Sắt tác dụng với axit HNO3 và H2SO4 đặc nóng

Chuyên đề Hóa học 12 Sắt tác dụng với axit HNO₃ và H₂SO₄ đặc nóng. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh giải bài tập Hóa học lớp 12 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

1. Phương pháp và ví dụ sắt tác dụng với axit HNO₃ và H₂SO₄ đặc nóng

Lý thuyết và Phương pháp giải

Khi cho Fe tác dụng với HNO₃, H₂SO₄ đặc nóng, trình tự phản ứng xảy ra:

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O (1)

Nếu Fe dư thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂

⇒ Khi cho Fe vào dung dịch HNO₃, H₂SO₄ đặc nóng, nếu sau phản ứng Fe dư thì muối sinh ra là muối Fe²⁺.

* Lưu ý: Khi cho Fe và hỗn hợp kim loại, trong đó có Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ thì:

m_{muối nitrar} = m_Kl + 62.ne nhận

Ví dụ minh họa

Bài 1: Cho m(g) Fe vào dung dịch chứa 1,38 mol HNO₃, đun nóng đến kết thúc phản ứng còn 0,75m (g) chất rắn không tan và có 0,38 mol hỗn hợp khí NO, NO₂ thoát ra ở (dktc). Giá trị của m là:

A. 70

B. 56

C. 84

D. 112

Hướng dẫn:

Sau phản ứng Fe dư nên chỉ tạo muồi Fe(NO₃)₂.

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂

Áp dụng sự bảo toàn khối lượng (số mol) N ta có:

n_{N(trong HNO3)} = n_{N trong Fe(NO3)2} + n_{N trong NO,NO2}

Hay: 1,28 = 2. n_Fe(NO3)2 + 0,38

n_Fe(NO3)2 = 0,5 mol = n_Fe phản ứng

Vậy: m_Fe = 0,5.56 = m - 0,75m ⇒ m = 112 (g)

Bài 2: Cho 6,72 gam Fe vào axit đặc chứa 0,3 mol H₂SO₄, đun nóng (giả sử SO₂ là sản phẩm khử duy nhất). sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được những sản phẩm nào?

Hướng dẫn:

Ta có n_Fe = 6,72/56 = 0,12(mol)

⇒ n_Fedu = 0,12 - 0,1 = 0,02(mol) nên tiếp tục khử Fe₂(SO₄)₃

⇒ n_Fe2(SO4)3 = 0,05 - 0,02 = 0,03(mol)

Vậy sau phản ứng thu được 0,03 mol Fe₂(SO₄)₃ và 0,06 mol FeSO₄

Bài 3: Cho x mol Fe tan hoàn toàn trong dung dịch chứa y mol H₂SO₄ (tỉ lệ x : y = 2 : 5), thu được một sản phẩm khử duy nhất và dung dịch chỉ chứa muối sunfat. Số mol electron do lượng Fe trên nhường khi bị hòa tan là:

A. 3x

B. y

C. 2x

D. 2y

Hướng dẫn:

Do H₂SO₄ chưa biết nồng độ nên xét 2 trường hợp:

* TH1: H₂SO₄ loãng:

⇒ loại vì x = y

* TH2: H₂SO₄ đặc nóng

Ta có:

Do Fe dư nên tiếp tục xảy ra phản ứng:

Vậy Fe hết

Cuối cùng: Fe → Fe²⁺ nên ta có:

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2x = y

Đáp án B.

Bài 4: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO₃, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H₂ bằng 19. Giá trị của V là.

A. 2,24

B. 5,60

C. 3,36

D.4,48

Hướng dẫn:

Như vậy đề bài cho axit dư nên 2 muối thu được là Fe³⁺ và Cu²⁺

Gọi x là số mol Fe và Cu ta có: 56x + 64 x = 12 ⇒ x = 0,1 mol

Mặt khác:

Đặt x, y là số mol của NO và NO₂ thì 30x + 46 y = 38 (x+ y) ⇒ x = y

n_{e nhận} = 3x + y = 4x, n_{e cho} = 0,5 ⇒ 4x = 0,5 . Vậy x = 0,125 mol

V = 0,125.2. 22.4= 5,6 lít (đáp án B)

2. Bài tập trắc nghiệm sắt tác dụng với axit HNO₃ và H₂SO₄ đặc nóng

Bài 1: Cho 20 gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ và khuấy đến khi phản ứng xong thu V lít khí NO (đkc) và còn 3,2 gam kim loại. Giá trị của V là

A. 2,24 lít

B. 4,48 lít

C. 6,72 lít

D. 5,6 lít

Bài 2: Hòa tan hết a gam hỗn hợp X gồm Fe và một oxit sắt trong b gam dung dịch H₂SO₄ 9,8% (lượng vừa đủ), sau phản ứng thu được dung dịch chứa 51,76 gam hỗn hợp hai muối khan. Mặt khác nếu hòa tan hết a gam X bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thì thu được duy nhất 58 gam muối Fe (III). Giá trị của b là

A. 370.

B. 220.

C. 500.

D. 420.

Bài 3: Thể tích dung dịch HNO₃ 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn 18 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là: ( biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)

A. 1,0 lít

B. 0,6 lít

C. 0,8 lít

D. 1,2 lít

Bài 4: Cho 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:

A. 1,92 gam

B. 3,20 gam

C. 0,64 gam

D. 3,84 gam

Đáp án: A

nFe = 0,12 mol → n_e cho = 0,36 mol; nHNO₃ = 0,4 mol → ne nhận = 0,3 mol

- Do n_e cho > n_e nhận → Fe còn dư → dung dịch X có Fe²⁺ và Fe³⁺

- Các phản ứng xảy ra là:

→ mCu = 0,03.64 = 1,92 gam

Bài 5: Cho hỗn hợp A gồm 2 gam Fe và 3 gam Cu vào dung dịch HNO₃ thấy thoát ra 0,448 lít khí NO duy nhất (đktc). Tính khối lượng muối trong dung dịch thu được.

A. 54g

B. 42g

C. 36g

D. 32g

Đáp án: A

Ta có: n_NO = 0,02 (mol); n_{Fe ban đầu} = 0,0375 (mol)

Nếu Fe phản ứng hết, số mol electron nhường = 0,0375 × 3= 0,1125 > 0,06 Fe dư, Cu chưa phản ứng với dung dịch HNO₃.

Như vậy sau khi phản ứng kết thúc Fe dư, Cu chưa phản ứng muối tạo ta là Fe(NO₃)₂: mFe(NO₃)₂ = 0,03 × 180 = 54(gam)

Bài 6: Nung nóng 16,8 gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm các oxit sắt và sắt dư. Hòa tan hết hỗn hợp X bằng H₂SO₄ đặc nóng thu được 5,6 lít SO₂ (đktc). Hãy xác định khối lượng của hỗn hợp X.

A. 40g

B. 20g

C.25g

D.32g

Đáp án: B

Áp dụng bảo toàn electron cho các quá trình oxi hóa và khử tổng hợp từ các giai đoạn của các phản ứng.

Ta có: n_Fe = 16,8/56 = 0,3(mol); n_SO2 = 5,6/22,5 = 0,25(mol)

Theo bảo toàn electron ta có: 4a + 0,5 = 0,9 ⇒ a = 0,1(mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_X = m_Fe + m_O2 = 16,8 + 32a = 16,8 + 32.0,1 = 20(gam)

Bài 7: Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO₃, thu được V lít hỗn hợp X gồm (NO và NO₂) và dung dịch Y chỉ chứa 2 muối và axit dư. Tỉ khối hơi của X đối vơi hidro bằng 19. Tính thể tích hỗn hợp khí X.

A. 3,36l

B. 4,48l

C. 5,6l

D. 1,2 l

Đáp án: C

Ta có: là trung bình cộng nên n_NO = n_NO2

Trong 12 gam hỗn hợp có 0,1 mol Fe và 0,1 mol Cu

Fe → Fe³⁺ + 3e Cu → Cu²⁺ + 2e

⇒ ∑n_{electron do chất khử cho} = 0,5(mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron: 4x = 0,5 ⇒ x = 0,125(mol)

Vậy: V = 0,125.2.22,4 = 5,6(lít)

Bài 8: Cho hỗn hợp gồm 2 gam Fe và 3 gam Cu vào dung dịch HNO₃ thấy thoát ra 0,448 lít khí NO(đktc). Tính khối lượng muối thu được trong dung dịch , biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.

A. 4,5g

B. 3,6g

C. 2,4g

D. 5,4g

Bài 9: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe₃O₄ tác dụng với 200ml dung dịch HNO₃ loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc), dung dịch Y và 1,46 gam kim loại. Nồng độ mol của dung dịch HNO₃ là:

A. 2M

B. 2,4M

C. 2,5M

D. 3,2M

Đáp án: D

Ta có:

Bài 10: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe và a mol Cu vào dung dịch HNO₃ loãng dư thu được 5,6 lít hỗn hợp NO và N₂ (đktc) có tỷ khối hơi so với H₂ là 14,5. Vậy a có giá trị là:

A. 0,6625

B. 0,6225

C. 0,0325

D. 0,165

Đáp án: A

Gọi x, y là số mol của N₂ và NO trong hỗn hợp.

Ta có:

Ta có: ∑n_echo = ∑n_{e nhận} ⇒ 0,3 + 2a = 1,25 + 0,375

⇒ a = 0,6625 mol

Mời các bạn tham khảo thêm các bài viết dưới đây của chúng tôi:

• Lý thuyết Crom: Tính chất hóa học, Tính chất vật lí, Điều chế, Ứng dụng
• Lý thuyết: Hợp chất của Crom
• Lý thuyết Sắt: Tính chất hóa học, Tính chất vật lí, Điều chế, Ứng dụng
• Lý thuyết: Hợp kim của sắt
• Lý thuyết Đồng và hợp chất của đồng: Tính chất hóa học, Tính chất vật lí, Điều chế, Ứng dụng
• Chuỗi phản ứng hóa học của sắt, crom
• Nhận biết, điều chế sắt và hợp chất của sắt

Trên đây VnDoc đã giới thiệu tới các bạn Sắt tác dụng với axit HNO3 và H2SO4 đặc nóng. Để có kết quả cao hơn trong học tập, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Toán lớp 12, Giải bài tập Hóa học lớp 12, Giải bài tập Vật Lí 12, Tài liệu học tập lớp 12 mà VnDoc tổng hợp và đăng tải.