Các bài toán liên quan đến phản ứng của sắt và các oxit sắt với axit nitric (HNO3) luôn là một thách thức đối với học sinh. Để giải quyết nhanh chóng và chính xác các bài toán này, đặc biệt là các bài toán trắc nghiệm, việc nắm vững các công thức Tính Khối Lượng Muối Thu được là vô cùng quan trọng. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn các công thức đó một cách chi tiết, dễ hiểu cùng với các ví dụ minh họa có lời giải.
1. Các Công Thức Tính Nhanh Khối Lượng Muối
Khi cho hỗn hợp sắt và các oxit sắt (Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4) tác dụng với dung dịch HNO3, phản ứng sẽ tạo ra muối sắt(III) Fe(NO3)3 và các sản phẩm khử khác nhau của nitơ tùy thuộc vào điều kiện phản ứng (nồng độ HNO3, nhiệt độ…). Dưới đây là các công thức tính khối lượng muối tương ứng với từng trường hợp:
a) Phản ứng với HNO3 loãng, dư, tạo khí NO:
Khi phản ứng xảy ra và giải phóng khí NO (Nitơ monoxit), công thức tính khối lượng muối thu được như sau:
mFe(NO3)3: Khối lượng muối sắt(III) nitrat thu được (gam).mhh: Khối lượng của hỗn hợp Fe và các oxit sắt (gam).nNO: Số mol khí NO thu được (mol).
Công thức này dựa trên định luật bảo toàn electron và sự chuyển đổi sắt về trạng thái oxi hóa +3.
b) Phản ứng với HNO3 đặc, nóng, dư, tạo khí NO2:
Nếu phản ứng xảy ra trong điều kiện HNO3 đặc, nóng và dư, sản phẩm khử chính sẽ là khí NO2 (Nitơ đioxit). Công thức tính khối lượng muối thu được trong trường hợp này là:
mFe(NO3)3: Khối lượng muối sắt(III) nitrat thu được (gam).mhh: Khối lượng của hỗn hợp Fe và các oxit sắt (gam).nNO2: Số mol khí NO2 thu được (mol).
c) Phản ứng với HNO3 tạo cả NO và NO2:
Trong một số trường hợp, phản ứng có thể tạo ra cả hai khí NO và NO2. Khi đó, công thức tính khối lượng muối sẽ là:
mFe(NO3)3: Khối lượng muối sắt(III) nitrat thu được (gam).mhh: Khối lượng của hỗn hợp Fe và các oxit sắt (gam).nNO: Số mol khí NO thu được (mol).nNO2: Số mol khí NO2 thu được (mol).
2. Ví Dụ Minh Họa
Để hiểu rõ hơn về cách áp dụng các công thức trên, chúng ta cùng xét ví dụ sau:
Ví dụ: Cho 11,36 gam hỗn hợp X 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 Y. Cô cạn dung dịch Y thu được m gam muối khan. Tính m?
Giải:
- Số mol khí NO thu được:
nNO = 1,344 / 22,4 = 0,06 mol
Áp dụng công thức tính khối lượng muối khi phản ứng tạo khí NO:
Thay số vào, ta có:
Vậy khối lượng muối khan thu được là 36,3 gam.
3. Lưu Ý Quan Trọng
- Tính oxi hóa mạnh của HNO3: Axit HNO3 có tính oxi hóa rất mạnh, do đó khi phản ứng với Fe và các oxit sắt, nó luôn chuyển sắt về trạng thái oxi hóa cao nhất là Fe3+ (trừ khi có kim loại khác có tính khử mạnh hơn).
- Kim loại dư: Nếu sau phản ứng vẫn còn kim loại Fe dư, Fe sẽ khử Fe3+ về Fe2+ theo phản ứng: Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+. Khi đó, sản phẩm sẽ có cả muối Fe2+ và Fe3+.
- Thụ động hóa: Sắt bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội. Điều này có nghĩa là phản ứng sẽ không xảy ra hoặc xảy ra rất chậm.
4. Mở Rộng Kiến Thức
Để giải quyết các bài toán phức tạp hơn, bạn cần nắm vững thêm các công thức sau:
- Tính khối lượng Fe ban đầu khi biết lượng oxi hóa và HNO3: Nếu bạn biết lượng Fe bị oxi hóa bởi oxi tạo thành hỗn hợp X, sau đó hòa tan X bằng HNO3, bạn có thể tính khối lượng Fe ban đầu bằng các công thức tương tự, tùy thuộc vào sản phẩm khử của HNO3 (NO hoặc NO2).
5. Bài Tập Luyện Tập
Để củng cố kiến thức, bạn hãy thử sức với các bài tập sau:
Câu 1: Cho 22,72 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thu được V lít khí NO duy nhất (ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được 77,44 gam muối khan. Giá trị của V là?
Câu 2: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 0,56 lít (ở đktc) NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là?
Lời giải gợi ý:
Các bài tập này có thể giải bằng cách áp dụng trực tiếp các công thức đã được trình bày ở trên. Hãy thử giải và so sánh kết quả của bạn với đáp án.
Kết luận:
Việc nắm vững các công thức tính khối lượng muối thu được khi cho Fe và các oxit sắt tác dụng với HNO3 là rất quan trọng để giải nhanh và chính xác các bài toán hóa học. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích. Chúc bạn học tốt!
