Nung 9,28 gam hỗn hợp A gồm FeCO3và một oxit sắt trong không khí đến khối lượng không đổi. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 8 gam một oxit sắt duy nhất và khí CO2. Hấp thụ hết lượng khí CO2vào 300 ml dung dịch Ba(OH)20,1M,kết thúc phản ứng thu được 3,94 gam kết tủa. Mặt khác, cho 9,28 gam hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HCl dư, sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch B. Dẫn 448ml khí Cl2(đktc) vào B thu được dung dịch D. Hỏi D hoà tan tối đa bao nhiêu gam Cu?

Giải thích các bước giải:

Đổi: $300ml=0,3lít$

$448ml=0,448lít$

$n_{Ba(OH)_2}=0,3.0,1=0,03mol$

$n_{BaCO_3}=$ `(3,94)/(197)` $=0,02mol$

$n_{Fe_2O_3}=$ `8/(160)` $=0,05mol$

$n_{Cl_2}=$ `(0,448)/(22,4)` $=0,02mol$

Gọi công thức của oxit sắt là $Fe_xO_y$

PTHH:

$4FeCO_3+O_2$ $\xrightarrow{t^o}$ $2Fe_2O_3+4CO_2$          (1)

0,02                                  0,01             0,02           (mol)

$2Fe_xO_y+O_2$ $\xrightarrow{t^o}$ $xFe_2O_3$          (2)

$CO_2+Ba(OH)_2→BaCO_3↓$          (3)

0,02                                    0,02   (mol)

$2CO_2+Ba(OH)_2→Ba(HCO)_2$          (4)

Ta xét 2 trường hợp sau:

Trường hợp 1: Không tạo ra $Ba(HCO_3)_2$ nên chỉ xảy ra phương trình $(1),(2),(3)$

Theo phương trình, ta có:

$n_{CO_2}=n_{BaCO_3}=0,02mol$

⇒ $n_{FeCO_3}=n_{CO_2}=0,02mol$

⇒ $m_{FeCO_3}=0,02.116=2,32g$

⇒ $m_{Fe_xO_y}=m_{hhA}-m_{FeCO_3}=9,28-2,32=6,96g$

$n_{Fe_2O_3(1)}=$ `1/2` $n_{CO_2}=$ `1/2` $.0,02=0,01mol$

$n_{Fe_2O_3}=n_{Fe_2O_3(1)}+n_{Fe_2O_3(2)}=0,05mol$

⇒ $n_{Fe_2O_3(2)}=0,05-0,01=0,04mol$

$n_{Fe_xO_y}=$ `2/x` $n_{Fe_2O_3(2)}=$ `2/x` $.0,04=$ `(0,08)/x` (mol)$

Ta có:
$m_{hhA}=m_{FeCO_3}+m_{Fe_xO_y}=9,28g$

⇔ $2,32+$ `(0,08)/x` $.(56x+16y)=9,28$

⇒ `x/y` = `(16)/(31)`

⇒ Không có oxit sắt nào thỏa mãn, nên loại trường hợp 1.

Trường hợp 2: Có tạo ra $Ba(HCO_3)_2$, xảy ra phương trình $(1),(2),(3), (4)$

$4FeCO_3+O_2$ $\xrightarrow{t^o}$ $2Fe_2O_3+4CO_2$          (1)

0,02                                  0,01             0,02           (mol)

$2Fe_xO_y+O_2$ $\xrightarrow{t^o}$ $xFe_2O_3$          (2)

$CO_2+Ba(OH)_2→BaCO_3↓$          (3)

0,02                 0,02                 0,02   (mol)

$2CO_2+Ba(OH)_2→Ba(HCO)_2$          (4)

0,02                  0,01

Theo phương trình, ta có:

$n_{CO_2(3)}=n_{Ba(OH)_2(3)}=n_{BaCO_3}=0,02mol$

$n_{Ba(OH)_2(4)}=n_{Ba(OH)_2}-n_{Ba(OH)_2(3)}=0,03-0,02=0,01mol$

$n_{CO_2(4)}=2.n_{Ba(OH)_2(4)}=2.0,01=0,02mol$

⇒ $n_{CO_2}=n_{CO_2(3)}+n_{CO_2(4)}=0,02+0,02=0,04mol$

⇒ $n_{Fe_2O_3(1)}=$ `1/2` $n_{CO_2}=$ `1/2`$.0,04=0,02mol$

⇒ $n_{Fe_2O_3(2)}=n_{Fe_2O_3}-n_{Fe_2O_3(1)}=0,05-0,02=0,03mol$

⇒ $n_{Fe_xO_y}=$ `2/x` $n_{Fe_2O_3(2)}=$ `2/x` $.0,03=$ `(0,06)/x` (mol)$

Ta có:
$m_{hhA}=m_{FeCO_3}+m_{Fe_xO_y}=9,28g$

⇔ $2,32+$ `(0,06)/x` $.(56x+16y)=9,28$

⇒ `x/y` = `3/4`

⇒ $x=3$

⇒ $y=4$

⇒ Công thức của oxit sắt là $Fe_3O_4$

------------------------------------------------

Trong hỗn hợp $A$ có: 

$n_{FeCO_3}=n_{CO_2}=0,04mol$

$n_{Fe_3O_4}=$ `(0,06)/3` $=0,02mol$

PTHH:

$FeCO_3+2HCl→FeCl_2+CO_2↑+H_2O$          (5)

0,04                                 0,04        (mol)

$Fe_3O_4+8HCl→FeCl_2+2FeCl_3+4H_2O$            (6)

0,02                                0,02          0,04          (mol)

$2FeCl_2+Cl_2→2FeCl_3$                         (7)

0,04              0,02         0,04         (mol)

$2FeCl_3+Cu→2FeCl_2+CuCl_2$             (8)

0,08            0,04          (mol)

Theo phương trình, ta có:

$n_{FeCl_2(5)}+n_{FeCl_2(6)}=0,04+0,02=0,06mol$

$n_{FeCl_3(6)}=2.n{Fe_3O_4}=2.0,02=0,04mol$

$n_{FeCl_2(7)}=2.n_{Cl_2}=2.0,02=0,04mol$

$n_{FeCl_2(dư)}=0,06-0,04=0,02mol$

$n_{FeCl_3(7)}=2.n_{Cl_2}=2.0,02=0,04mol$

$n_{FeCl_3(6)}+n_{FeCl_3(7)}=0,04+0,04=0,08mol$

$n_{Cu}=$ `1/2` ($.n_{FeCl_3(6)}+n_{FeCl_3(7)})=$ `1/2` $.0,08=0,04mol$

$n_{Cu}=0,04.64=2,56g$