Hỗn hợp X gồm Cu, CuO, Fe, Fe3O4. Hòa tan hết m gam X trong dung dịch chứa 1,325 mol HCl (dư 25% so với lượng phản ứng), thu được 0,08 mol H2 và 250 gam dung dịch Y. Mặt khác, hòa tan hết m gam X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng, thu được dung dịch Z (chứa 3 chất tan) và 0,12 mol SO2 (sản phẩm khử duy nhất của H2SO4). Cho Z tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được kết tủa T. Nung T trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được 172,81 gam chất rắn. Nồng độ phần trăm FeCl3 trong Y là

Đáp án:

$\rm C\%_{FeCl_3}=3,9\%$

Giải thích các bước giải:

Quy đổi hỗn hợp thành: $\begin{cases} \rm Cu\\\rm Fe\\\rm O \end{cases}$

Sơ đồ phản ứng:

$\begin{cases} \rm Cu\\\rm Fe\\\rm O \end{cases}\left\langle\begin{array}{1}{\xrightarrow{\rm +\ HCl}\left\langle\begin{array}{1}{\begin{cases} \rm Cu^{2+}:x\ (mol)\\\rm Fe^{2+}:x\ (mol)\\\rm Fe^{3+}:y\ (mol)\\\rm Cl^-:1,325(mol)\\\rm H^+ :0,265(mol) \end{cases}}\\{\begin{cases} \rm H_2\\\rm H_2O \end{cases}}\\\end{array} \right.}\\{\xrightarrow{\rm +\ H_2SO_4}\begin{cases} \rm Cu^{2+}\\\rm Fe^{2+}\\\rm Fe^{3+}\\\rm SO_4^{2-}\end{cases}\xrightarrow{\rm Ba(OH),\ t^o}\begin{cases} \rm CuO\\\rm Fe_2O_3\\\rm BaSO_4 \end{cases}}\\\end{array} \right.$

Trong phản ứng tác dụng với $\rm HCl:$

$\rm n_{HCl\ \rm (phan\ ung)}=1,325×\dfrac{100}{125}=1,06\ (mol)\\n_{HCl\ \rm (du)}=1,325-1,06=0,265\ (mol)$

Bảo toàn nguyên tố H:

$\rm n_{HCl}=2n_{H_2}+2n_{H_2O}\\1,06=2×0,08+2n_{H_2O}\\\to n_{H_2O}=0,45\ (mol)$

Bảo toàn nguyên tố O:

$\rm n_{O\ (X)}=n_{H_2O}=0,45\ (mol)$

Trong phản ứng tác dụng với $\rm H_2SO_4:$

Đặt: $\rm n_{CuO}=a\ (mol),\ n_{Fe_2O_3}=b\ (mol)$

$\rm n_{H_2SO_4}=2n_{SO_2}+n_O=0,69\ (mol)$

Bảo toàn nguyên tố S:

$\rm n_{SO_4^{2-}}=n_{H_2SO_4}-n_{SO_2}=0,57\ (mol)$

$\rm n_{BaSO_4}=n_{SO_4^{2-}}=0,57\ (mol)$

Dựa vào $172,81 $ gam chất rắn, ta có:

$\rm 80a+160b=40\\\to a+2b=0,5$

Vì $\rm Cu^{2+}$ và $\rm Fe^{2+}$ có cùng điện tích nên đặt chung là $\rm x\ (mol),\ Fe^{3+}$ là $\rm y\ (mol)$

Bảo toàn kim loại:

$\rm x+y=0,5(mol)\ (1)$

Bảo toàn điện tích:

$\rm 2x+3y+0,265=1,325(mol)\ (2)$

Từ $(1)(2),$ giải được:

$\begin{cases} \rm x=0,44(mol)\\\rm y=0,06(mol) \end{cases}$

Vậy nồng độ phần trăm $\rm FeCl_3$ trong $\rm Y$ là:

$\rm C\%_{FeCl_3}=\dfrac{0,06×162,5}{250}×100\%=3,9\%$