Bài tập tính khử của C, CO, H2

n­_CuO = 32 : 80 = 0,4 (mol)

PTHH: CuO + CO  \(\buildrel {{t^0}} \over\longrightarrow \) Cu + CO₂

              0,4                   → 0,4            (mol)

=> m_Cu = 0,4.64 = 25,6 (g)

n_CO(đktc) = 3,36 :22,4 = 0,15 (mol)

Khi cho CO qua hỗn hợp CuO và MgO chỉ có CuO phản ứng

CO + CuO \(\xrightarrow{{{t^0}}}\) Cu + H₂O

0,15 → 0,15 (mol)

n_CuO = 0,15 (mol) => m_CuO = 0,15.80 = 12 (g)

%CuO = (m_CuO : m_hh).100% = (12 : 20).100% = 60%

=> %MgO = 100% -%CuO = 40%.

Ta có n_CuO = 0,1 mol

PTHH : CO + CuO → Cu + CO₂

             CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

→ n_CaCO3 = n_CuO = 0,1 mol → m_CaCO3 = 0,1 .100 =10 g

CO + (FeO và Fe₂O₃) → CO₂ + Fe

=> Hỗn hợp khí X thu được là CO₂ và CO dư.

Cho hh X này vào Ca(OH)₂ dư chỉ có CO₂ pư

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

=> n_CO2 = n_CaCO3 = 9 : 100 = 0,09 (mol)

Ta có: n_O(oxit) = n_CO2 = 0,09 (mol) => m_O(oxit) = 0,09.16 = 1,44 (g)

=> m =  m_Fe = 5,36 - 1,62 = 3,92 (g)

CO + oxit → kim loại + CO₂

Trong hỗn hợp khí sau phản ứng đặt n_CO = x mol và n_CO2 =y mol

Bảo toàn C có x + y = 0,2 mol

Tỉ khối hỗn hợp khí so với H₂ là 20 nên  =40

→ x = 0,05 mol và  y =0,15 mol

Bảo toàn khối lượng có m_CO + m_oxit = m + m_khí → 0,2.28 + 8 = m + 0,05.28 + 0,15.44 → m =5,6g

n_CuO = 8 : 80 = 0,1 (mol)

CO + CuO \(\xrightarrow{{{t^0}}}\) Cu + CO₂

0,1               →                0,1   (mol)

Hỗn hợp khí X có CO₂ và CO dư, khi cho qua dung dịch nước vôi trong dư chỉ có CO₂ tham gia phản ứng

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

0,1                     →   0,1                   (mol)

=> m_{kết tủa} = m_CaCO3 = 0,1.100 = 10 (g)

(1) Fe₃O₄ + 4H₂ \(\buildrel {{t^0}} \over\longrightarrow \) 3Fe + 4H₂O

(2) Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Từ PTHH (2) => n_H2 = n_Fe = 0,045 mol

Từ PTHH (1) => n_H2O = 4/3.n_Fe = 0,06 mol

=> m = m_H2O = 0,06.18 = 1,08g

CO khử được các oxit CuO, Fe₂O₃ nên sau phản ứng thu được chất rắn là: Al₂O₃, Cu, MgO, Fe.

- CuO và Fe₂O₃ bị CO khử ở nhiệt độ cao theo PTHH:

CuO + CO → Cu + CO₂

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

- Al₂O₃ và MgO không bị CO khử ở nhiệt độ cao.

Như vậy chất rắn thu được sau phản ứng gồm: Al₂O₃, Cu, MgO, Fe

Khối lượng rắn giảm chính là khối lượng oxi trong oxit => m_O(oxit) = 0,32 (g)

=> n_{hh CO+ H2} = n_O(oxit) = 0,32 : 16 = 0,02 (mol)

=> V_{hh CO+H2} = 0,02.22,4 = 0,448 (l)

n_X = 3,5 mol → n_{1/2 X} = 1,75 mol

+) n_{1/2 X} = a + b + c = 1,75 (1)

+) Áp dụng bảo toàn e cho quá trình (1): 2n_CO + 4n_CO2 = 2n_H2 → 2a + 4b = 2c (2)

+) Áp dụng bảo toàn e cho quá trình (2): 2n_CO + 2n_H2 = 3n_NO → 2a + 2c = 3.1 (3)

Giải (1) (2) (3) được a = 0,5; b = 0,25; c = 1

→ %V_CO = (0,5/1,75).100% = 28,57%

Tổng quát: Gọi công thức oxit là Fe_xO_y

                        Fe_xO_y + yCO → xFe + yCO₂

                        CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

Ta có : n_CaCO3 = 80 : 100 = 0,8 mol = n_CO2 = n_{O( Oxit pứ)}

Bảo toàn khối lượng : m_Oxit = m_rắn + m_{O pứ} = 33,6 + 16.0,8 = 46,4g

Ta có: (1) CO + O → CO₂

          (2) CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

Theo (2): n_CO2 = n_CaCO3 = 0,1 mol

Theo (1): n_O = n_CO2 = 0,1 mol

Bảo toàn khối lượng có: m_{kim loại} = m_oxit - m_O = 4 - 0,1.16 = 2,4 gam

n_{C phản ứng} = n_Y - n_X = 0,75a (BTC)

Bảo toàn electron: 4n_{C phản ứng} = 2n_CO + 2n_H2 => n_CO + n_H2 = 1,5a

=> n_CO2(Y) = n_Y - (n_CO + n_H2) = 0,25a

Ca(OH)₂ dư nên n_CO2 (Y) = n_CaCO3 = 0,0075

=> 0,25a = 0,0075 => a = 0,03

\(0,02(mol)X\left\{ \matrix{
{H_2}O \hfill \cr
C{O_2} \hfill \cr} \right.\buildrel { + C} \over
\longrightarrow 0,035(mol)Y\left\{ \matrix{
CO \hfill \cr
{H_2} \hfill \cr
C{O_2} \hfill \cr} \right. + 10(g)\left\{ \matrix{
F{e_2}{O_3} \hfill \cr
CuO \hfill \cr} \right. \to m(g)\,chat\,ran = ?\)

Nhận thấy, C là nguyên nhân làm cho số mol hỗn hợp khí tăng lên => n_C = 0,035 - 0,02 = 0,015 mol

Sau khi cho Y tác dụng với Fe₂O₃, CuO dư tạo thành H₂O, CO₂ nên ta có thể coi hỗn hợp Y gồm {H₂O, CO₂, C} như vậy ta thấy chỉ có C có phản ứng: C + 2O → CO₂

=> n_O(pư) = 2n_C = 0,03 mol

=> m _{chất rắn} = m_{Fe2O3, CuO} - m_O(pư) = 10 - 0,03.16 = 9,52 gam

n_CO(đktc) = 3,36 :22,4 = 0,15 (mol)

Khi cho CO qua hỗn hợp CuO và MgO chỉ có CuO phản ứng

CO + CuO \(\buildrel {{t^0}} \over\longrightarrow \)  Cu + H₂O

0,15 → 0,15 (mol)

n_CuO = 0,15 (mol) => m_CuO = 0,15.80 = 12 (g)

%CuO = (m_CuO : m_hh).100% = (12 : 20).100% = 60%

=> %MgO = 100% -%CuO = 40%.

Oxit + CO → KL + CO₂

Đặt n_CO = n_CO2 = x mol

BTKL: m _oxit + m_CO = m_KL + m_CO2

→ 14 + 28x = 10,32 + 44x 

→  x = 0,23 mol

→ V_CO = 0,23.22,4 = 5,152 lít

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

n_CO = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol => n_{CuO phản ứng} = 0,15 mol

=> m_{CuO dư} = 20 – 0,15.80 = 8 gam

n_{Cu tạo thành} = n_{CuO phản ứng} = 0,15 mol => m_Cu = 0,15.64 = 9,6 gam

=> m_{chất rắn sau phản ứng} = 8 + 9,6 = 17,6 gam

Al₂O₃ không bị khử bởi CO

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

            x mol  →    x mol

=> m_CuO – m_Cu = 9,1 – 8,3 = 0,8 => 80x – 64x = 0,8 => x = 0,05 mol

=> m_CuO = 80.0,05 = 4 gam

Bảo toàn khối lượng: m_oxit = m_O + m_{kim loại} => m_O = 18 – 14 = 4 gam

=> n_{O trong oxit} = 4 / 16 = 0,25 mol

M_oxit = 18 : 0,25 = 72 g/mol (FeO)