Hỗn hợp chất rắn A gồm FeCO3, FeS2 và tạp chất trơ. Hỗn hợp khí B gồm 20% oxi và 80% nitơ về thể tích. Cho hỗn hợp A vào bình kín dung tích 10 lít ( không đổi) chứa lượng hỗn hợp B vừa đủ. Nung nóng bình cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các phản ứng cùng tạo ra một oxit sắt, oxit này phản ứng với dung dịch HNO3 dư không tạo ra khí. Sau phản ứng, đưa nhiệt độ bình về 136,50C, trong bình còn lại chất rắn X và hỗn hợp khí Y. Tỉ khối của Y so với H2 bằng 17 và áp suất trong bình là P atm. Cho dòng khí CO dư đi qua X đun nóng, biết rằng chỉ xảy ra phản ứng khử oxit sắt thành kim loại và đạt hiệu suất 80%.Sau phản ứng thu được 27,96 gam chất rắn Z, trong đó kim loại chiếm 48,07% khối lượng.
(a) Tính giá trị của P ( coi thể tích chất rắn X là rất nhỏ) và thành phần % khối lượng tạp chất trong A.
(b) Cho Y phản ứng với oxi ( dư) có V2O5 ( xúc tác) ở 4500C, hấp thụ sản phẩm vào 592,8 gam nước, được dung dịch C ( D = 1,02 gam/ml). Tính nồng độ mol của dung dịch C. Giả thiết hiệu suất của quá trình là 100%.
a) Gọi số mol của FeCO3: x (mol) ;
số mol của FeS2: y (mol)
4FeCO3 + O2 → Fe2O3 + 4CO2↑
x → 0,25x → x (mol)
4FeS2 +11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2↑
y → 2,75y → 2y (mol)
∑ nO2 = 0,25x + 2,75y (mol)
Cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất nên tỉ lệ về thể tích = tỉ lệ về số mol
=> nN2 = 4nO2 = 4(0,25x + 2,75y)
=> nN2 = x + 11y (mol)
Vậy hỗn hợp Y gồm:
Khối lượng Fe có trong Z là:
Vì H = 80% => nFe2O3 (trong X) = 0,12. 100% : 80% = 0,15 (mol)
nFe2O3 dư (trong Z) = 0,15 – 0,12 = 0,03 (mol)
Khối lượng tạp chất trong Z = 27,96 – mFe – mFe2O3 dư = 27,96 – 0,24.56 – 0,03.160 = 9,72 (g)
Bảo toàn nguyên tố Fe => nFeCO3 + nFeS2 = 2nFe2O3(trong X)
=> x + y = 0,3 (2)
Từ (1) và (2) => x = 0,18 và y = 0,12 (mol)
Áp dụng công thức PV = nRT ( với n = nCO2 + nSO2 + nN2 = 0,18 + 2. 0,12 + 0,18 +11.0,12 = 1,92)
=> P.10 = 1,92.0,082. (136,5 +273)
=> P = 6,447 ( atm) ≈ 6,5 (atm)
Ta có: mA = mFeCO3 + mFeS2 + mtạp chất = 0,18.116 + 0,12.120 + 9,72 = 45 (g)
b) hỗn hợp Y gồm:
Cho hỗn hợp Y qua O2 ( xúc tác V2O5 ) có phản ứng sau:
Khối lượng dd sau: mdd sau = mSO3 + mH2O = 0,24. 80 + 592,8 = 612 (g)
