Hỗn hợp X gồm Mg, Al, Al2O3 và Mg(NO3 ) 2. Cho 8,38 gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch hỗn hợp chứa a mol KNO3 và 0,69 mol KHSO4 thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối trung hoà; 2,576 lít hỗn hợp khí Z (đktc) gồm NO, N2 O và H2 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

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.

Do Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí nên Y chắc chắn có chứa NH4+. Do hỗn hợp X tác dụng với dung dịch hỗn hợp KNO3 và KHSO4 thu được Y và hỗn hợp khí Z có chứa H2 nên trong dung dịch Y không còn ion NO3− (do tính oxi hóa của ion NO3− mạnh hơn H+ ). Mà Y chỉ chứa các muối trung hòa nên thành phần dung dịch Y gồm K+, Mg 2+, Al 3+, NH4+, SO4 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 NH3

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 NH3 ) ta tính được số mol của ion NH4+ 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 N2 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 Al2O3 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. Do Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí nên Y chắc chắn có chứa NH4+. Do hỗn hợp X tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp KNO3 và KHSO4 thu được Y và hỗn hợp khí Z có chứa H2 nên trong dung dịch Y không còn ion NO3−

Do đó thành phần dung dịch Y gồm K+, Mg 2+, Al 3+, NH4+, SO4 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: NH4++ OH− → NH3 ↑+ H2O Mg 2++ 2OH− → Mg(OH) 2 ↓ Al 3++ 3OH− → Al(OH)3 ↓ Al(OH)3+ OH− → AlO2−+ 2H2O

Vậy kết tủa cuối cùng thu được là Mg(OH) 2 và khí thoát ra là khí NH3

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 N2 O

Ta có: \ x+ y = 0,115− 0,06; 30x+ 44y = 1,98-0,06.2. Giải hệ trên được x = 0,04 và y = 0,015 Khi cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp KNO3 và KHSO4 thì xảy ra các bán phản ứng sau: Al2O3+ 6H+ → 2Al 3++ 3H2O NO3−+ 10H++ 8e → NH4++ 3H2O NO3−+ 4H++ 3e → NO+ 2H2O2 NO3−+ 10H++ 8e → N2 O+ 5H2O2H++ 2e → H2

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 = (0,04.27.100\% )/(8,38) = 12,89%

Đáp án B

Từ phân tích trên, đáp án đúng là B. 12,89%.