Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư)

07/09/202407/09/2024

07/09/2024

Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra V lít khí NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra? Là bài tập cơ bản điển hình cho chuyên đề axit nitric. Giúp các bạn nắm được kiến thức đã học vận dụng làm bài tập, tiền đề cho các bài hóa nâng cao Hóa học lớp 11.

Mục lục bài viết

1 1. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư):
2 2. Axit nitric đặc tác dụng với kim loại:
3 3. Axit nitric đặc tác dụng với phi kim:
4 4. Bài tập minh hoạ:

1. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư):

Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ (dư). Sau phản ứng sinh ra V lít khí NO₂ (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra?

A. 6,72 lít B. 13,44 lít C. 3,36 lít D. 10,08 lít

Đáp án đúng là đáp án A

Hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

Fe+ 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

n_Fe= 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ n_NO2 = 3n_Fe=0,1 x 0,3= 0,3 mol

→ V = 0,3 x 22,4 = 6,72 lít

2. Axit nitric đặc tác dụng với kim loại:

Axit nitric đặc (HNO3) là một chất hóa học quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, và nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong việc tác động lên kim loại. Axit nitric đặc thường được sử dụng để tạo ra các hợp chất nitrat và trong quá trình làm sạch, tẩy rửa kim loại. Dưới đây là một số tác dụng quan trọng của axit nitric đặc khi tác động với kim loại:

– Tạo hợp chất Nitrat:

Axit nitric đặc tác động mạnh với kim loại, tạo thành các hợp chất nitrat. Ví dụ, khi tác động lên đồng, nó tạo ra nitrat đồng (II) và nitrat đồng (III). Các hợp chất nitrat này có thể được sử dụng trong sản xuất phân bón, thuốc nổ, và các sản phẩm hóa học khác.

$2HNO_{3} + Cu \to Cu(NO_{3})_{2} + NO_{2} + H_{2} O$

– Tạo Oxide kim loại:

Axit nitric còn có khả năng oxi hóa kim loại, tạo ra các oxide kim loại. Ví dụ, khi tác động lên sắt, nó tạo ra oxide sắt (III) và nitric oxide.

$6HNO_{3} + 2Fe \to 2Fe(NO_{3})_{3} + 3H_{2} O + 4NO$

– Tạo lớp bảo vệ:

Axit nitric đặc có thể được sử dụng để tạo lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại. Lớp bảo vệ này giúp ngăn chặn quá trình ăn mòn và làm tăng tính bền của kim loại trong môi trường ăn mòn.

– Kiểm tra độ tinh khiết:

Trong phân tích hóa học, axit nitric đặc cũng được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết của kim loại. Kim loại có độ tinh khiết cao sẽ không bị ăn mòn nhanh chóng khi tác động axit nitric.

Ví dụ:

8Fe + 30HNO₃ → 8Fe(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O (1)

Fe + 6HNO_{3đặc nóng} → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O (2)

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

Khi giải bài tập về phần axit nitric đặc nóng thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố.

Chú ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội.

3. Axit nitric đặc tác dụng với phi kim:

Axit Nitric Đặc (HNO3) là một chất hóa học quan trọng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa học và công nghiệp. Mặc dù nó có thể tác động với nhiều loại vật liệu, chúng ta sẽ tập trung vào cách axit nitric đặc tác động với phi kim, nhóm vật liệu không chứa kim loại.

– Tạo hợp chất Nitrat:

Axit nitric đặc có khả năng tác động với phi kim, tạo ra các hợp chất nitrat. Ví dụ, khi nó tác động lên amoniac (NH3), nó tạo thành nitrat amoni (NH4NO3). Hợp chất này thường được sử dụng trong sản xuất phân bón và là một nguồn năng lượng trong các chất nổ.

$HNO_{3} + NH_{3} \to NH_{4} NO_{3}$

– Các hợp chất hữu cơ:

Axit nitric đặc thường được sử dụng trong các phản ứng nitration của các hợp chất hữu cơ. Điều này thường xảy ra khi axit nitric tác động với các hidrocarbon không no, tạo ra các hợp chất nitro. Các hợp chất này có ứng dụng rộng trong sản xuất chất nổ, dược phẩm và một số hợp chất hữu ích khác.

$HNO_{3} + C_{6} H_{6} \to C_{6} H_{5} NO_{2} + H_{2} O$

– Tạo hợp chất Nitroso và Nitrosoamino:

Axit nitric cũng có khả năng tạo ra các hợp chất nitroso và nitrosoamino khi tác động với phi kim. Các hợp chất này có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu hóa học và y học, chẳng hạn như trong quá trình tổng hợp các hợp chất chống ung thư.

$HNO_{3} + NH_{2} OH \to H_{2} O + H_{2} NO_{2}$

– Quá trình Nitrosation:

Axit nitric có thể tham gia vào quá trình nitrosation, biến đổi các hợp chất hữu cơ thành nitrosoamino và các dẫn xuất khác. Quá trình này có ý nghĩa đặc biệt trong nghiên cứu về sinh hóa và y học.

– Phản ứng với Cyanide:

Axit nitric còn có khả năng phản ứng với cyanide, tạo ra các dẫn xuất nitroso cyanide. Quá trình này có thể có ứng dụng trong xử lý nước và loại bỏ cyanide từ các quá trình công nghiệp.

Axit nitric đặc là một chất hóa học mạnh mẽ, và việc tác động của nó với phi kim mang lại nhiều ứng dụng quan trọng. Tuy nhiên, cần phải lưu ý đến tính chất ăn mòn và độ nguy hiểm của axit nitric, đặc biệt là khi sử dụng trong các quy trình công nghiệp và nghiên cứu. Sự hiểu biết kỹ thuật và an toàn về axit nitric là quan trọng để đảm bảo sự thành công và an toàn trong các ứng dụng của nó.

4. Bài tập minh hoạ:

Ví dụ 1: Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ (dư). Sau phản ứng sinh ra V lít khí NO₂ (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra?

A. 6,72 lít B. 13,44 lít C. 3,36 lít D. 10,08 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

Fe+ 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

n_Fe= 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ n_NO2 = 3n_Fe=0,1 x 0,3= 0,3 mol

→ V = 0,3 x 22,4 = 6,72 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (2)

Ví dụ 2. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ loãng (dư). Sau phản ứng sinh ra V lít khí N₂O (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra?

A. 2,24 lít B. 1,68 lít C. 3,36 lít D. 0,84 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

8Fe + 30HNO₃ → 8Fe(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O

n_Fe = 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ nN₂O = 3/8n_Fe= 0,1 x 3/8 = 0,0375 mol

→ V = 0,0375 x 22,4 = 0,84 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (1)

Ví dụ 3. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO₃ (dư). Sau phản ứng sản phẩm sinh ra NO sản phẩm khử duy nhất. Tính khối lương muối thu được?

A. 2,24 lít B. 3,36 lít C. 4,48 lít D. 6,78 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

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

n_Fe = 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ n_NO = n_Fe= 0,1 x 1 = 0,1 mol

→ V = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (3)

Ví dụ 4. Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO₃ được dung dịch Y và 2,24 lit khí NO (đktc). Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH 2M được kết tủa R. Sau khi nung R đến khối lượng không đổi thu được 20 g chất rắn.

a. Tính khối lượng Cu ban đầu.

b. Tính khối lượng các chất trong Y và nồng độ % của dung dịch HNO₃ đã dùng

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

n_NO = 2,24/22,4 = 0,1 mol; n_NaOH = 0,3.0,2 = 0,06 mol
a. Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được kết tủa R chỉ chứa Cu(OH)₂.

Chất rắn thu được khi nung là CuO => n_CuO = 20/80 = 0,25 mol

=> n_{Cu(OH )2} = n_CuO = 0,25 mol.

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

n_{Cu (ban đầu)} = n_{Cu (trong CuO)} = 0,25 mol => m_Cu = 0,25.64 = 16 g

b. Trong X, n_Cu²⁺ = n_Cu(OH)2 = 0,25 mol => m_Cu(NO3)2 = 188.0,25 = 47 g
Cu → Cu²⁺ + 2e

0,25 mol 0,5 mol

Mà: N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,3 mol 0,1 mol

Vậy chứng tỏ phản ứng của Cu và HNO₃ phải tạo ra NH₄NO₃.

n_{e (Cu nhường)} = Σn_{e nhận} = 0,5 mol => n_{e nhận} N⁺⁵ →N^-3= 0,5 – 0,3 = 0,2 mol
N⁺⁵ + 8e → N^-3

0,2 mol 0,025 mol

n_NH4NO3 = 0,025 mol => m_NH4NO3 = 80.0,025 = 2 g

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

n _{HNO3 pư} = n_{N (trong Cu(NO3)2 )} + n_{N (trong NO)} + n_{N (trong NH4NO3)}

= 2n_Cu(NO3)2 + n_NO + 2n_NH4NO3 = 0,65 mol

Nếu sử dụng công thức tính nhanh ở trên ta có:

n_{HNO3 pư} = 4.n_NO + 10.n_NH4NO3 = 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol

m_HNO3 = 63.0,65 = 40,95 g => C% = 40,95/800.100% = 5,12%

Ví dụ 5. Cho m gam Mg, Zn, Al, Cu tác dụng hết với HNO₃ thu được 16,8 lít hỗn hợp khí Z: NO, NO₂ ,N₂, N₂O (không tạo muối amoni). Số mol NO và N₂O bằng nhau. Tỉ khối của Z so với H₂ là 18,5. Số mol HNO₃ phản ứng

Đáp án hướng dẫn giải

NO và N₂O có số mol bằng nhau => quy đổi 2 khí này thành: NO₂, N₂

Hỗn hợp khí Z coi như gồm N₂ (x mol), NO₂ (y mol)

M_Z = 18,5.2= 37

n_Z = V/22,4 = 0,75 mol

Bài tập kim loại tác dụng HNO3

n_N2/n_NO2= 9/9 = 1/1

=> n_N2 = n_NO2 = 0,75/2 = 0,375 mol

Gọi công thức chung của hỗn hợp kim loại là M, hóa trị n

M⁰ → +ne

a na

2N⁺⁵ + 10e → N₂⁰

0,75 ← 3,75 ← 0,375

N⁺⁵ +1e → N⁺⁴

0,375 ← 0,375 ← 0,375

Bảo toàn e: na = 3,75 + 0,375= 4,125 => na = 4,125

n_HNO3 = n. n_Fe(NO3)n + n_NO2 + 2n_N2 = 4,125 + 0,375 +2.0,375 = 5,25 mol

Ví dụ 6. Thể tích dung dịch HNO3 1M loãng ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn 9 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là (biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)

A.1,0 lít B. 0,6 lít C.0,8 lít D.0,4 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi n_Fe = n_Cu = a mol. Theo đầu bài ta có

=> 56a + 64a = 9

=> a = 0,075 mol

Do thể tích dung dịch HNO₃ cần dùng ít nhất, nên sắt sẽ bị hòa tan hết bởi HNO₃ vừa đủ tạo muối Fe³⁺, Cu tác dụng vừa đủ với Fe³⁺ tạo muối Cu²⁺ và Fe²⁺ => sau phản ứng chỉ thu được hai muối Cu(NO₃)₂ và Fe(NO₃)₂

Fe → Fe²⁺ + 2e

0,075 → 0,15

Cu → Cu²⁺ + 2e

0,075 → 0,15

=> ∑n_{e cho} = 2.(0,075 + 0,075) = 0,3 mol

=> n_{e nhận} = 3.n_NO= 0,3 => n_NO = 0,1 mol

Ta có:n_NO− 3n_NO3− = n_{e cho} = 0,3 mol

Bảo toàn nguyên tố N:

n_HNO3 = n_NO3− + n_NO= 0,3 + 0,1 = 0,4 mol

=> V_HNO3 = 0,4/1 = 0,4 lít

Ví dụ 7. Hoà tan hết hỗn hợp A gồm Zn và ZnO trong dung dịch HNO₃ loãng dư thấy không có khí bay ra và trong dung dịch chứa 56,7gam Zn(NO₃)₂ và 4 gam NH₄NO₃. Phần trăm khối lượng Zn trong A là

A. 33,33% B. 66,67% C. 61,61% D. 50,00%

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Theo đề bài ta có:

n_Zn(NO3)2 = 0,3 mol;

n_NH4NO3= 0,05 mol

ZnO tác dụng với HNO₃ không sinh ra sản phẩm khử vì đã đạt số oxi hóa tối đa

Bảo toàn e: 2.n_Zn = 8.n_NH4NO3 => n_Zn = 4.0,05 = 0,2 mol

Bảo toàn nguyên tố Zn: n_Zn(NO3)2 = n_Zn + n_ZnO => n_ZnO = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

%m_Zn = (0,2.65)/(0,2.65 + 0,1.81).100% = 61,61%

Ví dụ 8: 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

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Xem hỗn hợp Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ chỉ gồm 2 nguyên tố Fe và O

Ta có sơ đồ: Fe: x mol; Fe(NO₃)₃: x mol; O : y mol

Ta có 56x + 16y = 11,36 (1)

Quá trình nhường electron:

Fe⁰ – 3e → Fe⁺³

x 3x

Quá trình nhận electron:

O⁺⁰+ 2e → O^-2

y 2y

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,18 0,06

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)

Từ (1) và (2) → x = 0,16 mol và y = 0,15 mol

⇒ m_Fe(NO3)3 = 0,16. 242 = 38,72 (g)

Ví dụ 9. Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄phản 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. Tính m ?

A. 42,18g

B. 38,72g

C. 36,27g

D. 41,24g

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Số mol NO = 0,06 mol.

Quy hỗn hỗn hợp X về 2 nguyên tố Fe và O

Gọi số mol Fe và O tương ứng trong X là x và y ta có:

56x + 16y = 11,36 (1).

Quá trình nhường: Fe⁰ → Fe⁺³+ 3e

Quá trình nhận e: O⁰ + 2e → O^-2

N⁺⁵+ 3e → N⁺²

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,18 (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,16 và y = 0,15

=> m = 38,72 gam.

Ví dụ 10. Hoà tan hết m gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe₂O₃, Fe₃O₄ trong dung dịch HNO₃ đặc nóng thu được 4,48 lít khí màu nâu duy nhất (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 145,2 gam muối khan, giá trị m là:

A. 78,4

B. 139,2

C. 46,4

D. 46,256

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Cách 1: Quy hỗn hợp X về hỗn hợp 2 chất FeO và Fe₂O₃ ta có:

Bảo toàn e: n_FeO = n_NO2 = 0,2 mol

Bảo toàn Fe: n_FeO+ 2.n_Fe2O3 = n_Fe(NO3)3 = 0,6 mol

=> n_Fe2O3 = 0,2 mol

=> m_X = 0,2.72 + 0,2.160 = 46,4 gam

Cách 2:

Quy hỗn hợp X về 2 chất Fe và Fe₂O₃:

Hoà tan hỗn hợp X vào dung dịch HNO₃ đặc nóng dư.

Bảo toàn e: 3.n_Fe = n_NO2 => n_Fe = 0,2 / 3

n_muoikhan=n_Fe(NO3)3=145,2/242 = 0,6mol

Bảo toàn Fe : n_Fe+ 2.n_Fe2O3 = n_Fe(NO3)3 => 0,2 / 3 + 2.n_Fe2O3 = 0,6

=> n_Fe2O3 = 0,8/3

=> m_h2X=m_Fe+ n_Fe2O3= 0,23.56 + 0,83.160 = 46,4 gam

Trên đây là bài viết của Luật Dương Gia về Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư) thuộc chủ đề Sắt (Fe), thư mục Hóa học. Mọi thắc mắc pháp lý, vui lòng liên hệ Tổng đài Luật sư 1900.6568 hoặc Hotline dịch vụ 037.6999996 để được tư vấn và hỗ trợ.