Cho 3,94 gam hỗn hợp X gồm C, P, S vào dung dịch HNO3 đặc nóng dư. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp hai khí trong đó có 0,9 mol khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch Y. Đem dung dịch Y tác dụng với dung dịch BaCl2 dư thu được 4,66 gam một chất kết tủa. Mặt khác, khi đốt cháy hoàn toàn 3,94 gam hỗn hợp X trong oxi dư, lấy toàn bộ khí tạo thành hấp thụ hết vào dung dịch chứa 0,2 mol KOH và 0,15 mol NaOH thu được dung dịch chứa m gam chất tan, Giá trị của m là A. .16,15 B. 16,18. C. 20,68. D. 15,64.

Đáp án:

$m_{muối} = 23,02\ (gam)$ hoặc $m_{muối} = 21,24\ (gam)$

Giải thích các bước giải:

Gọi $n_C = a(mol) ; n_P = b(mol) ; n_S = c(mol)$
$⇒ 12a + 31b + 32c = 3,94(1)$
$C^0 → C^{4+} + 4e$
$P^0 → P^{5+} + 5e$
$S^0 → S^{6+} + 6e$
$N^{5+} + 1e → N^{4+}$
Bảo toàn electron $⇒ 4a + 5b + 6c = 0,9(2)$
Trong dung dịch Y chứa $H_2SO_4,H_3PO_4,HNO_{3\ \text{dư}}$
TH 1 : Kết tủa là $Ba_3(PO_4)_2$
Ta có : $n_{H_3PO_4} = n_P = b\ (mol)$
$2H_3PO_4 + 3BaCl_2 → Ba_3(PO_4)_2 + 6HCl$ 
Theo PTHH trên: $n_{Ba_3(PO_4)_2} = \dfrac{1}{2}n_{H_3PO_4} = 0,5b\ (mol)$
$⇒ 0,5b.601 = 4,66(3)$
Từ (1) (2) và (3) suy ra $\begin{cases} a = 0,1 \\ b =0,016 \\ c = 0,07 \end{cases}$
$C + O_2 \xrightarrow{t^o} CO_2$
$S + O_2 \xrightarrow{t^o} SO_2$
Theo các PT trên: $ n_{SO_2} = n_S = 0,07\ (mol),  n_{CO_2} = n_C = 0,1\ (mol)$
$4P + 5O_2 \xrightarrow{t^o} 2P_2O_5$
Coi hỗn hợp NaOH và KOH là ROH
có : $\dfrac{n_{ROH}}{n_{CO2} + n_{SO2}} = \dfrac{0,2+0,15}{0,1+0,07} = 2,05>2$
⇒ sản phẩm tạo muối trung hòa và kiềm dư
Giả sử hỗn hợp khí $SO_2$ và $CO_2$ là $XO_2$
$n_{XO_2} = n_{CO_2} + n_{SO_2} = 0,1 + 0,07 = 0,17(mol),\ m_{XO_2}=8,88\ g$
$2ROH + XO_2 → R_2XO_3 + H_2O$
$ n_{H_2O} = n_{XO_2} = 0,17 = 0,17(mol)$
Bảo toàn khối lượng , ta có :
$m_{ROH} + m_{XO_2} = m_{muối} + m_{H_2O}$
$⇒ m_{NaOH} + m_{KOH} + m_{XO_2} = m_{muối} + m_{H_2O}$
$⇒ m_{muối} =0,15.40+ 0,2.56 + 8,88 - 0,17.18 = 23,02\ (gam)$
TH 2 : Kết tủa là $BaSO_4$
có : $n_{H_2SO_4} = n_S = c(mol)$
$H_2SO_4 + BaCl_2 → BaSO_4 + 2HCl$
$⇒ m_{BaSO_4} = 233c = 4,66(4)$
Từ (1) (2) và (4) suy ra $\begin{cases} a = 0,12 \\ b = 0,06 \\ c = 0,02 \end{cases}$
$C + O_2 \xrightarrow{t^o} CO_2$
$S + O_2 \xrightarrow{t^o} SO_2$
$⇒ n_{SO_2} = n_S = 0,02(mol);\ n_{CO_2} = n_C = 0,12(mol)$
$4P + 5O_2 \xrightarrow{t^o} 2P_2O_5$
Coi hỗn hợp NaOH và KOH là ROH
có : $\dfrac{n_{ROH}}{n_{CO2} + n_{SO2}} = \dfrac{0,2+0,15}{0,12+0,02} = 2,5>2$
nên sản phẩm tạo muối trung hòa và kiềm dư
Giả sử hỗn hợp khí $SO_2$ và $CO_2$ là $XO_2$
$n_{XO_2} = n_{CO_2} + n_{SO_2} = 0,12 + 0,02 = 0,14(mol),\ m_{XO_2}=6,56\ g$
$2ROH + XO_2 → R_2XO_3 + H_2O$
$n_{H_2O} = n_{XO_2} = 0,14 = 0,14(mol)$
Bảo toàn khối lượng , ta có :
$m_{ROH} + m_{XO_2} = m_{muối} + m_{H_2O}$
$⇒ m_{NaOH} + m_{KOH} + m_{XO_2} = m_{muối} + m_{H_2O}$
$⇒ m_{muối} = 0,2.56 + 0,15.40 + 6,56 - 0,14.18 = 21,24(gam)$