còn nhiều trường hợp khác Nhận xét: Nếu biết khối lượng của các khí sản phẩm và hỗn hợp A hoặc muối Fe thì có thể áp dụng định luật BTKL.. b Tính nồng độ % của các chất trong dung dịch
Trang 1MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ SẮT VÀ CÁC OXIT SẮT
I - Một số điểm cần chú ý:
1) Hóa trị của sắt :
- Nếu đặt CTTQ của oxit sắt : FexOy ⇒ hóa trị Fe : t = 2y
x ( t = 2,3, hoặc 8
3 )
- Hóa trị Fe trong Fe3O4 là hóa trị TB của 2 ng.tử Fe(III) và 1ng.tử Fe(II)
2) Phương pháp qui đổi
* Để giải bài toán hỗn hợp nhiều oxit sắt thì nên quy đổi:
+) Fe3O4 ⇔ hỗn hợp (FeO + Fe2O3) tỷ lệ mol 1 : 1 ( đúng cả 2 chiều )
+) Hỗn hợp FeO , Fe2O3 với tỷ lệ mol ≠ 1 : 1 thì không thể quy đổi thành Fe3O4
3) Phương pháp bảo toàn nguyên tố:
Thường gặp 2 trường hợp sau đây:
x y
HNO3
Fe
Fe(NO ) H O (NO,
Fe O
+
↑ )
⇒ n Fe( NO ) 3 3 =n Fe( bđ )
n HNO 3 = n N( muối) + nN( các sp khí ) = 3 n × + Fe n N( các sp khí ).
nH O2 1 nHNO3
2
= ×
x y
H SO2 4
Fe
Fe (SO ) H O (SO )
Fe O
+
⇒ n Fe (SO )2 4 3 = Fe
1 n
2 × ( bđ )
n H SO2 4 = n S( muối) + nS( các sp khí ) = 1,5 n× Fe+nS( các sp khí ).
n H O2 = n H SO2 4
.v.v ( còn nhiều trường hợp khác)
Nhận xét: Nếu biết khối lượng của các khí sản phẩm và hỗn hợp A ( hoặc muối Fe) thì có thể áp dụng định luật BTKL.
Ví dụ : Trường hợp 1 : giả sử biết m1 (g) ( Fe + FexOy) ; biết b (mol) khí NO sinh
ra
Áp dụng định luật BTKL ta có :
1
3a b
2
+
× × + ( trong đó : nFe = a mol )
II- Một số bài toán minh họa
1) Để hòa tan hoàn toàn 34,8 gam hỗn hợp gồm Fe3O4 , FeO, Fe2O3 ( số mol FeO = số mol Fe2O3 ) thì phải dùng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 4,9 % ( loãng)
a) Tính khối lượng của dung dịch H2SO4 4,9%
b) Tính nồng độ % của các chất trong dung dịch thu được
Hướng dẫn: Vì số mol FeO = số mol Fe2O3 nên xem như Fe3O4
Vậy hỗn hợp được coi như chỉ có một oxit là Fe3O4
h.h
34,8
232
Trang 2Fe3O4 + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O
Khối lượng dung dịch H2SO4 4,9% : 0,6 98 100 1200 (g)
Khối lượng dung dịch thu được : 1200 + 34,8 = 1234,8 gam
( dễ dàng tìm được C% của mỗi muối trong dung dịch thu được)
2) Cho m(g) hỗn hợp FeO, Fe3O4, Fe2O3 tan vừa hết trong V (lít) dung dịch H2SO4
loãng thì thu được một dung dịch A Chia đung dịch A làm 2 phần bằng nhau
Phần 1: tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa nung nóng trong không khí
đến khối lượng không đổi thu được 8,8 gam chất rắn
Phần 2: làm mất màu vừa đúng 100ml dung dịch KMnO4 0,1M trong môi trường
H2SO4 loãng dư
a) Viết các phương trình hóa học xảy ra
b) Tính m , V ( nếu dung dịch H2SO4 có nồng độ 0,5M)
Hướng dẫn:
Xem Fe3O4 như hỗn hợp FeO và Fe2O3
Vậy hỗn hợp xem như chỉ có FeO và Fe2O3 : số mol lần lượt x,y
Các phương trình hóa học xảy ra:
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
dung dịch A 2( 4 4 3)
FeSO : x (mol)
Fe SO : y (mol)
Pư phần 1:
FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO4
Fe2(SO4)3 + 6NaOH → 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4
2Fe(OH)2 + ½ O2 → t 0 Fe2O3 + 2H2O
2Fe(OH)3 → t 0 Fe2O3 + 3H2O
Ta có : 0,25x + 0,5y = 8,8 0,055 (1)
160 =
Pư phần 2:
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8 H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8
H2O
0,5x → 0,1x
(mol)
Ta có : 0,1x = 0,01 ⇒ x = 0,1 ( mol) (2)
Thay (2) vào (1) ta được : y = 0,06 (mol)
Vậy khối lượng hỗn hợp oxit sắt : m = (0,1× 72 + 0,06 × 160 ) = 16,8 ( gam )
Thể tích dung dịch H2SO4 0,5M : V = 0,1 0,06 3 0,56 (lít)
0,5
Trang 3* Có thể giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố Fe.
Fe
n ( các oxit ) = 2 × 0,055 = 0,11 mol
Fe
n ( FeO ) = nFeSO4 = ×5 nKMnO4 =0, 05 mol
⇒ n Fe( Fe2O3 ) = 0,11 0, 05 =0,06 mol −
Vậy khối lượng hỗn hợp đầu : m = 2( 0,05 × 72 + 0, 06 160
2 × ) = 16,8 gam
Số mol H2SO4 = 0,1 + (3 × 0,06) = 0,28 mol ⇒ thể tích V = 0,56 lít
3) Hỗn hợp A gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 ( với số mol bằng nhau) Cho m 1(g) A vào ống
sứ nung nóng rồi dẫn dòng khí CO đi qua ( CO pư hết ), thấy khí bay ra và trong ống còn lại 19,2 (g) rắn B (gồm Fe, FeO, Fe3O4) Hấp thụ khí vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì
thu được m 2 (g) kết tủa trắng Hòa tan hết rắn B trong HNO3 nóng thì thấy bay ra 2,24 lít khí NO duy nhất ( đktc)
a) Viết phương trình hóa học
b) Tính m1, m2 và số mol HNO3 đã phản ứng
Hướng dẫn:
Xem phần FeO + Fe2O3 ( đồng mol) như Fe3O4
Vậy hỗn hợp chỉ gồm có Fe3O4
Fe3O4 + 4CO → t 0 3Fe + 4CO2 (1)
Fe3O4 + CO → t 0 3FeO + CO2(2)
rắn B
3 4
FeO
Fe
Fe O
Phản ứng của rắn B với HNO3 :
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2O + NO ↑ (3)
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO ↑ (4)
3Fe3O4 + 28HNO3 → 3Fe(NO3)3 + 14H2O + NO ↑ (5)
Đặt : nFe NO3 3( ) =a (mol) = nFe( của hỗn hợp A )
nHNO3 3a 0,1 ; nH O2 3a 0,1
2
+
= + = ; nNO 2, 24 0,1 (mol)
22, 4
Áp dụng ĐLBTKL cho (3),(4),(5) ta có: C HNO Fe(NO ) H O + NO
Suy ra ta có : 19,2 + 63(3a + 0,1) = 242a + 3a 0,1 18 + 30 0,1
2
Giải ra được : a = 0,27 ⇒ nHNO3= 0,91 mol
Khối lượng của hỗn hợp đầu : m1 = 0,270, 27 232 20,88 ( gam )
Theo pư (1) và (2) ta có : nCO2 20,88 19, 2 0,105 mol
44 28
−
−
CO2 + Ba(OH)2→ BaCO3 ↓ + H2O
BaCO3
m = m2 = 0,105 × 197 = 20,685 gam
* Cách 2 :
Vì rắn C gồm Fe, FeO, Fe3O4 tác dụng với HNO3 cho sản phẩm như nhau, nên đặt CTPT trung bình của rắn C: FexOy.
Trang 4Gọi a là số mol mỗi oxit trong A ⇒ qui đổi A chỉ gồm Fe3O4 : 2a (mol)
xFe3O4 + (4x – 3y)CO → t 0 3FexOy + (4x – 3y)CO2 (1)
FexOy + (12x–2y) HNO3 → 3Fe(NO3)3 + (3x–2y)NO ↑ + (6x-y)H2O
(2)
6a
x
x
× (mol)
Ta có hệ phương trình :
6a
x 2a
x
⇔
2ay
x 2ay
x
Giải hệ (I) và (II) ⇒ a = 0,045 ; ay
x = 0,0425
m1 = 0,045× 2× 232 = 20,88 gam
Áp dụng định luật BTKL cho pư (1) ta có : m A + m CO = m B + m CO 2
20,88 + 28b = 19,2 + 44b giải ra b = 0,105 mol ( b là số mol CO2)
4) Đốt x (mol) Fe bởi O2 thu được 5,04 gam hỗn hợp A gồm các oxit của sắt Hòa tan
A trong HNO3 nóng dư thì thu được một dung dịch X và 0,035 mol khí Y ( gồm NO và
NO2), biết d Y / H 2= 19
Tính x
Hướng dẫn:
Xem các oxit sắt chỉ gồm Fe2O3 và FeO ( vì Fe3O4 coi như FeO và Fe2O3)
4Fe + 3O2 →to 2Fe2O3 (1)
2Fe + 3O2 →to 2FeO (2)
Phản ứng của rắn A với HNO3 :
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (3)
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO ↑ (4)
FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2O + NO2↑ (5)
Theo (3),(4),(5) ta có :
Fe HNO3 (NO NO )2
2
3x 0,035 n
2
+
=
Áp dụng định luật BTKL ta có :
m
A HNO3 Fe NO H O2 (NO+NO )2
3 3
⇔ 5,04 + 63(3x + 0,035) = 242x + (0,035× 2× 19) + 3x 0, 035
2
18 Giải ra x = 0,07 mol
5) Muối A là muối cacbonat của kim loại R hóa trị n ( R chiếm 48,28% theo khối
lượng ) Nếu đem 58 gam A cho vào bình kín chứa sẵn lượng O2 vừa đủ rồi nung nóng Phản ứng xong thu được 39,2 gam rắn B gồm Fe2O3 và Fe3O4
a) Xác định CTPT của A
b) Nếu hòa tan B vào HNO3 đặc nóng, thu được khí NO2 duy nhất Trộn lượng NO2
này với 0,0175 mol khí O2 rồi sục vào lượng nước rất dư thì thu được 2 lít dung dịch X Xác định nồng độ mol của các chất trong dung dịch X
Hướng dẫn:
Trang 5a) Ta có 60n2R = 48, 2851,72 ⇒ R = 28x chỉ có x = 2 , R = 56 là thỏa mãn ( Fe)
CTPT của chất A là : FeCO3
b) gọi x, y lần lượt là số mol Fe2O3 và Fe3O4 trong rắn B
2FeCO3 + ½ O2 → t 0 Fe2O3 + 2CO2
3FeCO3 + ½ O2 → t 0 Fe3O4 + 3CO2
Ta có:
58
116 160x 232y 39,2 (2)
giải ra được : x = y = 0,1 mol
Phản ứng của B với HNO3 :
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + 3H2O + NO2↑
2NO2 + ½ O2 + H2O → 2HNO3
Pư:
0,07 0,0175 0,07 (mol)
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
Dung dịch X 2
3
HNO : 0,015 mol HNO : 0,085 mol
C = 0,0075M ; C M HNO 3 = 0,0425M.
6) Hòa tan a gam một oxit sắt FexOy vào trong dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thì thu được khí SO2 duy nhất.Mặt khác, nếu khử hoàn toàn a gam oxit sắt trên bằng khí CO,
hòa tan lượng sắt tạo thành trong dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư) thu được lượng SO2
gấp 9 lần lượng SO2 ở thí nghiệm trên
a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong hai thí nghiệm trên
b) Xác định định công thức hóa học của oxit sắt
Hướng dẫn :
2FexOy + (6x -2y )H2SO4 ( đặc) → t 0 xFe2(SO4)3 + (3x-2y) SO2 ↑ + (6x -2y )
H2O (1)
2
−
(mol)
FexOy + yH2 → t 0 xFe + yH2O (2)
2Fe + 6H2SO4 ( đặc) → t 0 Fe2(SO4)3 + 3SO2 ↑ + 6H2O
(3)
Theo đề bài : n SO2(3) 9 n = × SO2(1) nên ta có :
1,5ax
2 9 a(3x 2y) × =
− ⇒ x 18 3
y = 24 = 4 ⇒ CTPT của oxit sắt là : Fe3O4
7) Hòa tan một lượng oxit sắt FexOy vào dung dịch HNO3 loãng, dư thì thu được một dung dịch A và khí NO duy nhất Mặt khác nếu khử lượng oxit sắt trên bằng lượng CO
dư rồi lấy toàn bộ kim loại sinh ra hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 đặc, nóng
Trang 6thì thu được dung dịch B và khí NO2 duy nhất Biết thể tích khí NO2 sinh ra gấp 9 lần thể tích khí NO sinh ra ( cùng nhiệt độ, áp suất)
a) Viết các phương trình hóa học
b) Xác định công thức hóa học của oxit sắt
Hướng dẫn :
3FexOy + (12x -2y )HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x - 2y)NO ↑ + (6x-y) H2O (1)
(mol)
FexOy + yCO → t 0 xFe + yCO2 (2)
a (mol) → ax
(mol)
Fe + 6HNO3
0
t
→ Fe(NO3)3 + 3NO2 ↑ + 3H2O (3)
Theo đề bài ta có :
(3x 2y) a
3
= × ⇒ Vậy CTPT của oxit sắt là: FeO
8) Để một phoi bào sắt nặng m ( gam) ngoài không khí, sau một thời gian thu được 12
gam rắn X gồm sắt và các oxit của sắt Cho X tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit HNO3 thấy giải phóng ra 2,24 lít khí NO duy nhất ( đo ở đktc)
a) Viết các phương trình hoá học xảy ra
b) Tính khối lượng m của phoi bào sắt ban đầu.
( ĐS : 10,08 gam Fe ) 9.Dùng 1,568 lít khí H2 phản ứng đủ với 4 gam hỗn hợp 2 oxit thu được m gam hai kim loại A, B Cho m gam A, B phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu được 0,224 lít khí
SO2 Biết thể tích khí đo ở đktc và A hóa trị II
a/ Tìm m?
b/ Tìm công thức hóa học của hai oxit đem dùng
10 Hỗn hợp khí SO2 và O2 có tỉ khối đối với hidro bằng 24, sau khi đun nóng hỗn hợp
đó với chẩt xúc tác thu được hỗn hợp khí mới có tỉ khối đối với hidro bằng 30
a/ Xác định thành phần phần trăm về thể tích của hỗn hợp trước và sau phản ứng b/ Tính thành phần mỗi khí tham gia phản ứng
11.Hỗn hợp X gồm 3 kim loại ở trạng thái bột là K, Al, Fe được chia làm 3 phần bằng nhau:
- Phần 1: Tác dụng với nước dư tạo ra 4,48 lít khí (đktc)
- Phần 2: Tác dụng với dung dịch KOH dư tạo ra 7,84 lít khí (đktc)
- Phần 3: Hòa tan hoàn toàn trong 0,5 lít dung dịch H2SO4 1,2M tạo ra 10,08 lít khí (đktc) và dung dịch Y
a/ Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X
b/ Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa, lọc kết tủa, rửa sạch rồi nung kết tủa trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn Tìm m?
(Giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn)