Một số bài toán về sắt và các oxit sắt

MỘT 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 Þ hóa trị Fe : t = ( t = 2,3, hoặc ). - 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 Û hỗn hợp (FeO + Fe2O3) tỷ lệ mol 1 : 1 ( đúng cả 2 chiều ). +) Hỗn hợp FeO , Fe2O3 với tỷ lệ mol ¹ 1 : 1 thì không thể quy đổi thành Fe3O4. 3) Phương pháp bảo toàn nguyên tố: Thường gặp 2 trường hợp sau đây: * Trường hợp 1: Fe hoặc NO2 ­ ...) Þ =( bđ ) ( muối) + ( các sp khí ) = ( các sp khí ). * Trường hợp 2 : Fe Þ = ( bđ ) ( muối) + ( các sp khí ) = ( các sp khí ). .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 : ( trong đó : ) 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 Fe3O4 + 4H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O 0,15 0,6 0,15 0,15 mol Khối lượng dung dịch H2SO4 4,9% : 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 x x x (mol) Fe2O3 + 3H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + 3H2O y 3y y (mol) dung dịch A Pư phần 1: FeSO4 + 2NaOH ® Fe(OH)2 ¯ + Na2SO4 0,5x 0,5x (mol) Fe2(SO4)3 + 6NaOH ® 2Fe(OH)3 ¯ + 3Na2SO4 0,5y y (mol) 2Fe(OH)2 + ½ O2 Fe2O3 + 2H2O 0,5x 0,25x (mol) 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O y 0,5y (mol) Ta có : 0,25x + 0,5y = 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 Þ 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 = * Có thể giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố Fe. ( các oxit ) = 2 ´ 0,055 = 0,11 mol ( FeO ) = Þ ( Fe2O3 ) = Vậy khối lượng hỗn hợp đầu : m = 2( 0,05 ´ 72 + ) = 16,8 gam. Số mol H2SO4 = 0,1 + (3 ´ 0,06) = 0,28 mol. Þ thể tích V = 0,56 lít. 3) Hỗn hợp A gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 ( với số mol bằng nhau). Cho m1(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 m2 (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 3Fe + 4CO2 (1) Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (2) rắn B 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 : = ( của hỗn hợp A ) ; Áp dụng ĐLBTKL cho (3),(4),(5) ta có: Suy ra ta có : 19,2 + 63(3a + 0,1) = 242a + Giải ra được : a = 0,27 Þ = 0,91 mol. Khối lượng của hỗn hợp đầu : m1 = 0,27 Theo pư (1) và (2) ta có : CO2 + Ba(OH)2 ® BaCO3 ¯ + H2O 0,105 0,105 (mol) = 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. Gọi a là số mol mỗi oxit trong A Þ qui đổi A chỉ gồm Fe3O4 : 2a (mol) xFe3O4 + (4x – 3y)CO 3FexOy + (4x – 3y)CO2 (1) 2a (mol) FexOy + (12x–2y) HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + (3x–2y)NO ­ + (6x-y)H2O (2) (12x–2y) (3x–2y) (mol) Ta có hệ phương trình : Û Giải hệ (I) và (II) Þ a = 0,045 ; = 0,0425 m1 = 0,045´ 2´ 232 = 20,88 gam. Áp dụng định luật BTKL cho pư (1) ta có : 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 = 19. Tính x. Hướng dẫn: Xem các oxit sắt chỉ gồm Fe2O3 và FeO ( vì Fe3O4 coi như FeO và Fe2O3) 4Fe + 3O2 2Fe2O3 (1) 2Fe + 3O2 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 : ; Áp dụng định luật BTKL ta có : Û 5,04 + 63(3x + 0,035) = 242x + (0,035´ 2´ 19) + 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: a) Ta có Þ 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 Fe2O3 + 2CO2 2x x (mol) 3FeCO3 + ½ O2 Fe3O4 + 3CO2 3y y (mol) Ta có: 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 ­ 0,1 mol ® 0,1 mol 2NO2 + ½ O2 + H2O ® 2HNO3 Bđ: 0,1 0,0175 (mol) Pư: 0,07 0,0175 0,07 (mol) Spư: 0,03 0 0,07 (mol) 2NO2 + H2O ® HNO3 + HNO2 0,03 ® 0,015 0,015 (mol) Dung dịch X Þ ; . 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) xFe2(SO4)3 + (3x-2y) SO2 ­ + (6x -2y )H2O (1) a (mol) ® (mol) FexOy + yH2 xFe + yH2O (2) a (mol) ® ax (mol) 2Fe + 6H2SO4 ( đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 ­ + 6H2O (3) ax (mol) ® 1,5 ax ( mol) Theo đề bài : nên ta có : Þ Þ 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 thì 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) a (mol) ® (mol) FexOy + yCO xFe + yCO2 (2) a (mol) ® ax (mol) Fe + 6HNO3 Fe(NO3)3 + 3NO2 ­ + 3H2O (3) ax (mol) ® 3ax ( mol) Theo đề bài ta có : 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 ) Hãy giải bài tập trên theo cách của bạn! Thư góp ý của các bạn xin gửi về Email: DhanhCS@yahoo.com.vn Nếu các bạn cần các chủ đề bài tập khác của tôi, hãy vui lòng xin liên hệ với đại chỉ trên.