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

I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

1. Sắt

• Sắt nằm ở ô số 26, nhóm VIIIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn.

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s², viết gọn là [Ar]3d⁶4s².

• Nguyên tử sắt dễ dàng nhường đi 2 hoặc 3 electron để trở thành ion Fe2+ hoặc Fe3+.

• Sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất trong tự nhiên (quặng sắt): quặng manhetit (Fe₃O₄), quặng hematit đỏ (Fe₂O₃), quặng hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O), quặng xiderit (FeCO₃), quặng pirit (FeS₂).

2. Hợp chất của sắt

• Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (II) là tính khử:

Fe²⁺   →   Fe³⁺  +  1e

• Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hóa:

Fe³⁺  +  1e  →   Fe²⁺ 

Fe³⁺  +  3e  →   Fe

3. Hợp kim của sắt

II. BÀI TẬP

Bài 1. Cho 4,9 gam hỗn hợp Fe và Cu (trong đó Cu chiếm 60% khối lượng) vào một lượng dung dịch HNO₃ khuấy đều đến phản ứng hoàn toàn thấy còn lại 2,3 gam chất rắn không tan. Tính khối lượng muối tạo thành.

Lời giải

Ta có mCu = 2,94 gam, mFe = 1,96 gam, nFe = 0,035 mol; nCu = 0,046 mol.

→ Sau phản ứng còn 2,3 gam < 2,94 gam → chất rắn không tan là Cu, dung dịch sau phản ứng chứa Cu(NO₃)₂ và Fe(NO₃)₂.

Có nFe(NO₃)₂ = nFe = 0,035 mol;

nCu(NO₃)₂ = nCu pư =  \(\dfrac{2,94-2,3}{64}=0,1\) mol 

→ m_muối = mFe(NO₃)₂ + mCu(NO₃)₂ = 0,035.180 + 0,01. 188 = 8,18 gam.

Bài 2. Nung nóng 18,56 gam hỗn hợp X gồm FeCO₃ và Fe_xO_y trong không khí tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được CO₂ và 16 gam một oxit sắt duy nhất. Cho toàn bộ lượng CO₂ sinh ra hấp thụ hết vào 400 ml dung dịch Ba(OH)₂ 0,15M thu được 7,88 gam kết tủa. Để hòa tan hết 18,56 gam X cần ít nhất V ml dung dịch HCl 2M. Tính giá trị của V.

Lời giải

Cho CO₂ vào dung dịch Ba(OH)₂ tìm được 2 giá trị của số mol CO₂ là 0,04 và 0,08.

Nếu nCO₂ = 0,04 => mFe₂O₃  +  mCO₂ = 16 + 1,76 = 17,76 < 18,56 (loại).

=> nCO₂ = 0,08 => mFeCO₃ = 0,08.116 = 9,28 gam.

<=> mFe_xO_y = 9,28 gam (a mol).

Theo ĐLBT nguyên tố với Fe:

0,08  +  ax  = 0,1.2 => \(\left\{{}\begin{matrix}ax=0,12\\56ax+16ay=9,28\end{matrix}\right.\) => \(\left\{{}\begin{matrix}x=3;y=4\\a=0,04\end{matrix}\right.\)

FeCO₃   +   2HCl   →   FeCl₂   +   CO₂   +  H₂O

0,08              0,16

Fe₃O₄    +   8HCl   →   FeCl₂   +   2FeCl₃   +  4H₂O

0,04             0,32

=> nHCl  = 0,48 mol <=> V = 0,48 : 2 = 0,24 lít.

Bài 3. Biết 2,3 gam hỗn hợp gồm MgO, CuO, FeO tác dụng vừa đủ với 100ml dung dịch H₂SO₄ 0,2M. Khối lượng muối thu được là bao nhiêu?

Lời giải

nH₂SO₄ = 0,1. 0,2 = 0,02 mol

RO + H₂SO₄ → RSO₄ + H₂O

1 mol oxit (RO) → 1 mol muối sunfat (RSO₄) ⇒ khối lượng tăng là: 96 – 16 = 80g

Khối lượng muối thu được là: 2,3 + 80. 0,02 = 3,9 g

nH₂SO₄ = 0,2.0,1 = 0,02 mol

2,3g Oxit  + 0,2 mol H₂SO₄ → muối sunfat + H₂O

Ta thấy: nH₂SO₄ = nH₂O = 0,2 mol

Áp dụng ĐLBT khối lượng:  m_oxit + mH₂SO₄ = m_muối + mH₂O

↔ 2,3 + 96.0,2 = m_muối + 18.0,2

↔ m_muối = 3,9 gam.

Bài 4. Cho một ít bột sắt nguyên chất tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ loãng thu được 560 ml một chất khí ở đktc. Nếu cho một lượng gấp đôi bột sắt nói trên tác dụng hết với dung dịch CuSO₄ thì thu được một chất rắn. Tính khối lượng bột sắt đã dùng trong hai trường hợp nói trên và khối lượng chất rắn thu được.

Lời giải

Số mol H₂ = \(\dfrac{0,56}{22,4}\) = 0,025 mol

Fe   +   H₂SO₄   →   FeSO₄   +   H₂

Theo pt nFe = nH₂ = 0,025(mol)

→ Khối lượng sắt dùng ở trường hợp 1 là: mFe = 0,025 x 56 = 1,4 gam.

TH₂: Lượng Fe gấp đôi khi đó số mol Fe là: 0,025. 2 = 0,05 (mol)

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

nFe = 0,05 mol.

Khối lượng Fe đã dùng ở trường hợp 2 là: mFe = 0,05 x 56 = 2,8 gam.

Khối lượng chất rắn m = mCu = 0,05 x 64 = 3,2 gam.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!