Cho 13,1 gam hỗn hợp Al₂O₃ và CuO hòa tan hoàn toàn trong 196 gam dung dịch H₂SO₄. Nhỏ từ từ dung dịch NaOH 0,5M vào dung dịch thu được đến khi trung hòa hết lượng axit dư cần 600ml, tiếp tục thêm NaOH cho đến khi thu được lượng kết tủa tối đa thì phải dùng thêm 1000ml.

a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

b) Tính khối lượng của các chất trong hỗn hợp ban đầu.

c) Tính nồng độ % của dung dịch H₂SO₄ ban đầu.

a) Các phương trình hóa học xảy ra:

$\begin{array}{l}A{l}_2{O}_3+3H_{2}S{O}_4\to A{l}_2{\left(S{O}_4\right)}_3+3H_{2}O\left(1\right)\\ x\left(mol\right)\to 3x x\\ CuO+H_{2}S{O}_4\to CuS{O}_4+H_{2}O\left(2\right)\\ y\left(mol\right)\to y y\\ 2NaOH+H_{2}S{O}_4\to N{a}_{2}S{O}_4+H_{2}O\left(3\right)\\ 0,3 \to 0,15\\ 6NaOH+A{l}_2{\left(S{O}_4\right)}_3\to 2Al\left(O{H}_3\right)\downarrow +3N{a}_{2}S{O}_4\left(4\right)\\ 6x\leftarrow x\\ 2NaOH+CuS{O}_4\to Cu{\left(OH\right)}_2\downarrow +N{a}_{2}S{O}_4\left(5\right)\\ 2y\leftarrow y\end{array}$

Gọi x và y lần lượt là số mol của Al₂O₃ và CuO trong hỗn hợp ban đầu

Vậy $m_{A{l}_2{O}_3}+m_{CaO}=102x+80y=13,1\left(g\right)\left(*\right)$

1000 ml = 1 lít

600 ml = 0,6 lít

Số mol NaOH phản ứng tạo kết tủa (phương trình 4 và 5) là:

$n_{NaOH\left(4,5\right)}=C_{M_{NaOH}}.V_{dd}=0,5.1=0,5\left(mol\right)$ 

Từ phương trình ta có: $n_{NaOH\left(4,5\right)}=6x+2y=0,5.\left(**\right)$

Từ (*) và (**) $\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}x=0,05\left(mol\right)\\ y=0,1\left(mol\right)\end{array}\right.$

Khối lượng các chất trong hỗn hợp ban đầu là:

$\begin{array}{l}{m}_{A{l}_2{O}_3}=n_{A{l}_2{O}_3}.M_{A{l}_2{O}_3}=0,05.102=5,1\left(g\right)\\ m_{CuO}=n_{CuO}.M_{CuO}=0,1.80=8\left(g\right)\end{array}$

c) Số mol NaOH dùng để trung hòa axit dư (phương trình 3) là:

$n_{NaOH\left(3\right)}=C_{M_{NaOH}}.V_{dd}=0,5.0,6=0,3\left(mol\right)$

Theo phương trình (3), số mol H₂SO₄ dư là:

$n_{H_{2}S{O}_4\left(3\right)}=\frac{0,3.1}{2}=0,15\left(mol\right)$

Số mol H₂SO₄ ban đầu là $n_{H_{2}S{O}_4}=n_{H_{2}S{O}_4\left(3\right)}+3x+y=0,15+3.0,05+0,1=0,4\left(mol\right)$

Nồng độ % của dung dịch H₂SO₄ban đầu là:

$C{\%}_{H_{2}S{O}_4}=\frac{m_{H_{2}S{O}_4}}{m_{dd{H}_{2}S{O}_4}}.100\%=\frac{0,4.98}{196}.100\%=20\%$