Trộn hỗn hợp C gồm hai oxit của kim loại R, M với nhôm kim loại được hỗn hợp D. Nung nóng D trong điều kiện không có oxi đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 25,83 gam hỗn hợp E. Hàm lượng tổng cộng của nhôm (theo khối lượng) trong E là 24,042%. Chia E làm hai phần bằng nhau. Cho phần thứ nhất phản ứng hoàn toàn với dung dịch NaOH dư, tạo ra 504 ml khí. Cho phần thứ hai phản ứng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 loãng dư, tạo ra 1,176 lít khí và còn lại chất rắn không tan là kim loại M có khối lượng 5,76 gam. Lấy toàn bộ lượng M hòa tan hết vào dung dịch HNO3 dư, tạo ra 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Biết thể tích các chất khí được đo ở điều kiện tiêu chuẩn. a. Xác định R, M và tính % theo khối lượng của mỗi oxit có trong hỗn hợp C. b. Nếu cho cùng lượng hỗn hợp C như trên tác dụng hết với dung dịch HCl 6M, đun nhẹ thì phải dùng ít nhất bao nhiêu lít dung dịch axit đó.

Đáp án:

$\rm a)$
$\rm R:Mn,M:Cu$

$\rm \%m_{MnO_2} = 26,6\%$
$\rm \%m_{CuO} = 73,4\%$
$\rm b) V_{ddHCl} = 0,1(l)$

Giải thích các bước giải:

$\rm a)$

Đặt CTHH của oxit kim loại $\rm R,M$ lần lượt là $\rm R_2O_n, M_2O_m$

Hóa trị của $\rm R$ khi phản ứng với $\rm H_2SO_4$ là $\rm x$
Hóa trị của $\rm M$ khi phản ứng với $\rm HNO_3$ là $\rm y$

$\rm \text{Điều kiện: } n,m,x,y \in N*$

$\rm PTHH:$

$\rm 3R_2O_n + 2nAl \xrightarrow{t^o} 6R + nAl_2O_3(1)$
$\rm 3M_2O_m + 2mAl \xrightarrow{t^o} 6M + mAl_2O_3(2)$
$\rm \text{Phần 1:}$
$\rm 2NaOH + Al_2O_3 \rightarrow 2NaAlO_2 + H_2O(3)$
$\rm 2NaOH + 2Al + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2(4)$

$\rm \text{Phần 2:}$
$\rm Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O(5)$
$\rm 2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2(6)$
$\rm 2R + xH_2SO_4 \rightarrow R_2(SO_4)_x + xH_2(7)$
$\rm 3M + 8yHNO_3 \rightarrow 3M(NO_3)_y + yNO \uparrow + 4yH_2O(8)$

$\rm m_{P_1} = m_{P_2} = \dfrac{25,83}{2} = 12,915(g)$

$\rm n_{H_2(P_1)} = \dfrac{0,504}{22,4} =0,0225(mol)$

$\rm n_{H_2(P_2)} = \dfrac{1,176}{22,4} = 0,0525(mol)$
$\rm n_{NO} = \dfrac{1,344}{22,4} = 0,06(mol)$

$\rm n_{Al(tổng)} = \dfrac{12,915.24,042\%}{27} = 0,115(mol)$

`-` Xét phần `1:`

Theo PT $\rm (4):n_{Al} = \dfrac{2}{3}n_{H_2(P_1)} = 0,015(mol)$

$\rm \xrightarrow{\text{BTNT Al}} n_{Al_2O_3} = \dfrac{0,115-0,015}{2} = 0,05(mol)$

`-` Xét phần `2:`

$\rm m_R = 12,915 - 0,05.102 - 0,015.27 - 5,76 = 1,65(g)$

Theo PT $\rm (6),(7): n_{H_2(P_2)} = \dfrac{x}{2}n_R + \dfrac{3}{2}n_{Al}$
$\rm \Rightarrow 0,0525 = \dfrac{x}{2}n_R + \dfrac{3}{2} .0,015$
$\rm \Rightarrow n_R = \dfrac{0,06}{x} (mol)$
$\rm \Rightarrow M_R = \dfrac{1,65}{\dfrac{0,06}{x}} = 27,5x(g/mol)$

Xét $\rm x = 2(TM) \Rightarrow M_R = 27,5.2 = 55(g/mol)$
$\rm \Rightarrow R:Mn(Mangan)$

Theo PT $\rm (8): n_M = \dfrac{3}{y} n_{NO} = \dfrac{0,18}{y}(mol)$
$\rm \Rightarrow M_M = \dfrac{5,76}{\dfrac{0,18}{y}} = 32y(g/mol)$
Xét $\rm y = 2(TM) \Rightarrow M_M = 32.2 = 64(g/mol)$
$\rm \Rightarrow M:Cu(Đồng)$

$\rm \Rightarrow M_2O_m: CuO$

$\rm n_{Mn} = \dfrac{0,06}{2} = 0,03(mol)$
$\rm \xrightarrow{\text{BTNT Mn}} n_{Mn_2O_n} = \dfrac{1}{2}n_{Mn} = 0,015(mol)$

$\rm \xrightarrow{\text{BTNT Cu}} n_{CuO} = n_{Cu} = \dfrac{0,18}{2} = 0,09(mol)$
$\rm \xrightarrow{\text{BTNT O}} 3n_{Al_2O_3} = n.n_{Mn_2O_n} + n_{CuO}$
$\rm \Rightarrow 0,015n + 0,09 = 0,05.3$
$\rm \Leftrightarrow n = 4$

$\rm \Rightarrow Mn_2O_n: Mn_2O_4$ hay $\rm MnO_2$

$\rm \Rightarrow n_{MnO_2} = 0,015.2 = 0,03(mol)$

Vậy hỗn hợp C có: $\begin{cases} \rm MnO_2:0,03.2 = 0,06(mol)\\ \rm CuO:0,09.2 = 0,18(mol) \end{cases}$

Vậy $\rm R$ là $\rm Mn$ còn $\rm M$ là $\rm Cu$ và phần trăm theo khối lượng của từng oxit có trong hỗn hợp C là:

$\rm \%m_{MnO_2} = \dfrac{0,06.87}{0,06.87+0,18.80} .100\% =26,6\%$
$\rm \%m_{CuO} = 100\% - 26,6\% = 73,4\%$

$\rm b)$

$\rm PTHH:$
$\rm CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O(9)$
$\rm MnO_2 + 4HCl_đ \xrightarrow{t^o} MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O(10)$
Theo PT $\rm (9),(10): n_{HCl} = 2n_{CuO} + 4n_{MnO_2} = 0,6(mol)$
$\rm \Rightarrow V_{ddHCl} = \dfrac{0,6}{6} = 0,1(l)$

Vậy để hòa tan hết cùng lượng hỗn hợp C như trên thì phải dùng ít nhất 0,1 lít dd HCl