Giải Hóa học 12 Bài 31: Sắt

4.5 K

Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Hóa học lớp 12 Bài 31: Sắt chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Sắt lớp 12.

Bài giảng Hóa học 12 Bài 31: Sắt

Giải bài tập Hóa học 12 Bài 31: Sắt

Câu hỏi và bài tập (trang 141 SGK Hóa Học 12)

Bài 1 trang 141 SGK Hóa Học 12Các kim loại nào sau đây đều phản ứng với dung dịch CuCl2 ?

A. Na, Mg, Ag ; B. Fe, Na, Mg;

C. Ba, Mg, Hg ; D. Na, Ba, Ag.

Lời giải:

Các kim loại phản ứng là: Fe, Na, Mg

Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu↓

Na sẽ tác dụng với H2O trong dd CuCl2 trước

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

2NaOH + CuCl2 → Cu(OH)2↓ + 2NaCl

Mg + CuCl2 → MgCl2 + Cu↓

Đáp án B

Bài 2 trang 141 SGK Hóa Học 12Cấu hình electron nào sau đây là của Fe3+ ?

A.[Ar]3d6    ;                                  B.[Ar]3d5  ;

C. [Ar]3d ;                                   D.[Ar]3d3.

Lời giải:

Cấu hình e của Fe (Z = 26): [Ar]3d64s2

Fe -> Fe3+ + 3e=> Cấu hình electron của Fe3+ ( Fe mất đi 3e) là: [Ar]3d5

Đáp án B

Bài 3 trang 141 SGK Hóa Học 12Cho 2,52 gam một kim loại tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng, thu được 6,84 gam muối sunfat. Kim loại đó là

A. Mg.                                                       B. Zn.

C. Fe.                                                        D. Al.

Phương pháp giải:

Gọi kim loại là M hóa trị là n

PTHH: 2M + nH2SO4 → M2(SO4)n + nH2

Dựa vào khối lượng kim loại và khối lượng muối, đặt vào phương trình =>giải

Lời giải:

Gọi kim loại là M hóa trị là n

PTHH:             2M + nH2SO4 → M2(SO4)n + nH2

Theo PTHH      2M                     (2M + 96n)           gam

Theo Đề Bài    2,52                     6,84                    gam

=> ta có: 2M. 6,84 = 2,52.(2M + 96n). 

=> 13,68M = 5,04M +241,92n

=>8,64M = 241,92n

=> M = 28n

Cho n = 1, 2, 3 thì thấy chỉ n = 2 => M =56 là thỏa mãn

Vậy kim loại là Fe

Đáp án C

Bài 4 trang 141 SGK Hóa Học 12Ngâm một lá kim loại có khối lượng 50 gam trong dung dịch HCl. Sau khi thu được 336ml khí H2 (đktc) thì khối lượng lá kim loại giảm 1,68 %. Kim loại đó là :

A.Zn.                                        B.Fe.

C.Al.                                         D.Ni.

Phương pháp giải:

- Tính khối lượng kim loại phản ứng

- Tính số mol khí H2

- Viết PTHH

- Từ PTHH suy ra số mol KL từ số mol H2

- Lập biểu thức tính nguyên tử khối của kim loại

- Biện luận hóa trị của kim loại, kết luận kim loại cần tìm

Lời giải:

Khối lượng kim loại phản ứng là mKL=1,68%.50100%=0,84gam

Số mol H2 là nH2=0,33622,4=0,015mol

2M + 2nHCl  2MCl2 + nH2

Số mol của M là:

nM=2nnH2=2.0,015n=0,03nmol

M=0,840,03n=28n

Với n = 1 thì M = 28 (loại)

Với n = 2 thì M = 56 (Fe)

Với n = 3 thì M = 84 (loại)

Bài 5 trang 141 SGK Hóa Học 12Hỗn hợp A chứa Fe và kim loại M có hóa trị không đổi trong mọi hợp chất. Tỉ lệ số mol của M và Fe trong hỗn hợp A là 1 : 3. Cho 19,2 gam hỗn hợp A tan hết vào dung dịch HCl thu được 8,96 lít khí H2 Cho 19,2 gam hỗn hợp A tác dụng hết với Cl2 thì cần dùng 13,32 lít khí Cl2. Xác định kim loại M và phần trăm khối lượng các kim loại trong hỗn hợp A. Các thể tích khí đo ở đktc.

Phương pháp giải:

Gọi hóa trị của kim loại M là n

Gọi số mol của M là x, số mol của Fe là 3x.

PTHH: 

2M + 2nHCl → 2MCln + nH2

  x                                0,5nx.

 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

 3x                              3x (mol)

nH2=0,5nx+3x=8,9622,4=0,4 (mol).       (1)

2M + nCl t0 2MCln

 x    0,5nx                                                   (mol)

2Fe + 3Cl2  t0 2FeCl3

3x      4,5x                                                   (mol)

nCl2=0,5nx+4,5x=12,3222,4=0,55      (2)

Giải hệ (1) và (2) ra được n=?; x=?

=> M

Lời giải:

Gọi hóa trị của kim loại M là n

Gọi số mol của M là x, số mol của Fe là 3x.

2M + 2nHCl → 2MCln + nH2

  x                                0,5nx. (mol)

 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

 3x                              3x (mol)

nH2=0,5nx+3x=8,9622,4=0,4 (mol).       (1)

2M + nCl t0 2MCln

 x    0,5nx                                                   (mol)

2Fe + 3Cl2  t0 2FeCl3

3x      4,5x                                                   (mol)

nCl2=0,5nx+4,5x=12,3222,4=0,55      (2)

Giải hệ (1) và (2) ra được n=2 ; x=0,1

=> mFe = 3.0,1.56 = 16,8 (gam) ;

=> mM = 19,2 - 16,8 = 2,4 gam.

MM=2,40,1=24 (g/mol).

Vậy kim loại là Mg.

%Fe = (16,8 : 19,2).100% = 87,5%.

%Mg = 100% - 87,5% = 12,5%

Lý thuyết Bài 31: Sắt

I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

- Fe: Z = 26 1s22s22p63s23p63d64s2

=> Sắt nằm ở chu kì 4, nhóm VIIIB, ô số 26.

- Là kim loại chuyển tiếp, có xu hướng nhường 2, 3 electron khi tham gia phản ứng hóa học

- Sắt có 2 kiểu mạng tinh thể là lập phương tâm diện và lập phương tâm khối

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540oC, có D = 7,9 g/cm3.

- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tác dụng với phi kim

Fe  +  S  to  FeS

3Fe  +  2O2  to  Fe3O4

2Fe  +  3Cl2  to  2FeCl3

2. Tác dụng với axit

- Fe + axit HCl, H2SO4 loãng → muối + H2

Fe  +  H2SO4  →  FeSO4  +  H2

- Fe + axit có tính OXH mạnh → muối + sản phẩm khử + H2O

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

2Fe  +  6H2SO4  → Fe2(SO4)3  +  6H2O  +  3SO2­

=> Fe thụ động trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội.

3. Tác dụng với dung dịch muối

Fe tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn nó (kim loại đứng sau nó trong dãy hoạt động hóa học)

Fe  +  CuSO4 → FeSO4  +  Cu

Fe  +  3AgNO3 (dư) →  Fe(NO3)3  + 3Ag

4. Tác dụng với nước

Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước :

3Fe  +  4H2O  to<570oC Fe3O4  +  4H2­

Fe   +   H2to>570oC  FeO   +  H2­

IV. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

- Sắt là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong vỏ trái đất (sau nhôm). 

- Một số quặng sắt quan trọng: Quặng hematit đỏ chứa Fe2O3 khan. Quặng hematit nâu chứa Fe2O3.nH­2O. Quặng manhetit chứa Fe3O4 , quặng xiđerit chứa FeCO3, quặng pirit sắt chứa FeS2.

- Sắt còn có mặt trong hồng cầu của máu.

Phương pháp giải một số dạng bài tập về sắt

Dạng 1

 Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng)

* Một số lưu ý cần nhớ:

Oxit sắt + dung dịch axit (HCl, H2SO4) => Dung dịch muối + H2O

=> Ta có phương trình tổng quát:

FexOy + 2y H+ → xFe(2y/x) ++ y H2O

=> n O trong oxit = ½ n H+ phản ứng = n H2O sinh ra sau phản ứng

- Để làm được loại bài tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố để giải quyết bài toán.

 

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dung dịch HCl 4M thu được 5,6 lít H(đktc) và dung dịch D. Để kết tủa hoàn toàn các ion trong D cần 300 ml dung dịch NaOH 2M. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là :

A. 0,1 lít.

B. 0,12 lít.

C. 0,15 lít.

D. 0,2 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có sơ đồ phản ứng như sau:

{MgFe10g+HCl{FeCl2MgCl2HCl+NaOH0,6mol{Fe(OH)2Mg(OH)2+NaCl

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Natri

n NaCl = nNaOH = 0,6 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Clo

=> n HCl = n NaCl = 0,6 (mol)

V HCl = 0,6 : 4 = 0,15 lít

Đáp án C.

Ví dụ 2: Để hoà tan hoàn toàn 23,2 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 0,5M. Giá trị của V là :

A. 1,8.

B. 0,8.

C. 2,3.                               

D. 1,6.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Vì số mol của FeO và Fe2O3 trong hỗn hợp bằng nhau nên ta quy đổi hỗn hợp FeO, Fe3O4 và Fe2O3 thành Fe3O4.

Ta có  =  23,3233 =   0,1 mol.

n HCl = 2 . n O (trong oxit) = 2 . 0,1 .4 = 0,8 (mol)

=> V HCl = 0,8 : 0,5 = 1,6 lít

Đáp án D

Dạng 2

Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Đối với phản ứng với HNO3, H2SO4 đặc, ta thường dùng định luật bảo toàn electron để giải quyết bài toán.

- Nếu sau phản ứng Fe còn , muối tạo thành sau phản ứng là muối sắt (II)

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

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2)

- Fe, Al, Cr bị thụ động trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội

 

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1 : Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO3 lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO2 và NO có VX = 8,96 lít (đktc) và tỉ khối đối với O2 bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của  NO, NO2 và khối lượng m của Fe đã dùng là :

A. 25% và 75% ; 1,12 gam.

B. 25% và 75% ; 11,2 gam.

C. 35% và 65% ; 11,2 gam.

D. 45% và 55% ; 1,12 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi số mol của NO2, NO lần lượt là x, y.

n Hỗn hợp khí = 8,96 : 22,4 = 0,4 (mol)

=> x + y = 0,4 (I)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là:

1,3125 . 32 = 42 (gam/mol)

=> Khối lượng của hỗn hợp khí trên là: 42 . 0,4 = 16,8 (gam)

=> 46x + 30y = 16,8 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,3 ; y = 0,1

=> % NO2 = 0,3 : (0,3 + 0,1) . 100% = 75%

% NO = 25%

Áp dụng đinh luật bảo toàn electron ta có:

3 . n Fe = 1 . n NO2 + 3 . n NO

=> 3 . n Fe = 0,3 + 3 . 0,1 = 0,6

=> n Fe = 0,6 : 3 = 0,2 mol

=> m Fe = 0,2 .56 = 11,2 gam

Đáp án B

Ví dụ 2: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 63%. Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khí NO2 duy nhất (đktc). Nồng độ % các chất có trong dung dịch A là :

A. 36,66% và 28,48%.

B. 27,19% và 21,12%.

C. 27,19% và 72,81%.

D. 78,88% và 21,12%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Nito

=> n HNO3 = n NO3 + n NO2

Do n NO3 = n e trao đổi = n NO2

=> n HNO3 = 1 mol

m HNO3 = 1  . 63 = 63 gam

=> m dd HNO3 = 63 : C% = 63 : 63 . 100 = 100 (gam)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m dung dịch muối = m hỗn hợp kim loại + m dd HNO3 – m NO2

= 12 + 100 – 0,5 .46 = 89 (gam)

Gọi số mol của Fe, Cu lần lượt là x, y mol

Ta có hệ phương trình như sau:

56x + 64y = 12

3x + 2y = 0,5

=> x = 0,1 ; y = 0,1

m Fe(NO3)3 = 0,1 . (56 + 62.3) = 24,2 (gam)

m Cu(NO3)2 = 0,1 . (64 + 62.2) = 18,8 (gam)

% m Fe(NO3)3 = 24,2 : 89 . 100% = 27,19%

% m Cu(NO3)2 = 18,8 : 89 . 100% = 21,1%

Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 63 gam HNO3, thu được 1,568 lít NO(đktc). Dung dịch thu được cho tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu được 9,76 gam chất rắn X. Nồng độ % của dung dịch HNO3 có giá trị là :

A. 47,2%.

B. 46,2%.

C. 46,6%.

D. 44,2%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Chất rắn X là Fe2O3

=> n Fe2O3 = 9,76 : 160 = 0,061 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> n Fe(OH)3 = 2 . n Fe2O3 = 0,061 . 2 = 0,122 mol

Gọi số mol của Fe3O4, FeS2 lần lượt là x, y (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> 3 . n Fe3O4 + n FeS= n Fe(OH)3

=> 3x + y = 0,122 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn electron

=> n Fe3O4 + 15 . n FeS2 = n NO2

=> x + 15y = 0,07 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,04; y = 0,002

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na

=> n NaOH = n NaNO3 + 2 . n Na2SO4 (1)

n Na2SO4 = 2 . nFeS2 = 0,002 . 2 = 0,004 mol (2)

=> n NaNO3 = 0,04 – 0,004 . 2 = 0,392 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là:

n HNO= n NaNO3 + n NO2 = 0,392 + 0,07 = 0,462 (mol)

=> C% HNO3 = (0,462 . 63) : 63 . 100% = 46,2%

Đáp án B

Dạng 3:

Kim loại Fe tác dụng với dung dịch muối

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Sắt tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn để tạo dung dịch muối mới và kim loại mới.

- Để làm loại bài tập này, chúng ta thường áp dụng đinh luật bảo toàn electron để giải quyết bài toán.

 

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,15 mol AgNO3 và 0,2 mol Cu(NO3)2. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 12,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt

Hướng dẫn giải chi tiết:

nAg+ = 0,1 mol;  nCu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag+ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag+ → Fe2+ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1    

=> mtăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8

=> Ag+ phản ứng hết;  Cu2+ phản ứng 1 phần

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

=> mtăng = 64x – 56x = 8x

+) tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

mtăng = 12 + 8x = 12,8  => x = 0,1 mol

=> mkim loại bám vào = mAg+ mCu = 22,6 gam

Ví dụ 2: Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO3 2M và Cu(NO3)2 1M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải chi tiết:

nFe = 0,15 mol;  nAgNO3 = 0,2mol;  nCu(NO3)2 = 0,1 mol

Nhận xét: 2nFe > nAg

=> không xảy ra phản ứng Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+

 => Fe tạo muối Fe2+

ne Fe cho tối đa = 0,15.2 = 0,3 mol

ne Ag+ nhận tối đa = 0,2 mol

ne Cu2+ nhận tối đa = 0,1.2 = 0,2 mol

Ta thấy : 0,2 < ne Fe cho tối đa< 0,2 + 0,2

=> Ag+ phản ứng hết, Cu2+ phản ứng 1 phần

=> ne Cu2+ nhận tạo Cu = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol  => nCu = 0,05 mol

=> m = mAg + mCu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam.




Đánh giá

0

0 đánh giá