Hỗn hợp chất rắn A gồm FeCO3, FeS2 và tạp chất trơ. Hỗn hợp khí B gồm 20% oxi và 80% nitơ về

Câu hỏi số 266188:

Vận dụng cao

Hỗn hợp chất rắn A gồm FeCO₃, FeS₂ và tạp chất trơ. Hỗn hợp khí B gồm 20% oxi và 80% nitơ về thể tích. Cho hỗn hợp A vào bình kín dung tích 10 lít ( không đổi) chứa lượng hỗn hợp B vừa đủ. Nung nóng bình cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các phản ứng cùng tạo ra một oxit sắt, oxit này phản ứng với dung dịch HNO₃ dư không tạo ra khí. Sau phản ứng, đưa nhiệt độ bình về 136,5⁰C, trong bình còn lại chất rắn X và hỗn hợp khí Y. Tỉ khối của Y so với H₂ bằng 17 và áp suất trong bình là P atm. Cho dòng khí CO dư đi qua X đun nóng, biết rằng chỉ xảy ra phản ứng khử oxit sắt thành kim loại và đạt hiệu suất 80%.Sau phản ứng thu được 27,96 gam chất rắn Z, trong đó kim loại chiếm 48,07% khối lượng.

(a) Tính giá trị của P ( coi thể tích chất rắn X là rất nhỏ) và thành phần % khối lượng tạp chất trong A.

(b) Cho Y phản ứng với oxi ( dư) có V₂O₅ ( xúc tác) ở 450⁰C, hấp thụ sản phẩm vào 592,8 gam nước, được dung dịch C ( D = 1,02 gam/ml). Tính nồng độ mol của dung dịch C. Giả thiết hiệu suất của quá trình là 100%.

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:266188

Phương pháp giải

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

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:

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)

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

PH/HS 2K10 THAM GIA NHÓM ĐỂ CẬP NHẬT ĐIỂM THI, ĐIỂM CHUẨN MIỄN PHÍ!

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> Học trực tuyến lớp 9 và Lộ trình UP10 trên Tuyensinh247.com Đầy đủ khoá học các bộ sách: Kết nối tri thức với cuộc sống; Chân trời sáng tạo; Cánh diều. Lộ trình học tập 3 giai đoạn: Học nền tảng lớp 9, Ôn thi vào lớp 10, Luyện Đề. Bứt phá điểm lớp 9, thi vào lớp 10 kết quả cao. Hoàn trả học phí nếu học không hiệu quả. PH/HS tham khảo chi tiết khoá học tại: Link