$1$. Phương pháp giải chung:
Phương pháp chủ yếu là sử dụng định luật bảo toàn electron, kết hợp với các pp khác như bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích
Khi làm dạng này cần chú ý một số vấn đề sau:
+ Khi cho kim loại tác dụng với các axit $H_2SO_4$ và $HNO_3$ thì:
- Tổng số mol $H_2SO_4$ phản ứng bằng = $nSO_4^{2-}$ trong muối + $n_{của sản phẩm khử}$ ( $SO_2$, $S$,$H_2S$)
Mà số mol $SO_4^{2-}$ trong muối = tổng số mol e nhường chia $2$= Tổng số mol e nhận chia $2$.
- Tổng số mol $HNO_3$ phản ứng = $n_{NO_3^-}$ trong muối + n của sản phẩm khử ($NO_2,NO,N_2O,N_2,NH_3$)
Lưu ý: nếu sản phẩm khử là $N_2, N_2O$ thì phải nhân thêm $4$
Mà số mol $NO_3^-$ trong muối bằng tổng số mol e nhường = tổng số mol e nhận
+ Tất cả các chất khi tác dụng với $2$ axit trên đều lên mức oxi hóa cao nhất
+ Ion $NO_3^-$ trong môi trường axit có tính oxi hóa như $HNO_3$ loãng
+ Khi phản ứng hóa học có $HNO_3$ đặc thì khí thoát ra thng thường là $NO_2, HNO_3$ loãng là $NO$. Tuy nhiên với các kim loại mạnh như $Mg, Al, Zn$ thì khi tác dụng với $HNO_3$ loãng thì $HNO_3$ có thể bị khử thành $N_2O, N_2$ hoặc $NH_3$ ( trong dung dịch $HNO_3$ là $NH_4NO_3$)
+ Đối với oxit sắt: nếu trong một hỗn hợp $n_{FeO}$= $n_{Fe_2O_3}$ thì coi hỗn hợp $FeO, Fe_2O_3$ là $Fe_3O_4$
+ Nếu một bài toán có nhiều quá trình oxi hóa khử chúng ta chỉ cần để ý đến số oxi hóa của nguyên tố đó trước và sau phản ứng, sau đó dùng định luật bảo boàn e áp dụng chung cho cả bài toán
Ví dụ $1$: Nung $m$ gam bột sắt trong oxi, thu được $3$ gam hh chất rắn $X$. Hòa tan hết hh $X$ trong dd $HNO_3$ (dư), thoát ra $0,56$ lít (ở đktc) $NO$ (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là (cho O = 16, Fe = 56)
Ta có thể tóm tắt bài tập này như sau:
$Fe +O2$ → hỗn hợp $X$ ( có thể có: $Fe, FeO, Fe_2O_3$ và $Fe_3O_4$) + $HNO_3$ => $Fe^{3+}$
Như vậy: : $FeO$ → $Fe^{3+}$ + $3e$ $O_2$ + 4e→ $2O^{2-}$
Mol: $m/56$ $3m/56$ $(3-m)/32$ $(3-m)/8$
$N^{5+}$ + $3e$ $→$ $N^{2+}$
$0,075$ $0,025$
Theo bảo toàn e: $3m/56$ = $(3-m)/8$ + $0,075$. Giải phương trình này ta được $m= 2,52 gam$
Như vậy với bài toán dạng : Nung $m$ gam bột $Fe$ trong oxi ( hoặc để $m$ gam bột $Fe$ trong không khí) sau một thời gian thu được $a gam$ hh $X$( gồm $Fe$ là các oxit). Cho $X$ tác dụng với dung dịch $HNO3$ thu được khí $NxOy$ duy nhất ở $đktc$ thì giữa: $m, a, x$ có mối quan hệ sau
$\frac{3m}{56}$= $\frac{a-m}{8}$ + b.x.n$N_{x}O_{y}$ hoặc $m$= $5,6$.b.x.n$N_{x}O_{y}$ + $0,7$.a
Trong đó : $b$ là số $e$ nhận
+ Khi $Fe$ tác dụng với $HNO_3$, nếu sau phản ứng $Fe$ còn dư thì $Fe$ sẽ tác dụng với $Fe(NO_3)_3$ tạo thành $Fe(NO_3)_2$
+ Riêng với $Fe^{2+}$ vẫn còn tính khử nên khi tác dụng với $NO_3^-$ trong $H^+$ thì đều tạo ra $Fe^{3+}$
2. Một số bài tập tham khảo
Bài $1$. Hoà tan hết $m$ $gam$ hỗn hợp gồm $FeO$, $Fe_2O_3$ và $Fe_3O_4$ bằng $HNO_3$ đặc, nóng thu được $4,48$ lít khí $NO_2$ (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng được $145,2$ gam muối khan. Giá trị của $m$ là
A. $35,7$ gam. B. $46,4$ gam. C. $15,8$ gam. D. $77,7$ gam
Bài $2$. Để khử hoàn toàn $3,04$ gam hỗn hợp $Y$ (gồm $FeO, Fe_3O_4, Fe_2O_3$) thì cần $0,05$ mol $H_2$. Mặt khác hoà tan hoàn toàn $3,04$ gam hỗn hợp $Y$ trong dung dịch $H_2SO_4$ đặc thì thu được thể tích khí $SO_2$ (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn là
A. $224$ ml. B. $448$ ml. C. $336$ D. $112$ ml.
Bài $3$. Nung $8,4$ gam $Fe$ trong không khí sau phản ứng thu được $m$ gam chất rắn $X$ gồm $Fe,Fe_2O_3, Fe_3O_4, FeO$. Hòa tan hết $m$ gam $X$ vào dung dịch $HNO_3$ dư thu được $2,24$ lít khí $NO_2$ (ở đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của $m$ là
A. $11,2$ gam. B. $10,2$ gam. C. $7,2$ gam. D. $6,9$ gam
Bài $4$. Hòa tan hết $5,6$ gam $Fe$ bằng một lượng vừa đủ dung dịch $HNO_3$ đặc nóng thu được $V$ lít $NO_2$ là sản phẩm khử duy nhất (tại đktc). $V$ nhận giá trị nhỏ nhất là
A. $1,12$ lít. B. $2,24$ lít. C. $4,48$ lít. D. $6,72$ lít.
Bài $5$. Hỗn hợp $A$ gồm ba oxit sắt ($FeO, Fe_3O_4, Fe_2O_3$) có số mol bằng nhau. Hòa tan hết $m$ gam hỗn hợp $A$ này bằng dung dịch $HNO_3$ thì thu được hỗn hợp $K$ gồm hai khí $NO_2$ và $NO$ có thể tích $1,12$ lít (đktc) và tỉ khối hỗn hợp $K$ so với hiđro bằng $19,8$. Trị số của $m$ là:
A. $20,88$ gam B. $46,4$ gam C. $23,2$ gam D. $16,24$ gam
Bài $6$. Cho $18,5$ gam hỗn hợp $Z$ gồm $Fe, Fe_3O_4$ tác dụng với $200 ml$ dung dịch $HNO_3$ loãng đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được $2,24$ lít khí $NO$ duy nhất (đo ở điều kiện tiêu chuẩn), dung dịch $Z1$ và còn lại $1,46$ gam kim loại.Khối lượng $Fe_3O_4$ trong $18,5$ gam hỗn hợp ban đầu là:
A. $6,69$ B. $6,96$ C. $9,69$ D. $9,7$
Bài $7$. Để $m$ gam phoi bào sắt ($A$) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp ($B$) có khối lượng $12$ gam gồm $Fe, FeO, Fe_3O_4, Fe_2O_3$. Cho $B$ tác dụng hoàn toàn với dung dịch $HNO_3$ thấy giải phóng ra $2,24$ lít khí $NO$ duy nhất (đktc). Giá trị của $m$ là bao nhiêu?
A. $11,8$ gam. B. $10,08$ gam C. $9,8$ gam D. $8,8$ gam
Bài $8$. Cho $m$ gam $Fe$ tan hết trong $400$ ml dung dịch $FeCl_3$ $1M$ thu được dung dịch $Y$. Cô cạn dung dịch $Y$ thu được $71,72$ gam chất rắn khan. Để hòa tan $m$ gam $Fe$ cần tối thiểu bao nhiêu $ml$ dung dịch $HNO_3$ $1M$ (sản phẩm khử duy nhất là $NO$)
A. $540$ ml B. $480$ ml C. $160$ ml D. $320$ ml
Bài $9$. Cho $11,0$ gam hỗn hợp $X$ gồm $Al$ và $Fe$ vào dung dịch $HNO_3$ loãng dư, thu được dung dịch $Y$ và $6,72$ lít khí $NO$ ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Cô cạn cẩn thận dung dịch $Y$ thì lượng muối khan thu được là
A. $33,4$ gam B. $66,8$ gam C. $29,6$ gam D. $60,6$ gam
đáp án : $1B 2A 3A 4C 5A 6B 7B 8B 9B$