Bài 9 trang 223 SGK Hóa 12 nâng cao, Giải thích quá trình thí nghiệm và viết các phương trình hóa học...

Bài 9. Dung dịch A là \(FeS{O_4}\) có lẫn tạp chất \(F{e_2}{(S{O_4})_3}\). Để xác định nồng độ mol của mỗi chất trong dung dịch A, người ta tiến hành những thí nghiệm sau:

- Thí nghiệm 1: thêm dần dung dịch \(NaOH\) vào 20 ml dung dịch A cho đến dư, đun nóng. Lọc lấy kết tủa, nung trong không khí ở nhiệt độ cao tới khi khối lượng không đổi, được chất rắn duy nhất có khối lượng là \(1,2\) gam.

- Thí nghiệm 2: thêm vài giọt dung dịch \({H_2}S{O_4}\) vào 20 ml dung dịch A, rồi nhỏ dần từng giọt dung dịch \(KMn{O_4}\) vào dung dịch trên, lắc nhẹ. Khi dung dịch có màu hồng thì dừng thí nghiệm, người ta đã dùng hết 10 ml dung dịch \(KMn{O_4}\,\,0,2M\).

a) Giải thích quá trình thí nghiệm và viết các phương trình hóa học.

b) Tính nồng độ mol của mỗi chất có trong dung dịch A ban đầu.

c) Bằng phương pháp hóa học nào có thể loại bỏ được tạp chất có trong dung dịch A ban đầu? Viết phương trình hóa học của phản ứng đã dùng.

Lời giải chi tiết :

a) Đặt số mol \(FeS{O_4}\) và \(F{e_2}{(S{O_4})_3}\) lần lượt là \(x\) và \(y\).

* Thí nghiệm 1:

\(\eqalign{
& FeS{O_4} + 2NaOH \to Fe{(OH)_2} \downarrow + N{a_2}S{O_4}.\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1) \cr
& \,\,\,x\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {} \over
\longrightarrow x \cr
& F{e_2}(S{O_4})_3 + 6NaOH \to 2F{e}{(OH)_3} \downarrow + 3N{a_2}S{O_4}.\,\,\,\left( 2 \right) \cr
& \,\,\,\,\,y\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {} \over
\longrightarrow 2y \cr
& 4Fe{(OH)_2} + {O_2}\buildrel {{t^0}} \over
\longrightarrow 2F{e_2}{O_3} + 4{H_2}O.\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 3 \right) \cr
& \,\,\,\,\,x\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {} \over\longrightarrow\,\,\,{x \over 2} \cr
& 2Fe{\left( {OH} \right)_3}\buildrel {{t^0}} \over
\longrightarrow F{e_2}{O_3} + 3{H_2}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 4 \right) \cr
& \,\,\,\,\,\,\,2y\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\buildrel {} \over
\longrightarrow y \cr} \)

* Thí nghiệm 2:

\(\eqalign{
& 10FeS{O_4} + 2KMn{O_4} + 8{H_2}S{O_4} \to 5F{e_2}{\left( {S{O_4}} \right)_3} + {K_2}S{O_4} + 2MnS{O_4} + 8{H_2}O.\,\,\left( 5 \right) \cr
& \,\,\,\,\,x\,\,\;\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {} \over
\rightarrow {x \over 5} \cr} \)

Từ (1), (2), (3), (4), và (5) ta có:

\(\left\{ \matrix{
{x \over 2} + y = {{1,2} \over {160}} \hfill \cr
{x \over 5} = 0,2.0,01 \hfill \cr} \right. \Leftrightarrow \left\{ \matrix{
x = 0,01 \hfill \cr
y = 0,0025 \hfill \cr} \right.\)

b) Nồng độ mol/l của các chất có trong dung dịch A:

  \({CM_{{{FeS{O_4}}}}} = {{0,01} \over {0,02}} = 0,5M\)

  \({CM_{{{F{e_2}{{(S{O_4})}_{_3}}}}}} = {{0,0025} \over {0,02}} = 0,125M\)

c) Ngâm đinh sắt vào A sẽ loại được \(F{e_2}(S{O_4})_3\)

  \(Fe + F{e_2}{(S{O_4})_3} \to 3FeS{O_4}\)