Hỗn hợp chất rắn A gồm FeCO3, FeS2...

- Hướng dẫn giải

Phương pháp giải:

a)

Tóm tắt sơ đồ bài toán:

\(hh\,A\left\{ \begin{gathered}
FeC{O_3} \hfill \\
Fe{S_2} \hfill \\
tap\,chat \hfill \\
\end{gathered} \right. + hh\,B\left\{ \begin{gathered}
{O_2}:20\% \hfill \\
{N_2}:80\% \hfill \\
\end{gathered} \right.\xrightarrow{{}}\left\langle \begin{gathered}
hh\,Y\left. {\left\{ \begin{gathered}
C{O_2} \hfill \\
S{O_2} \hfill \\
{N_2} \hfill \\
\end{gathered} \right.} \right\}\overline M = 17.2 = 34\,(g/mol) \hfill \\
ran\,X\left\{ \begin{gathered}
F{e_2}{O_3} \hfill \\
tap\,chat \hfill \\
\end{gathered} \right.\xrightarrow[{\% H\, = 80\% }]{{ + CO\,du}}27,96\,g\,Z\left\{ \begin{gathered}
\underbrace {Fe}_{48,07\% } \hfill \\
F{e_2}{O_3}\,du \hfill \\
tap\,chat \hfill \\
\end{gathered} \right. \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

 Gọi số mol của FeCO₃: x (mol) ; số mol của FeS₂: y (mol)

4FeCO₃ + O₂ → Fe₂O₃ + 4CO₂↑

4FeS₂ +11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

∑ n_O2 = 0,25x + 2,75y (mol)

Cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất nên tỉ lệ về thể tích = tỉ lệ về số mol

=> n_N2 = 4n_O2 => n_N2 = x + 11y (mol)

Vậy hỗn hợp Y gồm: 

\(\left\{ \begin{gathered}
C{O_2}:x\,(mol) \hfill \\
S{O_2}:2\,y\,(mol) \hfill \\
{N_2}:\,x + 11y\,(mol) \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

\({\overline M _Y} = \frac{{44x + 64.2y + 28(x + 11y)}}{{x + 2y + x + 11y}} = 36\)

=> Tỉ lệ x, y   (1)

Tìm được số mol Fe trong Z => số mol Fe₂O₃ trong X, Z => khối lượng tạp chất trong Z

Bảo toàn nguyên tố Fe: n_FeCO3 + n_FeS2  = 2n_Fe2O3 (2)

Từ (1) và (2) => x, y =?

Từ đó tính được % tạp chất trong A

b)

Cho hỗn hợp Y qua O₂ ( xúc tác V₂O₅ ) có phản ứng sau:

\(\begin{gathered}
2S{O_2} + {O_2}\xrightarrow[{{{450}^0}C}]{{{V_2}{O_5}}}2S{O_3} \hfill \\
S{O_3} + {H_2}O\xrightarrow{{}}{H_2}S{O_4} \hfill \\
\end{gathered} \)

Khối lượng dd sau: m_{dd sau}  = m_SO3 + m_H2O = ? (g)

\(\begin{gathered}
V{\,_{dd\,sau}} = \frac{{{m_{dd\,sau}}}}{D} = ?\,(lit) \hfill \\
= > \,{C_M}_{{H_2}S{O_4}} = \frac{n}{V} = ?\,(M) \hfill \\
\end{gathered} \)

Giải chi tiết:

Tóm tắt:

\(hh\,A\left\{ \begin{gathered}
FeC{O_3} \hfill \\
Fe{S_2} \hfill \\
tap\,chat \hfill \\
\end{gathered} \right. + hh\,B\left\{ \begin{gathered}
{O_2}:20\% \hfill \\
{N_2}:80\% \hfill \\
\end{gathered} \right.\xrightarrow{{}}\left\langle \begin{gathered}
hh\,Y\left. {\left\{ \begin{gathered}
C{O_2} \hfill \\
S{O_2} \hfill \\
{N_2} \hfill \\
\end{gathered} \right.} \right\}\overline M = 17.2 = 34\,(g/mol) \hfill \\
ran\,X\left\{ \begin{gathered}
F{e_2}{O_3} \hfill \\
tap\,chat \hfill \\
\end{gathered} \right.\xrightarrow[{\% H\, = 80\% }]{{ + CO\,du}}27,96\,g\,Z\left\{ \begin{gathered}
\underbrace {Fe}_{48,07\% } \hfill \\
F{e_2}{O_3}\,du \hfill \\
tap\,chat \hfill \\
\end{gathered} \right. \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

a) Gọi số mol của FeCO₃: x (mol) ; số mol của FeS₂: y (mol)

4FeCO₃ + O₂ → Fe₂O₃ + 4CO₂↑

x         → 0,25x             → x        (mol)

4FeS₂ +11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

y       → 2,75y             → 2y        (mol)

∑ n_O2 = 0,25x + 2,75y (mol)

Cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất nên tỉ lệ về thể tích = tỉ lệ về số mol

=> n_N2 = 4n_O2 = 4(0,25x + 2,75y)

=> n_N2 = x + 11y (mol)

Vậy hỗn hợp Y gồm:

\(\left\{ \begin{gathered}
C{O_2}:x\,(mol) \hfill \\
S{O_2}:2\,y\,(mol) \hfill \\
{N_2}:\,x + 11y\,(mol) \hfill \\
\end{gathered} \right.\) 

\(\begin{gathered}
{\overline M _Y} = \frac{{44x + 64.2y + 28(x + 11y)}}{{x + 2y + x + 11y}} = 36 \hfill \\
= > \frac{{72x + 436y}}{{2x + 13y}} = 36 \hfill \\
= > 72x + 436y = 68x + 442y \hfill \\
= > 4x = 6y \hfill \\
= > x = 1,5y \hfill \\
\end{gathered} \)

Khối lượng Fe có trong Z là:

\(\begin{gathered}
{m_{Fe}} = \frac{{27,96.48,07\% }}{{100\% }} = 13,44\,(g) = > {n_{Fe}} = \frac{{13,44}}{{56}} = 0,24\,(mol) \hfill \\
F{e_2}{O_3} + CO\xrightarrow{{{t^0}}}2Fe + C{O_2}(\% H = 80\% ) \hfill \\
0,12\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \leftarrow 0,24 \hfill \\
\end{gathered} \)

 Vì H = 80% => n_Fe2O3 (trong X) = 0,12. 100% : 80% = 0,15 (mol)

n_{Fe2O3 dư (trong Z)} = 0,15 – 0,12 = 0,03 (mol)

Khối lượng tạp chất trong Z = 27,96 – m_Fe – m_{Fe2O3 dư} = 27,96 – 0,24.56 – 0,03.160 = 9,72 (g)

Bảo toàn nguyên tố Fe => n_FeCO3 + n_FeS2 = 2n_{Fe2O3(trong X)}

=> x + y = 0,3 (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,18 và y = 0,12 (mol)

Áp dụng công thức PV = nRT  ( với n = n_CO2 + n_SO2 + n_N2 = 0,18 + 2. 0,12 + 0,18 +11.0,12 = 1,92)

=> P.10 = 1,92.0,082. (136,5 +273)

=> P = 6,447 ( atm) ≈ 6,5 (atm)

Ta có: m_A = m_FeCO3 + m_FeS2 + m_{tạp chất} = 0,18.116 + 0,12.120 + 9,72 = 45 (g)

\(\% \,tap\,chat\, = \frac{{9,72}}{{45}}.100\%  = 21,6\% \)

b) hỗn hợp Y gồm:

\(\left\{ \begin{gathered}
C{O_2}:0,18\,(mol) \hfill \\
S{O_2}:\,0,24\,(mol) \hfill \\
{N_2}:1,5\,(mol) \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

Cho hỗn hợp Y qua O₂ ( xúc tác V₂O₅ ) có phản ứng sau:

\(\begin{gathered}
2S{O_2} + {O_2}\xrightarrow[{{{450}^0}C}]{{{V_2}{O_5}}}2S{O_3} \hfill \\
0,24\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to 0,24\,\,\,\,(mol) \hfill \\
S{O_3} + {H_2}O\xrightarrow{{}}{H_2}S{O_4} \hfill \\
0,24\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,0,24\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(mol) \hfill \\
\end{gathered} \)

Khối lượng dd sau: m_{dd sau}  = m_SO3 + m_H2O = 0,24. 80 + 592,8 = 612 (g)

\(\begin{gathered}
V{\,_{dd\,sau}} = \frac{{{m_{dd\,sau}}}}{D} = \frac{{612}}{{1,02}} = 600\,(ml) = \,0,6\,(lit) \hfill \\
= > \,{C_M}_{{H_2}S{O_4}} = \frac{n}{V} = \frac{{0,24}}{{0,6}} = 0,4\,(M) \hfill \\
\end{gathered} \)