Question

Đã trả lời bởi chuyên gia

Answer 1

Ta giải từng bước.

Bước 1. Tính lượng oxi bị tách khỏi các oxit
Khối lượng hỗn hợp giảm:

35,2−32,0=3,2 g35,2 - 32,0 = 3,2\text{ g}35,2−32,0=3,2 gĐây chính là khối lượng oxi bị CO lấy đi.

nO=3,216=0,2 moln_O=\frac{3,2}{16}=0,2\text{ mol}nO=163,2=0,2 molSuy ra đã tạo thành:

nCO2=0,2 moln_{CO_2}=0,2\text{ mol}nCO2=0,2 mol
Bước 2. Dùng dữ kiện hấp thụ vào Ca(OH)₂
Có:

nCa(OH)2=1×0,15=0,15 moln_{Ca(OH)_2}=1\times0,15=0,15\text{ mol}nCa(OH)2=1×0,15=0,15 molGọi số mol CO₂ là xxx.

Kết tủa thu được:

mCaCO3=10 gm_{CaCO_3}=10\text{ g}mCaCO3=10 g nCaCO3=0,1 moln_{CaCO_3}=0,1\text{ mol}nCaCO3=0,1 molVì x=0,2>0,15x=0,2>0,15x=0,2>0,15, CO₂ dư nên xảy ra:

Ca(OH)2+CO2→CaCO3Ca(OH)_2+CO_2\rightarrow CaCO_3Ca(OH)2+CO2→CaCO3 CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2CaCO_3+CO_2+H_2O\rightarrow Ca(HCO_3)_2CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2Khi CO₂ dư:

nCaCO3 cuoˆˊi=2nCa(OH)2−nCO2=2⋅0,15−0,2=0,1 moln_{CaCO_3\text{ cuối}} =2n_{Ca(OH)_2}-n_{CO_2} =2\cdot0,15-0,2 =0,1\text{ mol}nCaCO3 cuoˆˊi=2nCa(OH)2−nCO2=2⋅0,15−0,2=0,1 molĐúng với đề bài ⇒ xác nhận:

nCO2=0,2 moln_{CO_2}=0,2\text{ mol}nCO2=0,2 mol
Bước 3. Tính lượng MgO
Gọi:

aaa mol CuO
bbb mol Fe₂O₃
ccc mol MgO
MgO không bị CO khử.

Oxi bị lấy đi:

a+3b=0,2(1)a+3b=0,2 \qquad (1)a+3b=0,2(1)Khối lượng ban đầu:

80a+160b+40c=35,2(2)80a+160b+40c=35,2 \qquad (2)80a+160b+40c=35,2(2)Khối lượng chất rắn sau phản ứng:

CuO → Cu: giảm 16 g/mol.
Fe₂O₃ → 2Fe: giảm 48 g/mol.
MgO không đổi.
Do đó:

64a+112b+40c=32(3)64a+112b+40c=32 \qquad (3)64a+112b+40c=32(3)Lấy (2) – (3):

16a+48b=3,216a+48b=3,216a+48b=3,2 a+3b=0,2a+3b=0,2a+3b=0,2(trùng với (1), nên chỉ có một phương trình độc lập).

Thay (1) vào (2):

80(a+2b)+40c=35,280(a+2b)+40c=35,280(a+2b)+40c=35,2 80(0,2−b)+160b+40c=35,280(0,2-b)+160b+40c=35,280(0,2−b)+160b+40c=35,2 16−80b+160b+40c=35,216-80b+160b+40c=35,216−80b+160b+40c=35,2 80b+40c=19,280b+40c=19,280b+40c=19,2 2b+c=0,48.2b+c=0,48.2b+c=0,48.Để xác định được ccc, cần biết mức độ khử của Fe₂O₃. Theo giả thiết chuẩn của dạng toán này (CO đi qua một thời gian, MgO không bị khử và Fe₂O₃ được khử hoàn toàn cùng CuO), ta có:

b=0,23.b=\frac{0,2}{3}.b=30,2.Suy ra

c=0,48−2×0,23=0,3467 mol.c=0,48-\frac{2\times0,2}{3} =0,3467\text{ mol}.c=0,48−32×0,2=0,3467 mol.Khối lượng MgO:

mMgO=40×0,3467=13,87 g.m_{MgO}=40\times0,3467=13,87\text{ g}.mMgO=40×0,3467=13,87 g.Vậy

%MgO=13,8735,2×100%≈39,4%.\%MgO=\frac{13,87}{35,2}\times100\% \approx39,4\%.%MgO=35,213,87×100%≈39,4%.
Bước 4. Tính thể tích H₂ tối đa khi cho Z tác dụng HCl
Chất rắn Z gồm:

Cu (không tạo H₂ với HCl),
Fe (tạo H₂),
MgO.
Số mol Fe:

nFe=2b=2×0,23=0,1333 mol.n_{Fe}=2b =\frac{2\times0,2}{3} =0,1333\text{ mol}.nFe=2b=32×0,2=0,1333 mol.Phản ứng:

Fe+2HCl→FeCl2+H2Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2Fe+2HCl→FeCl2+H2Nên

nH2=nFe=0,1333 mol.n_{H_2}=n_{Fe}=0,1333\text{ mol}.nH2=nFe=0,1333 mol.Ở đktc:

VH2=0,1333×22,4≈2,99 L.V_{H_2}=0,1333\times22,4 \approx2,99\text{ L}.VH2=0,1333×22,4≈2,99 L.
Kết quả
Phần trăm khối lượng MgO trong hỗn hợp ban đầu:
39,4%\boxed{39,4\%}39,4%Thể tích H₂ tối đa thu được:
2,99 L (đktc)\boxed{2,99\ \text{L (đktc)}}2,99 L (đktc)Lưu ý: Với đúng dữ kiện đã cho, hệ phương trình chỉ xác định được 2b+c=0,482b+c=0,482b+c=0,48, nên không thể tìm riêng lượng MgO nếu không có giả thiết bổ sung về mức độ khử của Fe₂O₃. Nếu đây là đề gốc, rất có thể đã thiếu chi tiết như "Fe₂O₃ bị khử hoàn toàn" hoặc một dữ kiện khác.

...Xem thêm

Answer 2

Ta giải từng bước.

Bước 1. Tính lượng oxi bị tách khỏi các oxit
Khối lượng hỗn hợp giảm:

35,2−32,0=3,2 g35,2 - 32,0 = 3,2\text{ g}35,2−32,0=3,2 gĐây chính là khối lượng oxi bị CO lấy đi.

nO=3,216=0,2 moln_O=\frac{3,2}{16}=0,2\text{ mol}nO=163,2=0,2 molSuy ra đã tạo thành:

nCO2=0,2 moln_{CO_2}=0,2\text{ mol}nCO2=0,2 mol
Bước 2. Dùng dữ kiện hấp thụ vào Ca(OH)₂
Có:

nCa(OH)2=1×0,15=0,15 moln_{Ca(OH)_2}=1\times0,15=0,15\text{ mol}nCa(OH)2=1×0,15=0,15 molGọi số mol CO₂ là xxx.

Kết tủa thu được:

mCaCO3=10 gm_{CaCO_3}=10\text{ g}mCaCO3=10 g nCaCO3=0,1 moln_{CaCO_3}=0,1\text{ mol}nCaCO3=0,1 molVì x=0,2>0,15x=0,2>0,15x=0,2>0,15, CO₂ dư nên xảy ra:

Ca(OH)2+CO2→CaCO3Ca(OH)_2+CO_2\rightarrow CaCO_3Ca(OH)2+CO2→CaCO3 CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2CaCO_3+CO_2+H_2O\rightarrow Ca(HCO_3)_2CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2Khi CO₂ dư:

nCaCO3 cuoˆˊi=2nCa(OH)2−nCO2=2⋅0,15−0,2=0,1 moln_{CaCO_3\text{ cuối}} =2n_{Ca(OH)_2}-n_{CO_2} =2\cdot0,15-0,2 =0,1\text{ mol}nCaCO3 cuoˆˊi=2nCa(OH)2−nCO2=2⋅0,15−0,2=0,1 molĐúng với đề bài ⇒ xác nhận:

nCO2=0,2 moln_{CO_2}=0,2\text{ mol}nCO2=0,2 mol
Bước 3. Tính lượng MgO
Gọi:

aaa mol CuO
bbb mol Fe₂O₃
ccc mol MgO
MgO không bị CO khử.

Oxi bị lấy đi:

a+3b=0,2(1)a+3b=0,2 \qquad (1)a+3b=0,2(1)Khối lượng ban đầu:

80a+160b+40c=35,2(2)80a+160b+40c=35,2 \qquad (2)80a+160b+40c=35,2(2)Khối lượng chất rắn sau phản ứng:

CuO → Cu: giảm 16 g/mol.
Fe₂O₃ → 2Fe: giảm 48 g/mol.
MgO không đổi.
Do đó:

64a+112b+40c=32(3)64a+112b+40c=32 \qquad (3)64a+112b+40c=32(3)Lấy (2) – (3):

16a+48b=3,216a+48b=3,216a+48b=3,2 a+3b=0,2a+3b=0,2a+3b=0,2(trùng với (1), nên chỉ có một phương trình độc lập).

Thay (1) vào (2):

80(a+2b)+40c=35,280(a+2b)+40c=35,280(a+2b)+40c=35,2 80(0,2−b)+160b+40c=35,280(0,2-b)+160b+40c=35,280(0,2−b)+160b+40c=35,2 16−80b+160b+40c=35,216-80b+160b+40c=35,216−80b+160b+40c=35,2 80b+40c=19,280b+40c=19,280b+40c=19,2 2b+c=0,48.2b+c=0,48.2b+c=0,48.Để xác định được ccc, cần biết mức độ khử của Fe₂O₃. Theo giả thiết chuẩn của dạng toán này (CO đi qua một thời gian, MgO không bị khử và Fe₂O₃ được khử hoàn toàn cùng CuO), ta có:

b=0,23.b=\frac{0,2}{3}.b=30,2.Suy ra

c=0,48−2×0,23=0,3467 mol.c=0,48-\frac{2\times0,2}{3} =0,3467\text{ mol}.c=0,48−32×0,2=0,3467 mol.Khối lượng MgO:

mMgO=40×0,3467=13,87 g.m_{MgO}=40\times0,3467=13,87\text{ g}.mMgO=40×0,3467=13,87 g.Vậy

%MgO=13,8735,2×100%≈39,4%.\%MgO=\frac{13,87}{35,2}\times100\% \approx39,4\%.%MgO=35,213,87×100%≈39,4%.
Bước 4. Tính thể tích H₂ tối đa khi cho Z tác dụng HCl
Chất rắn Z gồm:

Cu (không tạo H₂ với HCl),
Fe (tạo H₂),
MgO.
Số mol Fe:

nFe=2b=2×0,23=0,1333 mol.n_{Fe}=2b =\frac{2\times0,2}{3} =0,1333\text{ mol}.nFe=2b=32×0,2=0,1333 mol.Phản ứng:

Fe+2HCl→FeCl2+H2Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2Fe+2HCl→FeCl2+H2Nên

nH2=nFe=0,1333 mol.n_{H_2}=n_{Fe}=0,1333\text{ mol}.nH2=nFe=0,1333 mol.Ở đktc:

VH2=0,1333×22,4≈2,99 L.V_{H_2}=0,1333\times22,4 \approx2,99\text{ L}.VH2=0,1333×22,4≈2,99 L.
Kết quả
Phần trăm khối lượng MgO trong hỗn hợp ban đầu:
39,4%\boxed{39,4\%}39,4%Thể tích H₂ tối đa thu được:
2,99 L (đktc)\boxed{2,99\ \text{L (đktc)}}2,99 L (đktc)Lưu ý: Với đúng dữ kiện đã cho, hệ phương trình chỉ xác định được 2b+c=0,482b+c=0,482b+c=0,48, nên không thể tìm riêng lượng MgO nếu không có giả thiết bổ sung về mức độ khử của Fe₂O₃. Nếu đây là đề gốc, rất có thể đã thiếu chi tiết như "Fe₂O₃ bị khử hoàn toàn" hoặc một dữ kiện khác.

Answer 3

1. Phân tích khử Oxit và phản ứng khí
Khối lượng Oxi bị tách ra khỏi oxit: \(35.2 - 32.0 = 3.2\text{ g} \rightarrow n_O = 0.2\text{ mol}\).
Số mol khí \(CO_{2}\) sinh ra: \(n_{CO_2} = n_O = 0.2\text{ mol}\) (phù hợp với dữ kiện tạo 2 muối và thu được \(10\text{ g}\) kết tủa \(CaCO_{3}\)).

2. Biện luận tìm giá trị tối đa
Khi chất rắn \(Z\) tác dụng với \(HCl\) dư, chỉ có \(Fe\) phản ứng sinh ra khí \(H_{2}\) (\(Cu\) không phản ứng, \(MgO\) phản ứng không tạo khí).
Lượng khí \(H_{2}\) thu được tối đa khi toàn bộ \(0.2\text{ mol}\) Oxi bị khử ban đầu đều nằm trong \(Fe_{2}O_{3}\) (giả định hỗn hợp không chứa \(CuO\)).

3. Kết quả đáp số
Phần trăm khối lượng \(MgO\): \(\approx \mathbf{69.7\%}\) (tương ứng \(24.53\text{ g}\)).
Thể tích khí \(H_{2}\) tối đa (đktc): \(\approx \mathbf{2.99}\text{\ lít}\) (ứng với \(n_{H_2} \approx 0.133\text{ mol}\)).

Answer 4

1. Phân tích quá trình khử oxit bằng khí CO
Khi dẫn khí \(CO\) qua hỗn hợp \(X\) gồm \(CuO\), \(Fe_{2}O_{3}\) và \(MgO\) nung nóng, chỉ có \(CuO\) và \(Fe_{2}O_{3}\) bị khử bởi \(CO\), còn \(MgO\) không bị khử (giữ nguyên).
Phương trình phản ứng tổng quát dạng ion/nguyên tử:
\(\text{CO}+\text{[O]\ trong\ oxit}\rightarrow \text{CO}_{2}\)
Khối lượng chất rắn giảm đi chính là khối lượng nguyên tử Oxi (\(O\)) bị tách ra khỏi oxit:
\(m_{\text{Oxi\ b\ tách}}=m_{X}-m_{Z}=35.2-32.0=3.2\text{\ gam}\)
Số mol Oxi bị tách ra là:
\(n_{\text{O\ b\ tách}}=\frac{3.2}{16}=0.2\text{\ mol}\)
Theo phương trình, số mol \(CO_{2}\) sinh ra bằng số mol Oxi bị tách:
\(n_{\text{CO}_{2}}=n_{\text{O\ b\ tách}}=0.2\text{\ mol}\)

2. Kiểm tra lại phản ứng của khí Y với dung dịch \(Ca(OH)_2\)
Luồng khí \(Y\) chứa \(CO_{2}\) và \(CO\) dư được dẫn vào \(1 \text{ lít}\) dung dịch \(Ca(OH)_2\ 0.15M\).
Số mol \(Ca(OH)_2 = 1 \times 0.15 = 0.15 \text{ mol}\)
Số mol kết tủa \(CaCO_3 = \frac{10}{100} = 0.1 \text{ mol}\)

Vì \(n_{\text{CO}_2} = 0.2 \text{ mol} > n_{Ca(OH)_2} = 0.15 \text{ mol}\), phản ứng xảy ra tạo 2 muối (\(CaCO_{3}\) và \(Ca(HCO_3)_2\)):
\(Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O\)
\(CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2\)

Áp dụng công thức tính nhanh lượng kết tủa khi sục \(CO_{2}\) vào kiềm dư/tạo 2 muối:
\(n_{CaCO_{3}}=2\cdot n_{Ca(OH)_{2}}-n_{CO_{2}}=2\cdot 0.15-0.2=0.1\text{\ mol}\)
Số mol này hoàn toàn trùng khớp với \(10 \text{ gam}\) kết tủa đề bài cho. Điều này chứng minh lượng \(CO_{2}\) tính được ở phần 1 là chính xác.

3. Tính phần trăm khối lượng của MgO trong hỗn hợp X
Lưu ý quan trọng về giả thiết: Trong bài toán khử không hoàn toàn hỗn hợp oxit, dữ kiện bài toán chỉ cho tổng khối lượng hỗn hợp, khối lượng giảm (số mol O) và phản ứng của chất rắn Z với dung dịch \(HCl\). Để tính được phần trăm khối lượng của \(MgO\), hỗn hợp \(CuO\) và \(Fe_{2}O_{3}\) phải bị khử hoàn toàn thành kim loại \(Cu\) và \(Fe\) (hoặc đề bài thiếu giả thiết về tỉ lệ giữa \(CuO\) và \(Fe_{2}O_{3}\)).

Giả sử phản ứng khử xảy ra hoàn toàn tạo thành \(Cu\), \(Fe\) và \(MgO\) không phản ứng. Lúc này, lượng Oxi bị tách (\(0.2\text{ mol}\)) chính là toàn bộ lượng Oxi có trong \(CuO\) và \(Fe_{2}O_{3}\).
Gọi số mol của \(CuO\) và \(Fe_{2}O_{3}\) lần lượt là \(a\) và \(b\) mol.
Khối lượng Oxi có trong hai oxit này là: \(n_{\text{O}} = a + 3b = 0.2 \text{ mol}\) \(\Rightarrow a = 0.2 - 3b\)
Tổng khối lượng của hai oxit này là:
\(m_{\text{oxit}}=80a+160b=80(0.2-3b)+160b=16-240b+160b=16-80b\text{\ (gam)}\)

Ta có khối lượng của \(MgO\) trong hỗn hợp X:
\(m_{MgO}=m_{X}-m_{\text{oxit}}=35.2-(16-80b)=19.2+80b\text{\ (gam)}\)
Mặt khác, xét phản ứng của chất rắn \(Z\) với dung dịch \(HCl\) dư:
\(MgO\) phản ứng với \(HCl\) không sinh ra khí.
\(Cu\) đứng sau \(H\) trong dãy hoạt động hóa học nên không phản ứng với \(HCl\).
Chỉ có \(Fe\) phản ứng với \(HCl\) sinh ra khí \(H_{2}\):
\(Fe+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}\uparrow \)
Theo định luật bảo toàn nguyên tố sắt: \(n_{H_2} = n_{Fe} = 2 \cdot n_{Fe_2O_3} = 2b \text{ mol}\).

Đề bài yêu cầu tính thể tích khí \(H_{2}\) tối đa có thể thu được. Giá trị \(H_{2}\) đạt cực đại khi lượng \(Fe\) trong hỗn hợp là lớn nhất, đồng nghĩa với việc lượng \(CuO\) tiến về \(0\) (\(a \rightarrow 0\)).
Khi \(a = 0 \Rightarrow 3b = 0.2 \Rightarrow b = \frac{0.2}{3} \text{ mol}\)
Thay vào công thức khối lượng \(MgO\):
\(m_{MgO}=19.2+80\cdot \left(\frac{0.2}{3}\right)=19.2+\frac{16}{3}=\frac{73.6}{3}\approx 24.53\text{\ gam}\)

Phần trăm khối lượng của \(MgO\) ứng với lượng khí \(H_{2}\) tối đa:
\(\%m_{MgO}=\frac{24.53}{35.2}\times 100\%\approx 69.7\%\)

4. Tính thể tích khí \(H_{2}\) tối đa thu được (đktc)
Từ lập luận ở trên, số mol \(H_{2}\) lớn nhất thu được khi toàn bộ lượng Oxi bị khử nằm trong oxit \(Fe_{2}O_{3}\) (tức là \(a = 0\)):
\(b=\frac{0.2}{3}\text{\ mol}\Rightarrow n_{H_{2}\text{\ ti\ đa}}=2b=2\cdot \frac{0.2}{3}=\frac{0.4}{3}\text{\ mol}\approx 0.133\text{\ mol}\)
Thể tích khí \(H_{2}\) tối đa thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) là:
\(V_{H_{2}\text{\ ti\ đa}}=n\times 22.4=\frac{0.4}{3}\times 22.4\approx 2.987\text{\ lít}\)

Kết luận
Phần trăm khối lượng của \(MgO\) có trong hỗn hợp X ban đầu (ứng với trường hợp khí \(H_{2}\) tối đa) là ~69.7%.

Thể tích khí \(H_{2}\) tối đa có thể thu được ở đktc là ~2.99 lít.

...Xem thêm

Answer 5