Bài tập về sắt và hợp chất của sắt (Có lời giải chi tiết)

 BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT

(Có lời giải chi tiết)

Một số phản ứng quan trọng

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  + O₂ → Fe₂O₃ + CO₂

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

Bài tập minh họa

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

Hướng dẫn

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

Bài gải :

n _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 _dư → 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

Hướng dẫn

n _{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 ?

Hướng dẫn

n _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 _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

Hướng dẫn

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 + AgNO₃ → 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

Hướng dẫn

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 .

Hướng dẫn

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 M_xO_y

M_xO_y + yH₂ → xM + yH₂O

a           ay         ax

→ ay = 0,09 mol

2M + 2nHCl → 2MCl_n + 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 .

Hướng dẫn

n _KMnO4 = 0,01  ; n _FeSO4 = 0,06 ; n _H2SO4 = 0,1 mol

Phản ứng : 10FeSO₄ + 2KMnO₄   +    8H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 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?

Hướng dẫn

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 12 : Cho 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

A. 17,8 và 4,48.                 B. 17,8 và 2,24.              

C. 10,8 và 4,48.                 D. 10,8 và 2,24.

Hướng dẫn

n _Cu(NO3)2 = 0,16 → n _Cu2+ = 0,16 , n _NO3- = 0,32 mol

n _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 ) _dư → m = 17,8

Mặt khác V _NO = 0,1.22,4 = 2,24

→ Chọn đáp án B

Câu 13: Để hoà tan hoàn toàn 2,32 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 1M. Giá trị của V là

A. 0,23.                       B. 0,18.                       C. 0,08.                       D. 0,16.

Hướng dẫn

Câu 14: 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

A. 38,72.                     B. 35,50.                     C. 49,09.                     D. 34,36.

Hướng dẫn

Quy đổi hỗn hợp : Fe , FeO , Fe2O3 , Fe3O4 thành Fe ,O

Sơ đồ cho nhận e :

Câu 15: Cho hỗn hợp bột gồm 2,7 gam Al và 5,6 gam Fe vào 550 ml dung dịch AgNO₃ 1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là (biết thứ tự trong dãy thế điện hoá: Fe^3+/Fe²⁺ đứng trước Ag⁺/Ag)

A. 59,4.                       B. 64,8.                       C. 32,4.                       D. 54,0.

Hướng dẫn

n _Al = 2,7/27 = 0,1 mol , n _Fe = 5,6/56 = 0,1 mol , n _AgNO3 = 0,55.1 = 0,55 mol

Câu 16 : 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 :

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

Hướng dẫn

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 17 : 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)

A. 1,0 lít               B. 0,6 lít                C. 0,8 lít               D. 1,2 lít

Hướng dẫn

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 18: 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.                  B. 3,20.                       C. 0,64.                       D. 3,84.

Hướng dẫn

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

Ban đầu     0,12     0,4 mol     

→ HNO3 hết , sau phản ứng có : Fe(NO₃)₃ 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)₃ dư : 0,1 – 0,04 = 0,06 mol

                  Cu + 2Fe(NO₃)₃ → 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

Câu 19 : Cho 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

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

Hướng dẫn

n _Cu(NO3)2 = 0,16 → n _Cu2+ = 0,16 , n _NO3- = 0,32 mol

n _H2SO4 = 0,2 → n H+ = 0,4 

Câu 20: Hoà tan hoàn toàn 24,4 gam hỗn hợp gồm FeCl₂ và NaCl (có tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 2) vào một lượng nước (dư), thu được dung dịch X. Cho dung dịch AgNO₃ (dư) vào dung dịch X, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn sinh ra m gam chất rắn. Giá trị của m là

      A. 68,2                              B. 28,7                                    C. 10,8                                    D. 57,4

Hướng dẫn