Nung hỗn hợp X (gồm Al và Fe3O4) một thời gian, trong điều kiện không có không khí thu được 54,5 gam hỗn hợp Y. Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe3O4 thành Fe. Hòa tan hoàn toàn Y bằng lượng dư dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được dung dịch Z và 12,32 lít khí SO2 (ở đktc).
a) Tính khối lượng mỗi chất trong X.
b) Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, sau khi phản ứng kết thúc, thu được 3,36 lít khí H2 (ở đktc). Tính hiệu suất phản ứng nung hỗn hợp X.

Question

Nung hỗn hợp X (gồm Al và Fe3O4) một thời gian, trong điều kiện không có không khí thu được 54,5 gam hỗn hợp Y. Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe3O4 thành Fe. Hòa tan hoàn toàn Y bằng lượng dư dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được dung dịch Z và 12,32 lít khí SO2 (ở đktc). 
a) Tính khối lượng mỗi chất trong X. 
b) Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, sau khi phản ứng kết thúc, thu được 3,36 lít khí H2 (ở đktc). Tính hiệu suất phản ứng nung hỗn hợp X.

Accepted Answer

a. $Al+Fe_{3} O_{4}\rightarrow Al_{2} O_{3} +Fe$

Phản ứng không xảy ra hoàn toàn nên hỗn hợp Y gồm: Al₂O₃, Fe, Al dư, Fe₃O₄ dư

Gọi số mol của Al và Fe₃O₄ lần lượt là a và b mol

Quy đổi hỗn hợp Y thành: Al (a mol), Fe (3b mol), O (4b mol)

$\Rightarrow 27.a+56.3b+16.4b=54,5$

$\Rightarrow 27a+232b=54,5$ (1)

Y + H₂SO₄ đặc, ta có:

$Al^{0}\rightarrow Al^{+3} +3e$

$Fe^{0}\rightarrow Fe^{+3} +3e$

$O^{0} +2e\rightarrow O^{-2}$

$S^{+6} +2e\rightarrow S^{+4}$

$n_{SO_{2}} =\frac{12,32}{22,4} =0,55\ mol$

Áp dụng định luật bảo toàn e:

$3.n_{Al} +3.n_{Fe} =2.n_{O} +2.n_{SO_{2}}$

$\Rightarrow 3.a+3.3b=2.4b+2.0,55$

$\Rightarrow 3a+b=1,1$ (2)

Từ (1) và (2) suy ra: $a=0,3\ mol;\ b=0,2\ mol$

$\Rightarrow m_{Al} =0,3.27=8,1\ g$
$m_{Fe_{3} O_{4}} =0,2.232=46,4\ g$

b. Trong hỗn hợp Y chỉ có Al dư tác dụng với NaOH thu được khí H₂

$2Al+2NaOH+2H_{2} O\rightarrow 2NaAlO_{2} +3H_{2}$

$n_{H_{2}} =\frac{3,36}{22,4} =0,15\ mol$

Theo phương trình: $n_{Al\ dư} =\frac{2}{3} n_{H_{2}} =\frac{2}{3} .0,15=0,1\ mol$

$\Rightarrow n_{Al\ pư} =n_{Al\ bđ} -n_{Al\ dư} =0,3-0,1=0,2\ mol$

Hiệu suất phản ứng:

$H=\frac{n_{Al\ pư}}{n_{Al\ bđ}} .100=\frac{0,2}{0,3} .100=66,67\%$

Nung hỗn hợp X (gồm Al và Fe3O4) một thời gian, trong điều kiện không có không khí thu được 54,5 gam hỗn hợp Y. Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe3O4 thành Fe. Hòa tan hoàn toàn Y bằng lượng dư dung dịc...