Cho 𝑚 gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe3O4 tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng. Kết thúc phản ứng, thu được 3,36 lít khí SO2 (đktc) (sản phẩm khử duy nhất) và còn 0,14𝑚 gam kim loại không tan. Hòa tan hết lượng kim loại này trong dung dịch H2SO4 loãng thu được dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với dd NaOH dư trong không khí đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 16,05 gam kết tủa Z. Viết các phương trình phản ứng hóa học xảy ra, tính m và số mol Fe3O4 trong 𝑚 gam hỗn hợp X.

Đáp án:

Giải thích các bước giải:

Cho hỗn hợp Fe, Fe₃O₄ tác dụng với dung dịch H₂SO₄đặc, nóng, còn dư kim loại không tan là Fe dư.

=>dung dịch thu được sau phản ứng chỉ chứa muối FeSO₄.

PTHH các phản ứng :

2Fe + 6H₂SO_{4 đ,nóng} → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O (1)

2Fe₃O₄ + 10H₂SO_4đ,nóng → 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 10H₂O (2)

Fe + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄ (3)

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ (4)

10HCl + 2 KMnO₄ + 3H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Cl₂ + 8 H₂O (5)

10FeCl₂ + 6 KMnO₄ + 24H₂SO₄ → 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 10Cl₂ + 24 H₂O (6)

Gọi số mol Fe dư là a mol

Theo (4) ta có : n_{HCl phản ứng} = 2a (mol)

=> n_{HCl dư} = 0,2a (mol)

Dung dịch A thu được, tác dụng với dung dịch KMnO₄/H₂SO₄

Theo các phản ứng (5), (6) => n_KMnO4 = 0,64a = 0,064 => a = 0,1

m_{Fe dư} = 5,6 gam = 7m/ 50 => m = 40 (gam)

Gọi số mol Fe, Fe₃O₄ phản ứng ở (1), (2), (3) là x, y

Ta có 56 x + 232y = 40 - 5,6 = 34,4 (7)

Số mol SO₂ = 0,1mol

Quá trình nhường e quá trình nhận e

Fe⁰ → Fe ⁺² + 2e S ⁺⁶ +2e → S ⁺⁴

Mol : x 2x mol: 0,2 ←0,1

3Fe ^+8/3 + 2e → 3Fe ⁺²

mol: 3y → 2y

Bảo toàn e ta có : 2x = 2y + 0,2 (8)

Từ (7) và (8) ta giải ra được: x = 0,2 và y = 0,1

Khối lượng sắt ban đầu : m_{Fe bđ} = 0,2. 56 + 5,6 = 16,8 gam

→%m_Fe = 42% ; %m_Fe3O4 = 100% - 42% = 58%