Bài tập CO tác dụng với oxit kim loại

- CuO, Fe₂O₃, ZnO bị bởi khử C, CO, H₂ tạo thành Cu, Fe, Zn.

- Còn lại MgO.

=> Hỗn hợp chất rắn thu được là Cu, Fe, Zn, MgO.  

Các chất khử C, CO, H₂ không khử được các oxit MgO, Al_­2O₃ và các oxit khác của kim loại kiềm và kiềm thổ.

=> trong hỗn hợp X, CO khử được Fe₃O₄ và CuO tạo ra Fe và Cu

=> chất rắn Y gồm: Al₂O₃, MgO, Fe, Cu

Cho Y vào dung dịch NaOH dư, chỉ có Al₂O₃ tan  => chất rắn Z sau phản ứng gồm MgO, Fe, Cu

PTHH: CuO + CO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

=> n_Cu = n_CuO = 0,4 mol => m_Cu = 25,6 gam

MgO không phản ứng với CO

PTHH: CuO + CO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

             0,2 →  0,2

Chất rắn gồm MgO và Cu

=> x = m_MgO + m_Cu = 0,2.40 + 0,2.64 = 20,8 gam

Gọi số mol của CuO và Al₂O₃ lần lượt là a và b mol

=> m_{hỗn hợp đầu} = 80a + 102b = 9,1   (1)

Khí CO chỉ phản ứng với CuO

CuO + CO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

a mol     →      a mol

Hỗn hợp chất rắn sau phản ứng gồm Cu (a mol) và Al₂O₃ (b mol)

=> m_{hỗn hợp sau} = 64a + 102b = 8,3  (2)

Lấy (1) trừ (2) ta có: 16a = 0,8 => a = 0,05 mol

=> m_CuO = 0,05.80 = 4 gam

Giả sử khối lượng hỗn hợp rắn ban đầu là m gam => khối lượng rắn sau phản ứng là (m – 0,32) gam

CO + CuO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

3CO + Fe₂O₃ $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2Fe + 3CO₂

Từ 2 PTHH ta có:  ${n_{CO}} = {n_{C{O_2}}} = a\,mol$

Bảo toàn khối lượng: ${m_{CO}} + {m_{CuO,{\text{ }}F{e_2}{O_3}}} = {m_{C{O_2}}}$ + m_{rắn sau phản ứng}

=> 28a + m = 44a + m – 0,32

=> a = 0,02 mol

=> V = 0,02.22,4 = 0,448 lít

CO + CuO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

3CO + Fe₂O₃ $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2Fe + 3CO₂

Từ 2 PTHH =>  ${n_{CO}} = {n_{C{O_2}}}$

Cho khí X vào dung dịch Ca(OH)₂

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

${n_{CaC{{\text{O}}_3}}} = \frac{4}{{100}} = 0,04\,mol$

Theo PTHH: ${n_{C{O_2}}} = {n_{CaC{{\text{O}}_3}}} = 0,04\,mol$

=> n_CO = 0,04 mol

=> V = 0,04.22,4 = 0,896 lít

Gọi oxit kim loại cần tìm là R₂O_n

R₂O_n + nH₂SO₄ → R₂(SO₄)_n + nH₂O

Theo PTHH ta có: ${n_{{R_2}{O_n}}} = {n_{{R_2}{{(S{O_4})}_n}}} = > \frac{{20}}{{2{\text{R}} + 16n}} = \frac{{50}}{{2{\text{R}} + 96n}} = > R = \frac{{56}}{3}n$

Ta có bảng sau: 

=> oxit cần tìm là Fe₂O₃

${n_{F{{\text{e}}_2}{O_3}}} = \frac{{20}}{{160}} = 0,125\,mol$

Fe₂O₃ + 3CO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2Fe + 3CO₂

0,125 → 0,375

=> V_CO = 0,375.22,4 = 8,4 lít

* Trường hợp oxit kim loại là Fe₃O₄

${{n}_{F{{\text{e}}_{3}}{{O}_{4}}}}=\frac{20}{232}=\frac{5}{58}\,mol$

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O

$\frac{5}{58}$ mol       →       $\frac{5}{58}$ mol → $\frac{5}{58}$ mol

=> Khối lượng muối thu được là:

m_muối = ${{m}_{F\text{e}S{{O}_{4}}}}+{{m}_{F{{\text{e}}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{3}}}}=\frac{5}{58}.152+\frac{5}{58}.400\approx 47,58\ne 50$

=> loại trường hợp này

${n_{{H_2}O}} = \frac{{1,44}}{{18}} = 0,08\,mol$

H₂ + CuO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + H₂O

yH₂ + Fe_xO_y $\xrightarrow{{{t^o}}}$ xFe + yH₂O

Từ PTHH ta có:  ${n_{{H_2}}} = {n_{{H_2}O}} = 0,08\,mol$

Bảo toàn khối lượng:  ${m_{{H_2}}} + {m_{hh\,A}} = {m_{c{\text{r}}an}} + {m_{{H_2}O}}$

=> 0,08.2 + 8,14 = a + 1,44 => a = 6,86 gam

${n_{{H_2}}} = \frac{{1,344}}{{22,4}} = 0,06\,mol$

TH1: M không phải là Fe₃O₄

M₂O_n + nH₂ $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2M + nH₂O

$\frac{{0,06}}{n}$  ←0,06 →  $\frac{{0,12}}{n}$

$ = > {M_{{M_2}{O_n}}} = \dfrac{{3,48}}{{\dfrac{{0,06}}{n}}} = 58n$

=> 2M + 16n = 58n => M = 21n 

Ta có bảng sau:

=> loại trường hợp này

TH2: M là Fe₃O₄  $ = > {n_{F{{\text{e}}_3}{O_4}}} = \dfrac{{3,48}}{{232}} = 0,015\,mol$

Fe₃O₄ + 4H₂ $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 3Fe + 4H₂O

0,015 → 0,06 → 0,045           mol

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

0,045 mol      →         0,045 mol

$ = > {V_{{H_2}}} = 0,045.22,4 = 1,008$ lít (phù hợp đầu bài)

Vậy oxit cần tìm là Fe₃O₄

CO + CuO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

CO + FeO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Fe + CO₂

Từ PTHH ta có: ${n_{CO}} = {n_{C{O_2}}} = a\,mol$

Bảo toàn khối lượng: ${m_{CO}} + {m_{hh\,A}} = {m_{C{O_2}}} + {m_{hh\,{\mathbf{B}}}}$ 

=> 28a + 15,2 = 44a + 13,6 => a = 0,1 mol

B tác dụng với dung dịch Ca(OH)₂ dư:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

0,1 mol         →        0,1 mol

=> m_{kết tủa} = 0,1.100 = 10 gam

4CO + Fe₃O₄ $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 3Fe + 4CO₂

CO + CuO $\xrightarrow{{{t^o}}}$ Cu + CO₂

Từ PTHH ta có: ${n_{CO}} = {n_{C{O_2}}} = a\,mol$

Khí thoát ra khỏi bình dẫn qua dung dịch Ca(OH)₂ thu được 5 gam kết tủa CaCO₃

$ = > {n_{CaC{{\text{O}}_3}}} = \frac{5}{{100}} = 0,05\,mol$

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

0,05 mol       ←       0,05 mol

Bảo toàn khối lượng:  ${m_{CO}} + {m_{hh\,F{{\text{e}}_3}{O_4},CuO}} = {m_{C{O_2}}} + {m_{hh\,kl}}$

=> 0,05.28 + m = 0,05.44 + 2,32 => m = 3,12 gam