by Để 26,88 gam phôi Fe ngoài không khí một thời gian, thu được hỗn hợp rắn X gồm Fe và các oxit. Hòa tan hết X trong 288 gam dung dịch HNO$_{3}$ 31,5%, thu được dung dịch Y chứa các muối và hỗn hợp khí Z gồm 2 khí, trong đó oxi chiếm 61,11% về khối lượng. Cô cạn Y, rồi nung đến khối lượng không đổi thấy khối lượng chất rắn giảm 67,84 gam. Xác định nồng độ % Fe(NO$_{3}$)$_{3}$ trong Y?
A. 28,14%
B. 26,36%
C. 24,47%
D. 25,19%
Hướng dẫn
Chọn phương án: C
Phương pháp giải:
Cô cạn Y thu được chất rắn khan gồm Fe(NO$_{3}$)$_{2}$ (a mol) và Fe(NO$_{3}$)$_{3}$ (b mol).
B. ảo toàn nguyên tố Fe ta có: a + b = n$_{Fe }$= 26,88 : 56 = 0,48 (mol).
Khi nung muối đến khối lượng không đổi:
2 Fe(NO$_{3}$)$_{2}$ → Fe$_{2}$O$_{3}$ + 4NO$_{2}$ + 1/2O$_{2}$
a mol → 2a 0,25a
2 Fe(NO$_{3}$)$_{3}$ → Fe$_{2}$O$_{3}$ + 6NO$_{2}$ + 3/2O$_{2}$
b mol → 3b 0,75b
Sau khi nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn giảm chính là tổng khối lượng NO$_{2}$ và O$_{2}$ thoát ra.
Từ đó lập hệ phương trình tìm được a và b. Khi đó tính được n$_{NO3- (Y) }$= 2a + 3b
Dùng bảo toàn nguyên tố N để tính được n$_{N (Z)}$
Từ oxi chiếm 61,11% về khối lượng nên tính được m$_{Z}$, n$_{O (Z).}$
Quy đổi X thành Fe và O.
Áp dụng định luật bảo toàn electron để tìm khối lượng X.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m$_{dung dịch Y }$= m$_{X}$ + m$_{dd HNO3 }$- m$_{Z}$
Vậy tìm được nồng độ % của Fe(NO$_{3}$)$_{3}$.
Lời giải chi tiết:
Ta có: n$_{HNO3 ban đầu }$= 1,44 mol
Cô cạn Y thu được chất rắn khan gồm Fe(NO$_{3}$)$_{2}$ (a mol) và Fe(NO$_{3}$)$_{3}$ (b mol).
B. ảo toàn nguyên tố Fe ta có: a + b = n$_{Fe }$= 26,88 : 56 = 0,48 (mol).
2 Fe(NO$_{3}$)$_{2}$ → Fe$_{2}$O$_{3}$ + 4NO$_{2}$ + 1/2O$_{2}$
a mol → 2a 0,25a
2 Fe(NO$_{3}$)$_{3}$ → Fe$_{2}$O$_{3}$ + 6NO$_{2}$ + 3/2O$_{2}$
b mol → 3b 0,75b
Sau khi nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn giảm chính là tổng khối lượng NO$_{2}$ và O$_{2}$ thoát ra.
Ta có hệ: \(\left\{ \begin{array}{l}a + b = 0,48\\46(2a + 3b) + 32(0,25a + 0,75b) = 67,84\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}a = 0,16{\rm{ mol}}\\{\rm{b = 0,32 mol}}\end{array} \right.\)
→ n$_{NO3- (Y) }$= 2a + 3b = 1,28 mol
B. ảo toàn nguyên tố N ta có:
n$_{N(trong Z) }$= n$_{HNO3}$ – n$_{NO3- (Y) }$= 1,44 – 1,28 = 0,16 mol
Vì trong hỗn hợp khí Z oxi chiếm 61,11% về khối lượng nên nitơ chiếm 38,89% về khối lượng.
→ m$_{Z }$= m$_{N}$.(100/38,89) = 0,16.14.(100/38,89) = 5,76 gam
Ta có: n$_{O (Z) }$= 5,76.61,11%/16 = 0,22 (mol)
Quy đổi X thành Fe (0,48 mol) và O (x mol).
Áp dụng định luật bảo toàn electron: 2.n$_{Fe2+}$ + 3.n$_{Fe3+}$ + 2.n$_{O (Z) }$= 2.n$_{O (X)}$ + 5.n$_{N (Z)}$
⇒ 0,16.2 + 0,32.3 + 0,22.2 = 2x + 0,16.5 → x = 0,46 mol
→ m$_{X }$= m$_{Fe}$ + m$_{O }$= 26,88 + 0,46.16 = 34,24 (gam)
Sơ đồ: X + HNO$_{3}$ → Muối + Z + H$_{2}$O
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
m$_{dung dịch Y }$= m$_{X}$ + m$_{dd HNO3 }$- m$_{Z}$ = 34,24 + 288 – 5,76 = 316,48 (gam)
Vậy
\(C{\% _{Fe\left( {NO3} \right)3}} = \frac{{0,32.242.100\% }}{{316,48}} = {\text{ }}24,47\% \)
Đáp án C
