Cho hỗn hợp gồm 0,1 mol Al, 0,2 mol Fe₂O₃ và một lượng dư nhiệt được nung nóng trong điều kiện không có không khí sau phản ứng thu được hỗn hợp chất rắn X biết rằng toàn bộ nhôm phản ứng hoàn toàn hãy tính khối lượng chất rắn thu được và cho biết hỗn hợp đó còn lại những chất gì nếu đem hỗn hợp này tác dụng với dung dịch NaOH dư thì khí gì bay ra và khối lượng chất không tan sau phản ứng là bao nhiêu gam?

Question

Accepted Answer

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ làm theo các bước sau:

1. **Xác định phản ứng hóa học xảy ra**: 
   Nhôm phản ứng với oxit sắt (III) theo phương trình sau:
   $$
   6 \text{Al} + 2 \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow 4 \text{Al}_2\text{O}_3 + 4 \text{Fe}
   $$

2. **Tính số mol các chất tham gia phản ứng**:
   - Số mol Al = 0,1 mol
   - Số mol Fe₂O₃ = 0,2 mol

3. **Tính số mol Fe₂O₃ cần thiết cho phản ứng**:
   Theo tỉ lệ phản ứng, cần 6 mol Al để phản ứng với 2 mol Fe₂O₃. Do đó, 0,1 mol Al sẽ cần:
   $$
   \text{Fe}_2\text{O}_3 \text{ cần } = \frac{0,1 \text{ mol Al} \times 2 \text{ mol Fe}_2\text{O}_3}{6 \text{ mol Al}} = \frac{0,1 \times 2}{6} = \frac{0,2}{6} = 0,0333 \text{ mol Fe}_2\text{O}_3
   $$
   Như vậy, Fe₂O₃ còn dư.

4. **Xác định số mol Al và Fe₂O₃ đã phản ứng**:
   - Số mol Al phản ứng: 0,1 mol
   - Số mol Fe₂O₃ phản ứng: 0,0333 mol

5. **Tính số mol Al₂O₃ và Fe thu được**:
   Theo phương trình, từ 6 mol Al tạo ra 4 mol Al₂O₃ và 4 mol Fe. Do đó:
   - Số mol Al₂O₃ tạo thành:
   $$
   \text{Al}_2\text{O}_3 = \frac{0,1 \text{ mol Al} \times 4 \text{ mol Al}_2\text{O}_3}{6 \text{ mol Al}} = \frac{0,4}{6} = 0,0667 \text{ mol Al}_2\text{O}_3
   $$
   - Số mol Fe tạo thành:
   $$
   \text{Fe} = \frac{0,1 \text{ mol Al} \times 4 \text{ mol Fe}}{6 \text{ mol Al}} = \frac{0,4}{6} = 0,0667 \text{ mol Fe}
   $$

6. **Tính khối lượng các chất rắn thu được**:
   - Khối lượng Al₂O₃:
   $$
   m(\text{Al}_2\text{O}_3) = 0,0667 \text{ mol} \times 102 \text{ g/mol} = 6,8 \text{ g}
   $$
   - Khối lượng Fe:
   $$
   m(\text{Fe}) = 0,0667 \text{ mol} \times 56 \text{ g/mol} = 3,7336 \text{ g}
   $$
   - Tổng khối lượng chất rắn thu được:
   $$
   m(X) = m(\text{Al}_2\text{O}_3) + m(\text{Fe}) = 6,8 \text{ g} + 3,7336 \text{ g} = 10,5336 \text{ g} \approx 10,53 \text{ g}
   $$

7. **Hỗn hợp còn lại sau phản ứng**: Hỗn hợp rắn X còn lại bao gồm Al₂O₃ và Fe, và lượng Fe₂O₃ dư:
   - Số mol Fe₂O₃ dư:
   $$
   0,2 - 0,0333 = 0,1667 \text{ mol Fe}_2\text{O}_3
   $$

8. **Tác dụng với NaOH dư**: 
   - Phản ứng xảy ra sẽ là:
   $$
   \text{Fe}_2\text{O}_3 + 2 \text{NaOH} + 3 \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2 \text{NaAlO}_2 + 3 \text{H}_2
   $$
   Trong đó, sẽ sinh ra khí H₂. Tính số mol H₂:
   $$
   \text{Fe}_2\text{O}_3 \text{ dư } = 0,1667 \text{ mol}
   $$
   - Khí H₂ tạo thành:
   $$
   0,1667 \text{ mol Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow 0,1667 \text{ mol H}_2 \text{ (1:1)}
   $$

9. **Khối lượng chất không tan**: 
   - Khối lượng chất không tan là khối lượng NaAlO₂ tạo ra từ phản ứng. Số mol NaAlO₂ sẽ là:
   $$
   2 \times 0,1667 = 0,3334 \text{ mol}
   $$
   Khối lượng NaAlO₂:
   $$
   m(\text{NaAlO}_2) = 0,3334 \text{ mol} \times 82 \text{ g/mol} = 27,333 \text{ g}
   $$

10. **Kết luận**:
   - Khối lượng chất rắn thu được là khoảng 10,53 g.
   - Hỗn hợp còn lại sau phản ứng với NaOH gồm NaAlO₂ và Fe₂O₃ dư.
   - Khí bay ra là H₂.
   - Khối lượng chất không tan sau phản ứng là 27,333 g.

**Tóm tắt**:
- Khối lượng chất rắn thu được: **10,53 g**
- Khí bay ra: **H₂**
- Khối lượng chất không tan: **27,33 g**

Cho hỗn hợp gồm 0,1 mol Al, 0,2 mol Fe₂O₃ và một lượng dư nhiệt được nung nóng trong điều kiện không có không khí sau phản ứng thu được hỗn hợp chất rắn X biết rằng toàn bộ nhôm phản ứng hoàn toàn hãy...