Bài tập tính khử của C, CO, H2

n_{O (trong oxit)} = n_H2 = 0,2 mol =>  m_O = 16.0,2 = 3,2 gam 

m_Fe = 17,6 - 3,2 = 14,4 gam

n_{O của oxit} = n_H2O = 0,5 => m_O = 16.0,5 = 8 gam      

m_{kim loại} = 32 - 8 = 24 gam

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

n_H2 = n_{O (trong oxit)} = n_CuO = n_Cu = 0,5 mol           

Bảo toàn O: n_Fe3O4 = ¼.n_{O (trong Fe3O4)} = ¼.n_{H2 phản ứng} = 1/4 . 0,5 = 0,125 mol

Bảo toàn Fe:  n_Fe = 3.n_Fe3O4 = 3.0,125 = 0,375 mol => m_Fe = 21 gam

n_{hh oxit} = n_H2 = n_{hh kim loại} = 0,1 mol  

Khi hoà tan hỗn hợp kim loại cùng hóa trị II vào axit thì : n_H2 = n_{hh kim loại} = 0,1

V_H2 = 22,4.0,1 = 2,24 lít

Bảo toàn khối lượng: m_{O (trong X)} = m_oxit – m_{kim loại} => n_{O trong X} = (15 – 11,8) : 16 = 0,2 mol

Bảo toàn nguyên tố H và O : ∑n_H+ = 2.n_H2O = 2.n_{O trong X}

=> 2V + 0,5V = 0,2.2

=> V = 0,16 lít

Bảo toàn nguyên tố O: n_{O đã phản ứng} = n_{O trong oxit} = n_CO = n_CO2 = 0,1.2 = 0,2 mol

=> n_CaCO3 = n_CO2 = 0,2 mol

=> m_CaCO3 = 100.0,2 = 20 gam

Ta có : n_{O(trong oxit)} = n_CO = n_CO2 = n_CaCO3 = 0,05 mol

 m_oxit = m_KL + m_{oxi trong oxit} = 2,32 + 0,05.16 = 3,12 gam

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O (1)

Ca(OH)₂ + 2CO₂ → Ca(HCO₃)₂      (2)

Ca(HCO₃)₂ $\xrightarrow{{{t}^{o}}}$ CaCO₃ ↓ + CO₂ + H₂O   (3)

n_{CaCO3 (1)} = 0,05 mol

n_{CaCO3 (3)} = 0,1 mol => n_Ca(HCO3)2 = 0,1 mol

n_CO2 = n_{CaCO3 (1)} + 2n_Ca(HCO3)2 = 0,05 + 0,1.2 = 0,25 mol

m = m_{O trong oxit}  + m_{kim loại} = 0,25.16 + 2,32 = 6,32 gam

n_{CO ban đầu} = 0,2 mol

M_{khí sau phản ứng} = 40 => khí sau phản ứng gồm CO₂ (x mol) và CO dư (y mol)

Bảo toàn C: n_{CO ban đầu} = n_CO2 + n_{CO dư}  => x + y = 0,2  (1)

\(\bar M = \frac{{44x + 28y}}{{x + y}} = 40\,\,\,(2)\)

Từ (1) và (2) => n_CO2 = 0,15 mol và n_{CO dư} = 0,05 mol

=> %CO₂ = 75%

Ta có: n_{O trong oxit} = n_CO2 = 0,15 mol

m_Fe = m_oxit – m_{O trong oxit} => n_Fe = (8 – 0,15.16) : 56 = 0,1 mol

Gọi công thức của oxit là Fe_xO_y

=> x : y = 0,1 : 0,15 = 2 : 3

n_CuO = 0,15mol; n_Ba(OH)2 = 0,18 mol

n_{kết tủa} = 0,12 mol < n_Ba(OH)2 => có 2 trường hợp

Trường hợp 1: CO₂ hết, Ba(OH)₂ dư

n_CO2 = n_{kết tủa} = 0,12 mol

=> n_Cu = n_{O tách ra} = n_CO2 = 0,12 mol => m_{chất rắn} = m_Ag + m_{CuO dư}  = 0,24.108 + 0,03.80 = 28,32 gam

Trường hợp 2: Kết tủa bị hòa tan 1 phần

n_CO2 = 2n_Ba(OH)2 – n _{kết tủa} = 2 . 0,18 – 0,15 = 0,21 > n_{O trong oxit} (loại)

n_Fe = 0,01 mol, n_Fe2O3 = 0,1 mol, n_Al = x mol

2Al + Fe₂O₃ $\xrightarrow{{{t}^{o}}}$ Al₂O₃ + 2Fe

Vì D + NaOH tạo khí H₂ => Al dư, Fe₂O₃ phản ứng hết

n_{Al pứ} = 2.n_Fe2O3 = 0,2 mol => n_{Al dư} = x – 0,2 mol

Bảo toàn Fe: n_{Fe sau phản ứng} = n_{Fe ban đầu} + 2.n_Fe2O3 = 0,01 + 0,2 = 0,21 mol

=> hỗn hợp D chứa Fe (0,21 mol) và Al dư (x – 0,2) mol

- D + H₂SO₄:      

Fe + H₂SO_{4 (l)} →  FeSO₄ + H₂ 

n_H2 = n_Fe = 0,21 mol

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂ 

n_{H2 (3)} = 1,5.n_{Al dư} = 1,5.(x – 0,2) mol

=> ∑n_{H2 (V)} = 0,21 + 1,5.(x – 0,2)   (*)

- D + NaOH: 

2Al   +   2NaOH  +  6H₂O  →  2NaAl(OH)₄ + 3H₂ 

n_{H2 (0,25V)} = 1,5.n_{Al dư} = 1,5.(x – 0,2)   (**)

Từ (*) và (**) => V – 0,25V = 0,21.22,4 => V = 6,272 lít

=> 0,21 + 1,5.(x – 0,2) = 0,28  => x = 0,247

Cho khí CO dư đi qua hỗn hợp gồm CuO, Al₂O₃, MgO(nung nóng)→ chất rắn thu được gồm Cu, Al₂O₃, MgO  

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

Đặt n_CuO = n_Fe3O4 = x (mol) ; n_Al2O3 = 2x (mol)

=> 80x + 102.2x + 232.x = 51,6

=> x = 0,1 (mol)

=> n_CuO = n_Fe3O4 = 0,1 (mol) ; n_Al2O3  = 0,2 (mol)

\(V(l)CO + \left\{ \matrix{
CuO:0,1 \hfill \cr
A{l_2}{O_3}:0,2 \hfill \cr
F{e_3}{O_4}:0,1 \hfill \cr} \right.\buildrel {} \over
\longrightarrow \underbrace {Y\left\{ \matrix{
C{O_2}:0,5 \hfill \cr
COdu: \hfill \cr} \right.}_{\overline M = 38}\buildrel { + Ca{{(OH)}_2}} \over
\longrightarrow \left\langle \matrix{
CaC{O_3}:0,3\,mol \hfill \cr
\underbrace {Ca{{(HC{O_3})}_2}}_{dd\,Z}\buildrel { + Ba{{(OH)}_2}} \over
\longrightarrow \underbrace {BaC{O_3},CaC{O_3} \downarrow }_{m = ?} \hfill \cr} \right.\)

n_CO2 = n_{O(oxit bị lấy đi)} = n_CuO + 4n_Fe3O4 = 0,1 + 4.0,1 = 0,5 (mol)

Hỗn hợp Y là 2 khí CO₂ và CO dư có M= 19.2 = 38

Ta có: \({{{n_{C{O_2}}}} \over {{n_{CO}}}} = {{10} \over 6} = {5 \over 3} \Rightarrow {{0,5} \over {{n_{CO}}}} = {5 \over 3} \Rightarrow {n_{CO}} = 0,3\,(mol)\)

BTNT "C": n_{CO ban đầu} = n_CO2 + n_{CO dư} = 0,5 + 0,3 = 0,8 (mol)

=> V_CO(đktc) = 0,8.22,4= 17,92 (l)

Hấp thụ hỗn hợp CO₂ và CO vào dd Ca(OH)₂ chỉ có CO₂ tham gia phản ứng

Vì dd Z thu được sau phản ứng có phản ứng với Ba(OH)₂ tạo kết tủa nên CO₂ phản ứng với Ca(OH)₂ tạo 2 muối CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂

BTNT "C": n_CO2 = n_CaCO3 + 2n_Ca(HCO3)2

=> 0,5 = 0,3 + 2n_Ca(HCO3)2

=> n_Ca(HCO3)2 = 0,1 (mol)

Ca(HCO₃)₂ + Ba(OH)₂ dư → CaCO₃↓ + BaCO₃↓ + 2H₂O

  0,1                                    →    0,1           0,1                    (mol)

=> m↓ = m_CaCO3 + m_BaCO3 = 0,1.100 + 0,1.197 = 29,7 (g)

- CO chỉ khử được những oxit của KL đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học.

- CaO là oxit của kim loại đứng trước Al.

=> CO không khử được CaO.

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

*Phản ứng CuO +CO:

n_{CuO bđ} = 3,2:80 = 0,04 mol

n_CO2 = n_CaCO3 = 1:100 = 0,01 mol

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

0,01        ←    0,01 ← 0,01 mol

=> CuO dư 0,03 mol

Chất rắn sau phản ứng gồm: Cu (0,01 mol) và CuO dư (0,03 mol)

*Phản ứng chất rắn + HNO₃:

CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O

0,03→ 0,06

=> Số mol HNO₃ dư 0,02 mol

3Cu        + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

0,0075        ←0,02

Phần kim loại chưa tan là Cu (0,0025 mol)

*Phản ứng hòa tan kim loại chưa tan:

3Cu + 8H⁺ + NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

0,0025                  →               1/600 mol

=> V2 = 1/600.22,4 = 0,037 lít

m _{rắn giảm} = m_{O pư} = 2 gam => n_O = 0,125 mol

CO + [O] → CO₂

        0,125 → 0,125 (mol)

=> n_CaCO3 = n_CO2 = 0,125 mol => m_CaCO3 = 12,5 gam

Cách 1: Tính theo PTHH

Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ:

C +  H₂O → CO + H₂

                      a →   a

C + 2H₂O → CO₂ + 2H₂

                        b →   2b

Hỗn hợp X chứa: CO (a mol); CO₂ (b mol) và H₂ (a + 2b mol)

CO₂ + Ca(OH)₂ dư → CaCO₃ ↓ + H₂O

b →                                 b = 0,1 mol

CO + CuO dư → Cu + CO₂ (đun nóng)

a →                       a

H₂      + CuO dư → Cu + H₂O (đun nóng)

(a+2b)  →             (a+2b)

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂  +  2NO  +  4H₂O

(2a+2b) →                             2/3.(2a+2b)

Vậy ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}b = 0,1\\{n_{NO}} = \frac{2}{3}\left( {2{\rm{a}} + 2b} \right) = 0,4\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}a = 0,2\\b = 0,1\end{array} \right.\)

Hỗn hợp X chứa: CO (0,2 mol); CO₂ (0,1 mol) và H₂ (0,4 mol)

⟹ %V_CO = 28,57%

Cách 2: Sử dụng bảo toàn electron

n_CO2 = n_CaCO3 = 0,1 mol

Hỗn hợp X chứa: CO (x mol); H₂ (y mol) và CO₂ (0,1 mol)

- Bảo toàn e cho phản ứng của C với H₂O → 2n_H2 = 2n_CO + 4n_CO2 → 2y = 2x + 0,4 (1)

- Trong pư khử CuO bằng CO, H₂: n_Cu = n_CO + n_H2 = x + y (mol)

- Bảo toàn e cho pư của Cu với HNO₃ → 2n_Cu = 3n_NO → 2(x + y) = 3.0,4 (2)

Giải hệ trên được x = 0,2 và y = 0,4

Hỗn hợp X chứa: CO (0,2 mol); H₂ (0,4 mol); CO₂ (0,1 mol)

⟹ %V_CO = 28,57%

Ta thấy n_C = n_Y - n_X = 0,95 - 0,55 = 0,4 mol

Oxi hóa hoàn toàn hỗn hợp Y thì:

Áp dụng bảo toàn e cho toàn bộ quá trình thì: 4n_C = 2n_O → n_O = 0,8 mol

Mà n_O = ∑n_{CO(Y), H2(Y)} = 0,8 mol ⟹ n_CO2(Y) = 0,95 - 0,8 = 0,15 mol

Khi cho Y phản ứng với Ba(OH)₂ tức là 0,15 mol CO₂ phản ứng với 0,1 mol Ba(OH)₂:

Tỉ lệ: 1 < n_OH-/n_CO2 = 0,2/0,15 = 1,33 < 2 → tạo CO₃^2- (a) và HCO₃^- (b)

Giải hệ: \(\left\{ \begin{array}{l}{n_{C{O_2}}} = a + b = 0,15\\{n_{O{H^ - }}} = 2{\rm{a}} + b = 0,2\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}a = 0,05\\b = 0,1\end{array} \right.\)

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃

0,05 ← 0,05 →    0,05

→ m _↓ = 0,05.197 = 9,85 gam

n_Fe2O3 = 0,03 mol

Bảo toàn Fe ta có: n_Fe = 2n_Fe2O3 = 0,06 mol → m = 0,06.56 = 3,36 gam