Hỗn hợp các oxit MgO, Al2O3 và Fe3O4 được dùng làm xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3. Hòa tan

Câu hỏi số 264803:

Vận dụng cao

Hỗn hợp các oxit MgO, Al₂O₃ và Fe₃O₄ được dùng làm xúc tác cho quá trình tổng hợp NH₃. Hòa tan hoàn toàn 20,68 gam hỗn hợp X gồm MgO, Al₂O₃ và Fe₃O₄ vào 450 mL dung dịch H₂SO₄ 1,0 M được dung dịch Y. Để trung hòa ¼ dung dịch Y cần 25,00 mL dung dịch NaOH 1,0 M thu được dung dịch Z. Cô cạn cẩn thận dung dịch Z trong điều kiện không có không khí thu được m gam rắn khan T. Nếu lấy ¼ dung dịch Y lội từ từ qua cột chứa bột sắt, sau đó cô cạn cẩn thận dung dịch sau khi qua cột trong điều kiện không có không khí thì thu được chất rắn khan có khối lượng lớn hơn khối lượng của T là 1,105 gam.

(a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

(b) Tính phần trăm khối lượng của nguyên tố oxy trong hỗn hợp X.

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:264803

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:

- 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: \(\% {m_O} = \frac{{6,4}}{{20,68}}.100\% = 30,95\% \)

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 Fe₃O₄trong X: \(\% {m_{F{e_3}{O_4}}} = 100\% - 11,6\% - 9,9\% = 78,5\% \)

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K8 Chú ý! Lộ Trình Sun 2026 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi (Luyện thi 26+ TN THPT, 90+ ĐGNL HN, 900+ ĐGNL HCM, 70+ ĐGTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com.Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, luyện thi theo 3 giai đoạn: Nền tảng lớp 12, Luyện thi chuyên sâu, Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.