Dùng khí H2 dư để khử hoàn toàn m gam một oxit sắt, sau phản ứng thu được 5,4 gam nước. Lấy toàn bộ lượng kim loại thu được ở trên hòa tan vào dung dịch HCl dư thì thu được 25,4 gam muối. Tìm công thức...

Để giải bài toán này, trước tiên chúng ta cần xác định công thức của oxit sắt. Các oxit sắt phổ biến là FeO, Fe2O3 và Fe3O4. 1. **Bước 1: Xác định mối quan hệ giữa nước và sắt.** - Khi khử hoàn toàn oxit sắt bằng H2, ta thu được sắt và nước. Phản ứng có thể diễn ra như sau: - Đối với FeO: \[ FeO + H2 \rightarrow Fe + H2O \] - Đối với Fe2O3: \[ Fe2O3 + 3H2 \rightarrow 2Fe + 3H2O \] - Đối với Fe3O4: \[ Fe3O4 + 4H2 \rightarrow 3Fe + 4H2O \] 2. **Bước 2: Tính toán số mol nước.** - Khối lượng nước thu được là 5,4 gam. - Số mol nước (nH2O) được tính như sau: \[ nH2O = \frac{5,4}{18} = 0,3 \text{ mol} \] 3. **Bước 3: Xác định số mol sắt thu được từ các oxit.** - Với từng loại oxit, ta tính toán số mol sắt và khối lượng tương ứng. - **Nếu oxit là FeO:** \[ FeO + H2 \rightarrow Fe + H2O \implies 1:1 \] Số mol Fe = nH2O = 0,3 mol Khối lượng Fe = 0,3 * 56 = 16,8 g - **Nếu oxit là Fe2O3:** \[ Fe2O3 + 3H2 \rightarrow 2Fe + 3H2O \implies 2:3 \] Số mol Fe = \(\frac{2}{3} nH2O = \frac{2}{3} * 0,3 = 0,2\) mol Khối lượng Fe = 0,2 * 56 = 11,2 g - **Nếu oxit là Fe3O4:** \[ Fe3O4 + 4H2 \rightarrow 3Fe + 4H2O \implies 3:4 \] Số mol Fe = \(\frac{3}{4} nH2O = \frac{3}{4} * 0,3 = 0,225\) mol Khối lượng Fe = 0,225 * 56 = 12,6 g 4. **Bước 4: Tính khối lượng muối tạo ra từ phản ứng với HCl.** - Khi hòa tan sắt vào HCl, ta có phản ứng: \[ Fe + 2HCl \rightarrow FeCl2 + H2 \] Hoặc: \[ 2Fe + 6HCl \rightarrow 2FeCl3 + 3H2 \] - Khối lượng muối (FeCl2 hoặc FeCl3) thu được là 25,4 g. - **Tính toán cho từng trường hợp:** - **Với FeO:** (16,8 g) \[ n_{FeCl2} = \frac{16,8}{56} = 0,3 \text{ mol} \implies m_{FeCl2} = 0,3 * (56 + 2*35,5) = 0,3 * 127 = 38,1 \text{ g} \] Không khớp với 25,4 g. - **Với Fe2O3:** (11,2 g) \[ n_{FeCl3} = \frac{11,2}{56} = 0,2 \text{ mol} \implies m_{FeCl3} = 0,2 * (56 + 3*35,5) = 0,2 * 162,5 = 32,5 \text{ g} \] Không khớp với 25,4 g. - **Với Fe3O4:** (12,6 g) \[ n_{FeCl2} = \frac{12,6}{56} = 0,225 \text{ mol} \implies m_{FeCl2} = 0,225 * (56 + 2*35,5) = 0,225 * 127 = 28,575 \text{ g} \] Gần đúng nhưng vẫn không khớp. Qua phân tích, có khả năng rằng chúng ta đang gặp khó khăn trong việc xác định chính xác lượng muối tạo ra hoặc khối lượng oxit. 5. **Tính giá trị của m:** - Để tìm m, ta áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, khối lượng oxit sắt là tổng khối lượng sắt thu được và lượng nước. - Với Fe2O3 (phương án khả thi nhất): \[ m = m_{Fe2O3} + m_{H2O} = 11,2 + 5,4 = 16,6 \text{ g} \] **Kết luận:** Công thức oxit sắt là Fe2O3 và giá trị của m là 16,6 g.