Hỗn hợp các oxit MgO, Al2O3...

- Hướng dẫn giải

Phương pháp giải:

a)  Viết tất cả các phản ứng hóa học xảy ra

Tất cả oxit bazo + H₂SO₄ → muối + H₂O

phản ứng trung hòa là phản ứng giữa axit và bazo => H₂SO₄ còn dư sau phản ứng

b) n_H2SO4 = 0,45.1 = 0,45 mol

Gọi số mol của MgO, Al₂O₃ và Fe₃O₄ trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là x, y, z (mol)

m_hh = 40x + 102y + 232z = 20,68 (*)

- Khi hòa tan hỗn hợp vào H₂SO₄:

\(DD{\text{ }}Y\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4}:x\,mol \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3}:y\,mol \hfill \\
FeS{O_4}:z \hfill \\
F{e_2}{(S{O_4})_3}:z \hfill \\
{H_2}S{O_4}\,du:0,45 - x - 3y - 4z \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

 - Trung hòa ¼ dung dịch Y cần 0,025 mol NaOH vậy trung hòa Y cần 0,1 mol NaOH:

Theo PTHH (4): n_{H2SO4 dư} = 0,5n_NaOH = 0,05 mol

=> 0,45 – x – 3y – 4z = 0,05

=> x + 3y + 4z = 0,4 (**)

Dung dịch thu được chứa các chất: 

\(T\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4}:x \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3}:y \hfill \\
FeS{O_4}:z \hfill \\
F{e_2}{(S{O_4})_3}:z \hfill \\
N{a_2}S{O_4}:0,05 \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

- Giả sử dẫn toàn bộ dung dịch Y qua cột chứa bột Fe:

(5) H₂SO₄ + Fe → FeSO₄ + H₂                                           

         0,05         →    0,05           (mol)

(6) Fe₂(SO₄)₃ + Fe → 3FeSO₄

              z             →        3z       (mol)

Dung dịch sau chứa các chất tan: 

\(K\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4}:x \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3}:y \hfill \\
FeS{O_4}:4z + 0,05 \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

Theo đề bài ta có: m_K – m_T = 4.1,105

=> [120x + 342y + 152(4z + 0,05)] – [120x + 342y + 152.z + 400z + 0,05.142] = 4,42(***)

Từ (*) (**) (***) ta giải được z = ?; y =?; z = ?

Từ đó tính được phần trăm khối lượng của mỗi chất.

Giải chi tiết:

\(X\left\{ \begin{gathered}
MgO \hfill \\
A{l_2}{O_3} \hfill \\
F{e_3}{O_4} \hfill \\
\end{gathered} \right.\xrightarrow{{ + {H_2}S{O_4}}}Y\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4} \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3} \hfill \\
FeS{O_4} \hfill \\
F{e_2}{(S{O_4})_3} \hfill \\
{H_2}S{O_4}\,du \hfill \\
\end{gathered} \right.\left| \begin{gathered}
\xrightarrow{{ + NaOH}}Z\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4} \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3} \hfill \\
FeS{O_4} \hfill \\
F{e_2}{(S{O_4})_3} \hfill \\
N{a_2}S{O_4} \hfill \\
\end{gathered} \right. \hfill \\
\xrightarrow{{ + Fe}}\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4} \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3} \hfill \\
FeS{O_4} \hfill \\
\end{gathered} \right. \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

(a) Hòa tan MgO, Al₂O₃ và Fe₃O₄ vào H₂SO₄:

(1) MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O

(2) Al₂O₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

(3) Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O

Trung hòa Y:

(4) H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Cho dung dịch Y (MgSO₄, Al₂(SO₄)₃, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, H₂SO₄) qua cột chứa bột sắt:

(5) H₂SO₄ + Fe → FeSO₄ + H₂

(6) Fe₂(SO₄)₃ + Fe → 3FeSO₄

(b) n_H2SO4 = 0,45.1 = 0,45 mol

Gọi số mol của MgO, Al₂O₃ và Fe₃O₄ trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là x, y, z (mol)

Ta có: 40x + 102y + 232z = 20,68 (*)

- Khi hòa tan hỗn hợp vào H₂SO₄:

\(DD{\text{ }}Y\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4}:x\,mol \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3}:y\,mol \hfill \\
FeS{O_4}:z \hfill \\
F{e_2}{(S{O_4})_3}:z \hfill \\
{H_2}S{O_4}\,du:0,45 - x - 3y - 4z \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

 - Trung hòa ¼ dung dịch Y cần 0,025 mol NaOH vậy trung hòa Y cần 0,1 mol NaOH:

Theo PTHH (4): n_{H2SO4 dư} = 0,5n_NaOH = 0,05 mol

=> 0,45 – x – 3y – 4z = 0,05

=> x + 3y + 4z = 0,4 (**)

Dung dịch thu được chứa các chất: 

\(T\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4}:x \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3}:y \hfill \\
FeS{O_4}:z \hfill \\
F{e_2}{(S{O_4})_3}:z \hfill \\
N{a_2}S{O_4}:0,05 \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

- Giả sử dẫn toàn bộ dung dịch Y qua cột chứa bột Fe:

(5) H₂SO₄ + Fe → FeSO₄ + H₂

         0,05         →    0,05           (mol)

(6) Fe₂(SO₄)₃ + Fe → 3FeSO₄

              z             →        3z       (mol)

Dung dịch sau chứa các chất tan: 

\(K\left\{ \begin{gathered}
MgS{O_4}:x \hfill \\
A{l_2}{(S{O_4})_3}:y \hfill \\
FeS{O_4}:4z + 0,05 \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

Theo đề bài ta có: m_K – m_T = 4.1,105

=> [120x + 342y + 152(4z + 0,05)] – [120x + 342y + 152.z + 400z + 0,05.142] = 4,42

=> z = 0,07 (***)

Từ (*) (**) (***) ta giải được z = 0,06; y = 0,02; z = 0,07

Số mol của nguyên tố O trong hỗn hợp X:

n_O = n_MgO + 3n_Al2O3 + 4n_Fe3O4 = 0,06 + 3.0,02 + 4.0,07 = 0,4 mol

Khối lượng của O: m_O = 0,4.16 = 6,4 (gam)

Phần trăm khối lượng của nguyên tố O: \(\% {m_O} = \frac{{6,4}}{{20,68}}.100\%  = 30,95\% \)

(c) Phần trăm khối lượng của MgO trong X: \(\% {m_{MgO}} = \frac{{0,06.40}}{{20,68}}.100\%  = 11,6\% \)

Phần trăm khối lượng của Al₂O₃ trong X: \(\% {m_{A{l_2}{O_3}}} = \frac{{0,02.102}}{{20,68}}.100\%  = 9,9\% \)

Phần trăm khối lượng của Fe₃O₄ trong X: \(\% {m_{F{e_3}{O_4}}} = 100\%  - 11,6\%  - 9,9\%  = 78,5\% \)