Hỗn hợp các oxit MgO, Al2O3 và Fe3O4 được dùng làm xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3. Hòa tan hoàn toàn 20,68 gam hỗn hợp X gồm MgO, Al2O3 và Fe3O4 vào 450 mL dung dịch H2SO4 1,0 M được dung dịch Y. Để trung hòa ¼ dung dịch Y cần 25,00 mL dung dịch NaOH 1,0 M thu được dung dịch Z. Cô cạn cẩn thận dung dịch Z trong điều kiện không có không khí thu được m gam rắn khan T. Nếu lấy ¼ dung dịch Y lội từ từ qua cột chứa bột sắt, sau đó cô cạn cẩn thận dung dịch sau khi qua cột trong điều kiện không có không khí thì thu được chất rắn khan có khối lượng lớn hơn khối lượng của T là 1,105 gam.
(a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
(b) Tính phần trăm khối lượng của nguyên tố oxy trong hỗn hợp X.
(c) Tính phần trăm khối lượng của các oxit trong hỗn hợp X
(a) Hòa tan MgO, Al2O3 và Fe3O4 vào H2SO4:
(1) MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
(2) Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O
(3) Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Trung hòa Y:
(4) H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
Cho dung dịch Y (MgSO4, Al2(SO4)3, FeSO4, Fe2(SO4)3, H2SO4) qua cột chứa bột sắt:
(5) H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2
(6) Fe2(SO4)3 + Fe → 3FeSO4
(b) nH2SO4 = 0,45.1 = 0,45 mol
Gọi số mol của MgO, Al2O3 và Fe3O4 trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là x, y, z (mol)
Ta có: 40x + 102y + 232z = 20,68 (*)
- Khi hòa tan hỗn hợp vào H2SO4:
- Trung hòa ¼ dung dịch Y cần 0,025 mol NaOH vậy trung hòa Y cần 0,1 mol NaOH:
Theo PTHH (4): nH2SO4 dư = 0,5nNaOH = 0,05 mol
=> 0,45 – x – 3y – 4z = 0,05
=> x + 3y + 4z = 0,4 (**)
Dung dịch thu được chứa các chất:
- Giả sử dẫn toàn bộ dung dịch Y qua cột chứa bột Fe:
(5) H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2
0,05 → 0,05 (mol)
(6) Fe2(SO4)3 + Fe → 3FeSO4
z → 3z (mol)
Dung dịch sau chứa các chất tan:
Theo đề bài ta có: mK – mT = 4.1,105
=> [120x + 342y + 152(4z + 0,05)] – [120x + 342y + 152.z + 400z + 0,05.142] = 4,42
=> z = 0,07 (***)
Từ (*) (**) (***) ta giải được z = 0,06; y = 0,02; z = 0,07
Số mol của nguyên tố O trong hỗn hợp X:
nO = nMgO + 3nAl2O3 + 4nFe3O4 = 0,06 + 3.0,02 + 4.0,07 = 0,4 mol
Khối lượng của O: mO = 0,4.16 = 6,4 (gam)
Phần trăm khối lượng của nguyên tố O:
