Một loại quặng bauxite trong tự nhiên có thành phần gồm Al2O3, Fe2O3…
– Cân 20 gam quặng, nghiền nhỏ cho vào chén platinum nặng 50 gam rồi nung trong lò điện đến khan, cân lại thấy khối lượng chén nặng 67,3 gam.
– Mặt khác, cân 20 gam quặng rồi hòa tan trong 200 mL dung dịch H2SO4 2M. Lọc chất rắn không tan đem sấy khô rồi cân lại được 0,76 gam. Phần nước lọc đem pha loãng bằng nước cất để được 500 mL dung dịch X. Lấy 100 mL dung dịch X cho vào bình tam giác, dùng hóa chất vừa đủ để khử hoàn toàn Fe3+ về Fe2+. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, nhỏ từ từ dung dịch KMnO4 0,05 M vào bình, đến khi trong bình bắt đầu xuất hiện màu tím thì dừng lại, lúc này thể tích dung dịch KMnO4 đã dùng là 16 mL. Biết rằng, trong môi trường acid, toàn bộ KMnO4 bị khử thành Mn2+. Thành phần % khối lượng của Al2O3 trong mẫu quặng trên là bao nhiêu? (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười).
Chào các em học sinh lớp 12 yêu quý! Đây là một bài toán vận dụng cao rất hay thuộc chương trình Hóa học 12, liên quan đến phần Nhôm và hợp chất của nhôm, kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố và chuẩn độ dung dịch. Thầy sẽ hướng dẫn các em giải chi tiết từng bước một nhé.
Bước 1: Tính khối lượng nước có trong mẫu quặng
Khi nung 20 gam quặng đến khan, các chất rắn không đổi khối lượng nhưng nước bay hơi hoàn toàn. Khối lượng giảm đi chính là khối lượng của nước có trong 20 gam quặng ban đầu.
- Khối lượng chén platinum ban đầu: 50 gam.
- Khối lượng chén cộng với quặng sau khi nung: 67,3 gam.
- Khối lượng chất rắn còn lại sau khi nung: 67,3 – 50 = 17,3 gam.
- Khối lượng nước trong 20 gam quặng: 20 – 17,3 = 2,7 gam.
- Số mol nước trong 20 gam quặng: 2,7 chia cho 18 bằng 0,15 mol.
Bước 2: Xác định lượng SiO2 trong mẫu quặng
Khi hòa tan quặng bằng dung dịch H2SO4, các oxit Al2O3 và Fe2O3 phản ứng tạo thành muối tan, còn SiO2 không phản ứng và trở thành chất rắn không tan.
- Khối lượng chất rắn không tan chính là khối lượng của SiO2: 0,76 gam.
- Số mol của SiO2 trong 20 gam quặng: 0,76 chia cho 60 bằng 0,012733… mol.
Bước 3: Tính số mol của Fe2O3 trong mẫu quặng
Phần nước lọc dung dịch X chứa các ion nhôm và ion sắt. Quá trình chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 giúp ta xác định số mol của ion sắt.
- Thể tích dung dịch KMnO4 0,05 M đã dùng là 16 mL, đổi ra lít bằng 0,016 lít.
- Số mol KMnO4 đã dùng: 0,05 nhân với 0,016 bằng 0,0008 mol.
- Theo phương trình chuẩn độ trong môi trường acid, 1 mol ion permanganate phản ứng với 5 mol ion sắt hai. Do đó, số mol ion sắt hai trong 100 mL dung dịch X là: 0,0008 nhân với 5 bằng 0,004 mol.
- Vì dung dịch X có thể tích 500 mL (gấp 5 lần thể tích đem chuẩn độ), nên tổng số mol ion sắt trong 500 mL dung dịch X (cũng chính là trong 20 gam quặng) là: 0,004 nhân với 5 bằng 0,02 mol.
- Mỗi phân tử Fe2O3 chứa 2 nguyên tử sắt. Do đó, số mol của Fe2O3 trong 20 gam quặng là: 0,02 chia cho 2 bằng 0,01 mol.
- Khối lượng của Fe2O3 trong 20 gam quặng: 0,01 nhân với 160 bằng 1,6 gam.
Bước 4: Tính khối lượng và phần trăm khối lượng của Al2O3
Biết tổng khối lượng của mẫu quặng là 20 gam, và ta đã tính được khối lượng của nước, SiO2 và Fe2O3.
- Khối lượng của Al2O3 trong 20 gam quặng bằng tổng khối lượng quặng trừ đi khối lượng các thành phần còn lại: 20 trừ đi 2,7 (nước), trừ đi 0,76 (SiO2), và trừ đi 1,6 (Fe2O3). Kết quả bằng 14,94 gam.
- Phần trăm khối lượng của Al2O3 trong mẫu quặng được tính bằng cách lấy khối lượng Al2O3 chia cho tổng khối lượng quặng rồi nhân với 100 phần trăm: (14,94 chia cho 20) nhân với 100 bằng 74,7 phần trăm.
Kết luận: Thành phần phần trăm khối lượng của Al2O3 trong mẫu quặng bauxite là 74,7%.
Sau khi nung:
\(m_(\text{rắn khan})=17,3 (g)\)
\(=> m_(H_2O)=2,7 (g)\)
Hoà tan quặng vào dung dịch \(H_2SO_4\) thu được chất rắn không tan là \(SiO_2\)
\(=> m_(SiO_2)=0,76 (g)\)
\(n_(KMnO_4)=0,0008 (mol)\)
\(MnO_4^(-)+5Fe^(2+)+8H^(+)\)
\(\xrightarrow[]{}\) \(Mn^(2+)+5Fe^(3+)+4H_2O\)
\(=> n_(Fe^(2+) (100ml))=5n_(MnO_4^-)=0,004 (mol)\)
\(=> n_(Fe^(2+) (500ml))=0,02 (mol)\)
BTNT \(Fe:\)
\(n_(Fe_2O_3)=(1)/(2)n_(Fe^(2+))=0,01 (mol)\)
\(=> m_(Fe_2O_3)=1,6 (g)\)
\(=> m_(Al_2O_3)=14,94 (g)\)
\(=> %m_(Al_2O_3)~~ 74,7%\)
Khối lượng nước trong 20g quặng
\(m_{H_2O} = 20 – (67,3 – 50) = 2,7g\)
Khối lượng silicon dioxide trong 20g quặng
\(m_{SiO_2} = 0,76\)
Chất rắn không tan sau khi hòa tan bằng dung dịch \(H_2SO_4\) là \(SiO_2\)
\(n_{KMnO_4} = 0,016 . 0,05 = 0,0008mol\)
\(MnO_4^- + 5Fe^{2+} + 8H^+ -> Mn^{2+} + 5Fe^{3+} + 4H_2O\)
\(n_{Fe^{2+}} = 5 . n_{KMnO_4} = 5 . 0,0008 = 0,004\)mol
Số mol \(Fe_2O_3\) trong 4g quặng
\(n_{Fe_2O_3} = (1)/(2) . n_{Fe^{2+}} = (1)/(2) . 0,004 = 0,002\)mol
Khối lượng \(Fe_2O_3\) trong 20g quặng
\(m_{Fe_2O_3} = 0,002 . 160 . 5 = 1,6g\)
\(m_{Al_2O_3} = 20 – (m_{H_2O} + m_{SiO_2} + m_{Fe_2O_3}) = 20 – (2,7 + 0,76 + 1,6) = 14,94\)g
\(% m_{Al_2O_3} = (14,94)/(20) . 100% = 74,7%\)
Trợ Lý Xưởng In Thiên Nam
Add comment