Bài 37: Luyện tập Tính chất hóa học của sắt và hợp chất của sắt

Kiến thức cần nắm

Bài 1:

Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau:

Fe + HCl → B + C                                              

B + Cl₂ →  F                                                     

E + NaOH → H ↓ + NaNO₃                                 

A + HNO₃→ E +NO↑+D

B + NaOH → G ↓ + NaCl                                    

G + I + D → H ↓

Hướng dẫn:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

FeCl₂ + \(\frac{1}{2}\) Cl₂ → FeCl₃

Fe(NO₃)₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaNO₃

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl

4Fe(OH)₂ +  O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Vậy: B: FeCl₂ ; C: H₂; D: H₂O; E: FeCl₂; F: FeCl₃; G: Fe(OH)₂; H: Fe(OH)₃; I: O₂

Bài 2:

Cho bột sắt đến dư vào 200 ml dung dịch HNO₃ 4M (phản ứng giải phóng khí NO), lọc bỏ phần rắn không tan thu được dung dịch X, cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch X thu được kết tủa, lọc lấy kết tủa đem nung ngoài không khí ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được bao nhiêu gam chất rắn?

Hướng dẫn:

VÌ có sắt dư nên chỉ tạo Fe²⁺

3Fe + 8H⁺ + 2NO₃^- → 3Fe²⁺ + 2NO + 4H₂O

⇒ nFe = 8/3nH⁺ = 0,3 mol = nFe²⁺ ⇒ nFe²⁺ = nFe(OH)₂ = 2nFe₂O3 _{⇒ nFe2}O₃ = 0,15 mol 

⇒ m_rắn = 24g

Bài 3:

Khử hoàn toàn 16 gam Fe₂O₃ bằng khí CO ở nhiệt độ cao. Khí đi ra sau phản ứng được dẫn vào dung dịch Ca(OH)₂ dư. Khối lượng kết tủa thu được là:

Hướng dẫn:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

⇒ nCO₂ = 3nFe₂O₃ = 0,3 mol ⇒ nCaCO₃ = nCO₂ = 0,3 mol 

⇒ mCaCO₃ = 30 gam

Bài 1:

Nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch X chứa FeCl₃ và AlCl₃ thu được đồ thị sau. Giá trị n gần nhất với giá trị nào sau đây? 

Hướng dẫn:

Dễ thấy khi kết tủa đạt 88,47 gam, Fe³⁺ đã kết tủa hết

Đặt n_Fe³⁺ = a

⇒ 107a + [(2,7 – 3a) : 3].78 = 88,47

⇔ a = 0,63 mol

Đặt n_Al = b mol

mAl(OH)₃ = 21,06 gam ⇒ nAl(OH)₃ = 0,27 mol

Khi n_OH ^– = 3,1 mol

Al³⁺ +             3OH ^– →         Al(OH)₃

b                      3b

Al(OH)₃ +       OH ^– →           Al(OH)₄ ^–

b – 0,27           b – 0,27

⇒ 1,89 + 3b + b – 0,27 = 3,1

⇒ b = 0,37 mol

Vậy ta có: 1,89 + 4. 0,37 – x = 3,2

⇒ x = 0,17

⇒ n = 0,63, 107 + 0,17. 78 = 80,67 gam

Bài 2:

Trộn 8,1 gam Al với 35,2 gam hỗn hợp rắn X gồm Fe, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ và Fe(NO₃)₂ thu được hỗn hợp Y. Hòa tan hoàn toàn Y vào dung dịch chứa 1,9 mol HCl và 0,15 mol HNO₃, khuấy đều cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch Z (không chứa muối amoni) và 0,275 mol hỗn hợp khí T gồm NO và N₂O. Cho dung dịch AgNO₃ đến dư vào dung dịch Z. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch M; 0,025 mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵) và 280,75 gam kết tủa. Phần trăm khối lượng của Fe(NO₃)₂ trong Y là:

Hướng dẫn:

Sơ đồ 1: 

\(\begin{array}{l}
\begin{array}{*{20}{c}}
{hh\;Y}\\
{43,3\;gam}
\end{array}\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{Al:0,3\;(mol)}\\
{Fe\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\
{F{e_x}{O_y}\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\
{Fe{{(N{O_3})}_2}\;\;\;\;}
\end{array}} \right.\; + \;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{HCl:1,9\;(mol)\;\;\;\;\;}\\
{HN{O_3}:0,15\;(mol)}
\end{array}} \right.\\
 \to dd\;Z\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{A{l^{3 + }}}\\
{F{e^{3 + }}}\\
{F{e^{2 + }}}\\
{{H^ - }\;}\\
{C{l^ - }\;}
\end{array}} \right. + 0,275\;mol\;T\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{NO}\\
{{N_2}O}
\end{array}} \right. + {H_2}O
\end{array}\)

Sơ đồ 2: 

\(\begin{array}{l}
dd\;Z\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{A{l^{3 + }}\;\;}\\
{F{e^{3 + }}\;\;}\\
{F{e^{2 + }}\;\;}\\
{{H^ + }\;\;\;\;}\\
{C{l^ - }\;\;\;\;}
\end{array}} \right. + AgN{O_{3\;(du)}}\\
 \to dd\;M\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{F{e^{3 + }}}\\
{A{l^{3 + }}}\\
{NO_3^ - }
\end{array}} \right. + \mathop {NO}\limits_{0,025\;mol}  + \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{Ag}\\
{AgCl}
\end{array}} \right. + {H_2}O
\end{array}\)

Từ sơ đồ 2 ta có: BTNT Cl ⇒ Số mol AgCl = 1,9 mol ⇒ Số mol Ag = 0,075 mol

Số mol H⁺ dư trong Z = 4n_NO = 0,1 mol

Bảo toàn e ta có số mol Fe²⁺ (trong Z) = 3n_NO + n_Ag = 0,15 mol

Bảo toàn điện tích cho dung dịch Z ta có: Số mol Fe³⁺ = 0,2 mol

Từ sơ đồ 1 ta có:

Số mol H₂O \(= \frac{1,9 - 0,15 - 0,1}{2} = 0,975 \ mol\)

BTKL ta có: m_{khí T} = 9,3 gam 

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{{n_{NO}} + {n_{{N_2}O}} = 0,275\;\;\;}\\
{30{n_{NO}} + 44{n_{{N_2}O}} = 9,3}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{{n_{NO}} = 0,2\;\;\;\;}\\
{{n_{{N_2}O}} = 0,075}
\end{array}} \right.
\end{array}\)

BTNT (N) ta có số mol Fe(NO₃)₂ 

\(= \frac{0,2 + 0,075.2-0,15}{2} = 0,1 \ mol\)

\( \to \% {m_{Fe{{(N{O_3})}_2}}} = \frac{{180.0,1}}{{43,3}}.100\;\%  = 41,57\;\% \)

Kiến thức cần nắm

Bài 1:

Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau:

Fe + HCl → B + C                                              

B + Cl₂ →  F                                                     

E + NaOH → H ↓ + NaNO₃                                 

A + HNO₃→ E +NO↑+D

B + NaOH → G ↓ + NaCl                                    

G + I + D → H ↓

Hướng dẫn:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

FeCl₂ + \(\frac{1}{2}\) Cl₂ → FeCl₃

Fe(NO₃)₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaNO₃

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl

4Fe(OH)₂ +  O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Vậy: B: FeCl₂ ; C: H₂; D: H₂O; E: FeCl₂; F: FeCl₃; G: Fe(OH)₂; H: Fe(OH)₃; I: O₂

Bài 2:

Cho bột sắt đến dư vào 200 ml dung dịch HNO₃ 4M (phản ứng giải phóng khí NO), lọc bỏ phần rắn không tan thu được dung dịch X, cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch X thu được kết tủa, lọc lấy kết tủa đem nung ngoài không khí ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được bao nhiêu gam chất rắn?

Hướng dẫn:

VÌ có sắt dư nên chỉ tạo Fe²⁺

3Fe + 8H⁺ + 2NO₃^- → 3Fe²⁺ + 2NO + 4H₂O

⇒ nFe = 8/3nH⁺ = 0,3 mol = nFe²⁺ ⇒ nFe²⁺ = nFe(OH)₂ = 2nFe₂O3 _{⇒ nFe2}O₃ = 0,15 mol 

⇒ m_rắn = 24g

Bài 3:

Khử hoàn toàn 16 gam Fe₂O₃ bằng khí CO ở nhiệt độ cao. Khí đi ra sau phản ứng được dẫn vào dung dịch Ca(OH)₂ dư. Khối lượng kết tủa thu được là:

Hướng dẫn:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

⇒ nCO₂ = 3nFe₂O₃ = 0,3 mol ⇒ nCaCO₃ = nCO₂ = 0,3 mol 

⇒ mCaCO₃ = 30 gam

Bài 1:

Nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch X chứa FeCl₃ và AlCl₃ thu được đồ thị sau. Giá trị n gần nhất với giá trị nào sau đây? 

Hướng dẫn:

Dễ thấy khi kết tủa đạt 88,47 gam, Fe³⁺ đã kết tủa hết

Đặt n_Fe³⁺ = a

⇒ 107a + [(2,7 – 3a) : 3].78 = 88,47

⇔ a = 0,63 mol

Đặt n_Al = b mol

mAl(OH)₃ = 21,06 gam ⇒ nAl(OH)₃ = 0,27 mol

Khi n_OH ^– = 3,1 mol

Al³⁺ +             3OH ^– →         Al(OH)₃

b                      3b

Al(OH)₃ +       OH ^– →           Al(OH)₄ ^–

b – 0,27           b – 0,27

⇒ 1,89 + 3b + b – 0,27 = 3,1

⇒ b = 0,37 mol

Vậy ta có: 1,89 + 4. 0,37 – x = 3,2

⇒ x = 0,17

⇒ n = 0,63, 107 + 0,17. 78 = 80,67 gam

Bài 2:

Trộn 8,1 gam Al với 35,2 gam hỗn hợp rắn X gồm Fe, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ và Fe(NO₃)₂ thu được hỗn hợp Y. Hòa tan hoàn toàn Y vào dung dịch chứa 1,9 mol HCl và 0,15 mol HNO₃, khuấy đều cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch Z (không chứa muối amoni) và 0,275 mol hỗn hợp khí T gồm NO và N₂O. Cho dung dịch AgNO₃ đến dư vào dung dịch Z. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch M; 0,025 mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵) và 280,75 gam kết tủa. Phần trăm khối lượng của Fe(NO₃)₂ trong Y là:

Hướng dẫn:

Sơ đồ 1: 

\(\begin{array}{l}
\begin{array}{*{20}{c}}
{hh\;Y}\\
{43,3\;gam}
\end{array}\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{Al:0,3\;(mol)}\\
{Fe\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\
{F{e_x}{O_y}\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\
{Fe{{(N{O_3})}_2}\;\;\;\;}
\end{array}} \right.\; + \;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{HCl:1,9\;(mol)\;\;\;\;\;}\\
{HN{O_3}:0,15\;(mol)}
\end{array}} \right.\\
 \to dd\;Z\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{A{l^{3 + }}}\\
{F{e^{3 + }}}\\
{F{e^{2 + }}}\\
{{H^ - }\;}\\
{C{l^ - }\;}
\end{array}} \right. + 0,275\;mol\;T\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{NO}\\
{{N_2}O}
\end{array}} \right. + {H_2}O
\end{array}\)

Sơ đồ 2: 

\(\begin{array}{l}
dd\;Z\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{A{l^{3 + }}\;\;}\\
{F{e^{3 + }}\;\;}\\
{F{e^{2 + }}\;\;}\\
{{H^ + }\;\;\;\;}\\
{C{l^ - }\;\;\;\;}
\end{array}} \right. + AgN{O_{3\;(du)}}\\
 \to dd\;M\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{F{e^{3 + }}}\\
{A{l^{3 + }}}\\
{NO_3^ - }
\end{array}} \right. + \mathop {NO}\limits_{0,025\;mol}  + \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{Ag}\\
{AgCl}
\end{array}} \right. + {H_2}O
\end{array}\)

Từ sơ đồ 2 ta có: BTNT Cl ⇒ Số mol AgCl = 1,9 mol ⇒ Số mol Ag = 0,075 mol

Số mol H⁺ dư trong Z = 4n_NO = 0,1 mol

Bảo toàn e ta có số mol Fe²⁺ (trong Z) = 3n_NO + n_Ag = 0,15 mol

Bảo toàn điện tích cho dung dịch Z ta có: Số mol Fe³⁺ = 0,2 mol

Từ sơ đồ 1 ta có:

Số mol H₂O \(= \frac{1,9 - 0,15 - 0,1}{2} = 0,975 \ mol\)

BTKL ta có: m_{khí T} = 9,3 gam 

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{{n_{NO}} + {n_{{N_2}O}} = 0,275\;\;\;}\\
{30{n_{NO}} + 44{n_{{N_2}O}} = 9,3}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{{n_{NO}} = 0,2\;\;\;\;}\\
{{n_{{N_2}O}} = 0,075}
\end{array}} \right.
\end{array}\)

BTNT (N) ta có số mol Fe(NO₃)₂ 

\(= \frac{0,2 + 0,075.2-0,15}{2} = 0,1 \ mol\)

\( \to \% {m_{Fe{{(N{O_3})}_2}}} = \frac{{180.0,1}}{{43,3}}.100\;\%  = 41,57\;\% \)