Cho 22,96 gam hỗn hợp X gồm FeS₂, FeCO₃, Cu vào bình kín (thể tích không đổi) chứa 0,5 mol O₂ (dư). Nung nóng bình đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi đưa về nhiệt độ ban đầu thì áp suất trong bình giảm 13% so với áp suất ban đầu (coi thể tích chất rắn thay đổi không đáng kể). Mặt khác, hòa tan hết 22,96 gam X bằng 78 gam dung dịch H₂SO₄ 98% đun nóng, thu được dung dịch Y chứa ba muối và 0,74 mol hỗn hợp khí gồm CO₂, SO₂. Tính nồng độ phần trăm mỗi muối trong Y.

 $n_{H_{2}S{O}_4}=\frac{78.98}{100.98}=0,78\left(mol\right)$

Gọi  $n_{Fe{S}_2}=x\left(mol\right);n_{FeC{O}_3}=y\left(mol\right);n_{Cu}=z\left(mol\right)$

Ta có: 120x + 116y + 64z = 22,96 (*)

 Nung nóng bình có các phản ứng xảy ra như sau:

4FeS₂ + 11O₂ $\stackrel{t^0}{\to }$  2Fe₂O₃ + 8SO₂

 x       2,75x                               2x      (mol)

4FeCO₃ + O₂ $\stackrel{t^0}{\to }$  2Fe₂O₃ + 4CO₂

 y                 0,25y                     y        (mol)

2Cu + O₂ $\stackrel{t^0}{\to }$  2CuO

z        0,5z                                           (mol)

$n_{O_{2}d\text{u}}=$0,5 – 2,75x – 0,25y – 0,5z (mol)

Vì áp suất trong bình giảm 13% so với áp suất ban đầu

Þ Số mol khí trong bình giảm 13% so với số mol khí ban đầu

Þ n _{khí trong bình} $=\frac{0,5.87}{100}=0,435\left(mol\right)$

Ta có:

n _{khí trong bình} = 0,5 – 2,75x – 0,25y – 0,5z + 2x + y = 0,435 (mol)

Þ 0,75x – 0,75y + 0,5z = 0,065 (**)

Hòa tan X trong H₂SO₄ đặc.

2FeS₂ + 14H₂SO₄ đặc → Fe₂(SO₄)₃ + 15SO₂ + 14H₂O

 x                 7x                0,5x             7,5x                       (mol)

2FeCO₃ + 4H₂SO₄ đặc → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 2CO₂ + 4H₂O

 y                 2y                0,5y             0,5y   y                  (mol)

Cu + 2H₂SO₄ đặc → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O (1)

Vì sau phản ứng thu được dung dịch Y chứa 3 muối nên Cu phản ứng hết với Fe₂(SO₄)₃.

Cu + Fe₂(SO₄)₃ → CuSO₄ + 2FeSO₄ (2)

Ta có:

$\begin{array}{l}{n}_{H_{2}S{O}_{4}thamgia\left(1\right)}=0,78-7x-2y\left(mol\right)\\ \Rightarrow n_{S{O}_2}=n_{CuS{O}_4}=0,39-3,5x-y\left(mol\right)\end{array}$

Tổng số mol khí thu được là:

0,39 – 3,5x – y + 7,5x + 1,5y = 0,74

Þ 4x + 0,5y = 0,35 (***)

Từ (*), (**), (***) ta có: x = 0,08; y = 0,06; z = 0,1.

Ta có:

$n_{H_{2}S{O}_{4}thamgia\left(1\right)}=0,78-7x-2y\left(mol\right)=0,78-0,08.7-0,06.2=0,1\left(mol\right)$

Theo (1)

${n_{Cu}}_{\left(1\right)}=n_{CuS{O}_4}=0,05\left(mol\right)$

Þ n_{Cu (2)} = 0,1 – 0,05 = 0,05 (mol)

Theo (2)

$n_{F{e}_2{\left(S{O}_4\right)}_{3}p/u}=n_{FeS{O}_4}=n_{CuS{O}_4}=n_{Cu}=0,05\left(mol\right)$

Dung dịch Y gồm:

$\begin{array}{l}{n}_{F{e}_2{\left(S{O}_4\right)}_3}=0,5x+0,5y-0,05=0,08.0,5+0,06.0,5-0,05=0,02\left(mol\right)\\ \Rightarrow m_{F{e}_2{\left(S{O}_4\right)}_3}=0,02.400=8\left(gam\right)\end{array}$

$$\begin{gathered} n_{FeS{O}_4}=0,05\left(mol\right)\Rightarrow m_{FeS{O}_4}0,05.152=7,6\left(gam\right) \\ {n}_{CuS{O}_4}=0,05+0,05=0,1\left(mol\right)\Rightarrow m_{CuS{O}_4}=0,1.160=16\left(gam\right) \end{gathered}$$

Ta có:

$$\begin{gathered} n_{C{O}_2}=y\left(mol\right)=0,06\left(mol\right)\Rightarrow m_{C{O}_2}=0,06.44=2,64\left(gam\right) \\ {n}_{S{O}_2}=0,74-0,06=0,68\left(mol\right)\Rightarrow m_{S{O}_2}=0,68.64=43,52\left(gam\right) \end{gathered}$$

Khối lượng dung dịch Y là:

m_{dung dịch} = 22,96 + 78 – 2,64 – 43,52 = 54,8 (gam)

Nồng độ % các chất trong dung dịch Y.

$$\begin{gathered} C{\%}_{F{e}_2{\left(S{O}_4\right)}_3}=\frac{8}{54,8}.100\%=14,60\% \\ C{\%}_{FeS{O}_4}=\frac{7,6}{54,8}.100\%=13,87\% \\ C{\%}_{CuS{O}_4}=\frac{16}{54,8}.100\%=29,20\% \end{gathered}$$