Bài tập axit sunfuric đặc

Bt e ta có: 3.n_M = 2. n_SO2 => n_M = 0,08 mol

Mặt khác: 0,08. M = 2,16 => M = 27 (Al)

BTNT C: n_CO= n_CO2 = n_CaCO3 = 0,06 mol

Gọi số mol của Fe và Fe₂O₃ lần lượt là a, b

Muối khan là Fe₂(SO₄)₃ ; n _Fe2(SO4)3 = 24: 400= 0,06 mol

BTNT Fe => 2. n_Fe2(SO4)3 = n _Fe +2n _Fe2O3=> a+2b=0,06. 2(1)

Bt e ta có: 3n _Fe + 2n _CO = 2n _SO2 => 3a + 0,06. 2 = 0,18. 2 (2)

Từ (1)(2) => a=0,08 mol; b = 0,02 mol

m_Fe = 4,48 gam; m_Fe2O3 = 3,2 gam

=> %Fe = 58,33%

n_SO2 = 0,3 mol

Áp dụng công thức tính nhanh: m_Fe = 0,7. m _{hỗn hợp} + 5,6. Σ _{e trao đổi} = 0,7. 75,2 + 5,6. 0,3. 2 = 56 gam

*Phần 1: Hòa tan 1 phần hỗn hợp vào HCl dư

Đặt n_H2 = a và n_CO2 = b (mol)

+ n _khí = a + b = 0,1 (1)

+ m _khí = n _khí.M _khí => 2a + 44b = 0,1. 9,4. 2 (2)

Giải hệ thu được a = 0,06 và b = 0,04

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

Fe(OH)₃ + 3HCl → FeCl₃ + 3H₂O

FeCO₃ + 2HCl → FeCl₂ + CO₂ + H₂O

=> n_Fe = n_H2 = 0,06 mol; n_FeCO3 = n_CO2 = 0,04 mol

*Phần 2: Hòa tan 1 phần vào dung dịch H₂SO₄ đặc dư

n_SO2 = n _khí - n_CO2 = 0,2075 - 0,04 = 0,1675 mol

Quá trình cho và nhận e:

Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e                                                                S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

3Fe^+8/3 → 3Fe⁺³ + 1e

Fe⁺² → Fe⁺³ + 1e

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

3n_Fe + n_Fe3O4 + n_FeCO3 = 2n_SO2 => 3.0,06 + n_Fe3O4 + 0,04 = 2. 0,1675

=> n_Fe3O4 = 0,115 mol

Như vậy, dựa theo các PTHH ở phần 1 ta có:

n_FeCl2 = n_Fe + n_Fe3O4 + n_FeCO3 = 0,06 + 0,115 + 0,04 = 0,215 mol

\({n_{Al}} = \frac{{{m_{Al}}}}{{{M_{Al}}}} = \frac{{4,32}}{{27}} = 0,16\,(mol);{n_{Cu}} = \frac{{{m_{Cu}}}}{{{M_{Cu}}}} = \frac{{6,4}}{{64}} = 0,1\,(mol)\)

quá trình nhường e

Al⁰ → Al⁺³ + 3e

Cu⁰ → Cu⁺² + 2e

qúa trình nhận e

S⁺⁶ +2e → S⁺⁴ (SO₂)

Bảo toàn e ta có: n_{e(KL nhường)} = n_{S+6 nhận}

⟹ 3n_Al + 2n_Cu = 2n_SO2

⟹ 3.0,16 + 2.0,1 = 2n_SO2

⟹ n_SO2 = 0,34 (mol)

⟹ V_SO2(đktc) = n_SO2×22,4 = 0,34×22,4 = 7,616 (lít)

Fe₂O₃ + H₂SO₄ đặc, nóng chỉ xảy ra phản ứng trao đổi nên không có khí thoát ra

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ đặc, nóng → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Câu sai là: H₂SO₄ đặc không có tính axit, chỉ có tính oxi hóa mạnh.

Axit sunfuric đặc được sử dụng làm khô các chất khí ẩm. Loại khí có thể được làm khô nhờ axit sunfuric đặc là khí không tác dụng được với H₂SO₄ đặc => CO₂

Cặp kim loại thụ động trong H₂SO₄ đặc, nguội là Al và Fe

2FeS + 10H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 9SO₂ + 10H₂O

2FeCO₃ + 4H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 2CO₂ + 4H₂O

=> hỗn hợp A gồm SO₂ và CO₂

Các chất khi cho tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng có khí SO₂ thoát ra là: FeS, FeS₂, FeO, Fe(OH)₂, FeCO₃, FeSO₃, FeSO₄

C₁₂H₂₂O₁₁ $\xrightarrow{{{H_2}S{O_4}}}$ 12C + 11H₂O

C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

2FeS + 10H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 9SO₂ + 10H₂O

2FeSO₄ + 2H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 2H₂O

2Fe(OH)₂ + 4H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 6H₂O

2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

=> chất tạo ra nhiều SO₂ nhất là FeS

Vì có 1 phần Fe không tan => 1 phần Fe dư phản ứng với Fe₂(SO₄)₃

=> muối thu được gồm MgSO₄ và FeSO₄

${n_{Mg}} = \,\,\frac{{7,2}}{{24}}\,\, = \,\,0,3\,\,mol$

Xét quá trình cho – nhận e:

$Mg\,\,\, \to \,\,\,\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \,\, + \,\,2e\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\mathop S\limits^{ + 6} \,\, + \,\,8e\,\,\, \to \,\,\mathop {\,S}\limits^{ - 2} $

0,3            →            0,6 mol                      0,6 → 0,075 mol

→ ${n_{{H_2}S}}$ = 0,075 mol → V = 0,075.22,4 = 1,68 (L)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố với S:

${n_{{H_2}S{O_4}}} = \,\,{n_{Mg{\text{S}}{O_4}}} + \,\,{n_{{H_2}S}}$ = 0,3 + 0,075 = 0,375 mol

→${m_{{H_2}S{O_4}}}$ _{phản ứng}  = 0,375.98 = 36,75 gam

${n_{S{O_2}}} = \,\,\frac{{12,88}}{{22,4}}\,\, = \,\,0,575\,\,mol$

Xét quá trình nhận e: $\,\mathop S\limits^{ + 6} \,\, + \,\,2e\,\,\, \to \,\,\mathop {\,S}\limits^{ + 4} $

→ n_{e nhận}  = 2${n_{S{O_2}}}$ = 2.0,575 = 1,15 mol →  n_{e cho}  = n_{e nhận} = 1,15 mol

→${n_{SO_4^{2 - }}}$ = $\frac{{{n_{e{\text{ }}cho}}}}{2}$ = 0,575 mol → m_muối  = m_{kim loại} + ${m_{SO_4^{2 - }}}$ = 28,6 + 0,575.96 = 83,8 gam

n_X  =  $\frac{{2,24}}{{22,4}}\,\, = \,\,0,1\,\,mol$

Xét quá trình cho – nhận e:

$Mg\,\,\, \to \,\,\,\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \,\, + \,\,2e\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\mathop S\limits^{ + 6} \,\, + \,\,ne\,\,\, \to \,\,\mathop {\,S}\limits^{6 - n} $

$0,1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,2\,\,mol\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,8\,\,\, \to \,\,\,\frac{{0,8}}{n}$

$Al\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\mathop {Al}\limits^{ + 3} \,\,\,\,\, + \,\,\,3e$

$0,2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,6\,\,mol$

Áp dụng định luật bảo toàn e: n_{e cho}  = n_{e nhận}  = 0,8 mol  → n_khí  =$\frac{{0,8}}{n}$

→ $\frac{{0,8}}{n}$ = 0,1 → n = 8 → S trong khí X có số oxi hóa -2 → X là H₂S

+) Gọi n_Zn = x mol; n_Al  = y mol → m_{hỗn hợp}  = 65x + 27y = 2,975         (1)

${n_{S{O_2}}} = \,\,\frac{{1,904}}{{22,4}}\,\, = \,\,0,085\,\,mol;\,\,\,\,{n_S}\, = \,\,\frac{{0,16}}{{32}}\,\, = \,\,0,005\,\,mol$

Xét quá trình cho – nhận e:

+) Bảo toàn e: n_{e cho}  = 0,2 mol → 2x + 3y = 0,2    (2)

Từ (1) và (2) → x = 0,025 mol; y = 0,05 mol

→ %m_Zn = $\frac{{0,025.65}}{{2,975}}.100\% = 54,62\%  \to \% {m_{Al}}= 100\%  - 54,62\%  = 45,38\% $

${n_{S{O_2}}}\, = \,\frac{{2,8}}{{22,4}}\,\, = \,\,0,125\,\,mol$ → n_{e nhận}  = 0,125.2 = 0,25 mol → n_{e cho} = 0,25 mol

Nhận xét: Khi hỗn hợp A tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư thì số mol e cho cũng giống như khi đốt cháy trong oxi dư

→ trong phản ứng đốt cháy: n_{e cho} = 0,25 mol →${n_{e\,}}_{{O_2}}$ _nhận  = 0,25 mol

→${n_{{O_2}}}$ = $\frac{{0,25}}{4}\,\, = \,\,0,0625\,\,mol$  → V = 0,0625.22,4 = 1,4 (L)

2 muối là FeSO₄ và Fe₂(SO₄)₃

Xét quá trình cho – nhận e:

Fe → $\mathop {Fe}\limits^{ + 2} $ +2e                 $\mathop S\limits^{ + 6} \,\,\, + \,\,\,2e\,\,\, \to \,\,\,\mathop S\limits^{ + 4} $

a       →      2a  mol

Fe → $\mathop {Fe}\limits^{ + 3} $ + 3e

a         →      3a  mol

Nếu chỉ thu được muối FeSO₄ thì n_{e nhận}  = n_{e cho}  = 2a mol

Nếu chỉ thu được muối Fe₂(SO₄)₃ thì n_{e nhận}  = n_{e cho}  = 3a mol

→ Để thu được 2 muối thì: 2a < n_{e nhận} = n_{e cho}  < 3a

Bảo toàn nguyên tử S:  ${n_{{H_2}S{O_4}}}\, = \,\,{n_{SO_4^{2 - }}} + \,\,{n_{S{O_2}}}$

mà ${n_{SO_4^{2 - }}} = \,\,\frac{{{n_{e\,\,cho}}}}{2}$ và ${n_{S{O_2}}}\,$ =$\frac{1}{2}$  n_{e nhận}  =$\frac{1}{2}$  n_{e cho}

→ ${n_{{H_2}S{O_4}}} = \,\,b\,\, = \,\,\frac{{{n_{e\,\,cho}}}}{2}\,\, + \,\,\frac{1}{2}{n_{e\,\,cho}}$ → n_{e cho}  = b

→ 2a < b < 3a