Cho 16,5 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe, Cu vào dung dịch chứa a mol H2SO4 đặc nóng, cô cạn hỗn hợp sau phản ứng, thu được 54,9 gam chất rắn khan. Cho 16,5 gam X vào dung dịch chứa 1,5a mol H2SO4 đặc nóng, cô cạn hỗn hợp sau phản ứng, thu được 61,14 gam chất rắn khan. Biết rằng trong các quá trình trên, muối tạo thành chỉ là muối sunfat trung hòa và SO2 là sản phẩm khử duy nhất của H2SO4. Mặt khác, cho 16,5 gam X phản ứng vừa hết với dung dịch AgNO3, thu được dung dịch Y (không còn AgNO3). Cho Y tác dụng với 1,46 mol KOH trong dung dịch, thu được 20,71 gam kết tủa T và dung dịch Z chứa 127,69 gam chất tan. Biết các phản ứng hóa học xảy ra hoàn toàn. Giả thiết rằng, nếu KOH tác dụng với Al(OH)3 thì chỉ tạo muối KAlO2 và H2O. Tính a và thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi chất trong X.

Đáp án:

 

Giải thích các bước giải:

$\rm 2Al + 6H_2SO_4đ \xrightarrow{t^o} Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O$

$\rm 2Fe + 6H_2SO_4đ \xrightarrow{t^o} Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O$

$\rm Cu + 2H_2SO_4đ \xrightarrow{t^o} CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$

$\rm Al + 3AgNO_3 → Al(NO_3)_3 + 3Ag↓$

$\rm Fe + 2AgNO_3 → Fe(NO_3)_2 + 2Ag↓$

$\rm Cu + 2AgNO_3 → Cu(NO_3)_2 + 2Ag↓$

$\rm Fe(NO_3)_2 + AgNO_3 → Fe(NO_3)_3 + Ag↓ ($ có thể có `)`

Giả sử `Y` gồm `Fe(NO_3)_n ; Al(NO_3)_3 ; Cu(NO_3)_2`

$\rm Fe(NO_3)_n + nKOH → Fe(OH)_n↓ + nKNO_3$

$\rm Al(NO_3)_3 + 3KOH → Al(OH)_3↓ + 3KNO_3$

$\rm Cu(NO_3)_2 + 2KOH → Cu(OH)_2↓ + 2KNO_3$

$\rm Al(OH)_3 + KOH → KAlO_2 + 2H_2O$

`-` Xét hỗn hợp `X :`

Gọi `n_(Al) = x ; n_(Fe) = y ; n_(Cu) = z ( mol ) ( x , y , z > 0 )`

`m_X = 27x + 56y + 64z = 16,5 ( 1 )`

Vì thí nghiệm `2` thu được khối lượng muối lớn hơn thí nghiệm `1`

nên thí nghiệm `1` axit hết

`-` Xét thí nghiệm `1 :`

Theo phương trình thấy rằng `:`

`n_(H_2SO_4) : n_(SO_2) = 2 : 1`

`-> n_(SO_2) = a/2 ( mol )`

Bảo toàn `H : n_(H_2O) = n_(H_2SO_4) = a ( mol )`

Bảo toàn khối lượng `:`

`16,5 + 98a = 54,9 + 32a + 18a -> a = 0,8 ( mol )`

`-` Xét thí nghiệm `2 :`

`n_(H_2SO_4) = 1,5a = 1,5 . 0,8 = 1,2 ( mol )`

Gọi `n_(H_2SO_4) (pư ) = n ( mol ) ( 1,2 >= n > 0 )`

Tương tự thí nghiệm `1 : n_(SO_2) = n/2 ( mol ) ; n_(H_2O) = n ( mol )`

Bảo toàn khối lượng `: 16,5 + 98n = 61,14 + 32n + 18n -> n = 0,93 ( mol )`

`-> X` hết`,` axit dư

Bảo toàn `Al;Fe;Cu : n_(Al_2(SO_4)_3) = x/2 ; n_(Fe_2(SO_4)_3) = y/2 ; n_(CuSO_4) = z ( mol )`

$m_{muối}$ `= 171x + 200y + 160z = 61,14 ( 2 )`

`+ TH_1 : KOH` phản ứng hết

`-` Xét hỗn hợp `Z :`

Gọi `n_(KNO_3) = a ; n_(KAlO_2) = b ( mol ) ( a > 0 ; b >= 0 )`

Bảo toàn `K : a + b = 1,46 ( I )`

`m_Z = 101a + 98b = 127,69 ( II )`

`(I);(II) -> a = -5,13 ; b = 6,59 ( mol ) ->` Loại

`+ TH_2 : KOH` dư

`-> T` gồm `Fe(OH)_n ; Cu(OH)_2`

`Z` gồm `KNO_3 ; KAlO_2 ; KOH`

`-` Xét hỗn hợp `Z :`

Bảo toàn `K : 1,46 = a + b + n_(KOH) -> n_(KOH) = 1,46 - a - b ( mol )`

`m_Z = 101a + 98b + 56( 1,46 - a - b ) = 127,69`

`-> 45a + 42b = 45,93 ( III )`

`-` Xét hỗn hợp `Y :`

Bảo toàn `Al;Fe;Cu : n_(Fe(NO_3)_n) = y ; n_(Al(NO_3)_3) = x ; n_(Cu(NO_3)_2) = z ( mol )`

`-` Xét hỗn hợp `T :`

Bảo toàn `Fe : n_(Fe(OH)_n) = n_(Fe) = y ( mol )`

Bảo toàn `Cu : n_(Cu(OH)_2) = n_(Cu) = z ( mol )`

Bảo toàn `Al: b = x ( mol )`

Bảo toàn `NO_3^(-) : a = ny + 3x + 2z`

`m_T = y( 56 + 17n ) + 98z = 20,71`

`-> 56y + 98z + 17ny = 20,71`

`-> 17( ny + 3x + 2z ) - 51x + 64z + 56y = 20,71`

`-> 17a - 78x + ( 27x + 56y + 64z ) = 20,71`

`-> 17a - 78b = 4,21 (IV)`

`(III);(IV) -> a = 0,89 ; b = 0,14 ( mol )`

`-> b = x = 0,14 ( mol ) ( 3 )`

`(1);(2);(3) -> x = 0,14 ; y = 0,09 ; z = 0,12 ( mol )`

`-` Xét hỗn hợp `X :`

`%Al = (0,14 . 27 . 100%)/(16,5) = 22,9%`

`%Fe = (0,09.56.100%)/(16,5) = 30,54%`

`%Cu = 100% - 22,9% - 30,54% = 46,56%`