Chuyên đề Kim loại hay ion Fe²⁺ tác dụng với dung dịch chứa đồng thời H⁺ và NO³⁻

CHUYÊN ĐỀ
DẠNG TOÁN: KIM LOẠI HAY ION Fe2+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA ĐỒNG THỜI H+ VÀ NO3-.
Để giải quyết dạng toán này trước hết cần phải lập được sơ đồ bài toán. Căn cứ vào sơ đồ đã lập, sử dụng các định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron để lập các phương trình đại số. 
Lưu ý: Khi cho kim loại hoặc ion Fe2+ tác dụng với dung dịch có ion H+ và ion NO3- thì thường có sản phẩm muối amoni (NH4+) sinh ra, trong đó cần chú ý do hỗn hợp (H+ và NO3-) có tính oxi hóa mạnh hơn so với ion H+ nên khi thu được hỗn hợp khí có mặt H2 thì ion NO3- phải hết, tức không thu được muối NH4NO3 mà thu được muối NH4+ của axit đã dùng trong thí nghiệm.
	+ Theo thứ tự dãy điện hóa: ...........
Thì khi thu được khí H2, toàn bộ Fe3+ phải bị khử hết thành Fe2+. Vậy khi thu được hỗn hợp khí có mặt H2 thì hỗn hợp muối thu được không có muối Fe3+.
II. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA
Câu 1. Cho 3,48 gam bột Mg tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HCl (dư) và KNO3, thu được dung dịch X chứa m gam muối và 0,56 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N2 và H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 11,4. Giá trị của là
H2 (x mol)
N2 (y mol)
	Giải.
H+ (dư)
Cl-
K+
NO3- (bmol)
Sơ đồ
 0,025 (mol) hh Y dY/H2 = 11,4.
Mg + dd 
dd X (mg) 
Cl-
K+
Mg2+
NH4+
0,145 (mol)
 	 Hỏi giá trị: m = ?	
Dựa vào hỗn hợp khí Y:	x + y = 0,25 (1)
	 (2) 	Þ x= 0,005 ; y = 0,02.
Ta nhận thấy : Mg Mg2+ ; 	2N+5 (NO3-) 	N2 (y = 0,02)	
	(0,145)	N+5 (NO3-) 	NH4+	(z mol)	2H+ H2 (x=0,005)
Áp dụng định luật bảo toàn electron:
	0,145.2 = 10.0,02 + 8.z + 0,005.2 Þ z = 0,01
Vậy dd X (mg) 
Cl- (t mol)
K+ (0,05)
Mg2+ (0,145)
NH4+ (0,01)
Bảo toàn mol nguyên tử N để tìm số mol của gốc NO3- ban đầu
	= 0,05 (mol)
Mà: 	. 	 
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:
	t = 0,145.2 + 0,01 + 0,05 = 0,35 (mol)
Dễ dàng tìm được tổng khối lượng muối trong dung dịch X????
 NO2 (a)
0,45 (mol) hh Z 
(a + b = 0,45) O2 (b)
Câu 2. Nhiệt phân hỗn hợp X gồm Mg và 0,35 mol Cu(NO3)2 trong bình kín không chứa khí, sau một thời gian thu được rắn Y và 10,08 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO2 và O2. Y tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 2,8 mol HCl thu được dung dịch A chỉ chứa m gam các muối clorua và 8,96 lít (đktc) hỗn hợp B gồm NO và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 8. Giá trị của m là?
Sơ đồ
MgCl2 ( c mol) 
CuCl2: 0,35 (mol)
NH4Cl (d mol)
H2O (e mol)
ddA
 Mg
 Cu(NO3)2 (0,35 mol)
Hh X
Giải
Bảo toàn mol O cho H2O ta có:
e + x + 2a +2b = 0,35.6 Þ e = 1 (mol) 
Bảo toàn H cho NH4Cl ta có:
4.d + 2.e + 2y = 2,8 Þ d = 0,1 (mol)
Bảo toàn mol Cl cho MgCl2 ta có :
	2c+ 2.0,35 + d = 2,8 Þ c = 1 (mol)
F Vậy dễ dàng tìm được giá trị m trong dd A???
x + y = 0,4 
dB = Þ x = y = 0,2
NO (x)
H2 (y)
hh B: 0,4 (mol)
rắn Y 
	(mgam)	
Câu 3.	Cho một lượng dư Mg vào 100ml dung dịch gồm H2SO4 2M; NaNO3 0,1M và KNO3 0,5M. Sau khi các phản ứng kết thúc thu được Mg dư, dung dịch Y chứa m gam muối và hỗn hợp khí Z gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí. Tỉ khối hơi của Z so với H2 là 8. Giá trị của m là
	Giải
NO (a)
H2 (b) 
d = 
hh Z
	Theo đề bài hỗn hợp khí Z gồm NO và H2. Do có khí H2 nên ion NO3- phải hết và dung dịch Y gồm các muối sunfat.
H2SO4 (0,2 mol)
NaNO3 (0,01 mol)
KNO3 (0,05 mol)
Sơ đồ
dd Y
MgSO4 (0,2 - (0,03 + x)) = 0,17 - x (mol)
Na2SO4 (0,005)
K2SO4 (0,025)
(NH4)2SO4 (x)
H2O : = 0,2 - (b+4x) (mol)
Mg (dư) + dd 	
- Áp dụng định luật bảo toàn mol electron.
Mg Mg2+ ; (a)
2H+ H2 (b); 	 (2x)
(0,17 - x).2 = 3.a + 2b + 8.2x (1)
- Bảo toàn mol nguyên tố O ta có:
3.0,01 + 3.0,05 = a + 0,2 - (b + 4x) (2)
	Dễ dàng suy ra: x = ....., 
	 a = b = ......	
Câu 4. Cho 144 gam hỗn hợp X gồm Al, Al2O3; Fe3O4; Fe(NO3)2 (trong đó oxi chiếm 33,33% về khối lượng) tan hoàn toàn trong dung dịch chứa 7,6 mol KHSO4 loãng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối trung hòa và 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO và H2 có tỉ khối hơi so với H2 là 4,5. Phần trăm khối lượng của Al trong X gần giá trị nào sau đây nhất?
	Giải
	Theo đề bài: Z gồm 0,1 mol NO và 0,3 mol H2. Vì thu được hỗn hợp khí có H2 nên NO3- đã phản ứng hết, vậy dung dịch Y chỉ chứa muối sunfat, còn Fe3+ bị khử hết thành Fe2+.
NO (0,1 mol)
H2 (0,3 mol)
Fe3O4 (a)
Fe(NO3)2 (b) 
Al (c)
Al2O3 (d)
Sơ đồ
Al2(SO4)3
FeSO4
(NH4)2SO4 (y)
H2O (x mol)
dd Y
144g X 
%O = 33,33 Þ mO = 48g
Tổng mol O: nO = 3 (mol)
Bảo toàn mol cho O ta có
4a + 6b + 3d = 3 (1) 
Bảo toàn mol cho O ta có:
	3 = 0,1 + x Þ x = 2,9.
Bảo toàn mol cho H ta có
	7,6 = 2.2,9 + 2.0,3 + 8y Þ y = 0,15.
Bảo toàn mol cho N ta có :
	2b = 0,1 +2y Þ b = 0,2
Bảo toàn khối lượng cho X ta có
232a + 180b + 27c + 201d = 144 (2)
Áp dụng định luật bảo toàn e Ta có:
Fe3O4 = Fe2O3. FeO
 (a) (a) (a)	3c = 2a + 0,3 + 0,6 + 16y (3)
Vậy :
 Fe3+ (2a) Fe2+ 	Tổ hợp các phương trình: (1), (2), (3), y = 0,15, b = 0,2	
 Al (c) Al3+
 (0,1)	Tìm được các giá trị: a, b, c, d 
 (2y)	F Dễ dàng tìm kết quả của bài toán.
2H+ H2 (0,3)
Câu 5.	Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Mg; MgO; Fe3O4 và Fe(NO3)2 (trong đó oxi chiếm 34,024% theo khối lượng) trong dung dịch HCl dư, thấy có 4,453 mol HCl phản ứng. Sau khi các phản ứng xảy ra xong, thu được dung dịch Y chỉ chứa HCl dư và 222,8575 gam muối clorua, đồng thời thấy thoát ra 4,48 lít	 (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO và H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 8. Phần trăm khối lượng MgO trong X gần nhất với giá trị nào dưới đây?
	A. 40%.	B. 50%.	C. 60%.	D. 30%.	
Giải
Từ dữ kiện đề về hỗn hợp khí Z, dễ dàng tìm được số mol NO = 0,1; mol H2 = 0,1.
Do có H2 sinh ra nên ion NO3- phản ứng hết và trong dung dịch muối gồm: MgCl2, FeCl2, NH4Cl.
Ta lập sơ đồ phản ứng:
NO (0,1)
H2 (0,1) 
hh Z
H2O (x)
222,8575g muối
MgCl2
FeCl2
NH4Cl (y)
Mg (a)
MgO (b) 
Fe3O4 (c)
Fe(NO3)2 (d)
m gam X
4,453 (mol) HCl
(%O = 34,024%)
Ta có: Tổng số mol O trong X là
	(mol). (1)
Bảo toàn mol oxi cho H2O ta có : (mol) (2)
Bảo toàn khối lượng ta có :
	m + 4,453.36,5 = 222,8575 + (30.0,1 + 2.0,1) + Þ m = 100 (gam). 
	 Thay m vào (2) : x = 2,0265 	 Thay m vào (1): nO = 2,1265 (mol) 	
Bảo toàn H cho NH4Cl ta có : 4,453 = 4y + 2x + 0,2 Þ y = 0,05.
a = 
b = 
c = 
Bảo toàn mol cho N ta có : 	2d = 0,1 + 0,05 Þ d = 0,075.
Bảo toàn khối lượng hỗn hợp X : 100 = 24a + 40b + 232c + 180.0,075 (3)
Bảo toàn số mol O cho X : b + 4c + 6.0,075 = 2,1265 (4)
Bảo toàn electron cho X: 	2a = 2c + 0,3 + 0,2 + 8.0,05 (5)
	F Dễ dàng tìm được kết quả.
Câu 6. Cho 7,65 gam hỗn hợp X gồm Al và Al2O3 (trong đó Al chiếm 60% khối lượng) tan hoàn toàn trong dung dịch Y gồm H2SO4 và NaNO3, thu được dung dịch Z chỉ chứa 3 muối trung hòa và m gam hỗn hợp khí T (trong T có 0,015 mol H2). Cho dung dịch BaCl2 dư vào Z đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 93,2 gam kết tủa. Còn nếu cho Z phản ứng với NaOH thì lượng NaOH phản ứng tối đa là 0,935 mol. Giá trị của m gần nhất giá trị nào sau đây?
	A. 2,5.	B. 1,5.	C. 1,0.	D. 2,0.
Hướng dẫn: 
	Þ
a = 0,17
b = 0,03
	Gọi a, b lần lượt là số mol của Al, Al2O3, ta lập pt theo khối lượng và phương trình %Al =60%.
	27a + 102b = 7,65
 7,65 gam hh X
Al (0,17)
Al2O3 (0,03)
m? g khí T có 0,015 (mol) H2.
 (có sản phẩm khử NxOy sinh ra....)
dd Z
Al2(SO4)3 (0,115)
Na2SO4 (b)
(NH4)2SO4 (c)
H2O (d)
BaSO4 ¯
(0,4 mol)
nNaOH (max) = 0,935
	Do hỗn hợp khí T có khí H2 sinh ra nên ion NO3- phải hết và hỗn hợp muối Z chỉ gồm những muối sunfat (SO42-). 
	Bảo toàn mol cho SO42- ta có:
	 Þ b + c = 0,055 (1)
	Do muối Al3+ và muối NH4+ tác dụng lượng max NaOH nên, ta có:
	 Al3+ + 4OH- ® AlO2- + 2H2O
 0,23 0,92
	 NH4+ + OH- ® NH3 + H2O
 2c 2c 
Tổng mol OH- : 0,92 + 2c = 0,935 Þ c = 0,0075 (mol) thay vào (1)
	 Þ b = 0,0475 (mol)
Bảo toàn mol gốc SO42-, ta dễ dàng tìm được mol của H2SO4
 (mol).
Bảo toàn mol cho Na ta dễ dàng tìm được mol NaNO3.
	 (mol)
Bảo toàn mol cho H ta dễ dàng tìm được mol H2O
	 Þ d = 0,355 
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta dễ dàng tìm được tổng khối lượng khí T
	 Þ dễ dàng tìm được đáp án !
Câu 7. Hòa tan hết 20 gam hỗn hợp X gồm Cu và các oxit sắt (trong hỗn hợp X oxi chiếm 16,8% về khối lượng) cần dùng vừa đủ dung dịch chứa b mol HCl và 0,2 mol HNO3 thu được 1,344 lít NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với một lượng dung dịch AgNO3 (vừa đủ) thu được m gam kết tủa và dung dịch Z. Cho Z tác dụng với một lượng dư dung dịch NaOH, lọc kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thu được 22,4 gam chất rắn. Giá trị của m là
	A. 76,81.	B. 78,97.	C. 87,97.	D. 70,33.
HD: 
	Theo đề: Tổng khối lượng oxi trong hh X là: (gam) 
	Þ Tổng mol oxi trong X:	 (mol)
Ta sử dụng phương pháp qui đổi 20 gam hhX (Cu và các oxit sắt) thành 20gam hh (Cu, Fe, O)
20g hh X 
Cu (x)
Fe (y)
O (0,21)
0,06 (mol) NO
dd Y
Cu2+ (x)
Fe2+ (z)
Fe3+ (t)
Cl- (b)
NO3- (0,14)
H2O 
m gam ¯
AgCl
Ag
dd Z
Cu2+ (x)
Fe3+ (y)
NO3-
(sp khử duy nhất)
dd Z
Cu2+ (x)
Fe3+ (y)
NO3-
Kết tủa
Cu(OH)2 (x)
Fe(OH)3 (y)
22,4 gam
CuO (x)
Fe2O3 (y/2)
Lưu ý: Đề cho biết lượng HNO3 và HCl dùng vừa đủ, sản phẩm khử sau phản ứng không có H2, và dễ thấy gốc NO3- dư (0,14), nên dung dịch Y thu được phải có ion Cu2+, Cl-, NO3-, riêng các oxit sắt phản ứng tạo ra ion Fe3+ và Fe2+ (vì H+ không dư).
Khi cho Y tác dụng với dung dịch AgNO3 (đủ), lưu ý:
	 	Fe2+ + Ag+ ® Fe3+ + Ag¯ (1)
 	z (mol) z (mol) 
	 	Cl- + Ag+ ® AgCl ¯	 (2)
	b (mol) b (mol)
Câu 8. Hỗn hợp X gồm Mg và Fe3O4 (trong đó oxi chiếm 25% khối lượng X). Cho một lượng X tan hết vào dung dịch gồm H2SO4 2M và KNO3 1M, thu được dung dịch Y chỉ chứa 17,87 gam muối trung hòa và 224 ml NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Cho Y tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được kết tủa Z. Lọc và nung kết tủa Z trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn khan. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là
	A. 30,88.	B. 30,37.	C. 15,63.	D. 28,92.
Hướng dẫn:
m gam hhX
Mg (x)
Fe3O4 (y)
NO (0,01 mol)
dd Y chứa 17,87 gam
Mg2+ (x)
Fe2+ (z)
Fe3+ (t)
SO42- (2a)
NO3- (a - 0,01)
H2O 
(Sp khử duy nhất)
2a (mol)
Gọi a là thể tích dung dịch gồm H2SO4 2M và KNO3 1M, cho thấy: 
mO = 0,25m Þ nO = 
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có
m = 5,12
a = 0,05 
	m + 98.2a + 101.a = 30.0,01 + 18.2a + 17,87 Þ m + 261a = 18,17 (1)
Bảo toàn mol cho oxi ta có
	 + 8a + 3a = 0,01 + 8a + 3(a - 0,01) + 2a Þ 32a - 0,25m = 0,32 (2)
Câu 9. X là hỗn hợp rắn gồm Mg; Cu; NaNO3 và FeO (trong đó oxi chiếm 26,4% về khối lượng). Hòa tan hết m gam X trong 210,7 gam dung dịch H2SO4 loãng, nồng độ 10% thu được dung dịch Y chỉ chứa muối sunfat trung hòa và 0,896 lít (đktc) hỗn hợp NO; H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 8. Cô cạn cẩn thận dung dịch sau phản ứng được chất rắn khan Z và 192,24 gam H2O. Phần trăm khối lượng Cu trong X gần với giá trị nào nhất dưới đây?
	A. 12%.	B. 20%.	C. 4%.	D. 7%.
 Þ Þ 
 a + b = 0,04
NO (a)
H2 (b)
Theo đề bài: 	0,04 mol hh ta có: Þ a = b = 0,02
mg X (%mO = 26,4%)
Mg (x)
Cu (y)
FeO (z)
NaNO3 (t)
NO (0,02) và H2 (0,02)
Rắn Z
H2O: 
MgSO4 
CuSO4
FeSO4
(NH4)2SO4 (u)
Sơ đồ
Vì trước và sau phản ứng không đổi, nên bảo bảo mol oxi cho
	Þ Þ m = 10
Bảo toàn H ta có:
	0,215.2 + 10,535.2 = 0,02.2 + 8u + 10,68.2 Þ u = 0,0125 (mol).
Bảo toàn N ta có :	t = 0,02 + 2.u Þ t = 0,045 (mol).
Bảo toàn mol O trong hh X ta có: Þ z = 0,03.
Bảo toàn khối lượng hhX ta có:	24.x + 64.y + 72.0,03 + 85.0,045 = 10
	Þ	24x + 64y = 4,015 (*)
Bảo toàn mol electron ta có
Từ (*), (**)
x = 0,139625
y = 0,010375
Mg Mg2+
x 2x
Cu Cu2+
y 2y
NO3- NO
 0,06 ¬ 0,02
NO3- NH4+
 0,2 0,025
2H+ H2
 0,04 0,02
 Þ 2x + 2y = 0,3 (**)
F Dễ dàng tìm được kết quả bài toán !
Câu 10. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Al; MgO; Fe3O4 và Fe(NO3)2 (trong đó oxi chiếm 28,48% theo khối lượng) trong dung dịch HCl dư, thấy có 5,36 mol HCl phản ứng. Sau khi các phản ứng xảy ra xong, thu được dung dịch Y chỉ chứa HCl dư và 260,3 gam muối clorua, đồng thời thấy thoát ra 20,16 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO và H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng . Phần trăm khối lượng Fe3O4 trong X gần nhất với giá trị nào dưới đây?
	A. 25%.	B. 23%.	C. 45%.	D. 24%.	
 HD
	Theo dữ kiện của đề dễ dàng tìm được: 
Al (x)
MgO (y)
Fe3O4 (z)
Fe(NO3)2 (t)
NO (0,15 mol), H2 (0,75 mol)
260,3 g muối
AlCl3 (x)
MgCl2 (y) 
FeCl2 (3z + t)
NH4Cl (u)
H2O (a mol)
Sơ đồ:
X (%mO = 28,48%)