Hòa tan hết 15,0g hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4, FeCO3 và Fe(NO3)2 trong dung dịch chứa NaHSO4 và 0,16 mol HNO3, thu được dung dịch Y và hỗn hợp khí Z gồm CO2 và NO (tỉ lệ mol 1: 4). Nếu cho dung dịch Y hòa tan tối đa 8,64g bột Cu, thấy thoát ra 0,03 mol NO. Nếu cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào Y, thu được 154,4g kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và khí NO là sản phẩm khử duy nhất của các quá trình. Phần trăm khối lượng của Fe đơn chất trong hỗn hợp X là:
A. 48,80
B. 33,60
C. 37,33
D. 29,87
Đáp án C
Có: nCu = 8,64: 64 = 0,135 mol ; nNO = 0,03 mol
nH+ dư = 4nNO = 4.0,03 = 0,12 mol (vì Cu + Y tạo khí NO => H+ dư ) => Y chỉ có Fe3+
- Khi Y + lượng Cu tồi đa => Fe3+ phản ứng hết (Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+)
Bảo toàn electron: nFe3+ + 3nNO = 2nCu => nFe3+ = 2.0,135 – 0,03.3 = 0,18 mol
Khi Y + Ba(OH)2 dư thì nFe(OH)3 = nFe3+ = 0,18 mol
mkết tủa = 154,4g = mFe(OH)3 + mBaSO4 => mBaSO4 = 154,4 – 107.0,18 = 135,14g
=> nBaSO4 = 0,58 mol
- Dung dịch Y chứa: Fe3+ (0,18 mol) ; SO42- (0,58 mol) ; Na+ (0,58 mol) ; H+ dư (0,12 mol)
Bảo toàn điện tích: 3nFe3+ + nNa+ + nH+ dư = 2nSO4 + nNO3 => nNO3 = 0,08 mol
Đặt a, b, c,d lần lượt là số mol của Fe, Fe3O4, FeCO3, Fe(NO3)2
=> mX = 56a + 232b + 116c + 180d = 15 (1)
-Bảo toàn nguyên tố Fe: nnguyên tố Fe(X) = a + 3b + c + d = 0,18 mol = nFe3+ (2)
- Bảo toàn C: nCO2 = nFeCO3 = c => Trong Z: nNO = 4c (vì nCO2: nNO = 1: 4)
X + hỗn hợp dung dịch thì:
Fe cho 3e ; Fe3O4 cho 1e (thực chất là FeO.Fe2O3 => FeO cho 1e) ; FeCO3 cho 1e ; Fe(NO3)2 cho 1e để tạo thành Fe3+
Bảo toàn electron: 3nFe + nFe3O4 + nFeCO3 + nFe(NO3)2 = 3nNO
=> 3a + b + c + d = 3.4c (3)
Bảo toàn N: 2nFe(NO3)2 + nHNO3 = nNO3 (Y) + 4nNO => 2d + 0,16 = 0,08 + 4c (4)
Giả hệ (1,2,3,4) => a = 0,1 ; b = 0,01 ; c = 0,03 ; d = 0,02 mol
=> %mFe = 0,1.56: 15 = 37,33%