Bài tập Sắt (Fe) tác dụng với axit HNO3 và H2SO4 và cách giải - Hóa 12 chuyên đề

Bài viết dưới đây sẽ hướng dẫn các em cách giải bài tập sắt tác dụng với axit nitric HNO₃ và axit sunfuric H₂SO₄ để dạng toán này không thể gây khó cho các em.

I. Cách giải bài tập sắt tác dụng với HNO₃ và H₂SO₄

- Khi cho Fe tác dụng với HNO₃, H₂SO_{4 (đặc nóng)}, trình tự phản ứng xảy ra:

  Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

- Nếu Fe dư thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

  Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂

⇒ Khi cho Fe vào dung dịch HNO₃, H₂SO_{4 (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 nitrat} = m_KL + 62.n_e(nhận)

II. Ví dụ về bài tập Sắt tác dụng với axit HNO₃ và H₂SO₄

* Ví dụ 1: Cho 6,72 gam Fe vào 400ml 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 hòa tan tối đa m gam Cu. Tìm m?

* Lời giải:

Đổ đơn vị: 400ml = 0,4 lít.

- Theo bài ra, ta có số mol Fe là: 

 Số mol của axit nitric HNO₃ là: n_HNO3 = V.C_M = 0,4.1 = 0,4(mol)

- Phương trình hóa học:

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

  0,1   0,4            0,1(mol)

Theo PTHH (1), ta thấy: n_{Fe (dư)} = 0,12 - 0,1 = 0,02(mol).

Như vậy, do Fe dư nên tiếp tục xảy ra phản ứng:

  Fe  +  2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂

  0,02    0,04(mol)

Theo PTHH (2) và (1) ⇒ n_{Fe(NO3)3 dư} = 0,1 - 0,04 = 0,06(mol)

- Phương trình phản ứng hòa tan Cu:

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

 0,03  ←  0,06(mol)

Vậy theo PTHH (3) thì số mol Cu được hòa tan là 0,03(mol)

⇒ Khối lượng Cu bị hòa tan là: m_Cu = n.M = 0,03.64 = 1,92(g)

* Ví dụ 2: 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 (đktc). Tính m?

* Lời giải:

- Theo bài ra, còn chất rắn sau phản ứng, nên Fe dư, như vậy chỉ tạo muối Fe(NO₃)₂.

- Các phương trình phản ứng:

 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: 1,38 = 2.n_Fe(NO3)2 + 0,38

⇒ 2n_Fe(NO3)2 = 1,38 - 0,38 = 1

⇒ n_Fe(NO3)2 = 0,5 mol = n_{Fe phản ứng}

Vậy khối lượng sắt tham gia phản ứng là:

 m_Fe = 0,5.56 = 112 (g).

* Ví dụ 3: 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?

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_Fe = 6,72/56 = 0,12(mol).

- Phương trình hóa học:

 2Fe  +  6H₂SO₄  → Fe₂(SO₃)₃ + 3SO₂ + 6H₂O  (1)

 0,1  ←  0,3  →       0,05(mol)

Theo PTHH (1) ⇒ n_{Fe (dư)} = 0,12 - 0,1 = 0,02(mol) nên tiếp tục khử Fe₂(SO₄)₃

  Fe   +   Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄

 0,02  → 0,02              0,06(mol)

- Theo PTHH (2) ⇒ 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

* Ví dụ 4: Cho a gam Fe vào 100ml dung dịch hỗn hợp gồm HNO₃ 0,8M và Cu(NO₃)₂ 1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,92a gam hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử nhất của N⁺⁵). Tính a?

* Lời giải:

- Đổi đơn vị: 100ml = 0,1 lít;

Theo bài ra, ta có: n_HNO3 = C_M.V = 0,8.0,1 = 0,08(mol)

⇒n_H+ = n_HNO3 = 0,08(mol)

⇒n_NO3- = n_HNO3 = 0,08(mol)   (1)

n_Cu(NO3)2 = 1.0,1 = 0,1(mol)

⇒n_Cu2+ = n_Cu(NO3)2 = 0,1(mol)

⇒n_NO3- = 2n_Cu(NO3)2 = 0,2(mol) (2)

Từ (1) và (2) ⇒Σn_NO3^- = 0,2 + 0,08 = 0,28(mol)

- Ta có PTPƯ ion thu gọn như sau:

 Fe   +  4H⁺  +  NO₃^- → Fe³⁺ + NO + 2H₂O

 0,02  ← 0,08  →         0,02

 Fe    +   2Fe³⁺ → 3Fe²⁺

 0,01  ← 0,02

 Fe  +   Cu²⁺ → Fe²⁺  +  Cu

 0,1  ← 0,1 →                0,1

Từ các phản ứng trên ta có tổng số mol Fe tham gia phản ứng là:

 n_{Fe (pư)} = 0,02 + 0,01 + 0,1 = 0,13(mol)

Suy ra khối lượng Fe tham gia phản ứng là: m_{Fe (pư)} = 0,13.56 = 7,28(g).

Khối lượng Fe dư là: m_{Fe (dư)} = m_{Fe (ban đầu)} - m_{Fe (pư)} = a - 7,28

Khối lượng hỗn hợp sau phản ứng gồm Fe dư và Cu theo bài ra là:

m_{hh (k.loại sau pư)} = m_{Fe (dư)} + m_Cu = 0,92a

⇒ 0,92a = a - 7,28 + 0,1.64 ⇒ a = 11