Thổi một luồng khí CO qua ống sứ chứa m gam hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3, FeO, Al2O3 nung nóng, khí thoát ra được dẫn vào bình đựng nước vôi trong dư thì có 15 gam kết tủa.. Sau phản ứng, chất[r]
Trang 1Chuyên đề
ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN
KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA CACBON VÀ CÁC OXIT CỦA CACBON
1 Phản ứng đốt cháy của cacbon
Lưu ý có 2 trường hợp:
• Nếu thiếu O 2 : C + O2
o
t
C(dư) + CO2
o
t
⇒ Hỗn hợp khí sau phản ứng cháy gồm: CO và CO 2
• Nếu dư O 2 : C + O2(dư) ⎯⎯→to CO2
⇒ Hỗn hợp khí sau phản ứng cháy gồm: O 2 và CO 2
2 Khi cho hơi nước đi qua than nung đỏ, xảy ra đồng thời 2 phản ứng
C + H2O (hơi) ⎯⎯→to CO + H2
C + 2H2O (hơi) ⎯⎯→to CO2 + 2H2
⇒ Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm: CO, CO 2 , H 2 (khí than ướt)
* Nếu đốt cháy hỗn hợp khí than ướt thì CO và H 2 cháy theo phản ứng:
2CO + O2
o
t
2H2 + O2
o
t
⎯⎯→2H2O
* Nếu đem hỗn hợp khí than ướt phản ứng với dung dịch kiềm thì chỉ có CO 2 phản ứng:
CO2 + OH– ⎯⎯→HCO3−
CO2 + 2OH– ⎯⎯→ 2
3
CO − + H2O
* Nếu đưa hỗn hợp khí than ướt qua ống sứ đựng oxit kim loại sau Al thì CO và H 2 tham gia phản ứng khử oxit kim loại M 2 O n
3 Phản ứng khử oxit kim loại của các chất khử C, CO, H 2
Các chất khử C, CO, H2 chỉ khử được các oxit kim loại từ Zn trở về sau trong dãy hoạt động hóa học ở
nhiệt độ cao:
o
2
2 t
x y
2
H
H O
CO C
với M là kim loại từ Zn trở về sau trong dãy HĐHH
Bản chất của phản ứng:
CO + [O]của oxit kim loại
o
t
⎯⎯→ CO2
H2 + [O]của oxit kim loại
o
t
⎯⎯→ H2O
C + 2[O]của oxit kim loại
o
t
⎯⎯→ CO2
Trang 2Dạng 1. Khi cho chất khử CO, C tác dụng với oxit kim loại ở nhiệt độ cao
Phương pháp
• Khi khử oxit kim loại bằng CO, khí sinh ra cho qua nước vơi trong dư (hoặc Ba(OH)2 dư):
CO + [O]của oxit kim loại
o
t
⎯⎯→ CO2
CO2 + Ca(OH)2⎯⎯→CaCO3 ↓ + H2O
⇒ nOcủa oxit kim loại bị khử = nCO phản ứng =
2
CO
3
CaCO
= n
Hoặc
2
n = n phản ứng = mX mY
16
−
(với m X và m Y lần lượt là khối lượng của hỗn hợp rắn ban đầu và hỗn hợp chất rắn thu được sau phản ứng)
• Khi khử oxit kim loại bằng C, khí sinh ra cho qua nước vơi trong dư (hoặc dung dịch Ba(OH)2 dư):
C + 2[O]của oxit kim loại
o
t
⎯⎯→ CO2
CO2 + Ca(OH)2⎯⎯→CaCO3 ↓ + H2O
nO của oxit kim loại bị khử = 2nCO2 = 2nCaCO3
• Khối lượng kim loại tạo thành khi oxit kim loại tác dụng với các chất khử:
m kim loại sau phản ứng = m oxit kim loại – m O của oxit kim loại bị khử
Các ví dụ áp dụng
Ví dụ 1. Khi cho luồng khí CO dư đi qua ống chứa Al2O3, FeO, CuO, MgO nung nĩng, đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn Chất rắn cịn lại trong ống nghiệm gồm:
A Al, Fe, Cu, Mg
B Al2O3, Fe, Cu, MgO
C Al2O3, Fe, Cu, Mg
D Al, Fe, Cu, MgO
Hướng dẫn giải
Khí CO chỉ khử được các oxit kim loại từ Zn trở về sau trong dãy điện hĩa:
Li + K + Ba 2+ Ca 2+ Na + Mg 2+ Al 3+ Mn 2+ Zn 2+ Cr 3+ Fe 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ 2H + Cu 2+ Fe 3+ Hg + Ag + Hg 2+ Pt 2+ Au 3+
Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H 2 Cu Fe 2+ Hg Ag Hg Pt Au
Tính chất oxy hóa của ion kim loại tăng
Tính chất khử của kim loại giảm
⇒ Chất rắn cịn lại Cu, Fe và MgO, Al2 O 3 (khơng bị khử, cịn nguyên)
Chọn đáp án B.
Ví dụ 2. Khử hồn tồn 23,2 gam một oxit sắt bằng khí CO, khí thu được sau phản ứng cho qua nước vơi trong dư, thu được 40 gam kết tủa Cơng thức phân tử của oxit sắt là
Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng: + CO, to + Ca(OH) 2
Fe O ⎯⎯⎯→Fe + CO ⎯⎯⎯⎯→CaCO3↓
x y
[O]
Fe O
n = nCaCO3 = 40
100 = 0,4 mol ⇒
x y
Fe
Fe O
n = 23,2 - 0,4 16
56
×
= 0,3 mol
Tỉ lệ: x : y = nFe : nO = 0,3 : 0,4 = 3 : 4 ⇒ Cơng thức oxit sắt: Fe3 O 4
Trang 3Chọn đáp án C
Ví dụ 3. Khử 8 gam Fe2O3 bằng CO ở nhiệt độ cao thu được một hỗn hợp A gồm Fe2O3, Fe3O4, FeO, Fe Cho A tác dụng với H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch B Khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch B là
Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng: Fe2O3⎯⎯→Fe2(SO4)3 (tỉ lệ mol 1 : 1)
⇒ mFe (SO )2 4 3 = 8 400
160
×
= 20 gam
Chọn đáp án D
Ví dụ 4. X là hỗn hợp gồm CuO và Fe2O3 Nung 6,0 gam hỗn hợp X với cacbon trong điều kiện không có không khí cho đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 1,792 lít (đktc) hỗn hợp Y gồm CO và CO2 Biết
2
Y
d = 16 Thành phần % theo khối lượng của CuO trong X là
Hướng dẫn giải
Y X
⎯⎯→
1442443
Y
Y
1,792
22, 4
⎪
⎨
⎩
⎧
Theo đề:
[O]
X
80x + 160y = 6
1,6
x + 3y = n =
16
⎧
⎪
⎨
x = 0,025
y = 0,025
⎧
⎨
0,025 80
100%
6
= 33,33%
Chọn đáp án B.
Ví dụ 5. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng một thời gian thu được 13,92 gam chất rắn X gồm Fe, Fe3O4, FeO và Fe2O3 Cho X tác dụng với dung dịch HNO3 đặc nóng thu được 5,824 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Giá trị của m là
Hướng dẫn giải
Quy đổi hỗn hợp 13,92 gam X gồm: Fe (x mol) và O (y mol) Sơ đồ phản ứng:
0
0
Fe (x mol)
O (y mol)
Bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = 13,92 (1)
Bảo toàn electron: 3x = 2y + 5,824 1
Từ (1) và (2): x = 0,2 mol và y = 0,17 mol
Bảo toàn nguyên tố Fe: Fe2O3
o
CO, t
⎯⎯⎯→ 2Fe ⇒
2 3
Fe O
n = 0,5nFe = 0,5×0,2 = 0,1 mol
Trang 42 3
Fe O
Chọn đáp án A.
Dạng 2 Khi cho chất khử H 2 tác dụng với oxit kim loại ở nhiệt độ cao
Phương pháp
• Khi gặp bài toán cho chất khử là H2 dư tác dụng với oxit kim loại cho kim loại:
nO của oxit kim loại =
2
H
n phản ứng =
2
H O
n tạo thành ⇒ mkim loại = moxit −moxit trong oxit Hoặc
2
H
n =
2
H O
n tạo thành = mX mY
16
− (với mX và mY lần lượt là khối lượng của hỗn hợp rắn ban đầu và hỗn hợp chất rắn thu được sau phản ứng)
Lập công thức oxit kim loại: Cần lập tỉ lệ: nkim loại : noxi của oxit kim loại ⇒ Công thức của oxit kim loại
Chú ý: Khi gặp bài toán cho chất khử là H 2 dư tác dụng với oxit kim loại, sau đó cho kim loại thu được tác dụng với dung dịch axit Xác định công thức phân tử của oxit kim loại.
• nO của oxit kim loại =
n = n ⇒ mkim loại = moxit −moxit trong oxit(cũng có thể áp dụng ĐLBTKL)
• Viết PTHH của kim loại thu được hóa trị n tác dụng với dung dịch axit:
M ⎯⎯⎯⎯→ HCl, H SO 2 4 nH2
2 ↑
• Kết hợp với dữ kiện đề bài ⇒ kim loại M
• Lập tỉ lệ nkim loại : noxi của oxit kim loại ⇒ Công thức của oxit kim loại
Các ví dụ áp dụng
Ví dụ 1. Khử 1,16 gam oxit sắt X bằng H2 cho sắt và thu đươc 0,36 gam H2O Công thức của X là
Hướng dẫn giải
nO của oxit sắt = nH O2 tạo thành = 0,36
18 = 0,02 mol ⇒ nFe = 1,16 0,02 16
56
= 0,015 mol
⇒ Công thức của oxit sắt: x : y = 0,015 : 0,02 = 3 : 4 ⇒ Công thức oxit sắt: Fe 3 O 4
Chọn đáp án C.
Ví dụ 2. Thổi từ từ V lít (đktc) hỗn hợp CO và H2 đi qua một ống sứ đựng 16,8 gam hỗn hợp 3 oxit CuO,
Fe3O4 và Al2O3 Sau phản ứng, thu được hỗn hợp khí và hơi nặng hơn hỗn hợp CO và H2 ban đầu là 0,32 gam Giá trị của V là
A 0,448 lít B 22,24 lít C 0,56 lít D 0,112 lít
Hướng dẫn giải
∆m khí tăng = [O]
oxit
2
(CO + H )
n
∑ = 0,32
16 = 0,02 mol
⇒ V = 0,02×22,4 = 0,448 lít
Chọn đáp án A
Ví dụ 3. Khử 3,48 gam oxit kim loại M cần dùng 1,344 lít khí H2 (đktc) Kim loại thu được cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 1,008 lít H2 (đktc) Công thức của oxit kim loại M là
Trang 5A FeO B Fe3O4 C Fe2O3 D Cr2O3
Hướng dẫn giải
x y
[O]
M O
2
H
n phản ứng = 1,344
22,4 = 0,06 mol ⇒
x y
M
M O
m = 3,48 – 0,06×16 = 2,52 gam
Kim loại M (với khối lượng 2,52 gam) tác dụng với HCl: M ⎯⎯→ HCl nH2
2 ↑
2
H
n = 1,008
22,4 = 0,045 mol ⇒ nM = 0,045
n 2
= 0,09
n mol ⇒ M = 2,52
0,09 n
= 28n ⇒ n = 2
M = 56 (Fe)
⎧
⎨
⎩
Lập công thức oxit kim loại: x : y = nFe : nO = 2,52
56 : 0,06 = 3 : 4 ⇒ Công thức oxit sắt: Fe 3 O 4
Chọn đáp án B.
BÀI TẬP ÁP DỤNG
1 CO khử được tất cả các oxit trong nhóm:
A Fe2O3, MgO B CuO, Al2O3 C Fe2O3, CuO D ZnO, Na2O
2 Thổi một luồng khí CO dư qua hỗn hợp gồm Al2O3, CuO, FeO nung nóng đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn X Chất rắn X gồm
A Cu, Fe, Al2O3 B CuO, Fe, Al C Cu, Fe, Al D Cu, FeO, Al
3 Cho khí H2 có dư qua ống sứ nung nóng chứa hỗn hợp X gồm Al2O3, MgO, CaO, FeO và CuO thu được chất rắn Y Cho Y vào dung dịch KOH dư, khuấy kĩ, thấy còn lại phần không tan Z Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn Phần không tan Z gồm có
A CaO, Fe, Cu
B CaO, MgO, Fe, Cu
C Mg, Fe, Cu
D MgO, Fe, Cu
4 Dẫn khí CO qua ống sứ chứa 15,2 gam hỗn hợp CuO và Fe3O4 nung nóng, thu được khí X và 13,6 gam kết tủa Y Dẫn từ từ khí X vào dung dịch Ca(OH)2 dư thấy có kết tủa Lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trị của m là
A 5,16 gam
B 16,00 gam
C 37,20 gam
D 5,60 gam
5 Cho luồng khí CO đi qua 30 gam hỗn hợp X gồm MgO, CuO, Fe2O3 nung nóng, sau một thời gian thu được 26 gam hỗn hợp chất rắn Y và hỗn hợp khí Z Cho Z lội chậm qua bình đựng nước vôi trong dư thu được m gam kết tủa Giá trị của m là
6 Nung 4 gam hỗn hợp X gồm CuO và FeO với cacbon (không có không khí) cho đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm CO và CO2 Dẫn Y qua bình chứa nước vôi trong dư thu được 0,5 gam kết tủa Thành phần % theo khối lượng của FeO trong X là
7 Cho khí CO qua ống sứ chứa 20 gam hỗn hợp chất rắn X gồm CuO, Fe2O3, FeO, Fe3O4 và MgO nung nóng Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y và 16 gam chất rắn Z Cho Y lội qua dung dịch nước vôi trong dư thu được m gam kết tủa Giá trị của m là
Trang 68 Dẫn khí CO dư qua ống sứ đựng a gam hỗn hợp gồm Al2O3 và Fe3O4 đun nóng Sau một thời gian thì ngừng phản ứng, thấy khối lượng chất rắn còn lại 14,14 gam Khi thoát ra khỏi ống sứ được hấp thụ hết trong dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 16 gam kết tủa Giá trị của a là
A 17,60 gam
B 16,70 gam
C 18,82 gam
D 12,83 gam
9 Cho khí CO khử hoàn toàn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thấy có 4,48 lít khí CO2 (đktc) thoát ra Thể tích khí CO (đktc) đã tham gia phản ứng là
10 Hỗn hợp A gồm sắt và oxit sắt có khối lượng 5,92 gam Cho khí CO dư qua hỗn hợp A nung nóng, khí
đi ra sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 dư được 9 gam kết tủa Khối lượng sắt trong hỗn hợp là
11 Khử một oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao, phản ứng xong thu được 0,84 gam Fe và 448 ml CO2 (đktc) Công thức phân tử của oxit sắt là
12 Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO và Fe2O3 có tỉ lệ mol 1 : 1 bằng CO ở nhiệt độ cao thu được chất
rắn X Phần trăm khối lượng của Fe trong X gần với giá trị nào sau đây nhất ?
13 Cho khí CO khử hoàn toàn hỗn hợp Fe2O3 và CuO thu được hỗn hợp kim loại và khí CO2 Nếu số mol
CO2 tạo ra từ Fe2O3 và từ CuO có tỉ lệ là 3 : 2 thì phần trăm khối lượng của Fe2O3 và CuO trong hỗn hợp lần lượt là
A 60% và 40% B 50% và 50% C 40% và 60% D 30% và 70%
14 Thổi một luồng khí CO qua ống sứ chứa m gam hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3, FeO, Al2O3 nung nóng, khí thoát ra được dẫn vào bình đựng nước vôi trong dư thì có 15 gam kết tủa Sau phản ứng, chất rắn trong ống sứ có khối lượng 215 gam Giá trị của m là
A 217,4 gam
B 217,2 gam
C 230,0 gam
D 214,7 gam
15 Dẫn khí CO đi qua ống sứ nung nóng chứa 0,04 mol hỗn hợp X gồm FeO và Fe2O3 thì thu được 4,784 gam chất rắn Y gồm 4 chất Khi thoát ra khỏi ống sứ được dẫn chậm qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì có 9,062 gam kết tủa được tạo thành Số mol Fe2O3 trong X là
16 Cho bột than dư vào hỗn hợp 2 oxit Fe2O3 và CuO đun nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2 gam hỗn hợp kim loại và 2,24 lít khí CO2 (đktc) Khối lượng hỗn hợp 2 oxit ban đầu là
17 Cho 2,40 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3 và MgO (với
2 3
n = n ) tác dụng với H2 dư nung nóng, sau phản ứng thu được m gam chất rắn Giá trị của m là
18 Khử hoàn toàn 4 gam hỗn hợp X gồm Al2O3 và Fe2O3 bằng H2 dư thu được 0,27 gam H2O Khối lượng
Al2O3 trong hỗn hợp X là
Trang 719 Khử hoàn toàn hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng khí CO Khí thoát ra sau phản ứng cho qua dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được 59,1 gam kết tủa Thể tích khí CO (đktc) đã tham gia phản ứng là
20 Khử hoàn toàn 12 gam hỗn hợp X gồm CuO và Fe2O3 cần 4,48 lít khí CO (ở đktc) Phần trăm khối lượng của CuO và Fe2O3 trong hỗn hợp X lần lượt là:
A 40% và 60% B 33,33% và 67,67% C 35,5% và 64,5% D 35% và 65%
21 Dẫn luồng khí CO dư đi qua 21,8 gam hỗn hợp X gồm Al2O3 và FexOy nung nóng Sau khi phản ứng kết thúc, thu được hỗn hợp Y Để hòa tan hết hỗn hợp Y cần dùng 450 ml dung dịch HCl 1M Kết thúc phản
ứng thấy có 1,68 lít khí (đktc) thoát ra Phần trăm khối lượng oxit sắt trong X gần với giá trị nào sau
đây nhất ?
22 Hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4 với
3 4
n : n = 2 : 1 Dẫn khí CO qua bình đựng 17,2 gam X nung nóng để khử Fe3O4 thành Fe, khí CO2 sinh ra hấp thụ hết vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2 0,6M thì có m1 gam kết tủa, tiếp tục thêm nước vôi dư vào lại có thêm m2 gam kết tủa Biết m1 + m2 = 27,64 gam Hiệu suất phản ứng khử Fe3O4 là
23 Cho hỗn hợp khí X gồm CO và CO2 qua ống sứ nung nóng chứa 16 gam Fe2O3, thu được 14,4 gam chất rắn Y và hỗn hợp khí Z Cho Z tác dụng với 500 ml dung dịch Ba(OH)2 0,8M, thu được m gam kết tủa Biết
2
X
d = 18 và
2
Z H
d = 18,8 Giá trị của m là
24 Hỗn hợp X gồm ZnO, MgO, CuO và Fe2O3 Cho khí CO đi qua X nung nóng thu được chất rắn Y và khí
Z Sục từ từ Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 9 gam kết tủa Mặt khác, hòa tan hoàn toàn Y trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Giá trị của V là
A 1,344 lít B 6,720 lít C 5,600 lít D 2,240 lít
25 Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng một thời gian thu được 44,46 gam chất rắn X gồm Fe, Fe3O4, FeO và Fe2O3 Cho X tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thu được 3,136 lít
NO (đktc) Thể tích khí CO (đktc) đã dùng là
A 4,500 lít B 4,704 lít C 5,040 lít D 36,360 lít
26 Dùng CO để khử hoàn toàn 2,88 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 thu được 2,24 gam chất rắn Mặt khác, cũng lượng hỗn hợp trên tác dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch HCl thu được 0,224 lít khí (đktc) Nồng độ mol của dung dịch HCl là
27 Cho 16,8 lít hỗn hợp X gồm CO và CO2 (đktc) có khối lượng là 27 gam Dẫn hỗn hợp X đi qua than nung đỏ dư thu được V lít (đktc) khí Y Dẫn khí Y qua ống đựng 160 gam CuO nung nóng thì thu được
m gam chất rắn Giá trị của m là
28 Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 10 gam Fe2O3 nung nóng Sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm 3 oxit sắt Cho X tác dụng hết với dung dịch HNO3 0,5M vừa đủ, thu được dung dịch Y
và 1,12 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Thể tích dung dịch HNO3 đã dùng là
Trang 829 Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng Sau một thời gian thu được 6,96 gam hỗn hợp X gồm 3 oxit sắt Cho X tác dụng hết với dung dịch HNO3 0,1M vừa đủ, thu được dung dịch Y và 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và NO2 có tỉ khối so với hiđro là 21,8 (ngoài ra không còn sản phẩm khử khác của N+5) Giá trị của m là
30 Nung m gam hỗn hợp X gồm CuO, Fe2O3 và MO (với tỉ lệ mol
2 3
CuO Fe O MO
n : n : n = 1 : 2 : 2) với cacbon trong điều kiện không có không khí thu được 5,6 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm CO, CO2 và 18,56 gam chất rắn Z gôm 3 kim loại Biết hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với hiđro là 18,8 Công thức của oxit MO là
ĐÁP ÁN THAM KHẢO Câu số Đáp án Câu số Đáp án Câu số Đáp án Câu số Đáp án