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?

Đây là dạng câu hỏi tính toán hóa học cơ bản. Trước hết cần xác định dữ kiện đề bài đang cho dưới dạng khối lượng, số mol hoặc thể tích khí, sau đó chọn công thức phù hợp để tìm kết quả.

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). Khi nung muối đến khối lượng không đổi: 2 Fe(NO3 ) 2 → Fe2O3+ 4NO2+ 1/2O2 a mol → 2a 0,25a 2 Fe(NO3 ) 3 → Fe2O3+ 6NO2+ 3/2O2 b mol → 3b 0,75b Sau khi nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn giảm chính là tổng khối lượng NO2 và O2 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(NO3 ) 3

Ta có: n HNO3 ban đầu = 1,44 mol 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). 2 Fe(NO3 ) 2 → Fe2O3+ 4NO2+ 1/2O2 a mol → 2a 0,25a 2 Fe(NO3 ) 3 → Fe2O3+ 6NO2+ 3/2O2 b mol → 3b 0,75b Sau khi nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn giảm chính là tổng khối lượng NO2 và O2 thoát ra. Ta có hệ: \ a+ b = 0,48; 46(2a+ 3b)+ 32(0,25a+ 0,75b) = 67,84. → \ a = 0,16 mol; b = 0,32 mol. → n NO3- (Y) = 2a+ 3b = 1,28 mol

Bảo 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+ HNO3 → Muối+ Z+ H2O 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( NO3 )3 = (0,32.242.100\% )/(316,48) = 24,47\%

Đáp án C

Từ phân tích trên, đáp án đúng là C. 24,47%.