Kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa (phần 2)

n_SO2 = 0,3 mol;  n_S = 0,05 mol

Ta có : n_{e nhận} = n_{e cho} = 0,3.2 + 0,05.6 = 0,9 mol

\({n_{SO_4^{2 - }}} = \frac{{{n_{e\,\,cho}}}}{2}\) = 0,45 mol

=> m_muối = m_{kim loại} + m_SO4 = 21 + 0,45.96 = 64,2 gam

n_Fe = 0,2 mol; n_Cu = 0,1 mol

Gọi n_NO = x mol;  n_NO2 = y mol

Bảo toàn e: 3n_Fe + 2n_Cu = 3n_NO + n_NO2  => 3x + y = 0,8   (1)

\({\bar M_X} = \frac{{30x + 46y}}{{x + y}} = 19.2\,\,\,(2)\)

Từ (1) và (2) => x = 0,2 ; y = 0,2

=> V = 22,4.(0,2 + 0,2) = 8,96 lít

Ta có 30 <\({\bar M_{hhY}} = \frac{{6,56}}{{0,2}} = 32,8\) => trong hỗn hợp Y chứa NO (khí không màu, hóa nâu trong không khí) và N₂O

Gọi n_NO = a mol;  n_N2O = b mol

\( \to \left\{ \begin{array}{l}a + b = 0,2\\30a + 44b = 6,56\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}a = 0,16\\b = 0,04\end{array} \right.\)

Cho NaOH vào X không có khí mùi khai thoát ra => X không có NH₄NO₃

Gọi n_Al = x mol; n_Mg = y mol

=> 27x + 24y = 7,8  (1)

Bảo toàn e: 3n_Al  + 2n_Mg = 3n_NO + 8n_N2O

=> 3x + 2y = 0,16.3 + 0,04.8   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,2 ;  y = 0,1

=> %m_Al = 0,2.27.100%  / 7,8 = 69,23%

Gọi n_N2O  = a => n_NO = 2a và n_NO2 = 2a

=> a + 2a + 2a = 0,125 => a = 0,025

=> n_N2O  = 0,025 mol;  n_NO = 0,05 mol;  n_NO2 = 0,05 mol

=> n_{e nhận} = 0,025.8 + 0,05.3 + 0,05.1 = 0,4 mol

=> n_NO3 = n_{e cho} = n_{e nhận} = 0,4 mol

Bảo toàn khối lượng: m_muối = m_{hh X} + m_NO3 = 12,8 + 0,4.62 = 37,6 gam

Bảo toàn nguyên tố N: n_HNO3= n_NO2 + n_NO + 2n_N2O + n_NO3 = 0,05 + 0,05 + 0,025.2 + 0,4 = 0,55 mol

Fe chiếm 36,84% khối lượng hỗn hợp => m_Fe = 5,6 gam; m_Cu = 9,6 gam

Vì m_{kim loại dư} > m_{Cu ban đầu}  => Fe dư và Cu chưa phản ứng

=> dung dịch thu được chứa muối sắt (II)

m_{Fe phản ứng} = m_{kl ban đầu}  - m_{kl dư} = 15,2 – 10,72 = 4,48 gam => n_{Fe phản ứng} = 0,08 mol

Bảo toàn electron: 2n_Fe = 2n_SO2  => n_SO2 = n_Fe = 0,08 mol

=> V = 0,08.22,4 = 1,792 lít

m_Fe = 0,4a gam;  m_Cu = 0,6a gam;

vì m_{chất rắn không tan}< m_{Cu ban đầu} => Fe còn dư và Cu chưa phản ứng

=> dung dịch Y chỉ chứa muối Fe(II)

Gọi n_NO = x mol;  n_NO2 = y mol

=>x + y = 0,15  (1)

m_ddHNO3 = 1,4.30 = 42 gam => m_HNO3 = 42 . 60% = 25,2 gam  => n_HNO3 = 0,4 mol

Ta có  n_HNO3 = 4n_NO + 2n_NO2  => 4x + 2y = 0,4   (2)

Từ (1) và (2) =>x = 0,05 và y = 0,1

=> n_{e cho} = 2.n_Fe(NO3)2= n_{e nhận} = 3n_NO + n_NO2 = 3.0,05 + 0,1 = 0,25 mol

=> n_Fe(NO3)2 = 0,125 mol  => m = 22,5gam

Nhận thấy \({\bar M_X} = \frac{{{M_{{N_2}}} + {M_{{N_2}O}}}}{2} = \frac{{28 + 44}}{2} = 36\)

=>n_N2= n_N2O = 0,2 / 2 = 0,1 mol

Ta có: \({m_{Al{{(N{O_3})}_3}}} = 213.\frac{m}{{27}}\,\, = 7,89m\,\, < \,\,8,02m\)=> trong muối có NH₄NO₃

Bảo toàn e: 3n_Al = 10n_N2 + 8n_N2O + 8n_NH4NO3

=>\(3.\frac{m}{{27}} = 10.0,1 + 8.0,1 + 8{n_{NH4NO3}}\,\, \to \,\,{n_{NH4NO3}} = \frac{m}{{72}} - 0,225\)

Khối lượng muối tạo thành : m_muối = m_Al(NO3)3 + m_NH4NO3

=> 8,02m = 213.m/27 + 80.(m/72 – 0,225)  => m = 18,37 gam

Đặt n_NO = amol;  n_NO2 = b mol

=> a + b = 0,2 mol  (1)

\({\bar M_X} = \frac{{30a + 44b}}{{a + b}} = 18,5.2\) (2)

Từ (1) và (2) => a = 0,1 mol; b = 0,1 mol

Nếu sản phẩm khử chỉ có NO và N₂O thì n_{HNO3 phản ứng} = 4n_NO + 10n_N2O = 1,4 mol

Mà theo đầu bài n_{HNO3 phản ứng} = 1.1,6 = 1,6 mol > 1,4 mol

=> trong dung dịch có sản phẩm khử là NH₄NO₃(x mol)

=>n_{HNO3 phản ứng} = 4n_NO + 10n_N2O + 10n_NH4NO3 =>  1,6 = 1,4 + 10x

=> x = 0,02 mol

Bảo toàn e: n_NO3 = n_{e cho} = n_{e nhận} = 3n_NO + 8n_N2O + 8n_NH4NO3 = 1,26 mol

m_muối = m_{kim loại}+ m_gốcNO3+ m_NH4NO3= 36 + 1,26.62 + 0,02.80 = 115,72 gam

n_HNO3 = 1,1 mol;  n_KOH = 0,75 mol

Gọi n_Fe = x mol;  n_Cu = y mol => m_{hh A} = 56x + 64y = 17,6   (1)

Hòa tan hết kim loại bằng dung dịch HNO₃ => X có Cu(NO₃)₂, có thể Fe(NO₃)₃ và Fe(NO₃)₂và có thể HNO₃ dư

=> kết tủa Y nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được CuO và Fe₂O₃

=> m_CuO + m_Fe2O3 = 80x + 80y = 24  (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,2;  y = 0,1

Cô cạn Z thu được rắn T có KNO₃ và có thể có KOH dư

+ Nếu T không có KOH thì n_KNO2 = n_KOH = 0,75 mol

=> m_KNO2 = 63,75 ≠ 62,3 => loại TH này => T có KOH dư

Ta có : n_KNO2 + n_{Koh dư} = 0,75 mol

Và 85.n_KNO2 + 56.n_{KOH dư} =  62,3

=> n_KNO2 = 0,7 mol;  n_{KOH dư} = 0,05 mol

+) Nhận thấy nếu HNO₃ dư thì X gồm Fe(NO₃)₃ 0,2 mol và Cu(NO₃)₂ : 0,1 mol và HNO₃ dư

=> n_{NO3 trong B} = 3.0,2 + 2.0,1 = 0,8 mol > 0,7 mol

=> dung dịch B chứa Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, Cu(NO₃)_­2: 0,1mol

\( \to \left\{ \begin{array}{l}{n_{F{e^{2 + }}}} + {n_{F{e^{3 + }}}} = {n_{Fe}} = 0,2mol\\2{n_{C{u^{2 + }}}} + 2{n_{F{e^{2 + }}}} + 3{n_{F{e^{3 + }}}} = {n_{KN{O_3}}} = 0,7\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}{n_{F{e^{2 + }}}} = 0,1\,\,mol\\{n_{F{e^{3 + }}}} = 0,1\,\,mol\end{array} \right.\)

Coi hỗn hợp khí B gồm N và O

Bảo toàn nguyên tố N: n_N(B) = 1,1 – 0,7 = 0,4 mol

Bảo toàn e: \(2{n_{F{e^{2 + }}}} + 3{n_{F{e^{3 + }}}} + 2{n_{C{u^{2 + }}}} =  - 2{n_O} + 5{n_N}\)

=> 2n_O = 0,4.5 - 2.0,1 -3.0,1 - 0,1.2 = 0,8 mol

=> n_O = 0,65 mol

Khối lượng dung dịch sau phản ứng = 17,6 + 227,3 – 0,65.16 – 0,4.14 = 228,9 gam

=> C%_Fe(NO3)3 = 0,1.242.100% / 228,9 = 10,57%

Hồn hợp X tác dụng với HCl thu được hỗn hợp Y có ZnCl₂, FeCl₂, MgCl₂ và HCl dư. Khi thêm tiếp KNO₃ dư sẽ xảy ra phản ứng oxi hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ tạo khí NO.

Gọi số mol Fe là a => số mol Fe²⁺ cũng bằng a

Xét phản ứng oxi hóa Fe²⁺thành Fe³⁺bằng NO₃^-trong môi trường H⁺ :

\(\eqalign{
& {\rm{F}}{{\rm{e}}^{2 + }}{\rm         { - 1 e }} \to {\rm{ F}}{{\rm{e}}^{3 + }} \cr
& a   ....  a   .......    a   \cr
& \Rightarrow {{\rm{n}}_{e cho}}{\rm{ = a mol }} \cr} \)

\(\begin{array}{l}{{\rm{N}}^{ + 5}}{\rm{   -    3e   }} \to {\rm{   }}{{\rm{N}}^{ + 2}}{\rm{ }}\\{\rm{        }}\,\,\,\,\,\,\,{\rm{   0,3  .....    0,1 mol}}\\ \Rightarrow \sum {{{\rm{n}}_{e nhan }}{\rm{ }}} {\rm{ =  0,3 mol}}\end{array}\)

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:\({{\rm{n}}_{{\rm{F}}{{\rm{e}}^{{\rm{2 + }}}}}}{\rm{ =  a  =  0,3mol }} \Rightarrow {{\rm{m}}_{{\rm{Fe}}}} = 56.0,3 = 16,8gam\)

Gọi n_NO2 = a mol;  n_SO2 = b mol

=> m_B = 46a + 64b = 20,2   (1)

n_B = a + b = 0,4 mol  (2)

Từ (1) và (2) => a = 0,3;   b = 0,1

Ta có: n_NO3 = n_{e NO2 nhận} = 0,3 mol

n_SO4  = n_{e SO2 nhận} / 2 = 0,1.2 / 2 = 0,1

Bảo toàn khối lượng: m_muối = m_{kim loại} + m_{gốc NO3} + m_{gốc SO4} = 23,6 + 0,3.62 + 0,1.96 = 51,8

n_H2SO4 = 0,6 mol và n_H2 = 0,4 => axit dư, Al và Fe tan hết

=> chất rắn còn lại là Cu: n_Cu = 6,4 / 64 = 0,1mol

Ta có: 27n_Al + 56n_Fe = 17,4 - 6,4 = 11 gam

Bảo toàn e: 3n_Al + 2n_Fe = 2n_H2 = 0,8

=> n_Al = 0,2 mol và n_Fe = 0,1 mol

Trong bình chứa Al³⁺ (0,2 mol); Fe²⁺ (0,1 mol), H⁺ (0,4 mol), SO₄^2- (0,6 mol) và Cu (0,1 mol)

Khi thêm vào bình: n_NaNO3= 0,1

Quá trình nhận electron của chất oxi hóa:

4H⁺+  NO₃^-+ 3e →NO + 2H₂O

0,4→ 0,1 → 0,3→ 0,1

Chất khử: n_{e cho} = n_Fe2+ + 2n_Cu = 0,3

Vậy cả H⁺ và NO₃^- đều hết; Fe²⁺  và Cu phản ứng hết tạo ra Fe³⁺và Cu²⁺

=> V_NO = 0,1.22,4 = 2,24 lít

Trong dung dịch chứa Al³⁺, Fe³⁺, Cu²⁺ (tổng 17,4 gam); Na⁺ (0,1 mol); SO₄^2- (0,6 mol)

=> m_muối =77,3gam

n_SO2 = 0,34 mol;  n_S = 0,02 mol

Ta có : n_{e nhận} = n_{e cho} = 0,34.2 + 0,02.6 = 0,8 mol

${{n}_{SO_{4}^{2-}}}=\dfrac{{{n}_{e\,\,cho}}}{2}=\text{ }0,4\text{ }mol$

=> m_muối = m_{kim loại} + m_SO4 = 11,9 + 0,4.96 = 50,3 gam

n_Fe = n_Cu = 0,1 mol

Gọi n_NO = x mol;  n_NO2 = y mol

Bảo toàn e: 3n_Fe + 2n_Cu = 3n_NO + n_NO2  => 3x + y = 0,5   (1)

${{\bar{M}}_{X}}=\frac{30x+46y}{x+y}=19.2\,\,\,(2)$

Từ (1) và (2) => x = 0,125 ; y = 0,125

=> V = 22,4.(0,125 + 0,125) = 5,6 lít

Ta có $30\text{ }<{{\bar{M}}_{hhY}}=\frac{5,18}{0,14}=37$ => trong hỗn hợp Y chứa NO (khí không màu, hóa nâu trong không khí) và N₂O

Gọi n_NO = a mol;  n_N2O = b mol

$ \to \left\{ \begin{gathered}  a + b = 0,14 \hfill \\  30a + 44b = 5,18 \hfill \\ \end{gathered}  \right. \to \left\{ \begin{gathered}  a = 0,07 \hfill \\  b = 0,07 \hfill \\ \end{gathered}  \right.$

Cho NaOH vào X không có khí mùi khai thoát ra => X không có NH₄NO₃

Gọi n_Al = x mol; n_Mg = y mol

=> 27x + 24y = 8,862  (1)

Bảo toàn e: 3n_Al  + 2n_Mg = 3n_NO + 8n_N2O

=> 3x + 2y = 0,07.3 + 0,07.8   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,042;  y = 0,322

=> %m_Al = 0,042.27.100%  / 8,862 = 12,8%

Gọi n_N2O  = a => n_NO = 2a và n_NO2 = 3a

=> a + 2a + 3a = 0,6 => a = 0,1

=> n_N2O  = 0,1 mol;  n_NO = 0,2 mol;  n_NO2 = 0,3 mol

=> n_{e nhận} = 0,1.8 + 0,2.3 + 0,3.1 = 1,7 mol

=> n_NO3 = n_{e cho} = n_{e nhận} = 1,7 mol

Bảo toàn khối lượng: m_muối = m_{hh X} + m_NO3 = 100 + 1,7.62 = 205,4 gam

Bảo toàn nguyên tố N: n_HNO3= n_NO2 + n_NO + 2n_N2O + n_NO3 = 0,3 + 0,2 + 0,1.2 + 1,7 = 2,4 mol

Gọi n_N2O  = a => n_NO = 2a và n_NO2 = 3a

=> a + 2a + 3a = 0,6 => a = 0,1

=> n_N2O  = 0,1 mol;  n_NO = 0,2 mol;  n_NO2 = 0,3 mol

=> n_{e nhận} = 0,1.8 + 0,2.3 + 0,3.1 = 1,7 mol

=> n_NO3 = n_{e cho} = n_{e nhận} = 1,7 mol

Bảo toàn khối lượng: m_muối = m_{hh X} + m_NO3 = 100 + 1,7.62 = 205,4 gam

Bảo toàn nguyên tố N: n_HNO3= n_NO2 + n_NO + 2n_N2O + n_NO3 = 0,3 + 0,2 + 0,1.2 + 1,7 = 2,4 mol

Fe chiếm 40% khối lượng hỗn hợp => m_Fe = 4 gam; m_Cu = 6 gam

Vì m_{kim loại dư} > m_{Cu ban đầu}  => Fe dư và Cu chưa phản ứng

=> dung dịch thu được chứa muối sắt (II)

m_{Fe phản ứng} = m_{kl ban đầu}  - m_{kl dư} = 10 – 6,64 = 3,36 gam => n_{Fe phản ứng} = 0,06 mol

Bảo toàn electron: 2n_Fe = 2n_SO2  => n_SO2 = n_Fe = 0,06 mol

=> V = 0,06.22,4 = 1,344 lít

m_Fe = 0,3a gam;  m_Cu = 0,7a gam;

vì m_{chất rắn không tan} < m_{Cu ban đầu} => Fe còn dư và Cu chưa phản ứng

=> dung dịch Y chỉ chứa muối Fe(II)

Gọi n_NO = x mol;  n_NO2 = y mol

=> x + y = 0,2725  (1)

m_{dd HNO3} = 1,38.50 = 69 gam => m_HNO3 = 69 . 63% = 43,47 gam  => n_HNO3 = 0,69 mol

Ta có  n_HNO3 = 4n_NO + 2n_NO2  => 4x + 2y = 0,69   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,0725 và y = 0,2

=> n_{e cho}  = 2.n_Fe(NO3)2 = n_{e nhận} = 3n_NO + n_NO2 = 3.0,0725 + 0,2 = 0,4175 mol

=> n_Fe(NO3)2 = 0,20875 mol  => m = 37,575 gam

Bước 1: Tính n_N2 và n_N2O

Nhận thấy ${{\bar{M}}_{X}}=\dfrac{{{M}_{{{N}_{2}}}}+{{M}_{{{N}_{2}}O}}}{2}=\dfrac{28+44}{2}=36$

=> n_N2 = n_N2O  = 0,24 / 2 = 0,12 mol

Bước 2: Kiểm tra muối tạo thành có NH₄NO₃ không

Ta có: ${m_{Al{{(N{O_3})}_3}}} = 213.\dfrac{m}{{27}}\,\, = 7,89m\,\, < \,\,8m$

=> Trong muối có NH₄NO₃

Bảo toàn e: 3n_Al = 10n_N2 + 8n_N2O + 8n_NH4NO3  

=> $3.\dfrac{m}{27}=10.0,12+8.0,12+8{{n}_{NH4NO3}}\,\,\to \,\,{{n}_{NH4NO3}}=\dfrac{m}{72}-0,27$

Bước 3: Tính m_muối tạo thành

Khối lượng muối tạo thành : m_muối = m_Al(NO3)3 + m_NH4NO3

=> 8m = 213.m/27 + 80.(m/72 – 0,27)  => m = 21,6 gam

Đặt n_NO = amol;  n_NO2 = b mol

=> a + b = 0,25 mol  (1)

${{\bar{M}}_{X}}=\frac{30a+44b}{a+b}=16,4.2$ (2)

Từ (1) và (2) => a = 0,2 mol; b = 0,05 mol

Nếu sản phẩm khử chỉ có NO và N₂O thì n_{HNO3 phản ứng} = 4n_NO + 10n_N2O = 1,3 mol

Mà theo đầu bài n_{HNO3 phản ứng} = 0,95.1,5 = 1,425 mol > 1,3 mol

=> trong dung dịch có sản phẩm khử là NH₄NO₃ (x mol)

=> n_{HNO3 phản ứng} = 4n_NO + 10n_N2O + 10n_NH4NO3 =>  1,425 = 1,3 + 10x

=> x = 0,0125 mol

Bảo toàn e: n_NO3 = n_{e cho} = n_{e nhận} = 3n_NO + 8n_N2O + 8n_NH4NO3 = 1,1 mol

m_muối = m_{kim loại} + m_{gốc NO3} + m_NH4NO3 = 29 + 1,1.62 + 0,0125.80 = 98,2 gam