Giải câu V.2 trong đề thi học sinh giỏi Quốc gia môn Hóa học năm 2020 - Ngày thứ nhất

Câu V.2 trong đề thi HSG QG 2020 NGÀY THỨ NHẤT

2. Quặng smaltit dùng dùng để sản xuất nicken thường có hàm lượng nicken thấp và lẫn một số kim loại như sắt và coban. Sau khi đốt cháy quặng smaltit được hỗn hợp chất rắn B1 gồm NiO, Fe3O4 và Co3O4. Hòa tan tan B1 trong HNO3 đặc, dư, được dung dịch B2. Thêm CaCO3 dư vào B2, sau khi phản ứng kết thúc, được kết tủa Y1. Thêm tiếp clorua vôi vừa đủ vào hỗn hợp phản ứng được kết tủa Y2. Lọc tách Y1, Y2 và CaCO3 dư, thu lấy dung dịch B3. Thêm dung dịch xút dư vào B3, lọc lấy kết tủa rồi nung trong bình kín tới khối lượng không đổi, được chất rắn Y3. Nung Y3 trong dòng khí H2, được chất rắn Y4 là nicken kim loại có lẫn một lượng nhỏ coban kim loại.

a. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra trong quá trình điều chế niken trên

b. Để điều chế niken từ Y, người ta thực hiện qui trình như sau: Đun Y4 ở áp suất cao đến 80oC, được Y5 và Y6 lần lượt là phức cacbonyl của niken và coban. Khi giảm áp suất, Y6 dần chuyển thành Y7 khó bay hơi. Làm bay hơi Y5 khỏi hợp rồi phân hủy ở 230oC, được niken có độ tinh khiết cao. Biết phần trăm khối lượng cacbon trong Y5, Y6 và Y7 lần lượt là 28,12%, 28,08% và 25,19%/

Sử dụng quy tắt mười tám electron, xác định công thức phân tử và vẽ cấu trúc của Y5, Y6 và Y7.

Bài làm

a.- B1 + HNO3 dư

NiO + 2HNO3 → Ni(NO3)2 + H2O

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

Co3O4 + 6HNO3 → 3Co(NO3)2 + 1/2 O2 + 3H2O

B2: HNO3, Ni(NO3)2, Fe(NO3)3, Co(NO3)2 + CaCO3 dư

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

2Fe(NO3)3 + 3CaCO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CO2 +3 Ca(NO3)2

Y1: Fe(OH)3, CaCO3

Thêm tiếp CaOCl2: Oxi hóa Co2+ thành Co3+ mà không oxi hóa Ni2+

2Co(NO3)2 + 2CaCO3 + CaOCl2 + 3H2O → 2Co(OH)3 + CaCl2 + 2Ca(NO3)2 + 2CO2

Y2: Co(OH)3, CaCO3

Lọc bỏ kết tủa Y1, Y2 và CaCO3 dư

B3: Ni(NO3)2, Co(NO3)2, CaCl2, Ca(NO3)2 + NaOH dư. Lọc lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi

Ni(NO3)2 + 2NaOH → Ni(OH)2 + 2NaNO3

DeThi.edu.vn

Co(NO3)2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2NaNO3

Ni(OH)2 → NiO + H2O

6Co(OH)2 + O2 → 2Co3O4 + 6H2O

Y3: NiO và Co3O4 nung trong dòng khí H2

NiO + H2 → Ni + H2O

Co3O4 + 4H2 → 3Co + 4H2O

Y4: Ni và một ít Co

b. Y4 + CO→ Y5 +Y6

Y5 chứa 28,12% C → Ni(CO)4

Y6 chứa chứa 28,08%C → Co2(CO)8 ( Không thể Co(CO)4 vì có lẻ 1e, không đủ 18e)

Y7 chứa 25,19%C → Co4(CO)12

Nung Y4 với CO ở áp suất cao đến 80oC

Ni + 4CO → Ni(CO)4

2Co + 8CO → Co2(CO)8

Khi giảm áp suất

2Co2(CO)8 → Co4(CO)12 + 4CO

Y7 khó bay hơi

Làm bay hơi Y5 và phân hủy ở 230oC

Ni(CO)4 → Ni + 4CO

Cấu tạo của Y5: số electron của Ni: 10 + 8 =18e

DeThi.edu.vn

Cấu tạo của Y6: Co (Z=27)

Số e của Co: 8 + 2 + 8 =18e

Cấu tạo của Y7: Số e của Co: 6 + 6 + 6 =18e

GVTH: NGUYỄN THANH PHƯƠNG

Góp ý qua mail: nguyenthanhphuongtv@gmail.com

DeThi.edu.vn