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 HNO₃ 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(NO₃)₃ trong Y?

A. 28,14%

B. 26,36%

C. 24,47%

D. 25,19%

Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án

Môn: Hóa Học Lớp 12

Chủ đề: Tổng hợp Vô cơ 12

Bài: Tổng hợp vô cơ

Lời giải:

Báo sai

Bước 1: Tính nFe(NO₃)₂ và nFe(NO₃)₃

- Cô cạn Y thu được chất rắn khan gồm Fe(NO₃)₂(a mol) và Fe(NO₃)₃ (b mol).

Bảo toàn nguyên tố Fe ta có: a + b = n_Fe= 26,88 : 56 = 0,48 (mol).

\(\begin{array}{*{20}{l}} {2{\rm{ }}Fe{{\left( {N{O_3}} \right)}_2}\; \to {\rm{ }}F{e_2}{O_3}\; + {\rm{ }}4N{O_2}\; + {\rm{ }}1/2{O_2}}\\ {\;a{\rm{ }}mol{\rm{ }} \to \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;2a\;\;\;\;\;\;\;\;0,25a}\\ {2{\rm{ }}Fe{{\left( {N{O_3}} \right)}_3}\; \to {\rm{ }}F{e_2}{O_3}\; + {\rm{ }}6N{O_2}\; + {\rm{ }}3/2{O_2}}\\ {\;b{\rm{ }}mol{\rm{ }} \to \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;3b\;\;\;\;\;\;\;\;\;0,75b} \end{array}\)

- Sau khi nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn giảm chính là tổng khối lượng NO₂ và O₂ thoát ra: 46(2a + 3b) + 32(a/4 + 3b/4) = 67,84

Ta có hệ:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} a + b = 0,48\\ 46(2a + 3b) + 32(0,25a + 0,75b) = 67,84 \end{array} \right.\\ \to \left\{ \begin{array}{l} a = 0,16mol\\ b = 0,32mol \end{array} \right.\\ \to {\rm{ }}{n_{N{O_3}^ - {\rm{ }}\left( Y \right)\;}} = {\rm{ }}2a{\rm{ }} + {\rm{ }}3b{\rm{ }} = {\rm{ }}2.0,16{\rm{ }} + {\rm{ }}3.0,32{\rm{ }} = {\rm{ }}1,28{\rm{ }}mol \end{array}\)

Bước 2: Tính n_{O (Z)}

- Ta có: n_HNO3 ban đầu = 1,44 mol

Bảo toàn nguyên tố N: 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)

Bước 3: Tính m_X

- Quy đổi X thành Fe (0,48 mol) và O (x mol).

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {2.{n_{F{e^{2 + }}}}\; + {\rm{ }}3.{n_{F{e^{3 + }}}}\; + {\rm{ }}2.{n_{O{\rm{ }}\left( Z \right)\;}} = {\rm{ }}2.{n_{O{\rm{ }}(X)}}\; + {\rm{ }}5.{n_{N{\rm{ }}(Z)}}}\\ { \Rightarrow {\rm{ }}0,16.2{\rm{ }} + {\rm{ }}0,32.3{\rm{ }} + {\rm{ }}0,22.2{\rm{ }} = {\rm{ }}2x{\rm{ }} + {\rm{ }}0,16.5{\rm{ }} \to {\rm{ }}x{\rm{ }} = {\rm{ }}0,46{\rm{ }}mol}\\ { \to {\rm{ }}{m_{X\;}} = {\rm{ }}{m_{Fe}}\; + {\rm{ }}{m_{O\;}} = {\rm{ }}26,88{\rm{ }} + {\rm{ }}0,46.16{\rm{ }} = {\rm{ }}34,24{\rm{ }}\left( {gam} \right)} \end{array}\)

Bước 4: Tính C%_Fe(NO3)3

Sơ đồ: X + HNO₃ → Muối + Z + H₂O

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

\({m_{dd{\rm{ }}Y\;}} = {\rm{ }}{m_X}\; + {\rm{ }}{m_{dd{\rm{ }}HN{O_3}\;}} - {\rm{ }}{m_Z}\; = {\rm{ }}34,24{\rm{ }} + {\rm{ }}288{\rm{ }} - {\rm{ }}5,76{\rm{ }} = {\rm{ }}316,48{\rm{ }}\left( {gam} \right)\)

Vậy \(C{\% _{Fe{{(N{O_3})}_3}}} = \frac{{0,32.242.100\% }}{{316,48}} = \;24,47\% \)