Nung nóng hỗn hợp P gồm MgCO3, FeCO3, Na2CO3 ngoài không khí đến khối lượng không đổi, thu được 15,68 lít khí (đktc) và chất rắn Q. Cho toàn bộ Q vào cốc đựng 400 ml dung dịch HCl, khuấy đều cho các phản ứng hoàn toàn, thu được 4,48 lít khí (đktc). Làm bay hơi cẩn thận các chất có trong cốc, thì còn lại 100,4 gam chất rắn khan. Lại thêm tiếp 400 ml dung dịch HCl như trên vào cốc, lần này không thấy khí thoát ra, thu được dung dịch T. Khi làm bay hơi T như trên, thấy còn lại 116,9 gam chất rắn khan. Cho 44,8 gam bột sắt vào dung dịch T, khuấy đều, đến các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch R. Khối lượng dung dịch R nhiều hơn khối lượng dung dịch T bao nhiêu gam ? Tính phần trăm khối lượng mỗi chất có trong hỗn hợp P và nồng độ mol/l của dung dịch HCl đã dùng.

Đáp án:

$\rm \%m_{MgCO_3} = 27,16\%$
$\rm \%m_{FeCO_3} = 50\%$
$\rm \%m_{Na_2CO_3} = 22,84\%$

$\rm C_{M(HCl)} = 4M$

Khối lượng ddR nhiều hơn khối lượng ddT là 38,2 gam

Giải thích các bước giải:

$\rm PTHH:$
$\rm MgCO_3 \xrightarrow{t^o} MgO + CO_2 \uparrow (1)$
$\rm 4FeCO_3 + O_2 \xrightarrow{t^o} 2Fe_2O_3 + 4CO_2 \uparrow (2)$

$\rm Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2 \uparrow + H_2O(3)$
$\rm MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O(4)$
$\rm Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O(5)$

$\rm Q:Fe_2O_3,MgO,Na_2CO_3$

Vì khi cho thêm dd HCl vào thì không thấy có khí thoát ra mà khối lượng chất rắn tăng lên và chỉ thu được ddT

$\rm \Rightarrow Na_2CO_3$ đã tan hết và oxit vẫn còn dư, sau khi cho thêm thì oxit tan hết

$\rm ddT:FeCl_3,NaCl,MgCl_2$ và có thể có $\rm HCl$ dư

$\rm n_{CO_2(1),(2)} = \dfrac{15,68}{22,4} = 0,7 (mol)$
$\rm n_{CO_2(3)} = \dfrac{4,48}{22,4} = 0,2 (mol)$

Theo PT $\rm (3):n_{Na_2CO_3} = n_{CO_2(3)} = 0,2 (mol)$
Gọi $\rm n_{MgCO_3} = a (mol); n_{FeCO_3} = b (mol)(a,b>0)$
Theo PT $\rm (1), (2): n_{CO_2} = n_{MgCO_3} + n_{FeCO_3}$
$\rm \Rightarrow a + b = 0,7(*)$

$\rm \xrightarrow{\text{BTNT Na}} n_{NaCl} = 2n_{Na_2CO_3} = 0,4 (mol)$
$\rm \xrightarrow{\text{BTNT Mg}} n_{MgCl_2} = n_{MgCO_3} = a (mol)$
$\rm \xrightarrow{\text{BTNT Fe}} n_{FeCl_3} = n_{FeCO_3} = b (mol)$
$\rm \Rightarrow 95a + 162,5b + 0,4.58,5 = 116,9$
$\rm \Leftrightarrow 95a + 162,5b = 93,5(**)$
Từ $\rm (*),(**) \Rightarrow a = 0,3; b = 0,4 (T/m)$

Vậy phần trăm của các chất trong P là:

$\rm \%m_{MgCO_3} = \dfrac{0,3.84}{0,3.84+0,4.116+0,2.106}.100\% = 27,16\%$
$\rm \%m_{FeCO_3} = \dfrac{0,4.116}{0,3.84+0,4.116+0,2.106}.100\% = 50\%$
$\rm \%m_{Na_2CO_3} = 100\% - 27,16\% - 50\% = 22,84\%$

Theo PT $\rm (1): n_{MgO} = n_{MgCO_3} = 0,3 (mol)$
Theo PT $\rm (2): n_{Fe_2O_3} = \dfrac{1}{2}n_{FeCO_3} = 0,2 (mol)$
$\rm \Rightarrow \Sigma n_{O(oxit)} = n_{MgO} + 3n_{Fe_2O_3} = 0,9 (mol)$

Theo tăng giảm khối lượng:

$\rm n_{O(oxit)dư} = \dfrac{116,9-100,4}{71-16} = 0,3 (mol)$
$\rm \Rightarrow n_{O(oxit)pư} = 0,9 - 0,3 = 0,6 (mol)$
Theo PT $\rm (3), (4), (5): n_{HCl} = 2n_{CO_2} + 2n_{O(oxit)pư} = 1,6 (mol)$
Vậy nồng độ mol của dd HCl là; $\rm C_{M(HCl)} = \dfrac{1,6}{0,4} = 4M$

$\rm n_{HCl(thêm.vào)} = 0,4.4 = 1,6 (mol)$
Theo PT $\rm (4), (5): n_{HCl(pư)} = 2n_{O(oxit)dư} = 0,6 (mol)$
$\rm \Rightarrow n_{HCl(dư)} = 11,6 - 0,6 = 1 (mol)$
ddT gồm có: $\begin{cases} \rm MgCl_2:0,3(mol) \\ \rm FeCl_3: 0,4 (mol) \\ \rm NaCl: 0,4 (mol) \\ \rm HCl:1(mol) \end{cases}$

$\rm n_{Fe} = \dfrac{44,8}{56} = 0,8 (mol)$

$\rm PTHH:$
$\rm Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2(6)$
$\rm Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2(7)$
Theo PT $\rm (6), (7): n_{Fe(pư)} = \dfrac{1}{2}n_{HCl} + \dfrac{1}{2}n_{FeCl_3} = 0,7 (mol) < 0,8(mol)$$\rm \Rightarrow Fe$ dư

Theo PT $\rm (6): n_{H_2} = \dfrac{1}{2}n_{HCl} = 0,5 (mol)$

$\rm \Rightarrow m_{ddR} - m_{ddT} = m_{Fe(pư)} - m_{H_2} = 0,7.56 - 0,5.2 = 38,2 (g)$
Vậy khối lượng ddR nhiều hơn khối lượng ddT là 38,2 gam