Hỗn hợp X gồm CuO và Fe2O3. Hòa tan hòa toàn 44g X bằng dd HCl dư. Sau phản ứng …
Đề bài cho chúng ta một hỗn hợp X gồm CuO và Fe2O3.
Phần 1: Hòa tan X bằng dung dịch HCl
Đầu tiên, hỗn hợp X có khối lượng là 44g. Khi cho X tác dụng với dung dịch HCl dư, chúng ta thu được dung dịch chứa 85,25 gam muối.
Chúng ta biết rằng CuO và Fe2O3 đều là các oxit bazơ, nên chúng sẽ phản ứng với axit HCl theo phương trình hóa học sau:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O
(1)
Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O
(2)
Sau phản ứng, trong dung dịch thu được sẽ có hai muối là CuCl2 và FeCl3.
Gọi số mol của CuO trong 44g hỗn hợp X là n_CuO (mol) và số mol của Fe2O3 trong 44g hỗn hợp X là n_Fe2O3 (mol).
Theo phương trình (1), số mol CuCl2 thu được là n_CuCl2 = n_CuO (mol).
Theo phương trình (2), số mol FeCl3 thu được là n_FeCl3 = 2 * n_Fe2O3 (mol).
Khối lượng mol của CuO là: M_CuO = 64 + 16 = 80 (g/mol)
Khối lượng mol của Fe2O3 là: M_Fe2O3 = 56 2 + 16 3 = 112 + 48 = 160 (g/mol)
Khối lượng của CuO trong hỗn hợp X là: m_CuO = n_CuO M_CuO = 80 n_CuO (g)
Khối lượng của Fe2O3 trong hỗn hợp X là: m_Fe2O3 = n_Fe2O3 M_Fe2O3 = 160 n_Fe2O3 (g)
Theo đề bài, tổng khối lượng hỗn hợp X là 44g, nên ta có phương trình:
80 n_CuO + 160 n_Fe2O3 = 44
(A)
Khối lượng mol của CuCl2 là: M_CuCl2 = 64 + 35.5 * 2 = 64 + 71 = 135 (g/mol)
Khối lượng mol của FeCl3 là: M_FeCl3 = 56 + 35.5 * 3 = 56 + 106.5 = 162.5 (g/mol)
Tổng khối lượng muối thu được là 85,25 gam. Dựa vào các phương trình phản ứng, ta có phương trình khối lượng muối như sau:
m_muối = m_CuCl2 + m_FeCl3
m_muối = n_CuCl2 M_CuCl2 + n_FeCl3 M_FeCl3
85.25 = n_CuO 135 + (2 n_Fe2O3) * 162.5
85.25 = 135 n_CuO + 325 n_Fe2O3
(B)
Bây giờ, chúng ta có một hệ hai phương trình với hai ẩn số n_CuO và n_Fe2O3:
(A): 80 n_CuO + 160 n_Fe2O3 = 44
(B): 135 n_CuO + 325 n_Fe2O3 = 85.25
Chúng ta có thể giải hệ phương trình này bằng phương pháp thế hoặc cộng đại số. Cô sẽ dùng phương pháp nhân và trừ.
Nhân phương trình (A) với 1.6875 (hoặc dùng máy tính để tìm tỉ lệ):
1.6875 (80 n_CuO + 160 n_Fe2O3) = 1.6875 44
135 n_CuO + 270 n_Fe2O3 = 74.25 (C)
Lấy phương trình (B) trừ đi phương trình (C):
(135 n_CuO + 325 n_Fe2O3) – (135 n_CuO + 270 n_Fe2O3) = 85.25 – 74.25
325 n_Fe2O3 – 270 n_Fe2O3 = 11
55 * n_Fe2O3 = 11
n_Fe2O3 = 11 / 55 = 0.2 (mol)
Bây giờ, thay n_Fe2O3 = 0.2 vào phương trình (A):
80 n_CuO + 160 0.2 = 44
80 * n_CuO + 32 = 44
80 * n_CuO = 44 – 32
80 * n_CuO = 12
n_CuO = 12 / 80 = 0.15 (mol)
Vậy, trong 44g hỗn hợp X, ta có 0.15 mol CuO và 0.2 mol Fe2O3.
Phần 2: Khử hoàn toàn X bằng CO
Tiếp theo, chúng ta xét trường hợp khử hoàn toàn 22g X bằng CO dư.
Lưu ý rằng 22g X chỉ bằng một nửa khối lượng của hỗn hợp X ban đầu (44g).
Do đó, số mol của CuO và Fe2O3 trong 22g X cũng sẽ bằng một nửa so với ban đầu.
Số mol CuO trong 22g X: n’_CuO = n_CuO / 2 = 0.15 / 2 = 0.075 (mol)
Số mol Fe2O3 trong 22g X: n’_Fe2O3 = n_Fe2O3 / 2 = 0.2 / 2 = 0.1 (mol)
Phản ứng khử các oxit kim loại bằng CO:
CuO + CO -> Cu + CO2
(3)
Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2
(4)
Theo phương trình (3), số mol CO phản ứng với CuO là n_CO1 = n_CuO = 0.075 (mol).
Số mol Cu tạo thành là n_Cu = n_CuO = 0.075 (mol).
Số mol CO2 tạo thành từ phản ứng (3) là n_CO2_1 = n_CO1 = 0.075 (mol).
Theo phương trình (4), số mol CO phản ứng với Fe2O3 là n_CO2 = 3 n_Fe2O3 = 3 0.1 = 0.3 (mol).
Số mol Fe tạo thành là n_Fe = 2 n_Fe2O3 = 2 0.1 = 0.2 (mol).
Số mol CO2 tạo thành từ phản ứng (4) là n_CO2_2 = 3 n_Fe2O3 = 3 0.1 = 0.3 (mol).
Tổng số mol CO đã dùng để khử hoàn toàn 22g X là:
n_CO_total = n_CO1 + n_CO2 = 0.075 + 0.3 = 0.375 (mol)
Hỗn hợp khí thu được sau phản ứng này gồm CO dư và khí CO2 sinh ra từ hai phản ứng (3) và (4).
Tổng số mol CO2 sinh ra là:
n_CO2_total = n_CO2_1 + n_CO2_2 = 0.075 + 0.3 = 0.375 (mol)
Hỗn hợp khí này (CO2 và CO dư) được cho lội từ từ qua dung dịch Ba(OH)2 dư.
Khí CO2 sẽ phản ứng với Ba(OH)2 theo phương trình:
CO2 + Ba(OH)2 -> BaCO3 (kết tủa) + H2O
(5)
Khí CO không phản ứng với Ba(OH)2. Do đó, chỉ có CO2 tạo ra kết tủa.
Theo phương trình (5), số mol kết tủa BaCO3 thu được là:
m_kết_tủa = n_BaCO3 = n_CO2_total = 0.375 (mol)
Khối lượng mol của BaCO3 là: M_BaCO3 = 137 + 12 + 16 * 3 = 137 + 12 + 48 = 197 (g/mol)
Khối lượng kết tủa thu được là:
m = n_BaCO3 * M_BaCO3
m = 0.375 * 197
Bây giờ chúng ta tính toán giá trị này:
0.375 * 197 = 73.875 (gam)
Vậy, khối lượng kết tủa thu được là 73,875 gam.
Cô hy vọng các em đã hiểu rõ từng bước giải bài toán này. Chú ý cách chúng ta chia nhỏ bài toán thành các phần nhỏ để giải quyết, và sử dụng các dữ kiện đề bài cho một cách hợp lý. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em cứ mạnh dạn hỏi cô nhé!
Cho hỗn hợp X vào HCl dư
CuO+2HCl→H2O+CuCl2 (1)
Fe2O3+6HCl→3H2O+2FeCl3 (2)
Gọi nCuO=x(mol) (x,y>0)
nFe2O3=y(mol)
⇒80x+160y=44 (I)
Theo pt (1): nCuCl2=nCuO=x(mol)
Theo pt (2): nFeCl3=2nFe2O3=y(mol)
⇒135x+162,5.2y=85,25 (II)
Từ (I), (II): ⇒x=0,15(mol)
y=0,2(mol)
Khử hỗn hợp bằng CO dư
CuO + CO → Cu + CO2 (3)
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (4)
⇒Hỗn hợp khí sau pứ gồm CO dư và CO2
nCuO(trong 22g X)=\(\frac{0,15.22}{44}\) =0,075(mol)
nFe2O3(trong 22g X)=\(\frac{0,2.22}{44}\) =0,1(mol)
Theo pt (3), (4): nCO2 = 3.nFe2O3 + nCuO = 0,375(mol)
Lội từ từ hỗn hợp khí qua dd Ba(OH)2
Ba(OH)2+CO2→H2O+BaCO3 ↓ (5)
Theo pt (5): nBaCO3 = nCO2 = 0,375(mol)
⇒mBaCO3 = 73,875 (g)
Vậy _____
Chúc bn hok tốt !! (^_^)
Đáp án:
\(64,025g\)
Giải thích các bước giải:
\(CuO+ 2HCl → CuCl_2 +H_2O\)
\(Fe_2O_3 + 6HCl → 2FeCl_3 + 3H_2O\)
\(44g X: n_{CuO} = x(mol); n_{Fe_2O_3} = y(mol)\)
Theo pt:
\(n_{CuO} = n_{Cu} = x(mol)\)
\(n_{FeCl_3} = 2n_{Fe_2O_3} = 2y(mol)\)
\(m = 80x + 160y = 44(g)(1)\)
\(m_{text{muối}} = 135x + 162,5 . 2y = 85,25(g)(2)\)
\((1)(2) →x= 0,15(mol); y = 0,2(mol)\)
\(22g = 0,5 . 44(g)\)
\(→ 22gX: n_{CuO} = 0,15 . 0,5 = 0,075(mol)\)
\(n_{Fe_2O_3} = 0,2 . 0,5 = 0,1(mol)\)
\(Fe_2O_3 + 3CO\)\(\xrightarrow{t°}\)\(2Fe + 3CO_2\)
\(CuO + CO\)\(\xrightarrow{t°}\)\(Cu + CO_2\)
Theo pt:
\(n_{CO_2} = 3n_{Fe_2O_3} + n_{CuO}\)
\(= 3. 0,075+ 0,1 = 0,325(mol)\)
\(CO_2+ Ba(OH)_2 → BaCO_3 + H_2O\)
\(n_{BaCO_3} = n_{CO_2}= 0,325(mol)\)
\(m = 0,325 .197= 64,025(g)\)