Đề bài
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 \[F{e_2}[S{O_4}]_3\]
\[Fe + F{e_2}{[S{O_4}]_3} \to 3FeS{O_4}\]