97 bài tập Khoa học tự nhiên 9 Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim có lời giải (Phần 1)
41 câu hỏi
Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng. Trình bày một số phương pháp điều chế kim loại mà em biết? Cho ví dụ.
Đáp án
– Từ các quặng kim loại, người ta làm giàu quặng bằng cách loại bỏ các tạp chất như đất, cát, đá,... Sau đó, tuỳ thuộc vào mức độ hoạt động hoá học của kim loại, có thể lựa chọn phương pháp hoá học phù hợp để tách kim loại ra khỏi hợp chất của nó.
– Một số phương pháp:
+ Phương pháp điện phân nóng chảy được áp dụng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như Na, Ca, Mg, Al,...
+ Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Fe, Zn,...: có thể dùng các chất như C, CO, H2, Al,... tác dụng với oxide kim loại ở nhiệt độ cao, thu được kim loại.
+ Ngoài hai phương pháp trên, người ta còn dùng phương pháp thuỷ luyện để tách các kim loại hoạt động hoá học yếu như Ag, Au,...
Tại sao khi bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?
Đáp án
Do hàm lượng carbon trong thép ít hơn hàm lượng carbon trong gang (carbon chiếm hàm lượng từ 2% – 5% trong gang và dưới 2% trong thép) do đó khi bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép.
Các quá trình sản xuất gang, sản xuất thép, tách kẽm từ zinc oxide bằng phương pháp nhiệt luyện có thể gây ô nhiễm cho bầu khí quyển không? Giải thích.
Phản ứng tạo thành các khí độc hại như CO, CO2 gây ô nhiễm môi trường.
3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2
C + ZnO→ Zn + CO
a) Trong quá trình sản xuất gang, phương pháp nào đã được sử dụng để tách kim loại ra khỏi oxide? Viết PTHH xảy ra?
b) Vì sao khi sản xuất thép thì khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy?
a) Phương pháp nhiệt luyện. 3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2
b) Để khí oxygen tiếp xúc với gang tốt hơn giúp quá trình sản xuất thép xảy ra nhanh hơn.
a) Trong công nghiệp, phương pháp nào dùng để sản xuất nhôm? Nguyên liệu để sản xuất nhôm là gì?
b) Viết phương trình hóa học xảy ra trong các thí nghiệm sau và cho biết kim loại tạo thành trong mỗi phản ứng bằng phương pháp nào?
(1) Điện phân nóng chảy Al2O3.
(2) Điện phân nóng chảy KCl (sản phẩm là potassium và khí chlorine).
(3) Cho CO dư qua CuO, nung nóng.
(4) Cho C qua ZnO, nung nóng.
(5) Cho H2 dư qua Fe3O4, nung nóng.
(6) Cho Cu tác dụng với dung dịch AgNO3.
a) Phương pháp điều chế nhôm trong công nghiệp là phương pháp điện phân nóng chảy.
Nguyên liệu: Quặng bauxite.
b)
Phương trình hóa học | Phương pháp điều chế |
(1) 2Al2O3 → 4Al + 3O2 ↑ | Điện phân nóng chảy |
(2) 2KCl → 2K + Cl2 | Điện phân nóng chảy |
(3) CO + CuO → Cu + CO2 | Nhiệt luyện |
(4) C + 2ZnO → 2Zn + CO2 | Nhiệt luyện |
(5) 4H2 + Fe3O4 → 3Fe + 4H2O | Nhiệt luyện |
(6) Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag | Thủy luyện |
Nhận định đúng/sai các câu dưới đây? Sửa lại các câu có nội dung chưa chính xác.
a) Phương pháp điện phân nóng chảy dùng để tách các kim loại mạnh như Na, K, Mg, Al, …
b) Phương pháp nhiệt luyện thường dùng để tách các kim loại yếu như Cu, Ag, …
c) Phương pháp thủy luyện thường dùng để tách các kim loại trung bình như Zn, Fe, …
d) Mỗi phương pháp trên đều có thể tách được tất cả các kim loại.
e) Để tách Al ra khỏi Al2O3 (thành phần chính của quặng bauxite) người ta dùng điện phân nóng chảy.
f) Để tách Fe ra khỏi Fe2O3 (thành phần chính của quặng hematite) người ra dùng CO hoặc H2.
g) Để tách Zn ra khỏi ZnS (thành phần chính của quặng sphalerite) người ta dùng O2 và C.
h) Khi điện phân nóng chảy Al2O3 có dùng cryolite để tăng nhiệt độ nóng chảy của Al2O3.
a) Đúng.
b) Sai vì phương pháp nhiệt luyện thường dùng để tách các kim loại trung bình như Zn, Fe, …
c) Sai vì phương pháp thủy luyện dùng để tách các kim loại yếu như Cu, Ag, …
d) Sai vì mỗi phương pháp chỉ tách được một số kim loại.
e) Đúng.
f) Đúng.
g) Đúng.
h) Sai vì cryolite để hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3, giảm chi phí.
Quặng magnesite chứa hợp chất magnesium carbonate (MgCO3), được nghiền nhỏ rồi cho tác dụng với một dung dịch acid. Đem cô cạn phần dung dịch, thu được muối magnesium chloride.
a) Viết phương trình hóa học phản ứng tạo muối magnesium chloride theo mô tả trên.
b) Đề xuất phương pháp tác magnesium từ magnesium chloride. Giải thích vì sao em chọn phương pháp này. Viết phương trình hóa học minh họa.
a) MgCO3 + 2HCl →MgCl2 + CO2↑ + H2O
b) Dùng phương pháp điện phân nóng chảy vì Mg là một kim loại hoạt động mạnh.
PTHH: MgCl2 → Mg + Cl2
Trình bày các cách có thể:
– Điều chế Ca từ CaCO3
– Điều chế Cu từ CuSO4
Viết phương trình hóa học của các phản ứng
– Phương pháp để điều chế Ca là điện phân nóng chảy muối CaCl2
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
CaCl2 → Ca + Cl2
– Từ CuSO4 điều chế Cu có thể dùng phương pháp: điện phân dung dịch, thủy luyện, nhiệt luyện.
+ Thủy luyện: CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
+ Nhiệt luyện:
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4
Cu(OH)2 → CuO + H2O
CuO + H2 → Cu + H2O
+ Điện phân dung dịch: đpdd
CuSO4 + H2O → Cu + O2 + H2SO4
Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình phản ứng hóa học.
– Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng CO khử iron oxide ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao).
– Các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang:
+ Tạo CO: C + O2 →to CO2; C + CO2 →to 2CO
+ Tạo gang từ quặng: 3CO + Fe2O3 →to 2Fe + 3CO2
+ Tạo xỉ, tách xỉ thu được gang: CaO + SiO2 →to CaSiO3
Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hóa học.
– Nguyên tắc luyện gang thành thép: Loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố C, Si, Mn, ...
C + O2 →to CO2
Si + O2→to SiO2
– Thổi khí oxygen vào lò đựng gang nóng chảy, khí oxygen oxi hóa sắt thành FeO. Sau đó FeO sẽ oxi hóa một số nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, P, S. Ví dụ:
2Fe + O2 →to 2FeO
FeO + C →to Fe + CO
2FeO + Si →to 2Fe + SiO2
FeO + Mn →to Fe + MnO.
Những khí thải (CO2, SO2 ...) trong quá trình sản xuất gang, thép có ảnh hưởng như thế nào đến môi trường xung quanh? Dẫn ra một số phản ứng để giải thích. Thử nêu biện pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư gần cơ sở sản xuất gang thép.
Đáp án
– Những khí thải trong quá trình luyện gang, thí dụ như SO2, CO2 ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
+ Khí SO2 gây ô nhiễm không khí, độc hại cho con người và động thực vật.
+ Làm cho nồng độ acid trong nước mưa cao hơn mức bình thường.
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 tiếp tục bị oxi hóa thành H2SO4.
CO2 + H2O → H2CO3
+ Khí CO2 gây ra hiệu ứng “nhà kính”, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên làm tan băng ở hai cực.
– Biện pháp chống ô nhiễm môi trường:
+ Xây dựng hệ thống liên hoàn xử lí khí thải độc hại trước khi đưa khí thải ra ngoài không khí.
+ Trồng vành đai xanh để háp thụ khí CO2.
Để hạn chế khí thải trên thoát ra môi trường, trong quá trình sản xuất gang thép có thể dẫn khí thải đó qua dung dịch nào?
Để hạn chế khí thải trên thoát ra môi trường, trong quá trình sản xuất gang thép có thể dẫn khí thải đó qua dung dịch Ca(OH)2.
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O
Hãy giải thích vì sao vàng, đồng, sắt được con người biết đến và sử dụng trước nhôm hàng nghìn năm?
Vì trong tự nhiên nhôm tồn tại ở dạng hợp chất, quặng như bauxite và để điều chế ra nhôm thì cần phải dùng phương pháp điện phân nóng chảy (dùng dòng điện) còn vàng đồng, sắt có thể khai thác trực tiếp hoặc điều chế bằng các phương pháp đơn giản hơn (nhiệt luyện, thủy luyện) nên nhôm được biết đến và sử dụng muộn hơn các kim loại khác.
a) Quan sát trong nhà, em thấy những vật dụng nào được chế tạo từ hợp kim? Kể tên hợp kim làm nên vật dụng đó.
b) Vì sao người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dụng trong đời sống?
Đáp án
a)
– Một số vật dụng trong nhà em được chế tạo từ hợp kim: con dao, đũa, chảo gang..
– Hợp kim làm nên vật dụng:
+ Con dao, đũa được làm từ thép không gỉ.
+ Chảo gang được làm từ hợp kim gang.
b) Vì hợp kim có các tính chất ưu việt hơn so với các kim loại tinh khiết tạo ra nó như như tính cứng, độ bền cơ học, hóa học, khả năng chịu mài mòn, …
Tìm hiểu về hợp kim của magnesium, từ đó chỉ ra
a) Một số ưu điểm của loại vật liệu kim loại này.
b) Một số ứng dụng của loại vật liệu kim loại này.
a) Ưu điểm hợp kim magnesium: Nhẹ, khả năng gia công đặc biệt, chi phí thấp.
b) Ứng dụng: Sử dụng trong sản xuất ô tô (giá đỡ phanh và ly hợp), hàng không (cánh quạt máy bay trực thắc, vỏ hộp số), công nghiệp và thương mại.
Thế nào là hợp kim? Thế nào là gang, thép? Nếu thành phần, tính chất và ứng dụng của gang và thép.
Đáp án
– Hợp kim là chất thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim.
– Gang là hợp chất của sắt với carbon, trong đó hàm lượng carbon chiếm từ 2% đến 5%. Ngoài ra trong gang còn có một số nguyên tố khác như Si, Mn, S ...
– Thép là hợp kim sắt của carbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng carbon chiếm dưới 2%.
– Ứng dụng của gang và thép :
+ Gang, thép có nhiều ứng dụng trong sản xuất, trong kĩ thuật và đời sống. Gang trắng dùng để luyện thép, gàn xám dùng để chế tạo máy móc, thiết bị.
+ Thép dùng để chế tạo nhiều chi tiêt máy, vật dụng, dụng cụ lao động. Đặc biệt thép được dùng để làm vật liệu xây dựng nhà cửa, cầu cống ... phương tiên giao thồn vận tải (tàu thủy, tàu hỏa, ô tô, xe gắn máy, xe đạp ...).
a) Pha trộn bột mịn của Al và Mg với nhau có thu được hợp kim không? Giải thích
b) Theo em, nên sử dụng thép, inox hay duralumin để chế tạo chân (móng) và khung của bảng quảng cáo ngoài trời. Giải thích.
Đáp án
a) Không tạo thành hợp kim vì các kim loại vẫn tách rời, cần nung nóng chảy hỗn hợp sau đó để nguội thì mới thu được hợp kim.
b) Theo em, nên sử dụng thép để chế tạo chân (móng) và khung của bảng quảng cáo ngoài trời do thép cứng, chịu lực tốt và có giá thành rẻ hơn inox hay duralumin.
Ngoài ra, để bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn chỉ cần sơn hoặc mạ kẽm nên bề mặt thép.
Gang, thép, inox, đuy–ra có thành phần và tính chất đặc trưng là gì? Tại sao các hợp kim này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống?
Đáp án
Hợp kim | Thành phần | Tính chất đặc trưng | Ứng dụng phổ biến |
Gang | Hợp kim của của sắt với carbon (khoảng 2 – 5% khối lượng) và một số nguyên tố khác. | Cứng, giòn | Sản xuất bếp, lò nướng, bánh răng làm đường ống và phụ kiện đường ống dẫn nước cấp, nổi và chảo, khuôn đúc,... |
Thép (thép thông thường) | Hợp kim của của sắt với carbon (dưới 2% khối lượng) và lượng nhỏ nguyên tố khác. | Cứng, dẻo hơn gang | Làm vật liệu trong xây dựng, thiết bị, máy móc. |
Inox (thép đặc biệt) | Hợp kim của Fe cùng một số nguyên tố khác như Cr, Ni,... | Khó bị gỉ | Làm đồ dùng, dụng cụ trong gia đình; chi tiết trong các dụng cụ, thiết bị y tế;... |
Đuy – ra (hay dural) | Hợp kim của Al với một số nguyên tố khác như Cu, Mg, Mn. | Nhẹ, bền | Chế tạo cánh máy bay, áo giáp, khung xe đạp |
ð Do có các tính chất ưu việt hơn so với các kim loại tinh khiết tạo ra chúng nên các hợp kim trên được sử dụng phổ biến trong đời sống.
Thành phần, tính chất của kim loại và hợp kim của nó khác nhau như thế nào? Tại sao trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim. Lấy ví dụ minh hoạ.
Đáp án
* So sánh:
– Về thành phần:
+ Kim loại nguyên chất được cấu tạo nên từ một loại nguyên tố hoá học.
+ Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. Kim loại cơ bản là thành phần chính có trong hợp kim.
– Về tính chất: Hợp kim cứng hơn, bền hơn so với kim loại nguyên chất.
* Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, phù hợp với nhiều ứng dụng do đó trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim.
Ví dụ: Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên tố khác. Hiện nay chúng là những vật liệu kim loại phổ biến nhất trên thế giới.
Nhận định đúng/sai các câu dưới đây? Sửa lại các câu có nội dung chưa chính xác.
a) Gang chứa chủ yếu là sắt, 2% – 5% carbon và một số nguyên tố khác.
b) Thép thường (thép carbon) dẻo và cứng chứa hàm lượng carbon trên 2%.
c) Inox chứa chủ yếu là sắt và một số nguyên tố khác như Cr, Ni, … khó bị gỉ.
d) Đuy – ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với Cu, Mg, Mn, … nặng và bền.
e) Nguyên liệu sản xuất thép là quặng sắt (hematite: Fe2O3), than cốc, chất tạo xỉ CaCO3, SiO2
f. Nguyên tắc sản xuất thép là dùng CO khử oxide sắt ở nhiệt độ cao.
g. Trong quá trình luyện thép, các tạp chất (C, S, Si, Mn, …) sẽ bị oxi hóa bởi oxygen.
h. Khi sản xuất thép, các oxide tạo thành ở dạng khí (CO2, SO2) sẽ thoát ra ngoài theo khí thải còn các oxide dạng rắn (SiO2, MnO2, …) tạo xỉ nặng nên lắng xuống dưới.
a) Đúng.
b) Sai vì thép chứa hàm lượng carbon dưới 2%.
c) Đúng.
d) Sai vì hợp kim duralumin nhẹ và bền.
e) Sai vì nguyên liệu sản xuất thép là gang và thép phế liệu.
f) Đúng.
g) Đúng.
h) Sai vì các oxide dạng rắn tạo xỉ nhẹ nổi lên trên.
Tính khối lượng quặng hematite chưa 60% Fe2O3 cần thiết để sản xuất được 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%.
Đáp án
Trong 1 tấn gang chứa 95% Fe có
Phương trình phản ứng: Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2
160 kg 2. 56 kg
x kg Fe2O3 tạo ra 950 kg Fe
Hiệu suất đạt 80% nên thực tế khối lượng Fe2O3 cần dùng: 1357,14.10080=1696,425 kg
Khối lượng quặng hematite chứa 60% Fe2O3 cần dùng: 1696,425.10060≈2827,375 kg
(≈2,827 tấn)
Biết rằng khí hydrogen dễ dàng tác dụng với PbO, chiếm lấy oxygen của chất này để tạo nước và kim loại Pb.
a) Viết PTHH xảy ra.
b) Cho biết 3 gam khí H2 tác dụng vừa đủ với a gam PbO tạo ra b gam Pb.
Tính giá trị của a và b.
a) PTHH: PbO + H2 →to Pb + H2O
b) nH2=32=1,5 (mol)
nH2=nPbO=nPb=1,5 (mol)⇒a=mPbO=223×1,5=334,5 (g)⇒b=mPb=207×1,5=310,5 (g)
Khử hoàn toàn 23,2 gam iron (II, III) oxide (Fe3O4) từ khí hydrogen tạo thành nước và iron.
a) Tính thể tích khí hydrogen (ở 250C và 1 bar) cần dùng.
b) Tính khối lượng iron thu được sau phản ứng.
a) nFe3O4=23,2232=0,1 (mol)
Fe3O4 + 4H2 →to 3Fe + 4H2O
0,1 0,4 0,3 0,4 mol
VH2=0,4×24,79=9,916 (L)b) mFe=56×0,3=16,8 (g)
Cho 160 gam iron(III) oxide phản ứng đủ với x gam hydrogen sinh ra 112 gam iron và y gam nước.
a) Lập PTHH.
b) Tính x, y biết xy=19.
Đáp án
a) Sơ đồ phản ứng: Fe2O3 + 3H2 →to 2Fe + 3H2O
160 x 112 y gam
b) Theo đề cho: xy=19⇔9x−y=0 (1)
BTKL theo phản ứng: mFe2O3+mH2=mH2O+mFe⇔160+x=112+y⇒x−y=−48 (2)
Giải hệ (1), (2) ta có: x=6y=54
Cho khí hydrogen dư đi qua copper(II) oxide nóng màu đen, thu được 0,32 g kim loại đồng màu đỏ và hơi nước ngưng tụ.
a) Viết PTHH của phản ứng xảy ra.
b) Tính lượng copper(II) oxide tham gia phản ứng.
c) Tính thể tích khí hydrogen ở đkc đã tham gia phản ứng.
d) Tính lượng nước ngưng tụ thu được sau phản ứng.
PTHH: H2(g) + CuO(s) Cu(s) + H2O(g)
1 1 1 1 mol
b) nCu=0,3264=0,05 (mol); nCuO=0,005×11=0,005 (mol); mCuO=0,005×80=0,4 (g).
c) nH2=0,005×11=0,005 (mol); VH2=0,005×24,79=0,12395 (L).
d) nH2O=0,005×11=0,005 (mol); mH2O=0,005×18=0,09 (g).
Có quặng hematite chứa 50% Fe2O3 về khối lượng. Khi dùng m gam mẫu quặng này để điều chế sắt thì người ta thu được 2,8 gam sắt. Tính quặng sắt nói trên, biết phương trình điều chế có dạng: Fe2O3 + 3CO →to 2Fe + 3CO2
Đáp án
Ta có: nFe trong Fe2O3=nFe⏟0,05⇒nFe trong Fe2O3=0,05 mol
mà Fe2O3 chứa 2 nguyên tử Fe
⇒nFe2O3=0,052=0,025 mol⇒mFe2O3=0,025.160=4 gam
Theo đề thì Fe2O3 chiếm 50% khối lượng quặng nên mq=4.10050⇒mq=8 gam
Cho luồng khí H2 đi qua 32 gam bột CuO nung nóng thu được 27,2 gam chất rắn X.
a) Xác định thành phần phần trăm các chất trong X.
b) Tính thể tích khí H2 (đkc) đã tham gia phản ứng.
c) Tính hiệu suất của quá trình phản ứng.
a) nCuO=3280=0,4 (mol)
Gọi a là số mol CuO tham gia phản ứng.
số mol CuO dư là (0,4 – a) (mol)
PTHH: CuO + H2 →to Cu + H2O
a a a a
X gồm Cu và CuO dư.
mx = 64a + 80.(0,4 – a) = 27,2
a = 0,3 mol
⇒%mCu=64×0,327,2×100%=70,59%
%mCuO=100%−%mCu=29,41%
b) nH2=nCu=a=0,3 mol
VH2=0,3×24,79=7,437 (L)
Cho 13 gam Zinc tác dụng hết với sulfuric acid loãng.
Phương trình hóa học xảy ra: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
a) Tính khối lượng zinc sulfate thu được sau phản ứng.
b) Tính thể tích khí hydrogen thu được (ở 250C và 1 bar).
c) Nếu dùng toàn bộ lượng khí hydrogen bay ra ở trên đem khử 12 gam bột CuO ở nhiệt độ cao, đến phản ứng hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Tính giá trị m.
a) nZn=1365=0,2 (mol)
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
0,2 0,2 0,2 0,2 mol
⇒mZnSO4=161×0,2=32,2 (g)
b) VH2=0,2×24,79=4,958 (L)
c) nCuO=1280=0,15 (mol) CuO+H2→t0Cu+H2O
Bđ: 0,15 0,2 mol
Pứ: 0,15 0,15 0,15 mol
Sau: hết 0,05 0,15 mol
⇒ CuO hết, H2 dư 0,05 (mol)
Chất rắn X là Cu.
⇒mCu=64.0,15=9,6 (g)
Nhôm là một kim loại có tỷ trọng thấp và có khả năng chống ăn mòn. Các thành phần được làm từ nhôm và hợp kim của nó rất quan trọng cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và rất quan trọng trong các lĩnh vực khác của giao thông vận tải và vật liệu cấu trúc. Các hợp chất hữu ích nhất của nhôm là các oxide và sulfate. Trong thực tế, người ta dùng quặng bauxide để sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo sơ đồ phản ứng sau: 2Al2O3→đpnc, xt4Al+3O2
Hàm lượng Al2O3 trong quặng bauxite là 40%. Để có được 4 tấn nhôm nguyên chất cần bao nhiêu tấn quặng bauxite. Biết H% của quá trình sản xuất là 90%.
Theo đề: nAl=427
Ta có: nAl trong Al2O3=nAl⏟427⇒nAl trong Al2O3=427 mol
mà Al2O3 chứa 2 nguyên tử Al
⇒nAl2O3=4272=227⇒mAl2O3=27.102=689 tấn
Theo đề thì H% = 90% nên mAl2O3 dùng=689.10090=68081 tấn
Mà Al2O3 chiếm 40% khối lượng quặng nên mq=68081.10040⇒mq≈20,99 tấn
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ aluminium oxide (Al2O3) theo phương trình hoá học sau:
Một loại quặng bauxite có chứa 85% là Al2O3. Hãy tính khối lượng nhôm được tạo thành từ 2 tấn quặng bauxite, biết hiệu suất của quá trình sản xuất là 90%.
Trong 2 tấn quặng có:
mAl2O3=2×85100=1,7 (tấn) ⇒nAl2O3=1,7×106102=50 0003 (mol).
Theo phương trình hoá học:
nAl2O3nAl=24=12⇒nAl=50 0003×21=100 0003 (mol).
⇒mAl=100 0003×27=900 000 (gam) = 900 (kg).
Do hiệu suất chỉ đạt 90% nên khối lượng nhôm thu được trong thực tế là:
mAl(lt)=900×90100=810 (kg).
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ aluminium oxide (Al2O3) theo phương trình hoá học sau: 2Al2O3 →cryoliteđpnc 4Al + 3O2
a) Tính hiệu suất phản ứng khi điện phân 102 kg Al2O3, biết khối lượng nhôm thu được sau phản ứng là 51,3 kg.
b) Biết khối lượng nhôm thu được sau điện phân là 54 kg và hiệu suất phản ứng là 92%, tính khối lượng Al2O3 đã dùng.
Phương trình hoá học:
2Al2O3→cryoliteñpnc 4Al+3O2
Giả sử: 2 → 4 mol
Khối lượng: (2.102) → (4.27) gam
Khối lượng lí thuyết: 102 → x kg
Điện phân 102 kg Al2O3, khối lượng Al thu được theo lí thuyết là: mlt=x=102×4×272×102=54 (kg).
Hiệu suất phản ứng là: H = mttmlt×100%=51,354×100%=95%
b) Phương trình hoá học: 2Al2O3→cryoliteñpnc 4Al+3O2
Giả sử khối lượng: (2.102) → (4.27) gam
Khối lượng lí thuyết: y → 54 kg
Khối lượng Al2O3 cần dùng theo lí thuyết là: mlt=y=54×2×1024×27=102 (kg).
Do H = 92% nên khối lượng Al2O3 đã dùng là: H=mttmlt×100%⇒mlt=10292×100=110,87 (kg).
Người ta dùng quặng bauxite để sản xuất Al. Hàm lượng Al2O3 trong quặng là 40%. Để có được 4 tấn nhôm nguyên chất cần bao nhiêu tấn quặng ? Biết rằng hiệu suất của quá trình sản xuất là 90%.
Đáp án
Thực tế do một số nguyên nhân, chất tham gia phản ứng không tác dụng hết, nghĩa là hiệu suất dưới 100%. Người ta có thể tính hiệu suất phản ứng như sau:
2Al2O3 →cryoliteđpnc 4Al + 3O2
Dựa vào phương trình ta có: Cứ 204g Al2O3 thì tạo ra 108g Al
⇒ Để tạo ra 4 tấn Al thì khối lượng Al2O3 cần = 4.204108 = 7,55g
Hiệu suất phản ứng là 90%, có nghĩa là 7,55 tấn Al2O3 chỉ chiếm 90% khối lượng phải dùng.
Khối lượng oxide phải dùng:7,55.10090 = 8,39 tấn
Khối lượng quặng bauxite: 8,39.10040 = 20,972 tấn
Một mẫu quặng bauxite có chứa 40% Al2O3. Để sản xuất 200 km một loại dây cáp nhôm hạ thế người ta sử dụng toàn bộ lượng nhôm điều chế được từ m tấn quặng bauxite bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3. Biết rằng khối lượng nhôm trong 1 km dây cáp là 1074 kg và hiệu suất của quá trình điều chế nhôm là 90%. Tính giá trị m?
Đáp án
mAl (200 km cáp) = 200. 1074 = 214800 kg = 214,8 tấn
PTHH: 2Al2O3 →cryoliteđpnc 4Al + 3O2
204 g 108 g
mAl2O3=214,8.204108.90%≈450,8 tấn ←90% 214,8 tấn
⇒mbauxite=450,840%=1127 tấn
Một mẫu quặng bauxite có chứa 40% Al2O3. Người ta dùng 100 tấn quặng bauxite để điều chế nhôm bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3, giả sử toàn bộ lượng nhôm điều chế được dùng để sản xuất thanh nhôm làm cửa thì sản xuất được x thanh. Biết rằng khối lượng nhôm trong một thanh nhôm là 5 kg và hiệu suất của quá trình điều chế nhôm là 85%. Tính m?
mAl2O3=100.40%=40 tấn
PTHH: 2Al2O3 →cryoliteđpnc 4Al + 3O2
204 g 108 g
40 tấn →H=85%mAl=40.108204.85%=18 tấn
Số thanh nhôm sản xuất được là 18.1035 = 3600 thanh
Từ 500 tấn quặng hematite chứa 85% Fe2O3 sản xuất được x nghìn chiếc nồi gang có hàm lượng sắt là 95%. Biết rằng mỗi chiếc nồi gang nặng 5 kg và hiệu suất của toàn bộ quá trình là 80%. Tính giá trị x?
mFe2O3=500.85%=425 tấn
Ta có: Fe2O3 → 2Fe
160 g 112 g
425 tấn →80%mFe=425.112160.80%=238 tấn
Số nồi gang sản xuất được là 238.1035.95%≈50105≈ 50 nghìn chiếc.
Dùng 100 tấn quặng Fe3O4 để luyện gang (95% iron). Tính khối lượng gang thu được. Cho biết hàm lượng Fe3O4 trong quặng là 80%. Hiệu suất quá trình phản ứng là 93%.
Khối lượng Fe3O4: 100.80100 = 80 tấn
Trong 232 tấn Fe3O4 có 168 tấn Fe
80 tấn Fe3O4 có y tấn Fe
y = 57,931 (tấn)
Khối lượng Fe để luyện gang: 57,931.93100 = 53,876 tấn
Khối lượng gang thu được: 53,876.10095 = 56,712 tấn
Khử hoàn toàn 16 gam một iron oxide (dạng bột) bằng khí CO ở nhiệt độ cao. Người ta nhận thấy lượng CO2 sinh ra vượt quá lượng CO cần dùng là 4,8 gam. Cho lượng chất rắn thu được sau phản ứng hòa tan trong dung dịch H2SO4 0,5M (vừa đủ), thu được V lít khí (đkc). Dẫn từ từ V lít khí đó đến khi hết qua 20 gam bột CuO nung nóng, thu được a gam chất rắn.
a) Hãy xác định công thức iron oxide.
b) Tính V và thể tích dung dịch H2SO4 cần dùng.
c) Tính a.
a) Gọi công thức của iron oxide là FexOy (x, y nguyên dương)
Các PTHH xảy ra:
FexOy + yCO →to xFe + yCO2 (1)
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 (2)
CuO + H2 →to Cu + H2O (3)
Theo đề và theo (1): Lượng CO2 vượt quá lượng CO cần dùng chính là lượng O có trong iron oxdie mO = 4,8 gam.
Vì khử hoàn toàn nên mFe = 16 – 4,8 = 11,2 gam
xy = 11,256 : 4,816 = 0,2 : 0,3 = 2 : 3
Công thức của iron oxide là Fe2O3
b) nFe = 11,256 = 0,2 mol
Theo (2): nH2=nH2SO4=nFe=0,2 (mol)
⇒Vdd(H2SO4)=0,20,5=0,4 (L)
c) Theo (3): nCu=nCuO=nH2=0,2 mol
⇒mCu=0,2×64=12,8 (g)⇒mCuO (pu)=0,2×80=16 (g)
a = mCu + mCuO dư = 12,8 + (20 – 16) = 16,8 g
Cho dòng khí H2 dư, đi qua 54,4 gam hỗn hợp bột CuO và một iron oxide nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 40 gam chất rắn và m gam nước. Cho lượng chất rắn thu được tác dụng với dung dịch hydrochloric acid dư, thu được m1 gam chất rắn không tan và 14,874 lít khí H2 (đkc).
a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
b) Xác định công thức iron oxide, tính m và m1.
a) Gọi công thức iron oxide là FexOy, các phản ứng xảy ra:
H2 + CuO →to Cu + H2O (1)
yH2 + FexOy →to xFe + yH2O (2)
Chất rắn là Fe và Cu cho phản ứng với HCl chỉ có Fe phản ứng
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (3)
b) nH2=14,87424,79=0,6 (mol)
Theo (3) số mol Fe = số mol H2 = 0,6 (mol)
mFe=0,6×56=33,6 gam
mCu = 40 – 33,6 = 6,4 gam
Khối lượng của (O) trong oxide = 54,4 – mCuO – mFe = 54,4 – 8 – 33,6 = 12,8 gam
nO(FexOy)=12,816=0,8 mol
Vậy tỉ lệ x: y = 0,6 : 0,8 = 3 : 4 oxide là Fe3O4
m = mH2O , mặt khác số mol oxygen trong oxide = 0,8 + 0,1 = 0,9 mol
m=0,9×18=16,2 (g)m1=mCu=6,4 (g)
Cho một dòng khí hydrogen dư qua 4,8 gam hỗn hợp CuO và một iron oxide nung nóng thu được 3,52 gam chất rắn. Đem chất rắn đó hòa tan trong acid HCl dư thu được 0,9916 lít khí ở điều kiện chuẩn.
a) Xác định khối lượng mỗi oxide trong hỗn hợp.
b) Xác định công thức phân tử iron oxide.
a) Các phương trình phản ứng:
CuO + H2 →to Cu + H2O (1)
FexOy + H2 →to xFe + yH2O (2)
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (3)
nH2=0,991624,79=0,04 (mol)
Theo phương trình: nFe = 0,04 (mol) => mCu=3,52−56×0,04=1,28 (gam)
Khối lượng CuO trong hỗn hợp ban đầu: 1,2864×80=1,6 (gam)
Số gam iron oxide: 4,8 – 1,6 = 3,2 gam.
b) Gọi công thức oxide là FexOy
Số mol irorn oxide: 3,256x+16y=0,04x⇔xy=23
Vậy công thức phân tử của oxide sắt là: Fe2O3
a) Khử hoàn toàn 12 gam bột một loại oxide dạng FexOy bằng khí CO dư, sau khi phản ứng kết thúc, toàn bộ khí thoát ra được dẫn vào dung dịch nước vôi trong dư thu được 22,5 gam kết tủa. Xác định công thức của oxide trên.
b) Cho toàn bộ lượng sắt thu được ở thí nghiệm trên vào dung dịch HCl dư. Tính thể tích khí H2 thu được ở đkc.
a) CTHH của oxide là FexOy.
nCaCO3=22,5100=0,225 (mol)
PTHH: FexOy + yCO →to xFe + yCO2 (1)
1256x+16y 0,225 mol
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (2)
0,225 ← 0,225 mol
Theo (2): nCO2=nCaCO3 = 0,225 mol
Theo (1): nFexOy = 1ynCO2 ⇒1256x+16y = 0,225y
Giải ra ta được x = 2; y = 3
CTHH: Fe2O3.
b) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (3)
Theo (3): nH2=nFe=12160 = 0,075 mol
VH2=0,075×24,79=1,85925 (L)
Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m g hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 g chất rắn A và 12,395 lít khí B (đkc) có tỉ khối so với hydrogen là 20,4. Xác định giá trị m?
Gọi x, y lần lượt số mol CO, CO2
nB=12,39524,79=0,5 mol
Ta có: x+y=0,528x+44y=0,5.(20,4.2)⇔x=0,1y=0,4
nCO phản ứng = nCO2=0,4 mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mCO phản ứng + mX=mA+mCO2
⇒mX=64−0,4.(44−28)=70,4 g
