Hỗn hợp X gồm Al, Fe3O4 và kim loại R. Chia m gam X thành 2 phần bằng nhau: - Phần 1: Tác dụng hết với dd H2SO4 đặc, nóng, dư thấy thoát ra 7,392 lit khí SO2 ở đktc (là sản phẩm khử duy nhất). - Phần 2: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm, sau phản ứng thu được hỗn hợp chất rắn Y tác dụng vừa đủ với 250ml dd NaOH 0,48M thấy thoát ra 1,344 lit khí (đktc), còn lại 10,08 gam chất rắn không tan. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. a/. Xác định kim loại R và tính giá trị của m b/. Hoà tan hoàn toàn m gam X cần vừa đủ 370 gam dd HCl, sau phản ứng thu được dd Z có khối lượng 399,48 gam và khí H2. Tính nồng độ phần trăm từng chất trong Z.

Đáp án:

Giải thích các bước giải:

`a)`

Gọi `n_(Al) = x ; n_(Fe_3O_4) = y ; n_R = z ( mol ) ( x , y , z > 0 )` là các

chất có trong một nửa `m` gam `X`

`n_(SO_2) = (7,392)/(22,4) = 0,33 ( mol )`

`n_(H_2) = (1,344)/(22,4) = 0,06 ( mol )`

`n_( NaOH ) = 0,48 . 0,25 = 0,12 ( mol )`

`-` Xét giai đoạn hoà tan `m/2` gam `X` bằng `H_2SO_4` đặc, nóng `:`

$\rm 2Al + 6H_2SO_4đ \xrightarrow{t^o} Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O$

$\rm 2Fe_3O_4 + 10H_2SO_4đ \xrightarrow{t^o} 3Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + 10H_2O$

$\rm 2R + 2nH_2SO_4đ \xrightarrow{t^o} R_2(SO_4)_n + nSO_2 + 2nH_2O$

`n_(SO_2) = 3/2x + y/2 + (nz)/2 = 0,33 ( 0 )`

`+ TH_1 :` Chất rắn gồm `Fe`

`n_(Fe) = (10,08)/(56) = 0,18 ( mol )`

Bảo toàn `Fe : y = n_(Fe_3O_4) = (0,18)/3 = 0,06 ( mol )`

`-` Xét giai đoạn nhiệt nhôm `:`

$\rm 3Fe_3O_4 + 8Al \xrightarrow{t^o} 4Al_2O_3 + 9Fe$

`n_(Al_2O_3) = 0,06 . 4/3 = 0,08 ( mol )`

`-` Xét giai đoạn hoà tan `Y :`

$\rm Al_2O_3 + 2NaOH → 2NaAlO_2 + H_2O$

`n_(NaOH) = 2 . 0,08 = 0,16 > 0,12 ->` Loại

`+ TH_2 :` Chất rắn gồm `Fe ; R`

Bảo toàn `Fe : n_(Fe) = 3n_(Fe_3O_4) = 3y ( mol )`

`m_(rắn) = 3y . 56 + Rz = 10,08 -> 168y + Rz = 10,08 ( 1 )`

`-` Xét giai đoạn hoà tan `Y` bằng `NaOH :`

$\rm Al + NaOH + H_2O → NaAlO_2 + \dfrac{3}2H_2↑$

`n_(Al) = 0,06 . 2/3 = 0,04 ( mol )`

`n_(NaOH)(`dư`) = 0,12 - 0,04 = 0,08 ( mol )`

$\rm Al_2O_3 + 2NaOH → 2NaAlO_2 + H_2O$

`n_(Al_2O_3) = (0,08)/2 = 0,04 ( mol )`

Bảo toàn `O : y = n_(Fe_3O_4) = (0,04 . 3)/4 = 0,03 ( mol )`

Thay vào `(1) -> Rz = 5,04 ( 2 )`

Bảo toàn `Al : x = 0,04 + 0,04 . 2 = 0,12 ( mol )`

`(0) -> 0,18 + (0,03)/2 + (zn)/2 = 0,33`

`-> nz = 0,27( 3 )`

`(2) : (3) -> R/n = (56)/3 -> R =(56n)/3 -> n = 3 ; R = 56 (` Fe `)`

`-> z = (0,27)/3 = 0,09 ( mol )`

`m = 2( 0,12 . 27 + 56 . 0,09 + 0,03 . 232 ) = 30,48 ( g )`

`+ TH_3 :` Chất rắn gồm `Fe_3O_4 ; Fe`

`-> R` phản ứng `NaOH ; Y` gồm `R;Al_2O_3;Fe;Fe_3O_4`

`-` Xét giai đoạn phản ứng nhiệt nhôm `:`

$\rm 8Al + 3Fe_3O_4 \xrightarrow{t^o} 4Al_2O_3 + 9Fe$

`n_(Fe) = 9/8x ; n_(Fe_3O_4)(` dư`)`` = y - 3/8x ; n_(Al_2O_3) = x/2`

`-> m_(rắn) = 56 . 9/8x + 232( y - 3/8 )x = 10,08`

`-> - 24x + 232y = 10,08 ( 4 )`

`-` Xét giai đoạn hoà tan `Y` bằng dung dịch `NaOH :`

$\rm R + (4-n)NaOH + (n-2)H_2O → Na_{4-n}RO_2 + \dfrac{n}2H_2$

`z = n_R = 0,06 . 2/n = (0,12)/n -> nz = 0,12 ( mol )`

$\rm Al_2O_3 + 2NaOH → 2NaAlO_2 + H_2O$

`∑n_(NaOH) = z( 4 - n ) + x = 0,12 -> x + 4z = 0,24 ( 5 )`

`(0) -> (3x)/2 + y/2 + (0,12)/2 = 0,33 -> 3x + y = 0,54 ( 6 )`

`(4);(5);(6) -> x = 0,16 ; y = 0,06 ; z = 0,02 ( mol )`

mà `nz = 0,12 -> n = (0,12)/(0,02) = 6 ->` Loại

`b)`

$\rm 2Al + 6HCl → 2AlCl_3 + 3H_2↑$

$\rm Fe_3O_4 + 8HCl → 2FeCl_3 + FeCl_2 + 4H_2O$

$\rm Fe + 2HCl → FeCl_2 + H_2↑$

`n_(AlCl_3) = 0,24 ( mol ) ; n_(FeCl_2) = 0,06 + 0,18 = 0,24 ( mol )`

`n_(FeCl_3) = 0,06 . 2 = 0,12 ( mol )`

`C%AlCl_3 = (0,24 . 133,5)/(399,48) . 100% ≈ 8%`

`C%FeCl_2 = (0,24 . 127)/(399,48) . 100% ≈ 7,63%`

`C%FeCl_3 = (0,12.162,5)/(399,48) . 100% ≈ 4,9%`