Hòa tan hết 17,2 gam hỗn hợp X gồm Fe và một oxit sắt vào 200 gam dung dịch HCl 14,6% thu được dung dịch A và 2,24 lít khí H2 (đktc). Thêm 33,0 gam nước vào dung dịch A được dung dịch B. Nồng độ phần trăm của HCl trong dung dịch B là 2,92%. Mặt khác, cũng hòa tan hết 17,2 gam hỗn hợp X vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng thì thu được V lít khí SO2 duy nhất (đktc). a) Xác định công thức hóa học của oxit sắt trong hỗn hợp X. b) Tính khoảng giá trị của V?

Đáp án + Giải thích các bước giải:

$a)$ Đặt CT oxit sắt là $Fe_xO_y$

$n_{HCl}=\dfrac{200.14,6\%}{36,5}=0,8(mol)$

$n_{H_2}=\dfrac{2,24}{22,4}=0,1(mol)$

$m_A=17,2+200-0,2=217(g)$

$\to m_B=217+33=250(g)$

$\to n_{HCl(dư)}=\dfrac{250.2,92\%}{36,5}=0,2(mol)$

$\to n_{HCl(p/ứ)}=0,6(mol)$

$PTHH:$

$Fe_xO_y+2yHCl\to xFeCl_{2y/x}+yH_2O(1)$

$Fe+2HCl\to FeCl_2+H_2(2)$

$\to n_{Fe}=n_{H_2}=0,1(mol);n_{HCl(2)}=2n_{H_2}=0,2(mol)$

$\to n_{HCl(1)}=0,4(mol);m_{Fe}=0,1.56=5,6(g)$

$\to m_{Fe_xO_y}=17,2-5,6=11,6(g);n_{Fe_xO_y}=\dfrac{0,4}{2y}=\dfrac{0,2}{y}(mol)$

$\to M_{Fe_xO_y}=\dfrac{11,6}{\dfrac{0,2}{y}}=58y$

$\to 56x+16y=58y$

$\to 56x=42y$

$\to x:y=3:4$

$\to CT:Fe_3O_4$

$b)n_{Fe_3O_4}=\dfrac{11,6}{232}=0,05(mol)$

$2Fe+6H_2SO_4\to Fe_2(SO_4)_3+3SO_2+6H_2O(1)$

$2Fe_3O_4+10H_2SO_4\to 2Fe_2(SO_4)_3+SO_2+10H_2O(2)$

Có thể xảy ra: $Fe+Fe_2(SO_4)_3\to 3FeSO_4(3)$

Nếu $H_2SO_4$ dư thì (3) ko xảy ra

$\to n_{SO_2(max)}=\dfrac{3}{2}n_{Fe}+\dfrac{1}{2}n_{Fe_3O_4}=0,175(mol)$

$\to V_{SO_2(max)}=0,175.22,4=3,92(l)$

Nếu $H_2SO_4$ hết thì (3) xảy ra

$\to n_{SO_2(min)}=n_{Fe(5)}=n_{Fe_2(SO_4)_3(3+4)}$

Đặt $n_{Fe(5)}=x(mol)\to n_{Fe(3)}=0,1-x(mol)$

$\to n_{Fe_2(SO_4)_3(3+4)}=\dfrac{1}{2}(0,1-x)+\dfrac{3}{2}.0,05=x$

$\to x=\dfrac{0,25}{3}$

$\to n_{Fe(3)}=0,1-\dfrac{0,25}{3}=\dfrac{0,05}{3}$

$\to n_{SO_2(min)}=\dfrac{3}{2}.\dfrac{0,05}{3}+\dfrac{0,05}{2}=0,05(mol)$

$\to V_{SO_2(min)}=0,05.22,4=1,12(l)$

$\to V\in \left[1,12;3,92\right]$