Bài 33: Điều chế Hiđro - Phản ứng thế

\(n_{H_2}=\dfrac{11,2}{22,4}=0,5\left(mol\right)\)

\(n_{O_2}=\dfrac{8}{22,4}=\dfrac{5}{14}\left(mol\right)\)
PTHH: 2H₂ + O₂ --t^o--> 2H₂O

Xét tỉ lệ: \(\dfrac{0,5}{2}< \dfrac{\dfrac{5}{14}}{1}\) => H₂ hết, O₂ dư

PTHH: 2H₂ + O₂ --t^o--> 2H₂O

           0,5-->0,25

=> \(V_{O_2\left(dư\right)}=\left(\dfrac{5}{14}-0,25\right).22,4=2,4\left(l\right)\)

\(n_{H_2\left(2\right)}=\dfrac{2,8}{22,4}=0,125\left(mol\right)\\ PTHH:Fe_2O_3+3H_2\rightarrow\left(t^o\right)2Fe+3H_2O\left(1\right)\\ Fe+H_2SO_4\rightarrow FeSO_4+H_2\left(2\right)\\ n_{Fe}=n_{H_2\left(2\right)}=0,125\left(mol\right)\\ n_{Fe_2O_3}=\dfrac{0,125}{2}=0,0625\left(mol\right)\\ \Rightarrow a=m_{Fe_2O_3}=160.0,0625=10\left(g\right)\\ b=m_{Fe}=0,125.56=7\left(g\right)\)

a pop cs đg onl hem ta

* Nếu trong TN2, kim loại không tan hết

\(n_{H_2}=\dfrac{0,448}{22,4}=0,02\left(mol\right)\)

=> n_HCl = 0,04 (mol)

- Xét TN1:

- Nếu kim loại tan hết

\(n_{FeCl_2}=\dfrac{3,1}{127}=\dfrac{31}{1270}\left(mol\right)\)

PTHH: Fe + 2HCl --> FeCl₂ + H₂

       \(\dfrac{31}{1270}\)<-\(\dfrac{31}{635}\)<----\(\dfrac{31}{1270}\)

Vô lí do \(\dfrac{31}{635}>0,04\)

=> Fe dư 

PTHH: Fe + 2HCl --> FeCl₂ + H₂

         0,02<-0,04---->0,02

=> \(m_{FeCl_2}=0,02.127=2,54\left(g\right)\)

=> \(m_{Fe\left(dư\right)}=3,1-2,54=0,56\left(g\right)\)

=> \(a=0,56+0,02.56=1,68\left(g\right)\)

- Xét TN2:

Theo ĐLBTKL: a + b + 0,04.36,5 = 3,34 + 0,02.2

=> a + b = = 1,92 (g)

=> b = 0,24 (g)

\(n_{Mg}=\dfrac{0,24}{24}=0,01\left(mol\right)\)

PTHH: Mg + 2HCl --> MgCl₂ + H₂

         0,01-------------->0,01-->0,01

             Fe + 2HCl --> FeCl₂ + H₂

          0,01<-------------0,01<--0,01

=> \(\left\{{}\begin{matrix}m_{MgCl_2}=0,01.95=0,95\left(g\right)\\m_{FeCl_2}=0,01.127=1,27\left(g\right)\end{matrix}\right.\)

* Nếu trong TH2, kim loại tan hết

Gọi \(\left\{{}\begin{matrix}n_{Mg}=x\left(mol\right)\\n_{Fe}=y\left(mol\right)\end{matrix}\right.\)

PTHH: Mg + 2HCl --> MgCl₂ + H₂

           x----------------->x------>x

            Fe + 2HCl --> FeCl₂ + H₂

            y----------------->y---->y

=> \(\left\{{}\begin{matrix}95x+127y=3,34\\x+y=0,02\end{matrix}\right.\)

=> \(\left\{{}\begin{matrix}x=-0,025\\y=0,045\end{matrix}\right.\) (vô lí)

Do ở TN2, khi tăng lượng HCl, khối lượng rắn tăng thêm

=> Trong TN1, HCl hết, kim loại dư

- Xét TN1

Theo ĐLBTKL: m_A + m_HCl = m_{rắn sau pư} + m_H2

=> 18,6 + 36,5.0,5a = 34,575 + 2.0,25a

=> a = 0,9 

- Xét TN2: 

Giả sử HCl hết

Theo ĐLBTKL: 18,6 + 0,9.36,5 = 39,9 + 0,45.2

=> 51,45 = 40,8 (vô lí)

=> HCl dư, kim loại hết

Gọi số mol Zn, Fe là a, b 

=> 65a + 56b = 18,6

PTHH: Zn + 2HCl --> ZnCl₂ + H₂

           a--------------->a

            Fe + 2HCl --> FeCl₂ + H₂

           b---------------->b

=> 136a + 127b = 39,9

=> a = 0,2 ; b = 0,1

=> \(\left\{{}\begin{matrix}m_{Zn}=0,2.65=13\left(g\right)\\m_{Fe}=0,1.56=5,6\left(g\right)\end{matrix}\right.\)

a) \(n_{H_2O}=\dfrac{2,4.10^{23}}{6.10^{23}}=0,4\left(mol\right)\)

=> \(n_{H_2\left(pư\right)}=0,4\left(mol\right)\)

Theo ĐLBTKL

=> \(m=28,4+0,4.18-0,4.2=34,8\left(g\right)\)

b) \(n_{Fe\left(X\right)}=\dfrac{28,4.59,155\%}{56}=0,3\left(mol\right)\)

n_O = n_H2O = 0,4 (mol)

=> n_Fe : n_O = 3:4

=> CTHH: Fe₃O₄

c) \(Fe_3O_4+4H_2\underrightarrow{t^o}3Fe+4H_2O\)

 \(n_{Fe_3O_4}=\dfrac{34,8}{232}=0,15\left(mol\right)\)

\(n_{H_2\left(bd\right)}=\dfrac{17,92}{22,4}=0,8\left(mol\right)\)

Xét tỉ lệ: \(\dfrac{0,15}{1}< \dfrac{0,8}{4}\) => Hiệu suất tính theo Fe₃O₄

n_Fe(X) = 0,3 (mol)

=> n_{Fe3O4 (bị khử)} = 0,1 (mol)

=> \(\dfrac{0,1}{0,15}.100\%=66,67\%\)

\(n_{H_2}=\dfrac{17,92}{22,4}=0,8\left(mol\right)\\ n_{H_2O}=\dfrac{2,4.10^{23}}{6.10^{23}}=0,4\left(mol\right)\\ Đặt.oxit.sắt:Fe_xO_y\left(x,y:nguyên,dương\right)\\ Fe_xO_y+yH_2\rightarrow\left(t^o\right)xFe+yH_2O\\ Vì:\dfrac{0,4}{y}< \dfrac{0,8}{y}\\ \Rightarrow H_2dư\\ \Rightarrow n_{H_2\left(p.ứ\right)}=n_{H_2O}=n_{O\left(mất\right)}=0,4\left(mol\right)\\ a,m=m_{oxit}=m_{rắn}+m_O=28,4+0,4.16=34,8\left(g\right)\\b,m_{Fe}=28,4.59,155\%=16,8\left(g\right)\\ \Rightarrow n_{Fe}=\dfrac{16,8}{56}=0,3\left(mol\right)\\ \Rightarrow x:y=0,3:0,4=3:4\\ \Rightarrow CTHH:Fe_3O_4\\ c,n_{Fe_3O_4\left(bđ\right)}=\dfrac{34,8}{232}=0,15\left(mol\right)\\ \Rightarrow n_{Fe\left(LT\right)}=3.0,15=0,45\left(mol\right)\\ n_{Fe\left(TT\right)}=0,3\left(mol\right)\)

\(\Rightarrow H=\dfrac{0,3}{0,45}.100=66,667\%\)

a) Gọi số mol H₂ là x

=> \(n_{H_2O}=x\left(mol\right)\)

Theo ĐLBTKL: \(m_A+m_{H_2}=m_B+m_{H_2O}\)

=> 200 + 2x = 156 + 18x

=> x = 2,75 (mol)

=> \(V_{H_2}=2,75.22,4=61,6\left(l\right)\)

b) Gọi \(\left\{{}\begin{matrix}n_{CuO}=a\left(mol\right)\\n_{Fe_2O_3}=1,5a\left(mol\right)\\n_{Al_2O_3}=b\left(mol\right)\end{matrix}\right.\)

=> 80a + 240a + 102b = 200

=> 320a + 102b = 200

PTHH: CuO + H₂ --t^o--> Cu + H₂O

              a---------------->a

            Fe₂O₃ + 3H₂ --t^o--> 2Fe + 3H₂O

             1,5a------------------>3a

=> 64a + 168a + 102b = 156

=> 232a + 102b = 156

=> a = 0,5; b = \(\dfrac{20}{51}\)

=> \(\left\{{}\begin{matrix}\%m_{CuO}=\dfrac{0,5.80}{200}.100\%=20\%\\\%m_{Fe_2O_3}=\dfrac{0,75.160}{200}.100\%=60\%\\\%m_{Al_2O_3}=\dfrac{\dfrac{20}{51}.102}{200}.100\%=20\%\end{matrix}\right.\)

c) \(n_{H_2}=\dfrac{2,75}{5}=0,55\left(mol\right)\)

\(n_{FeO\left(tt\right)}=\dfrac{36}{72}=0,5\left(mol\right)\)

Gọi số mol FeO phản ứng là t (mol)

PTHH: FeO + H₂ --t^o--> Fe + H₂O

              t--------------->t

=> 56t + (0,5-t).72 = 29,6

=> t = 0,4 (mol)

=> \(H\%=\dfrac{0,4}{0,5}.100\%=80\%\)

\(n_{Al}=\dfrac{5,4}{27}=0,2\left(mol\right);n_{Fe}=\dfrac{16,8}{56}=0,3\left(mol\right)\\ 2Al+6HCl\rightarrow2AlCl_3+3H_2\\ Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2\\ n_{H_2\left(tổng\right)}=\dfrac{3}{2}.n_{Al}+n_{Fe}=\dfrac{3}{2}.0,2+0,3=0,6\left(mol\right)\\ a,V=V_{H_2\left(đktc\right)}=0,6.22,4=13,44\left(l\right)\\ b,n_{HCl}=\dfrac{6}{2}.n_{Al}+2.n_{Fe}=\dfrac{6}{2}.0,2+2.0,3=1,2\left(mol\right)\\ \Rightarrow m_{HCl}=1,2.36,5=43,8\left(g\right)\\ c,n_{O_2}=\dfrac{5,6}{22,4}=0,25\left(mol\right)\\ 2H_2+O_2\rightarrow\left(t^o\right)2H_2O\\ Vì:\dfrac{0,6}{2}>\dfrac{0,25}{1}\Rightarrow H_2dư,O_2hết\\ n_{H_2O}=2.n_{O_2}=2.0,25=0,5\left(mol\right)\\ \Rightarrow m_{H_2O}=0,5.18=9\left(g\right)\)

Em xem đề có thiếu không nè, do chỉ cho từng đấy gam muối thì chưa đủ dữ kiện đâu.

PTHH : Fe + H₂SO₄ →→ FeSO₄ + H₂

Có : n_H2 = 8,4_/22,4 = 0,375(mol)

Theo PT ⇒⇒ n_A = n_H2 = 0,375(mol)

*Gọi CTHH dạng TQ của hidrat hóa là FeSO₄.nH₂O

Theo PT ⇒⇒ n_FeSO4 = n_H2 = 0,375(mol)

⇒⇒ n_{FeSO4.nH2O =} 0,375(mol)

⇒⇒ M_FeSO4.nH2O = m_/n = 104,25_/0,375 = 278 (g)

hay 56 + 32+ 4.16 + x . 18= 278

⇒⇒ x = 7

Vậy CTHH của hidrat hóa là FeSO₄.7H₂O

                                      Số mol của khí hidro ở dktc

                                     n_H2 = \(\dfrac{V_{H2}}{22,4}=\dfrac{4,48}{22,4}=0,2\left(mol\right)\)

Pt :                                       Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂\(|\)

                                              1         2           1          1

                                             0,2                                0,2

a)                                               Số mol của sắt

                                                n_Fe = \(\dfrac{0,2.1}{1}=0,2\left(mol\right)\)

                                                  Khối lượng của sắt

                                                    m_Fe  = n_Fe  .M_Fe

                                                            = 0,2. 56

                                                            = 11,2 (g)

                                                  Khối lượng của đồng

                                                    m_Cu = 17,6 - 11,2

                                                           = 6,4 (g)

                                 ⁰/₀Fe = \(\dfrac{m_{Fe}.100}{m_{hh}}=\dfrac{11,2.100}{17,6}=63,64\)⁰/₀                                                   

                                  ⁰/₀Cu = \(\dfrac{m_{Cu}.100}{m_{hh}}=\dfrac{6,4.100}{17,6}=36,36\)⁰/₀

b)                                   3H₂ + Fe₂O₃ → (t_o) 2Fe + 3H₂O\(|\)

                                        3            1            2           3

                                       0,2                       0,13

                                                  Số mol của sắt 

                                               n_Fe = \(\dfrac{0,2.2}{3}=0,13\left(mol\right)\)                

                                                  Khối lượng của sắt

                                                    m_Fe = n_Fe . M_Fe

                                                            = 0,13 . 56

                                                            = 7,28 (g)

 Chúc bạn học tốt