Nung m gam bột sắt trong oxygen, thu được 4,5 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư), thu được 3,6 gam SO2 (là sản phẩm khử duy nhất). Tính giá trị của m?

Question

Nung m gam bột sắt trong oxygen, thu được 4,5 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư), thu được 3,6 gam SO2 (là sản phẩm khử  duy nhất). Tính giá trị của m?

hieunguyen1002 · Accepted Answer

Tính số mol SO₂:

Bảo toàn electron:

Trong quá trình oxi hóa sắt thành Fe³⁺, số mol electron nhường bằng tổng số mol electron nhận của O₂ và H₂SO₄ để tạo thành SO₂.
Gọi x là số mol Fe ban đầu.
Số mol electron nhường: 3x
Số mol electron nhận: 0,05625 * 2 = 0,1125
Ta có phương trình: 3x = 0,1125 → x = 0,0375 mol

Tính khối lượng Fe:

m(Fe) = 0,0375 mol * 56g/mol = 2,1g

n(SO₂) = 3,6g / 64g/mol = 0,05625 mol

Timi · Answer

Để giải bài toán này, ta cần xác định các phản ứng hóa học xảy ra và tính toán khối lượng của bột sắt ban đầu.

1. **Phản ứng giữa sắt và oxy:**
   Sắt (Fe) khi nung trong oxy (O2) sẽ tạo ra oxit sắt. Có thể có hai loại oxit sắt chính là FeO và Fe2O3. Tuy nhiên, trong trường hợp này, ta sẽ xem xét sản phẩm là Fe2O3 vì nó thường được tạo ra khi nung sắt trong không khí.

Phương trình phản ứng:
   $$
   4Fe + 3O2 \rightarrow 2Fe2O3
   $$

2. **Khối lượng của oxit sắt:**
   Gọi m là khối lượng bột sắt ban đầu. Khi phản ứng xảy ra, khối lượng của oxit sắt thu được sẽ là:
   $$
   m_{Fe2O3} = \frac{m}{4} \times 2 \times 160 = \frac{m \times 320}{4} = 80m
   $$
   (vì khối lượng mol của Fe là 56 g/mol và của Fe2O3 là 160 g/mol).

3. **Phản ứng giữa oxit sắt và H2SO4:**
   Hỗn hợp X (chỉ chứa Fe2O3) hòa tan trong H2SO4 đặc, nóng sẽ tạo ra SO2. Phương trình phản ứng là:
   $$
   Fe2O3 + 6H2SO4 \rightarrow 2FeSO4 + 3SO2 + 6H2O
   $$

Từ phương trình trên, ta thấy 1 mol Fe2O3 sẽ tạo ra 3 mol SO2.

4. **Tính toán khối lượng SO2:**
   Khối lượng mol của SO2 là 64 g/mol. Từ đề bài, ta có 3,6 g SO2, do đó số mol SO2 là:
   $$
   n_{SO2} = \frac{3,6}{64} = 0,05625 \text{ mol}
   $$

Theo tỉ lệ từ phương trình phản ứng, số mol Fe2O3 sẽ là:
   $$
   n_{Fe2O3} = \frac{n_{SO2}}{3} = \frac{0,05625}{3} = 0,01875 \text{ mol}
   $$

5. **Tính khối lượng Fe2O3:**
   Khối lượng của Fe2O3 là:
   $$
   m_{Fe2O3} = n_{Fe2O3} \times M_{Fe2O3} = 0,01875 \times 160 = 3 \text{ g}
   $$

6. **Tính khối lượng bột sắt ban đầu:**
   Từ mối quan hệ giữa khối lượng Fe2O3 và khối lượng bột sắt, ta có:
   $$
   80m = 3 \implies m = \frac{3}{80} = 0,0375 \text{ g}
   $$

Vậy giá trị của m là:
$$
\boxed{0,0375 \text{ g}}
$$