by Hỗn hợp X gồm Mg, Al, Al$_{2}$O$_{3}$ và Mg(NO$_{3}$)$_{2}$. Cho 8,38 gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch hỗn hợp chứa a mol KNO$_{3}$ và 0,69 mol KHSO$_{4}$ thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối trung hoà; 2,576 lít hỗn hợp khí Z (đktc) gồm NO, N$_{2}$O và H$_{2}$ có tỉ khối so với hiđro là 198/23. Dung dịch Y tác dụng tối đa với dung dịch chứa 0,68 mol NaOH thu được 12,18 gam kết tủa và có 0,448 lít khí thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn. Phần trăm khối lượng Al trong hỗn hợp X là
A. 9,67%
B. 12,89%
C. 16,11%
D. 3,22%
Hướng dẫn
Chọn phương án: B
Phương pháp giải:
Do Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí nên Y chắc chắn có chứa NH$_{4}$$^{+}$.
Do hỗn hợp X tác dụng với dung dịch hỗn hợp KNO$_{3}$ và KHSO$_{4}$ thu được Y và hỗn hợp khí Z có chứa H$_{2}$ nên trong dung dịch Y không còn ion NO$_{3}$$^{-}$ (do tính oxi hóa của ion NO$_{3}$$^{-}$ mạnh hơn H$^{+}$).
Mà Y chỉ chứa các muối trung hòa nên thành phần dung dịch Y gồm K$^{+}$, Mg$^{2+}$, Al$^{3+}$, NH$_{4}$$^{+}$, SO$_{4}$$^{2-}$.
Sơ đồ phản ứng:
Khi cho Y tác dụng tối đa với dung dịch NaOH thì kết tủa cuối cùng thu được là Mg(OH)$_{2}$ và khí thoát ra là khí NH$_{3}$.
Từ khối lượng kết tủa (là Mg(OH)$_{2}$) ta tính được số mol Mg$^{2+}$ có trong dung dịch Y.
Từ thể tích khí thoát ra (là khí NH$_{3}$) ta tính được số mol của ion NH$_{4}$$^{+}$ trong dung dịch Y.
Từ số mol NaOH phản ứng tối đa với dung dịch Y ta tính được số mol Al$^{3+}$ có trong dung dịch Y.
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích với dung dịch Y ta tính được số mol ion K$^{+}$, từ đó suy ra n$_{KNO3}$
Dùng định luật bảo toàn khối lượng ta tính được n$_{H2O}$
Áp dụng bảo toàn nguyên tố H ta tìm được n$_{H2}$
Từ đó tính được số mol của NO và N$_{2}$O trong hỗn hợp khí Z.
Học sinh dựa vào các bán phản ứng để tính được số mol H$^{+}$ phản ứng bằng
n$_{H+ phản ứng }$= 6.n$_{Al2O3}$ + 10.n$_{NH4+}$ + 4.n$_{NO}$ + 10.n$_{N2O}$ + 2.n$_{H2}$
Từ đó học sinh tính được số mol Al$_{2}$O$_{3}$ trong hỗn hợp X.
Dùng định luật bảo toàn nguyên tố Al ta tính được số mol Al trong hỗn hợp X
Từ đó tính được % khối lượng Al trong hỗn hợp X.
Lời giải chi tiết:
Do Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí nên Y chắc chắn có chứa NH$_{4}$$^{+}$.
Do hỗn hợp X tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp KNO$_{3}$ và KHSO$_{4}$ thu được Y và hỗn hợp khí Z có chứa H$_{2}$ nên trong dung dịch Y không còn ion NO$_{3}$$^{-}$.
Do đó thành phần dung dịch Y gồm K$^{+}$, Mg$^{2+}$, Al$^{3+}$, NH$_{4}$$^{+}$, SO$_{4}$$^{2-}$.
Sơ đồ phản ứng:
Khi cho Y tác dụng tối đa với dung dịch NaOH thì xảy ra các phương trình phản ứng sau:
NH$_{4}$$^{+}$ + OH$^{-}$ → NH$_{3}$↑ + H$_{2}$O
Mg$^{2+}$ + 2OH$^{-}$ → Mg(OH)$_{2}$↓
A. l$^{3+}$ + 3OH$^{-}$ → Al(OH)$_{3}$↓
A. l(OH)$_{3}$ + OH$^{-}$ → AlO$_{2}$$^{-}$ + 2H$_{2}$O
Vậy kết tủa cuối cùng thu được là Mg(OH)$_{2}$ và khí thoát ra là khí NH$_{3}$.
Ta có: m$_{Mg(OH)2 }$= 12,18 gam → n$_{Mg(OH)2 }$= 0,21 mol → n$_{Mg2+ }$= 0,21 mol
V$_{NH3 }$= 0,448 lít → n$_{NH3 }$= 0,02 mol → n$_{NH4+ }$= 0,02 mol
Ta có số mol NaOH phản ứng tối đa bằng: n$_{NaOH phản ứng }$= 2.n$_{Mg2+}$ + 4.n$_{Al3+}$ + n$_{NH4+ }$= 0,68 mol
Suy ra số mol Al$^{3+}$ bằng (0,68 – 0,02 – 0,21.2) : 4 = 0,06 mol
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích với dung dịch Y ta suy ra n$_{K+ }$= 0,76 mol
→ n$_{KNO3 }$= 0,76 – 0,69 = 0,07 mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m$_{X}$ + m$_{KNO3 }$+ m$_{KHSO4 }$= m$_{chất tan trong Y}$ + m$_{Z}$ + m$_{H2O}$
→ m$_{H2O }$= m$_{X}$ + m$_{KNO3 }$+ m$_{KHSO4 }$- (m$_{chất tan trong Y}$ + m$_{Z}$)
= 8,38 + 0,07. 101 + 0,69.136 – (0,76.39 + 0,21.24 + 0,06.27 + 0,02.18 + 0,69. 96 + 1,98) = 4,41 gam
→ n$_{H2O }$= 0,245 mol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố H ta có: n$_{KHSO4 }$= 4.n$_{NH4+}$ + 2.n$_{H2}$ + 2.n$_{H2O}$
→ n$_{H2 }$= 0,06 mol
Gọi x, y lần lượt là số mol của NO và N$_{2}$O. Ta có:
\(\left\{ \begin{array}{l}x + y = 0,115 – 0,06\\30x + 44y = 1,98-0,06.2\end{array} \right.\)
Giải hệ trên được x = 0,04 và y = 0,015
Khi cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp KNO$_{3}$ và KHSO$_{4}$ thì xảy ra các bán phản ứng sau:
A. l$_{2}$O$_{3}$ + 6H$^{+}$ → 2Al$^{3+}$ + 3H$_{2}$O
NO$_{3}$$^{-}$ + 10H$^{+}$ + 8e → NH$_{4}$$^{+}$ + 3H$_{2}$O
NO$_{3}$$^{-}$ + 4H$^{+}$ + 3e → NO + 2H$_{2}$O
2 NO$_{3}$$^{-}$ + 10H$^{+}$ + 8e → N$_{2}$O + 5H$_{2}$O
2H$^{+}$ + 2e → H$_{2}$
Do đó: n$_{H+ phản ứng }$= 6.n$_{Al2O3}$ + 10.n$_{NH4+}$ + 4.n$_{NO}$ + 10.n$_{N2O}$ + 2.n$_{H2 }$= 0,69 mol
→ n$_{Al2O3 }$= (0,69 – 0,02.10 – 0,04.4 – 0,015.10 – 0,06.2) : 6 = 0,01 mol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Al ta tính được số mol Al trong hỗn hợp X bằng:
n$_{Al (X) }$= n$_{Al3+}$ – 2.n$_{Al2O3 }$= 0,06 – 2.0,01 = 0,04 mol
Vậy %m$_{Al }$= \(\frac{{0,04.27.100\% }}{{8,38}}\) = 12,89%
Đáp án B
