Hỗn hợp X gồm Al và Fe3O4. N...

C

- Hướng dẫn giải

Phương pháp giải:

Phương trình phản ứng:

8Al + 3Fe₃O₄  \(\xrightarrow{{{t^0}}}\) 4Al₂O₃ + 9Fe (1)

Hỗn hợp Y chứa Al₂O₃, Fe, Al dư và Fe₃O₄ dư.

-Phần 1: cho vào dung dịch NaOH dư thì có Al₂O₃ và Al dư phản ứng.

Từ số mol H₂ suy ra số mol Al dư.

-Phần 2: Hòa tan trong dung dịch H₂SO₄ loãng thì tất cả các chất trong Y đều phản ứng.

Từ số mol H₂ suy ra số mol Fe.

2Al_dư+  3 H₂SO_{4 loãng} → Al₂(SO₄)₃+3 H₂ (4)

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂ (5)

Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃+ 3H₂O (6)

Fe₃O₄ + 4 H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4 H₂O (7)

Từ các phương trình (1), (4), (5), (6), (7) tính được số mol Al ban đầu và số mol Fe₃O₄ ban đầu.

Từ đó xác định được hiệu suất phản ứng tính theo chất có tỉ lệ mol/ hệ số cân bằng bé hơn.

Giải chi tiết:

Phương trình phản ứng:

8Al + 3Fe₃O₄ \(\xrightarrow{{{t^0}}}\) 4Al₂O₃ + 9Fe (1)

Hỗn hợp Y chứa Al₂O₃, Fe, Al dư và Fe₃O₄ dư.

-Phần 1: cho vào dung dịch NaOH dư thì có Al₂O₃ và Al dư phản ứng.

Al + NaOH + H₂O → NaAlO₂ + 3/2 H₂ (2)

Al₂O₃ + 2NaOH → 2 NaAlO₂ + H₂O (3)

Theo PT (2) ta có: n_{Al dư}= 2/3 . n_H2= 2/3. 1,344:22,4= 0,04 mol

Suy ra trong toàn bộ hỗn hợp Y thì n_{Al dư}= 2.0,04 = 0,08 mol

-Phần 2: Hòa tan trong dung dịch H₂SO₄ loãng: n_H2= 3,36: 22,4 = 0,15 mol

2Al_dư+  3 H₂SO_{4 loãng} → Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂ (4)

0,04                                           →    0,06 mol

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂ (5)

0,09    ←                   (0,15-0,06) mol

Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃+ 3H₂O (6)

0,04→ 0,12 mol

Fe₃O₄ + 4 H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4 H₂O (7)

0,01← 0,04 mol

Theo pt (1): n_Al2O3 = (4/9).n_Fe = ( 4/9). 0,09 = 0,04 mol; n_{Fe3O4 pứ} = (3/9).n_Fe = (3/9). 0,09 = 0,03 mol;

n_{Al pứ} = 2.n_Al2O3= 0,08 mol

Ta có: n_{H2SO4 PT 7} = n_{H2SO4 ban đầu}- n_{H2SO4 PT 4,5,6}  = 0,31 –( 0,06+0,09+0,12) = 0,04 mol → n_Fe3O4 = 0,01 mol

Vậy ½ hỗn hợp X có chứa:

n_Al = n_{Al pứ} + n_{Al dư}  = 0,08 + 0,04= 0,12 mol; n_Fe3O4 = n_{Fe3O4 pứ} + n_{Fe3O4 dư} = 0,03 + 0,01 = 0,04 mol

Xét phản ứng:

8Al + 3Fe₃O₄ \(\xrightarrow{{{t^0}}}\) 4Al₂O₃ + 9Fe (1)

Ta có: 0,12:8 > 0,04:3 nên hiệu suất phản ứng tính theo Fe₃O₄.

Vậy hiệu suất phản ứng là:

\(H = \frac{{{n_{Fe3O4phanung}}}}{{{n_{Fe3O4bandau}}}}.100\%  = \frac{{0,03}}{{0,04}}.100\%  = 75\% \)

Đáp án C