G là hợp chất vô cơ phổ biến trong phòng thí nghiệm, có thể được điều chế bằng cách kết tỉnh tử dung dịch chứa đồng thời hai muối trung hoà (kí hiệu G1, G2 với MG1 < MG2) có cùng gốc axit. Để xác định thành phần hoá học của G người ta thực hiện thí nghiệm sau: Hoà tan hết 39,2 gam G trong nước được dung dịch H. Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch H thấy thoát ra khí mùi khai và tách ra 55,6 gam kết tủa K. Nung K trong không khí đến khối lượng không đổi được 54,6 gam chất rắn L. Cho L vào dung dịch HCl dư thấy có 0,3 mol HCl phản ứng, còn lại 46,6 gam chất rắn màu trắng không tan.
a) Xác định công thức hoá học của G1, G2 và G.
b) Trên thực tế G2 kém bền khi để lâu trong không khí, nên G thường điều chế theo phương pháp sau: Hoà tan kim loại tương ứng trong lượng dư dung dịch axit rồi cô bớt nước để thu được dung dịch bão hoà của G2. Trộn dung dịch này với dung dịch bão hoà chứa lượng vừa đủ G1, tiến hành kết tinh thu được G. Để thu được 39,2 gam G với hiệu suất của cả quá trình điều chế là 80% thì cần dùng bao nhiêu gam kim loại?
Câu trả lời tốt nhất
a. Cho L vào HCl thì còn chất rắn màu trắng không tan là BaSO₄
→ nBaSO₄ = 46,6/233 = 0,2
Khi nung K thì khối lượng giảm nên K có chứa hidroxit của kim loại không tan trong nước có dạng R(OH)n.
K gồm: BaSO₄ (0,2) và R(OH)n
L gồm: BaSO₄ (0,2) và R₂Om
∆ Lưu ý: n = m hoặc n ≠ m
nHCl = 2m.nR₂Om = 0,3 → nR₂Om = 0,15/m
→ m(R₂Om) = 54,6 – 233.0,2 = 8 (g)
→ M(R₂Om) = 2R + 16m = 8/(0,15/m) = 160m/3
Nghiệm phù hợp là: m = 3; R = 56: R là Fe, nFe₂O₃ = 0,15/m = 0,05
BT (Fe): nFe(OH)n = 2.0,05 = 0,1
Có: mFe(OH)n = 55,6 – 233.0,2 = 9 (g)
→ M(Fe(OH)n) = 56 + 17n = 9/0,1 = 90
→ n = 2
Khi cho G + Ba(OH)₂ thì có khí mùi khai thoát ra (NH₃). Mặt khác, G₁ và G₂ có cùng gốc axit nên G có dạng FeSO₄.(NH₄)₂SO₄.kH₂O
BT (Fe): nG = 0,1
→ MG = 152 + 132 + 18k = 39,2/0,1 = 392
→ k = 6
Vậy G là FeSO₄.(NH₄)₂SO₄.6H₂O
G₁ là (NH₄)₂SO₄
G₂ là FeSO₄
(Vì MG₁ < MG₂)
b. Sơ đồ rút gọn phản ứng:
Fe → FeSO₄.(NH₄)₂SO₄.6H₂O
Phản ứng: 56……………………392…………(gam)
Thực tế: 80%.m………………39,2……….(gam)
→ m = 39,2.56/392.80% = 7 (g)