Phần $\rm 2.$ 2. X là một hợp chất tạo bởi sắt và cacbon có trong một loại hợp kim. Trong X có 93,33% khối lượng,của Fe. Hòa tan X trong $HNO_3$ đặc nóng, thu được hỗn hợp khí Y. Cho Y tác dụng với dung dịch,NaOH dư, cô cạn dung dịch sau phản ứng, thu được hỗn hợp chất rắn Z. Nung Z đến khối lượng không,đổi, thu được hỗn hợp chất rắn T. Hòa tan hỗn hợp T trong dung dịch $H_2SO_4$ loãng, đun nóng, thu,được hỗn hợp khí Q. Hỗn hợp Q làm nhạt màu dung dịch $KMnO_4$ trong $H_2SO_4$ loãng.,a. Xác định công thức phân tử của X và các chất có trong hỗn hợp T.,b. Viết phương trình phản ứng của T với $H_2SO_4,$ khí Q với dung dịch $KMnO_4.$

Question

Accepted Answer

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:

### a. Xác định công thức phân tử của X và các chất có trong hỗn hợp T.

1. **Tính khối lượng nguyên tố Fe và C trong X:**

- Gọi khối lượng mol của hợp chất X là $ M $.
   - Theo đề bài, khối lượng của sắt (Fe) chiếm 93,33% trong X:
     $$
     \frac{m_{Fe}}{M} \times 100\% = 93,33\% \implies m_{Fe} = 0,9333M
     $$
   - Khối lượng của cacbon (C) còn lại sẽ là:
     $$
     m_C = M - m_{Fe} = M - 0,9333M = 0,0667M
     $$

2. **Tính số mol của Fe và C:**

- Số mol của Fe là:
     $$
     n_{Fe} = \frac{m_{Fe}}{M_{Fe}} = \frac{0,9333M}{56}
     $$
   - Số mol của C là:
     $$
     n_C = \frac{m_C}{M_C} = \frac{0,0667M}{12}
     $$

3. **Tìm tỉ lệ số mol giữa Fe và C:**

$$
   \frac{n_{Fe}}{n_C} = \frac{0,9333M / 56}{0,0667M / 12} = \frac{0,9333 \times 12}{0,0667 \times 56} = \frac{11,2}{3,7332} \approx 3
   $$

Từ đó ta có tỉ lệ mol:
   $$
   n_{Fe} : n_C \approx 3 : 1
   $$

4. **Xác định công thức phân tử của X:**
   - Từ tỉ lệ 3:1, hợp chất X là $ Fe_3C $ (hay còn gọi là cimentit).

### Các chất có trong hỗn hợp T:

- Khi nung hỗn hợp Z (sắt và muối của Na) sẽ tạo ra sắt oxit (FeO hoặc Fe2O3) và các sản phẩm khác, nhưng chính yếu là sắt oxit.

### b. Viết phương trình phản ứng của T với $ H_2SO_4 $ và khí Q với dung dịch $ KMnO_4 $.

1. **Phương trình phản ứng của T với $ H_2SO_4 $:**
   - Giả sử T là $ Fe_2O_3 $ (sắt(III) oxit), phản ứng với axit sulfuric loãng:
   $$
   Fe_2O_3 + 6H_2SO_4 \rightarrow 2Fe(SO_4)_3 + 3H_2O
   $$

2. **Khí Q:**
   - Khí Q thu được từ phản ứng trên chủ yếu là khí $ H_2 $ (vì Fe sẽ tác dụng với $ H_2SO_4 $), sẽ phản ứng với dung dịch $ KMnO_4 $:
   $$
   5H_2 + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 8H_2O
   $$
   Trong đó, $ KMnO_4 $ sẽ bị khử từ màu tím sang màu không màu (màu nhạt).

### Kết luận:

- **Công thức phân tử của X là:** $ Fe_3C $
- **Chất có trong hỗn hợp T là:** $ Fe_2O_3 $
- **Phương trình phản ứng của T với $ H_2SO_4 $:** 
  $$
  Fe_2O_3 + 6H_2SO_4 \rightarrow 2Fe(SO_4)_3 + 3H_2O
  $$
- **Phương trình phản ứng của khí Q với dung dịch $ KMnO_4 $:** 
  $$
  5H_2 + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 8H_2O
  $$