Hòa tan hoàn toàn 36 gam một oxit kim loại trong lượng dư dung dịch H2SO4 đặc, nóng

Hòa tan hoàn toàn 36 gam một oxit kim loại trong lượng dư dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng

Đề bài: Hòa tan hoàn toàn 36 gam một oxit kim loại trong lượng dư dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thu được V lít khí SO₂ (đktc) duy nhất và dung dịch chứa 80 gam một muối sunfat. Hấp thụ hoàn toàn lượng khí SO₂ nói trên trong 600 ml dung dịch NaOH 1M, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 35,5 gam chất rắn khan. Tìm giá trị của V và xác định công thức của oxit kim loại ban đầu.

Lời giải:

Khi hấp thụ hoàn toàn lượng khí SO₂ trong 600 ml dung dịch NaOH 1M, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 35,5 gam chất rắn khan thì có 2 trường hợp xảy ra:

Trường hợp 1: 35,5 gam chất rắn gồm: NaHSO₃ (a mol), Na₂SO₃ (b mol)

Ta có: $\left\{\begin{array}{c}104a+126b=35,5\\ a+2b=n_{NaOH}=0,6\end{array}\to \left\{\begin{array}{l}a=1,8\\ b=-1,2\end{array}\right.\right.$  (Loại)

Trường hợp 2: 35,5 gam chất rắn gồm: Na₂SO₃ (x mol), NaOH dư (y mol)

Ta có: $\left\{\begin{array}{c}126x+40y=35,5\\ 2x+2y=n_{NaOH}=0,6\end{array}\to \left\{\begin{array}{l}x=0,25\\ y=0,1\end{array}\right.\right.$

Suy ra: $n_{S{O}_2}=n_{N{a}_{2}S{O}_3}=0,25\left(mol\right)$ $\to V_{S{O}_2}=0,25.22,4=5,6\left(l\right)$

Gọi kim loại trong oxit cần tìm là R, hoá trị n ($1\le n\le 3$), R là khối lượng mol của kim loại R.

Khi oxit kim loại hoà tan trong lượng dư dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thu được muối là R₂(SO₄)_n

Trong oxit kim loại, gọi n_R = m (mol); n_O = t (mol)

→ $n_{R_2{\left(S{O}_4\right)}_n}=\frac{1}{2}{n}_R=0,5m\left(mol\right)$

Theo đề bài: m_oxit = 36 (g) → R. m + 16. t = 36 (*)

m_muối = 80 (g) → 0,5m. (2R + 96n) = 80 (**)

Mà với các quá trình chuyển e:

$\stackrel{0}{R}\to \stackrel{+n}{R}+ne$, $\stackrel{0}{O}+2e\to \stackrel{-2}{O},\stackrel{+6}{S}+2e\to \stackrel{+4}{S}$

Áp dụng định luật bảo toàn e, ta có: m. n = 2. t + 0,25. 2 (***)

Giải (*), (**), (***), ta được: Rm = 32; mn = 1; t = 0,25

Với mn = 1 $\to m=\frac{1}{n}$

Mà Rm = 32 $\Rightarrow R\frac{1}{n}=32\Rightarrow R=32n$

Với n = 2 thì R = 64 → R là đồng (Cu)

Vậy công thức hoá học oxit cần tìm là CuO.