Khi đun nóng ethanol (C₂H₅OH) với sulfuric acid (H₂SO₄) đặc ở 170^oC để điều chế ethylene (C₂H₄) thường tạo ra hỗn hợp khí X gồm C₂H₄, CO₂ và SO₂. Dẫn X qua dung dịch chứa một chất tan Y thấy có chất Z duy nhất thoát ra. Xác định 2 cặp chất Y, Z khác nhau hoàn toàn và viết các phương trình phản ứng xảy ra.

Trường hợp 1: R không tác dụng với HCl, nhưng tác dụng với Cl₂

Gọi hóa trị của R khi tham gia phản ứng với Cl₂ là: x

 $n_{H_2}=\frac{6,72}{22,4}=0,3$ (mol)

Phương trình hóa học:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

0,3                                   0,3 (mol)

Ta có: m_Mg =0,3. 24 = 7,2 (gam)

Þ m_R = 12 - 7,2 = 4,8 (gam)

Trong 12 gam hỗn hợp A có chứa 7,2 gam Mg và 4,8 gam R

Vậy 14,4 gam hỗn hợp A có chứa 8,64 gam Mg và 5,76 gam R

n_Mg = 0,36 (mol)

Mg + Cl₂ → MgCl₂ (1)

0,36             0,36             (mol)

2R + xCl₂ → 2RCl_x (2)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

 m _muối – m_{Kim loại} = 46,35 – 14,4 = 31,95 (gam)

$\Rightarrow n_{C{l}_2}=\frac{31,95}{71}=0,45\left(mol\right)$

Ta có: $n_{C{l}_2}$  _{tham gia phản ứng (2) là} = 0,45 – 0,36 = 0,09 (mol)

Theo (2): $n_R=\frac{0,18}{x}$  (mol) $\Rightarrow M_R=\frac{5,76x}{0,18}=32x(g/mol)$

Vì x là hóa trị của R nên x nhận các giá trị l, 2, 3, 4

Vậy x = 2; M_R = 64 (thỏa mãn). Kim loại là Cu.

Gọi n_Ba = x (mol); n_Al = y (mol); n_Fe = z (mol)

$n_{CuS{O}_4}=0,2.0,75=0,15\left(mol\right)$

Cho X tác dụng với H₂O.

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂↑ (1)

2Al + Ba(OH)₂ + 2H₂O → Ba(AlO₂)₂ + 3H₂↑ (2)

Nếu Al phản ứng hết. Chất rắn Z gồm Fe

Cho Z tác dụng với CuSO₄:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓

Vì thu được dung dịch T chứa 2 muối nên CuSO₄ dư. Chất rắn thu được là Cu

Þn_{Cu được tạo ra} = 0,215625 (mol) > 0,15 (Vô lý)

Vậy Al còn dư. Chất rắn Z gồm Fe và Al.

Theo (1) và (2) ta có:

2,5x = 0,4 Þ x = 0,16.

Cho Z tác dụng với CuSO₄:

2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu↓ (3)

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓ (4)

Dung dịch T chứa 2 muối là Al₂(SO₄)₃ và FeSO₄ nên CuSO₄ hết; Fe dư.

Theo (3) và (4) ta có:

n _{Cu tạo thành} = $n_{CuS{O}_4}=0,2.0,75=0,15\left(mol\right)$

Þ m_{Fe dư} = 13,8 – 0,15.64 = 4,2 (gam)

Þ n_{Fe dư} = 0,075 (mol)

Cho T tác dụng với NaOH dư:

Al₂(SO₄)₃ + 8NaOH → 2NaAlO₂ + 3Na₂SO₄ + 4H₂O

FeSO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + Fe(OH)₂↓

Kết tủa là Fe(OH)₂.

Nung kết tủa trong không khí tới khối lượng không đổi.

4Fe(OH)₂ + O₂ $\stackrel{t^0}{\to }$  2Fe₂O₃ + 4H₂O

$n_{F{e}_2{O}_3}=\frac{6}{160}=0,0375\left(mol\right)$

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe ta có:

n_{Fe tham gia phản ứng (4)} = 0,075 (mol)

Theo (4):

${n_{CuS{O}_4}}_{\left(4\right)}=n_{Fe}=0,075\left(mol\right)\Rightarrow n_{CuS{O}_4\left(3\right)}=0,15-0,075=0,075\left(mol\right)$

n_{Fe ban đầu} = 0,075 + 0,075 = 0,15 (mol)

Theo (3):

$n_{Al}=\frac{2}{3}.n_{CuS{O}_4\left(3\right)}=\frac{2}{3}.0,075=0,05\left(mol\right)$

Ta có: m = 0,05.27 + 0,15.56 + 0,16.137 = 31,67 (gam)