Bài toán CO, H₂ khử oxide kim loại lớp 12 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài toán CO, H₂ khử oxide kim loại lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài toán CO, H2 khử oxide kim loại.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Nếu cả CO và H₂ cùng khử oxide kim loại thì:

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Khử hoàn toàn 6,4 gam Fe₂O₃ bằng H₂ dư ở nhiệt độ cao. Khối lượng Fe thu được sau phản ứng là bao nhiêu gam?

Hướng dẫn giải

$n_{F{e}_2{O}_3}=\frac{6,4}{160}=0,04mol.$

Cách 1: Phương trình hóa học:

Fe₂O₃ + 3H₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe + 3H₂O

0,04                          0,08                                   mol

Vậy khối lượng Fe thu được là: m_Fe = 0,08.56 = 4,48 gam.

Cách 2:

$n_{F{e}_2{O}_3}=0,04mol\stackrel{BTNT\left(Fe\right)}{\to }{n}_{Fe}$$=2.n_{F{e}_2{O}_3}=0,08mol\Rightarrow m_{Fe}=4,48g.$

Ví dụ 2: Cho 4,958 lít khí CO (đkc) phản ứng với 8 gam một oxide kim loại, sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được m gam kim loại và hỗn hợp khí có tỉ khối so với H₂ là 20. Giá trị của m bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

$n_{CO}=\frac{4,958}{24,79}=0,2mol$

Ta có sơ đồ:

0,2 mol CO + 8 gam oxide kim loại → $\left\{\begin{array}{l}CO:xmol\\ C{O}_2:ymol\end{array}\right.(d_{\raisebox{1ex}{$hh$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$H_2$}\right.}=20)$ + m gam kim loại.

Gọi số mol CO và CO₂ lần lượt là x và y mol.

Bảo toàn C có: n_{CO ban đầu} = n_{CO dư} + $n_{C{O}_2}$⇒ x + y = 0,2    (1*)

${\overline{M}}_{hhCO,C{O}_2}=20.2=40$ $\Rightarrow m_{hh}=40.0,2=8gam$

$\Rightarrow 28x+44y=8(2*)$

Từ (1*) và (2*) giải hệ phương trình được x = 0,05 và y = 0,15 mol.

Bảo toàn khối lượng: m_{CO ban đầu} + m_{oxide KL} = m_KL + m_{hh khí}

⇒ m_KL = 0,2.28 + 8 – 8 = 5,6 gam.

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Khử hoàn toàn một oxide sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa đủ V lít khí CO (ở đkc), sau phản ứng thu được 0,84 gam Fe và 0,02 mol khí CO₂. Công thức của X và giá trị V lần lượt là

A. Fe₃O₄ và 0,2479.

B. Fe₃O₄ và 0,4958.       

C. FeO và 0,2479.

D. Fe₂O₃ và 0,4958.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

n_Fe = $\frac{0,84}{56}=$0,015 mol;

Bảo toàn C có: $n_{CO}=n_{C{O}_2}=0,02mol$ $\Rightarrow V_{CO}=0,02.24,79=0,4958L.$

Bảo toàn O có: $n_{O\left(oxide\right)}=n_{CO}=0,02mol.$

Gọi công thức oxide sắt là Fe_xO_y ⇒ x: y = n_Fe: n_O = 0,015: 0,02 = 3: 4

⇒ Oxide sắt là: Fe₃O₄.

Câu 2: Cho 4,958 lít khí CO (ở đkc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxide sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hydrogen bằng 20. Công thức của oxide sắt và phần trăm thể tích của khí CO₂ trong hỗn hợp khí sau phản ứng là

A. FeO; 75%.

B. Fe₂O₃; 75%.

C. Fe₂O₃; 65%.

D. Fe₃O₄; 75%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$n_{CO}=\frac{4,958}{24,79}=0,2mol$

Ta có sơ đồ:

0,2 mol CO + 8 gam oxide sắt → $\left\{\begin{array}{l}CO:xmol\\ C{O}_2:ymol\end{array}\right.(d_{\raisebox{1ex}{$hh$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$H_2$}\right.}=20)$ + Fe

Gọi số mol CO và CO₂ lần lượt là x và y mol.

Bảo toàn C có: n_{CO ban đầu} = n_{CO dư} + $n_{C{O}_2}$⇒ x + y = 0,2    (1*)

${\overline{M}}_{hhCO,C{O}_2}=20.2=40$ $\Rightarrow m_{hh}=40.0,2=8gam$

$\Rightarrow 28x+44y=8(2*)$

Từ (1*) và (2*) giải hệ phương trình được x = 0,05 và y = 0,15 mol.

$\%V_{C{O}_2}=\frac{0,15}{0,2}.100\%=75\%.$

Bảo toàn O có: n_O(oxide) = n_{CO phản ứng} = 0,15 mol

⇒ m_Fe(oxide) = 8 – 0,15.16 = 5,6 gam ⇒ n_Fe(oxide) = 0,1 mol

Gọi công thức oxide sắt là Fe_xO_y ⇒ x: y = n_Fe: n_O = 0,1 : 0,15 = 2 : 3.

Vậy oxide sắt là Fe₂O₃.

Câu 3: Cho V lít hỗn hợp khí (ở đkc) gồm CO và H₂ phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe₃O₄ nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32 gam. Giá trị của V là

A. 0,4958.

B. 0,1240.

C. 0,2479.

D. 0,6175.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

m_{rắn giảm} = m_O = 0,32 gam ⇒ $n_{CO,H_2}=n_O=\frac{0,32}{16}=0,02mol$$\Rightarrow V_{CO,H_2}=0,4958L.$

Câu 4: Dẫn từ từ V lít khí CO (ở đkc) đi qua một ống sứ đựng lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO, Fe₂O₃ (ở nhiệt độ cao). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X. Dẫn toàn bộ khí X ở trên vào lượng dư dung dịch Ca(OH)₂ thì tạo thành 4 gam kết tủa. Giá trị của V là

A. 1,2395.

B. 0,9916.

C. 0,4958.

D. 0,2479.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Ta có sơ đồ:

V lít CO + hh$\left\{\begin{array}{l}CuO\\ F{e}_2{O}_3\end{array}\right.\stackrel{t^o}{\to }$CO₂ + hỗn hợp rắn.

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

Bảo toàn C có: $n_{CO}=n_{C{O}_2}=n_{CaC{O}_3}=0,04mol$ $\Rightarrow V_{CO}=0,9916L.$

Câu 5: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al₂O₃ nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn. Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là

A. 0,8 gam.

B. 8,3 gam.

C. 2,0 gam.

D. 4,0 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Ta có: m_{rắn giảm} = m_O(CuO) = 9,1 – 8,3 = 0,8 gam

⇒ n_CuO = n_O(CuO) = 0,05 mol ⇒ m_CuO = 0,05.80 = 4 gam.

Câu 6: Hỗn hợp X gồm CuO và Fe₂O₃. Hoà tan hoàn toàn 44 gam X bằng dung dịch HCl (dư), sau phản ứng thu được dung dịch chứa 85,25 gam muối. Mặt khác, nếu khử hoàn toàn 22 gam X bằng CO (dư), cho hỗn hợp khí thu được sau phản ứng lội từ từ qua dung dịch Ba(OH)₂ (dư) thì thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là

A. 76,755.

B. 73,875.

C. 147,750.

D. 78,875.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

❖ Xét trong 44 gam X:

Khi chuyển từ oxide sang muối thì 1O thay bằng 2Cl ⇒ m_tăng = 55 gam.

Đặt n_O(oxide) = x mol ⇒ $x=\frac{85,25-44}{55}=0,75mol.$

❖ Xét trong 22 gam X:

⇒ n_O(oxide) = $\frac{0,75}{2}=0,375mol=n_{C{O}_2}=n_{BaC{O}_3}$$\Rightarrow m_{BaC{O}_3}=197.0,375=73,875gam.$

Câu 7: Cho luồng khí CO dư qua ống sứ đựng 5,36 gam hỗn hợp FeO và Fe₂O₃ (nung nóng), thu được m gam chất rắn và hỗn hợp khí X. Cho X vào dung dịch Ca(OH)₂ dư, thu được 9 gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là

A. 3,75.

B. 3,88.

C. 2,48.

D. 3,92.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Ta có sơ đồ:

CO dư + $5,36gam\left\{\begin{array}{l}FeO\\ F{e}_2{O}_3\end{array}\right.\stackrel{}{\to }X\left\{\begin{array}{l}CO\\ C{O}_2\end{array}\right.$+ m gam chất rắn

Cho X vào Ca(OH)₂ dư:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

Có n_{o(oxide) phản ứng$=n_{C{O}_2}=n_{CaC{\text{O}}_3}=0,09mol$}

⇒ m_rắn = m_oxide – m_{O(oxide) phản ứng} = 5,36 – 16.0,09 = 3,92 gam.

Câu 8: Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO và Fe_xO_y bằng CO dư ở nhiệt độ cao, thu được 17,6 gam hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng CO₂ tạo thành là

A. 17,6 gam.

B. 8,8 gam.

C. 7,2 gam.

D. 3,6 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Ta có sơ đồ:

CO _dư + $24gam\left\{\begin{array}{l}CuO\\ F{e}_x{O}_y\end{array}\right.\stackrel{t^o}{\to }\left\{\begin{array}{l}CO\\ C{O}_2\end{array}\right.+$ $17,6gamKL\left\{\begin{array}{l}Fe\\ Cu\end{array}\right.$

Ta có: m_{chất rắn giảm} = m_{O(oxide) phản ứng} = 24 – 17,6 = 6,4 gam.

$\Rightarrow n_{C{O}_2}=n_{O\left(oxide\right)phanung}=0,4mol$ $\Rightarrow m_{C{O}_2}=0,4.44=17,6gam.$

Câu 9: Khử hoàn toàn 20 gam CuO thành kim loại cần vừa đủ V lít khí CO (đkc). Giá trị của V là bao nhiêu?

A. 4,958.

B. 1,2395.

C. 2,479.

D. 6,1975.

Hướng dẫn giải

Đáp số án đúng là: D

CuO + CO $\stackrel{t^o}{\to }$CO₂ + Cu

n_CuO = 0,25 mol $\stackrel{PTHH}{\to }$n_CO = n_CuO = 0,25 mol $\Rightarrow$V_CO = 0,25.24,79 =  6,1975 L.

Câu 10: Khử hoàn toàn 6,4 gam hỗn hợp CuO và Fe₂O₃ bằng khí H₂, thu được m gam hỗn hợp kim loại và 1,98 gam H₂O. Giá trị của m là

A. 2,88.

B. 6,08.

C. 4,64.

D. 4,42.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Ta có sơ đồ: $6,4g\left\{\begin{array}{l}CuO\\ F{e}_2{O}_3\end{array}\right.+H_2\stackrel{t^o}{\to }mgamKL+1,98g{H}_{2}O$

Bảo toàn nguyên tố H: $n_{H_{2phanung}}=n_{H_{2}O}=\frac{1,98}{18}=0,11mol.$

Bảo toàn khối lượng: $m_{oxide}+m_{H_2}=m_{KL}+m_{H_{2}O}$

⇒ m_KL = m = 6,4 + 0,11.2 – 1,98 = 4,64 gam.

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:

• Bài toán điều chế polymer
• Bài tập pin điện
• Bài tập điện phân
• Bài tập điều chế nhôm
• Bài toán luyện quặng
• Bài tập chuẩn độ oxi hóa - khử

---