNO₃ phải tạo ra NH₄NO₃.

n_{e (Cu nhường)} = Σn_{e nhận} = 0,5 mol => n_{e nhận} N⁺⁵ →N^-3  = 0,5 – 0,3 = 0,2 mol
N⁺⁵ + 8e → N^-3

0,2 mol    0,025 mol

n_NH4NO3 = 0,025 mol => m_NH4NO3 = 80.0,025 = 2 g

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

n _{HNO3 pư} = n_{N (trong Cu(NO3)2 )} + n_{N (trong NO)} + n_{N (trong NH4NO3)}

= 2n_Cu(NO3)2 + n_NO + 2n_NH4NO3 = 0,65 mol

Nếu sử dụng công thức tính nhanh ở trên ta có:

n_{HNO3 pư} = 4.n_NO + 10.n_NH4NO3 = 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol

m_HNO3 = 63.0,65 = 40,95 g => C% = 40,95/800.100% = 5,12%

Đáp án hướng dẫn giải 

NO và N₂O có số mol bằng nhau => quy đổi 2 khí này thành: NO₂, N₂

Hỗn hợp khí Z coi như gồm N₂ (x mol), NO₂ (y mol)

M_Z = 18,5.2=  37

n_Z = V/22,4 = 0,75 mol

n_N2/n_NO2= 9/9 = 1/1

=> n_N2 = n_NO2 = 0,75/2 = 0,375 mol

Gọi công thức chung của hỗn hợp kim loại là M, hóa trị n

M⁰ → +ne

a na

2N⁺⁵ + 10e → N₂⁰

0,75 ← 3,75 ← 0,375

N⁺⁵ +1e → N⁺⁴

0,375 ← 0,375 ← 0,375

Bảo toàn e: na = 3,75 + 0,375= 4,125 => na = 4,125

n_HNO3 = n. n_Fe(NO3)n + n_NO2 + 2n_N2 = 4,125 + 0,375 +2.0,375 = 5,25 mol

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Gọi n_Fe = n_Cu = a mol. Theo đầu bài ta có

=> 56a + 64a = 9

=> a = 0,075 mol

Do thể tích dung dịch HNO₃ cần dùng ít nhất, nên sắt sẽ bị hòa tan hết bởi HNO₃ vừa đủ tạo muối Fe³⁺, Cu tác dụng vừa đủ với Fe³⁺ tạo muối Cu²⁺ và Fe²⁺ => sau phản ứng chỉ thu được hai muối Cu(NO₃)₂ và Fe(NO₃)₂

Fe → Fe²⁺ + 2e

0,075 → 0,15

Cu → Cu²⁺ + 2e

0,075 → 0,15

=> ∑n_{e cho} = 2.(0,075 + 0,075) = 0,3 mol

=> n_{e nhận} = 3.n_NO = 0,3 => n_NO = 0,1 mol

Ta có:n_NO − 3n_NO3− = n_{e cho} = 0,3 mol

Bảo toàn nguyên tố N:

n_HNO3 = n_NO3− + n_NO= 0,3 + 0,1 = 0,4 mol

=> V_HNO3 = 0,4/1 = 0,4 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Theo đề bài ta có:

n_Zn(NO3)2 = 0,3 mol;

n_NH4NO3 = 0,05 mol

ZnO tác dụng với HNO₃ không sinh ra sản phẩm khử vì đã đạt số oxi hóa tối đa

Bảo toàn e: 2.n_Zn = 8.n_NH4NO3 => n_Zn = 4.0,05 = 0,2 mol

Bảo toàn nguyên tố Zn: n_Zn(NO3)2 = n_Zn + n_ZnO => n_ZnO = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

%m_Zn = (0,2.65)/(0,2.65 + 0,1.81).100% = 61,61%

A. 38,72

B. 35,50

C. 49,09

D. 34,36

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Xem hỗn hợp Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ chỉ gồm 2 nguyên tố Fe và O

Ta có sơ đồ: Fe: x mol; Fe(NO₃)₃: x mol; O : y mol

Ta có 56x + 16y = 11,36 (1)

Quá trình nhường electron:

Fe⁰ - 3e → Fe⁺³

x         3x

Quá trình nhận electron:

O⁺⁰ + 2e → O^-2

y        2y

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,18 0,06

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)

Từ (1) và (2) → x = 0,16 mol và y = 0,15 mol

⇒ m_Fe(NO3)3 = 0,16. 242 = 38,72 (g)

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Số mol NO = 0,06 mol.

Quy hỗn hỗn hợp X về 2 nguyên tố Fe và O

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

56x + 16y = 11,36 (1).

Quá trình nhường: Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e

Quá trình nhận e: O⁰ + 2e → O^-2

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,16 và y = 0,15

=> m = 38,72 gam.

Ví dụ 10. Hoà tan hết m gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe₂O₃, Fe₃O₄ trong dung dịch HNO₃ đặc nóng thu được 4,48 lít khí màu nâu duy nhất (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 145,2 gam muối khan, giá trị m là:

A. 78,4

B. 139,2

C. 46,4

D. 46,256

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Cách 1: Quy hỗn hợp X về hỗn hợp 2 chất FeO và Fe₂O₃ ta có:

Bảo toàn e: n_FeO = n_NO2 = 0,2 mol

Bảo toàn Fe: n_FeO + 2.n_Fe2O3 = n_Fe(NO3)3 = 0,6 mol

=> n_Fe2O3 = 0,2 mol

=> m_X = 0,2.72 + 0,2.160 = 46,4 gam

6. Bài tập vận dụng Fe tác dụng HNO₃

Câu hỏi trắc nghiệm 

Câu 1. HNO₃ tác dụng được với tất cả các chất trong dãy nào sau đây:

A. NaHCO₃, CO₂, FeS, Fe₂O₃

B. K₂SO₃, K₂O, Cu, Fe(NO₃)₃

C. FeO, Fe₂(SO₄)₃, FeCO₃, Na₂O

D. CuSO₄, CuO, Mg₃(PO₄)₂.

Câu 2. Axit nitric đặc nguội có thể phản ứng được với các chất nào sau đây?

A. Al, CuO, Na₂CO₃

B. CuO, Ag, Al(OH)₃

C. P, Fe, FeO

D. C, Ag, BaCl₂

Câu 3. Hoà tan hoàn toàn 0,9 g kim loại X vào dung dịch HNO₃ thu được 0,28 lít khí N₂O (đktc). Vậy X có thể là:

Câu 4. Cho các chất FeO, Fe₂O₃, Fe(NO₃)₂, CuO, FeS. Số chất tác dụng được với HNO₃ giải phóng khí NO là:

Câu 5. Dung dịch nào sau đây không hòa tan được Cu kim loại:

A. Dung dịch HNO₃

B. Dung dịch hỗn hợp NaNO₃ + HCl

C. Dung dịch FeCl₃

D. Dung dịch FeCl₂

Câu 6. Để điều chế HNO₃ trong phòng thí nghiệm, hóa chất nào sau đây được chọn làm nguyên liệu chính:

A. NaNO₃, H₂SO_{4 đặc}

B. N₂ và H₂

C. NaNO₃, N₂, H₂ và HCl

D. AgNO₃ và HCl

Câu 7. Cho Fe(III) oxit tác dụng với axit nitric thì sản phẩm thu được là:

A. Fe(NO₃)₂, NO và H₂O

B. Fe(NO₃)₂, NO₂ và H₂O

C. Fe(NO₃)₂, N₂

D. Fe(NO₃)₃ và H₂O

Câu 8. Hoà tan m gam Fe vào dung dịch HNO₃ loãng, dư thu được 0,448 lit khí NO duy nhất (đktc). Giá trị của m là:

Câu 9. Cho HNO₃ đậm đặc vào than nung đỏ có khí bay ra là:

A. CO₂

B. NO₂

C. Hỗn hợp CO₂ và NO₂

D. Không có khí bay ra

Câu 10. Cho từng chất: Fe, FeO, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Fe₃O₄, Fe₂O₃, Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, FeCO₃ lần lượt phản ứng với HNO₃ đặc, nóng. Số phản ứng thuộc loại phản ứng oxi hóa - khử là:

Đáp án câu hỏi trắc nghiệm kim loại tác dụng axit nitrat

7. Câu hỏi bài tập tự luận kim loại tác dụng axit nitric

Câu 1. Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO₃ được dung dịch Y và 4,48 lit khí NO (đktc). Tính m?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có: n_NO = 4,48/22,4 = 0,2 mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron: n_Cu = 0,3 mol; m_Cu = 0,3.64 = 19,2 gam.

Câu 2. Cho 11 g hỗn hợp hai kim loại Al và Fe vào dung dịch HNO₃ loãng dư, thu được 6,72 lit khí NO (đktc) duy nhất. Khối lượng (g) của Al và Fe trong hỗn hợp đầu?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

n_NO = 6,72/22,4 = 0,3 mol

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp đầu

Ta có: 27x + 56y = 11 (1)

Al → Al⁺³ + 3e

x mol          3x mol

Fe → Fe⁺³ + 3e

y mol 3y mol

Theo định luật bảo toàn e: n_{e (KL nhường)} = n_{e (N nhận)} = 0,9 mol

hay: 3x + 3y = 0,9 (2)

Từ (1) và (2) ta có x = 0,2; y = 0,1 => m_Al = 5,4; m_Fe = 5,6 gam

Câu 3. Cho 6 g hợp kim Mg và Al vào dung dịch HNO₃ đặc, nguội lấy dư thấy có 4,48 lít khí NO₂ bay ra (đktc). Thành phần % về khối lượng của hợp kim là?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Trong hỗn hợp chỉ có Mg phản ứng với dung dịch HNO₃ đặc, nguội .

Mg → Mg²⁺ + 2e

x                      2x

N⁵⁺ + 3e → N⁺⁴O₂

0,2          0,2

n = 4,48/22,4 = 0,2 mol => n_{e nhận} = n = 0,2 mol

Bảo toàn e

n_{e cho} = n_{e nhận} => n_Mg = 0,1 mol => m_Mg = 24.0,1 = 2,4 g

%m_Mg = 40%

=> %m_Al = 100% - 40% = 60%

Bài 4. Cho m(g) Al tan hoàn toàn trong dung dịch HNO₃ thấy tạo ra 11,2 lít (đktc) hỗn hợp 3 khí NO, N₂O, N₂ với tỉ lệ mol tương ứng là 1:2:1. Tìm m

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có n hỗn hợp khí =0,5 mol

→ n_NO =n_N2 =0,125 mol; n_N2O= 0,25 mol.

Bảo toàn e:

3n_Al = 3n_NO +8nN_2O +10n_N2 = 3.0,125 + 8.0,25 + 10.0,125 = 3,625 mol → n_Al = 29/24

→ m = 32,625 gam.

Bài 5. Cho m gam Mg tan hoàn toàn trong dung dịch HNO₃, phản ứng làm giải phóng ra khí N₂O (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch sau phản ứng tăng 3,9 gam. Tính m?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Mg⁽⁰⁾ → Mg⁽⁺²⁾ + 2e

4x------------------------8x

2N⁽⁺⁵⁾ + 8e → N⁽⁺¹⁾

8x---------x

Khi cho Mg vào dung dịch HNO₃ thì có khí thoát ra, thấy khối lượng dung dịch tăng 3,9 gam nghĩa là m_(Mg) – m_(N2O) = 3,9

Hay: 4x. 24 – x. 44 = 3,9 nên x = 0,075 mol

Vậy m_(Mg) = 4. 0,075. 24 = 7,2 (g)

Bài 6. 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). Tính khối lượng Fe có trong hỗn hợp.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

n_NO = 1,344/22,4 = 0,06 mol

Coi hỗn hợp gồm Fe (x mol), O (y mol)

=> 56x + 16y = 11,36 (1)

Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e

x →  x →  3x

O⁰ + 2e → O^-2

y →  2y

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,18 ←  0,06

Bảo toàn e => 3x = 2y + 0,18 (2)

(1),(2) => x = 0,16; y = 0,15

=> n_Fe(NO3)3 = n_Fe = 0,16 mol

=> m = 0,16.242 = 38,72 gam

Bài 7. Để m gam bột Fe ngoài không khí một thời gian thu được 23,6 g hỗn hợp gồm Fe và các oxit sắt. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp đó bằng dung dịch HNO₃ loãng thu được 4,48 lít khí NO duy nhất (đktc). Giá trị của m là:

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có: n_NO = 0,2 mol

Áp dụng bảo toàn khối lượng: m_O2 = m_{hỗn hợp} - m_Fe = 23,6 - m (gam)

→ n_O2 = (11,8-m)/32 mol

Ta có sơ đồ phản ứng:

Quá trình cho - nhận electron:

Quá trình khử                                  Quá trình oxi hóa

Fe^o → Fe⁺³+ 3e                               O₂ + 4e → 2O^2- 

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

Áp dụng định luật bảo toàn electron: 3n_Fe = 4.n_O2 + 3.n_NO

3m/56 = 4.(23,6 − m)/ 32 + 3.0,1 → m = 19,88 (gam)

Bài 8. Cho 39,2 gam hỗn hợp M gồm Fe, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃, CuO và Cu (trong đó oxi chiếm 18,367% về khối lượng) tác dụng vừa đủ với 850 ml dung dịch HNO₃ nồng độ a mol/l. Sau khi phản ứng xong, thu được 0,2 mol NO (sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵). Giá trị của a là

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Qui đổi hỗn hợp về: x mol Fe ; y mol Cu ; O

có : %mO = 18,367%m_M => n_O = 0,45 mol

Khi cho M + HNO₃ → NO

Bảo toàn e : 3n_Fe + 2n_Cu = 2n_O + 3n_NO

=> 3x + 2y = 1,5 mol

Và : 56x + 64y = 32 g

=> x = 0,4 ; y = 0,15 mol

Bảo toàn N :

n_HNO3 = 3n_Fe(NO3)3 + 2n_Cu(NO3)2 + n_NO = 1,7 mol

=> a = 2M

Bài 9. 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. Giá trị của m là

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Xem hỗn hợp Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ chỉ gồm 2 nguyên tố Fe và O

Ta có sơ đồ: Fe: x mol; Fe(NO₃)₃: x mol

O : y mol

Ta có 56x + 16y = 11,36 (1)

Quá trình nhường electron:

Fe⁰ - 3e → Fe⁺³

x → 3x

Quá trình nhận electron:

O + 2e → O^-2

y → 2y

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,18 → 0,06

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)

Từ (1) và (2) → x = 0,16 mol và y = 0,15 mol

⇒ m_Fe(NO3)3 = 0,16. 242 = 38,72 (g)

............................................

Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ (dư), sinh ra V lít khí NO₂ (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra? được VnDoc biên soạn trong bộ bài tập Nitric nhằm củng cố bài tập trên lớp cho các bạn nắm vững lí thuyết trên lớp

Để có kết quả cao hơn trong học tập, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Hóa học 11