Bằng phương pháp nhiệt luyện để điều chế kim loại Fe từ Fe2O3

ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 1 1.Tìm hiểu về phương pháp nhiệt luyện Thầy có hai câu hỏi nhỏ Nhiệt luyện là gì? Nhiệt là nhiệt độ, luyện là điều chế → dùng nhiệt độ cao để điều chế kim loại trung bình và yếu [ Zn, Fe→ Cu, Ag] Phản ứng: CuO + H2 → Cu + H2O Sơ đồ phản ứng Điều chế được những kim loại nào? Nhiệt luyện là phương pháp đơn giản, chỉ dùng điều chế kim loại trung bình và yếu Luyện gang, thép ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 2 ĐK1 ĐHKA-2007 Cho luồng khí H2 [dư] qua hỗn hợp các oxit CuO, Fe2O3, ZnO, MgO nung ở nhiệt độ cao. Sau phản ứng hỗn hợp rắn còn lại là A. Cu, Fe, Zn, Mg. B. Cu, Fe, ZnO, MgO. C. Cu, FeO, ZnO, MgO. D. Cu, Fe, Zn, MgO. ĐK2 CĐ 2007 Cho khí CO [dư] đi vào ống sứ nung nóng đựng hỗn hợp X gồm Al2O3, MgO, Fe3O4, CuO thu được chất rắn Y. Cho Y vào dung dịch NaOH [dư], khuấy kĩ, thấy còn lại phần không tan Z. Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Phần không tan Z gồm A. MgO, Fe, Cu. B. Mg, Fe, Cu. C. MgO, Fe3O4, Cu. D. Mg, Al, Fe, Cu. ĐK3 Kim loại M có thể được điều chế bằng cách khử ion của nó trong oxit bởi khí H2 ở nhiệt độ cao. Mặt khác, kim loại M khử được ion H+ trong dung dịch axit loãng thành H2. Kim loại M là A. Mg. B. Al. C. Cu. D. Fe. 2. Công thức quan trọng Luôn cố gắng tìm ra bản chất của vấn đề, các em sẽ nhớ được một cách tự nhiên Bản chất quá trình nhiệt luyện: CO + O[oxit] → CO2 H2 + O[oxit] → H2O Nhận xét: n[CO+H2] = nO[oxit] = n[CO2+H2O] Ta có: nO[oxit] = nZnO + nCuO + nFeO + 3nFe2O3 + 4nFe3O4 Để ý nhé: Rắn ban đầu là oxi [Kim loại + O] → Rắn sau pứ [Kim loại] Vậy: Oxi đã bị [H2, CO] lôi ra khỏi oxit để tạo [H2O, CO2]. Do đó: Khối lượng rắn giảm = mO[oxit] ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 3 [Khối lượng rắn giảm = khối lượng bình giảm = Khối lượng ống sứ giảm] ĐK4 Dẫn từ từ khí CO qua ống sứ nung nóng đựng 26,4 gam hỗn hợp oxit kim loại. Sau phản ứng hoàn toàn, thu được 3,36 lít [đktc] một khí duy nhất. Khối lượng rắn còn lại sau phản ứng là bao nhiêu? Hướng dẫn Khí duy nhất là CO2: 0,15 [mol] nCO2 = nO[oxit] = 0,15 → mO=2,4 → m Rắn giảm =2,4 → m Rắn còn lại = m Rắn ban đầu – m Rắn giảm = 26,4 – 2,4 = 24 [gam ] ĐK5 ĐHKA-2009 Cho luồng khí CO [dư] đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn. Tính khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu Hướng dẫn m Rắn giảm = 9,1 – 8,3 = 0,8 gam → mO [oxit] = 0,8→ nO[CuO]=0,05 [Al2O3 không bị khử] → mCuO=4 [gam] ĐK6 Cho một luồng khí CO dư đi qua ống sứ nung nóng đựng m gam hỗn hợp Fe3O4 và CuO đến phản ứng hoàn toàn, thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại và 0,05 mol CO2. Xác định giá trị của m Hướng dẫn nCO2=0,05 → nO[oxit]=0,05→ mO[oxit]=0,8 → m Rắn giảm = 0,8 Mà: m Rắn ban đầu = m Rắn sau pứ + mO[oxit] → m Rắn ban đầu = 2,32+0,8=3,12 [gam] ĐK7 ĐHKA-2008 Cho V lít hỗn hợp khí [ở đktc] gồm CO và H2 phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe3O4 nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32 gam. Tính giá trị V Hướng dẫn m Rắn giảm = mO[oxit]=0,32 → nO[oxit]=0,02 → n[H2+CO]=0,04 → V=0,448 [lít] ĐK8 CĐ 2008 Dẫn từ từ V lít khí CO [ở đktc] đi qua một ống sứ đựng lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO, Fe2O3 [ở nhiệt độ cao]. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X. Dẫn toàn bộ khí X ở trên vào lượng dư dung dịch Ca[OH]2 thì tạo thành 4 gam kết tủa. Giá trị của V là bao nhiêu? Hướng dẫn Khí X là CO2. Phương trình: CO2 + Ca[OH]2 → CaCO3 + H2O 0,04 ← 0,04 nCO2=0,04 → nCO=nCO2=0,04→ V=0,896 [lít] ĐK9 Hợp chất X là oxit sắt có 72,41% khối lượng là Fe. Khử hết 5,22 gam A cần V lít hỗn hợp [H2, CO]. Tính giá trị V Hướng dẫn Gọi CTPT oxi sắt là: Fe2On → %Fe = x 100% = 72,41% → n= → oxit Fe3O4 nFe3O4=0,0225 → nO[Fe3O4]=4nFe3O4=0,09 → n[H2+CO]=0,09 → V[H2+CO]=2,016 [lít] ĐK10 Cho 1,344 lít khí CO [đktc] đi qua ống sứ đựng 1,6 gam oxit sắt. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp khí có tỉ khối hơi so với He bằng 9. Công thức của oxit sắt là Hướng dẫn Hỗn hợp khí sau pứ gồm: CO và CO2. Sơ đồ đường chéo a[mol] CO [28] 8 1 a ̅= 36 ---- = ---- = ---- → a= b b[mol] CO2 [44] 8 1 b ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 4 Lại có: nCO b.đầu = 0,06 → a+b=0,06 → a=b=0,03 Suy ra: nO[oxit]=nCO2=0,03 → mO[oxit]=0,48 → mFe[oxit]=1,12 → nFe[oxit]=0,02 Vậy: nFe:nO = 2:3 → CTPT oxit Fe2O3 ĐK11 Cho 32,48 gam oxit của kim loại M phản ứng hoàn toàn với CO ở nhiệt độ cao. Sau phản ứng thu được 0,56 mol CO2. Công thức oxit của M là Hướng dẫn nCO2=0,56 → nO[oxit]=0,56 → mO[oxit]=8,96 → mM[oxit]=23,52 Thử ĐA ra được Fe3O4 ĐK12 Khử hoàn toàn 11,2 gam oxit kim loại bằng CO ở nhiệt độ cao, sau phản ứng thu được 9,24 gam CO2. Công thức của oxit kim loại là Hướng dẫn nCO2=0,21 → nO[oxit]=0,21→ mO[oxit]=3,36 → m Kim loại [oxit]=7,84 Thử ĐA ra được Fe2O3 ĐK13 CĐ 2007 Cho 4,48 lít khí CO [ở đktc] từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn . Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là Hướng dẫn Hỗn hợp khí thu được sau pứ gồm: CO và CO2 Sơ đồ đường chéo a[mol] CO [28] 4 1 a ̅= 40 ---- = ---- = ---- → 3a= b b[mol] CO2 [44] 12 3 b Lại có: nCO b.đầu = 0,2 → a+b=0,2 → a=0,05 / b=0,15 Suy ra: nO[oxit]=nCO2=0,15 → mO[oxit]=2,4 → mFe[oxit]=5,6 → nFe[oxit]=0,1 Vậy: nFe:nO = 2:3 → CTPT oxit Fe2O3 ĐK14 Dẫn khí CO qua a gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe2O3 ở nhiệt độ cao đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 11,2 gam Fe. Mặt khác, hoà tan hết a gam hỗn hợp X bằng dung dịch HCl 1M đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 1,12 lít khí [đktc]. Thể tích dung dịch HCl tối thiểu đã dùng là V lít. Giá trị của V là Hướng dẫn Gọi số mol: Fe x [mol] / Fe2O3 y [mol] nFe=0,2 → x+2y=0,2. nH2=0,05 → nFe=0,05 → x=0,05. Giải hpt: x=0,05 / y=0,075 Số mol ddHCl min=0,55 [mol] → VddHCl min=0,55 [lít] ĐK15 Dùng CO khử hoàn toàn 2,88 gam hỗn hợp X gồm: Fe, FeO, Fe2O3 thu được 2,24 gam chất rắn. Mặt khác, để hoà tan 2,88 gam X cần vừa đủ 100 ml dung dịch HCl, nồng độ a [M]. Kết thúc thí nghiệm, thu được 224 ml khí [đktc]. Giá trị của a là Hướng dẫn Gọi số mol: Fe x [mol] / FeO y [mol] / Fe2O3 z [mol] Suy ra: 56x+72y+160z=2,88 2,24 gam rắn là Fe → nFe=0,04 → x+y+2z=0,04 Khí là H2 → nH2=0,01 → nFe=0,01 → x=0,01 Giải hpt: x=y=z=0,01 → nHCl=0,08 → a=0,8M ĐK16 ĐHKB-2010 Hỗn hợp X gồm CuO và Fe2O3. Hoà tan hoàn toàn 44 gam X bằng dd HCl [dư], sau phản ứng thu được dd chứa 85,25 gam muối. Mặt khác, nếu khử hoàn toàn 22 gam X bằng CO [dư], cho hỗn hợp khí thu được sau phản ứng lội từ từ qua dd ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 5 Ba[OH]2 [dư] thì thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là Hướng dẫn { { → { → → Ta có: 44 gam X gọi số mol: CuO x [mol] / Fe2O3 y [mol] → 80x+160y=44. Muối: CuCl2 x [mol] / FeCl3 2y [mol] → 135x+162,5y=85,25 Giải hpt: x=0,15 / y=0,2 → 22 gam X có: CuO 0,075 / Fe2O3 0,1 → nO[oxit]=nCuO+3nFe2O3=0,375 → nCO2=0,375→ nBaCO3↓=0,375 → m=73,875 gam ĐK17 ĐHKB-2011 Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ, thu được 15,68 lít hỗn hợp khí X [đktc] gồm CO, CO2 và H2. Cho toàn bộ X tác dụng hết với CuO [dư] nung nóng, thu được hỗn hợp chất rắn Y. Hòa tan toàn bộ Y bằng dung dịch HNO3 [loãng, dư] được 8,96 lít NO [sản phẩm khử duy nhất, ở đktc]. Phần trăm thể tích khí CO trong X là: Hướng dẫn C + H2O → { → → NO: 0,4 mol 0,7 mol Rắn Y là: Cu. BTHT: Cu2 → NO 3 0,6 ← 0,4 nCu=0,6 → n[CO+H2] pứ=nCu=0,6 → nCO2: 0,1 → x+y=0,6 | z=0,1 BTNT C: nC b.đầu=x+z | BTNT H: nH2=y | BTNT O: y=x+2z Giải hpt: x=0,2 / y=0,4 → %CO[hhX]=28,57% ĐK18 ĐHKB-2012 Dẫn luồng khí CO đi qua hỗn hợp gồm CuO và Fe2O3 nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn X và khí Y. Cho Y hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ba[OH]2 dư, thu được 29,55 gam kết tủa. Chất rắn X phản ứng với dung dịch HNO3 dư thu được V lít khí NO [sản phẩm khử duy nhất, ở đktc]. Giá trị của V là Hướng dẫn nBaCO3=0,15 → nCO2=0,15 → nCO pứ=0,15. Cả quá trình phản ứng chỉ có: C và N thay đổi số OXH Chất khử Chất OXH C +2 -2e → C+4 N+5 +3e → N+2 [NO] 0,15→ 0,3 3x ← x → 3x=0,3 → x=0,1 → V=2,24 lít ĐK19 ĐHKB-2013 Hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Cho khí CO qua m gam X nung nóng, sau một thời gian thu được hỗn hợp chất rắn Y và hỗn hợp khí Z. Cho toàn bộ Z vào dung dịch Ca[OH]2 dư, đến phản ứng hoàn toàn, thu được 4 gam kết tủa. Mặt khác, hòa tan hoàn toàn Y trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng [dư], thu được 1,008 lít khí SO2 [đktc, sản phẩm khử duy nhất] và dung dịch chứa 18 gam muối. Giá trị của m là Hướng dẫn Cách 1: Fe3O4 thực ra là hỗn hợp oxit: FeO + Fe2O3 ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 6 → Coi hỗn hợp chỉ gồm: FeO x [mol] / Fe2O3 y [mol] Ta có: nCaCO3=nCO2=0,04 → nCO pứ=0,04 Xét toàn bài toán thì có 3 chất thay đổi số OXH là: FeO, CO và SO2 Fe +2 -1e → Fe+3 x → x S +6 +2e → S+4 0,09 ←0,045 C+2 -2e → C+4 0,04 → 0,08 → x+0,08=0,09 → x=0,01 → nFeO=0,01. Và: nFe2[SO4]3=0,045 → x+2y=2.0,045 → y=0,04 → m=7,12 gam Cách 2: Qui hỗn hợp oxit về: Fe a [mol] / O b [mol] nFe2[SO4]3=0,045 → a=0,09. Xét toàn bài toán thì có 4 chất thay đổi số OXH: Fe, O, CO, SO2 Chất khử Chất oxi hoá Fe -3e → Fe+3 O0 +2e → O-2 0,09→ → 0,27 2b ← b C +2 -2e → C+4 S+6 +2e → S+4 [SO2] 0,04 → 0,08 0,09 ←0,045 0,35 0,09+2b BT mol e: 0,35=0,09+2b → b=0,13 → m=7,12 gam ĐK20 ĐHKA-2014 Hỗn hợp X gồm Al, Fe3O4 và CuO, trong đó oxi chiếm 25% khối lượng hỗn hợp. Cho 1,344 lít khí CO [đktc] đi qua m gam X nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn Y và hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H2 bằng 18. Hoà tan hoàn toàn Y trong dung dịch HNO3 loãng [dư], thu được dung dịch chứa 3,08m gam muối và 0,896 lít khí NO [ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị m là bao nhiêu? Hướng dẫn { → { { → { Ta có: Hỗn hợp Z gồm khí: CO và CO2 có ̅=36 → nCO pứ=nCO2. nCO ban đầu0,06 → nCO pứ=nCO2=0,03 → nO[oxit] mất đi=nCO pứ=0,03 → nO[còn lại trong oxit]=[ – 0,03] Ta có: nHNO3 pứ= 4nNO + 2nO[còn lại trong oxit] = 4.0,04+2.[ – 0,03] BTNT N: nN[HNO3]=nN[Muối NO3 - ] + nN[NO] → nNO3=0,06+0,03125m Mặt khác: Muối = kim loại + NO3 → 3,08m=0,75m+62[0,06+0,03125m] → m=9,47 gam ĐK21 Chuyên Thái Bình- Thi thử ĐH lần 1 2014 Cho hơi nước tác dụng với than nóng đỏ ở nhiệt độ cao được hỗn hợp X gồm CO, CO2 và H2. Cho V lít hỗn hợp X [đktc] tác dụng hoàn toàn với CuO dư, đún nóng thu được hỗn hợp chất rắn Y và hỗn hợp khí, hơi thoát ra. Hoà tan hết hỗn hợp Y bằng dung dịch HNO3 đặc thu được 11,2 lít khí NO2 là sản phẩm khử duy nhất [đktc]. Biết rằng các phản ứng tạo hỗn hợp X có hiệu suất 80% và than gồm cacbon có lẫn 4% tạp chất trơ. Khối lượng than đã dùng để tạo được V lít hỗn hợp X [đktc] là: ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 2: NHIỆT LUYỆN [Trung tâm OLYMPIA- Thầy ĐỖ KIÊN 0948206996] | Victory loves preparation 7 Hướng dẫn Tóm tắt: C + H2O → [CO, CO2, H2] → hỗn hợp khí Rắn Y → NO2: 0,5 Xét cả bài thì chỉ có C và N là thay đổi số OXH Chất khử Chất OXH C 0 -4e → C+4 N+5 +1e → N+4 [NO2] x→ 4x 0,5 ← 0,5 BT mol e: 4x=0,5 → x=0,125 → nC=0,125:80%=0,15625 → mC=1,875 gam→ Than: 1,953 ĐK22 Chu Văn An- Thi thử lần 5 2014 Cho a gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Fe3O4 và Cu vào dung dịch HCl dư, thấy có 1 mol axit phản ứng và còn lại 0,256a gam chất rắn không tan. Mặt khác, khử hoàn toàn a gam hỗn hợp X bằng CO dư thu được 42 gam chất rắn. Phần trăm khối lượng của Cu trong hỗn hợp X là: ĐK23 ĐH KHTN lần 4 2014 Cho 7,02 gam hỗn hợp bột Al, Fe và Cu vào bình A chứa dung dịch HCl dư thu được khí B. Lượng khí B được dẫn qua ống sứ đựng CuO nung nóng lấy dư, thấy khối lượng chất rắn trong ống giảm 2,72 gam. Thêm vào bình A [chứa các chất sau phản ứng] lượng dư một muối natri, đun nóng thu được 0,04 mol một khí không màu, hoá nâu trong không khí. Thành phần phần trăm khối lượng Fe trong hỗn hợp ban đầu là: Hướng dẫn { → { → → Ta có: Hpt: { → x=0,1 / y=0,02 / z=0,05 → 15,95%