Hòa tan hoàn toàn 11,6 gam hỗn hợp A gồm Fe và Cu vào dung dịch chứa 0,35 mol $\text{HNO}_{3}$ và 0,4 mol $\text{HCl}$. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X chỉ chứa các muối và 4,958 lít (đkc) hỗn hợp hai khí Y gồm $\text{NO}$ và $\text{NO}_{2}$ có tỉ khối so với $\text{H}_{2}$ bằng 19,8.Cho dung dịch $\text{AgNO}_{3}$ dư vào dung dịch X, thu được m gam kết tủa. Tính giá trị của m.

Question

Quỳnh Anh · Accepted Answer

{"userId":5440289,"userName":"vudung2013"}

1. Phân tích hỗn hợp khí Y

• $n_Y = \frac{4,958}{24,79} = 0,2 \text{ mol}$ (ở đkc 25°C, 1 bar, $V_m = 24,79$ l/mol).

• Khối lượng mol trung bình $\overline{M}_Y = 19,8 \times 2 = 39,6 \text{ g/mol}$.

• Gọi $n_{NO} = a$ và $n_{NO_2} = b$. Ta có hệ phương trình:

$\begin{cases}a+b=0,2\ 30a+46b=0,2\times 39,6=7,92\end{cases}\Rightarrow \begin{cases}a=0,08\ b=0,12\end{cases}$

________________________________________

2. Xác định các thành phần trong dung dịch X

• Tổng số mol $H^{+}$ ban đầu: $n_{H^+} = n_{HNO_3} + n_{HCl} = 0,35 + 0,4 = 0,75 \text{ mol}$.

• Lượng $H^{+}$ phản ứng tạo khí: $n_{H^+ \text{ pư}} = 4n_{NO} + 2n_{NO_2} = 4(0,08) + 2(0,12) = 0,56 \text{ mol}$.

• Vì $0,56 < 0,75$ nên $H^{+}$ dư, kim loại tan hết và $NO_{3}^{-}$ hết (do dung dịch X chỉ chứa muối).

• Bảo toàn nguyên tố N: $n_{NO_3^- \text{ trong X}} = n_{HNO_3} - n_{NO} - n_{NO_2} = 0,35 - 0,08 - 0,12 = 0,15 \text{ mol}$.

• Dung dịch X gồm: $Fe^{n+}, Cu^{2+}, Cl^- (0,4 \text{ mol}), NO_3^- (0,15 \text{ mol})$.

________________________________________

3. Tính số mol kim loại

Gọi $n_{Fe} = x$ và $n_{Cu} = y$.

• Khối lượng hỗn hợp: $56x + 64y = 11,6$ (1)

• Bảo toàn điện tích trong dung dịch X: $nx + 2y = n_{Cl^-} + n_{NO_3^-} = 0,4 + 0,15 = 0,55$ (2)

• Bảo toàn electron cho cả quá trình: $nx + 2y = 3n_{NO} + 1n_{NO_2} = 3(0,08) + 0,12 = 0,36$.

o Lưu ý: Có sự mâu thuẫn giữa bảo toàn điện tích và bảo toàn electron nếu giả định Fe lên hết $Fe^{3+}$. Điều này chứng tỏ trong X có cả $Fe^{2+}$ và $Fe^{3+}$.

• Từ (1) và bảo toàn e: $nx + 2y = 0,36$.

o Nếu $n=2 \Rightarrow 56x + 64y = 11,6$ và $2x + 2y = 0,36 \Rightarrow x = 0,1; y = 0,08$.

o Kiểm tra điện tích: $2(0,1) + 2(0,08) = 0,36 < 0,55$. Vậy dung dịch X còn $H^{+}$ dư.

o $n_{H^+ \text{ dư}} = 0,75 - 0,56 = 0,19 \text{ mol}$.

o Tổng điện tích dương: $0,36 (kim loại) + 0,19 (H^+) = 0,55$ (Khớp với điện tích âm).

________________________________________

4. Phản ứng với $AgNO_{3}$ dư

Khi cho $AgNO_{3}$ dư vào X, xảy ra các phản ứng:

1. $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

2. $3Fe^{2+} + 4H^+ + NO_3^- \rightarrow 3Fe^{3+} + NO + 2H_2O$

3. $Fe^{2+} + Ag^+ \rightarrow Fe^{3+} + Ag \downarrow$

• $n_{AgCl} = n_{Cl^-} = 0,4 \text{ mol}$.

• Số mol $Fe^{2+}$ dư sau khi phản ứng với $H^{+}/NO_{3}^{-}$:

o $n_{Fe^{2+} \text{ pư với } H^+} = \frac{3}{4} n_{H^+} = \frac{3}{4} \times 0,19 = 0,1425 \text{ mol}$.

o Tuy nhiên, $n_{Fe}$ tổng chỉ có $0,1 \text{ mol}$. Điều này có nghĩa là toàn bộ $Fe^{2+}$ bị $H^{+}/NO_{3}^{-}$ oxy hóa hết, không còn để tạo $Ag$.

• Kết tủa chỉ gồm AgCl.

$m=m_{AgCl}=0,4\times 143,5=\mathbf{57,4}\text{ gam.}$

Timi · Answer

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:

1. **Tính số mol của hỗn hợp A**:
   Gọi số mol của Fe và Cu lần lượt là $ n_{Fe} $ và $ n_{Cu} $.
   Khối lượng mol của Fe là 56 g/mol, của Cu là 64 g/mol. 
   Ta có:
   $$
   56n_{Fe} + 64n_{Cu} = 11,6 \quad (1)
   $$

2. **Tính số mol của HNO3 và HCl**:
   HNO3 và HCl có trong dung dịch:
   - Số mol HNO3: 0,35 mol
   - Số mol HCl: 0,4 mol

3. **Phản ứng với HNO3**:
   - Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
   - Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO + 2H2O

4. **Phản ứng với HCl**:
   - Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
   - Cu + 2HCl → CuCl2 + H2

5. **Tính số mol khí Y**:
   Hỗn hợp khí Y chứa NO và NO2 với tỉ khối so với H2 là 19,8. 
   Tính khối lượng mol trung bình của khí Y:
   $$
   \text{M}_{Y} = 19,8 \times 2 = 39,6 \text{ g/mol}
   $$
   Từ đó, ta có thể tính số mol khí Y:
   $$
   n_{Y} = \frac{4,958 \text{ lít}}{22,4 \text{ lít/mol}} \approx 0,221 \text{ mol}
   $$

6. **Tính số mol của Fe và Cu**:
   Từ phản ứng, tổng số mol của khí NO và NO2 được tạo ra tương ứng với số mol của Fe và Cu. Giả sử rằng:
   - $ n_{NO} = n_{Cu} $
   - $ n_{NO2} = 2n_{Fe} $

Do đó, ta có:
   $$
   n_{Cu} + 2n_{Fe} = 0,221 \quad (2)
   $$

7. **Giải hệ phương trình (1) và (2)**:
   Từ (1) và (2), chúng ta có:
   $$
   \begin{cases}
   56n_{Fe} + 64n_{Cu} = 11,6 \
   n_{Cu} + 2n_{Fe} = 0,221
   \end{cases}
   $$

Từ phương trình (2), ta có:
   $$
   n_{Cu} = 0,221 - 2n_{Fe}
   $$

Thay vào phương trình (1):
   $$
   56n_{Fe} + 64(0,221 - 2n_{Fe}) = 11,6
   $$
   Giải phương trình này để tìm giá trị của $ n_{Fe} $ và $ n_{Cu} $.

8. **Tính m gam kết tủa**:
   Kết tủa sẽ được tạo ra khi cho AgNO3 dư vào dung dịch X. 
   - Muối của Cu: Cu(NO3)2 sẽ không tạo kết tủa với AgNO3.
   - Muối của Fe: Fe(NO3)2 cũng không tạo kết tủa với AgNO3.

Kết tủa chỉ xuất hiện khi có ion Cl- từ HCl:
   $$
   \text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl} \text{ (kết tủa)}
   $$

Số mol ion Cl- từ HCl:
   $$
   n_{Cl^-} = 0,4 \text{ mol}
   $$

Kết tủa AgCl tạo ra là:
   $$
   m = n_{Cl^-} \cdot M_{AgCl} = 0,4 \cdot 143,5 = 57,4 \text{ g}
   $$

**Kết quả cuối cùng**:
$$
m = 57,4 \text{ g}
$$

Hấu hấu???? · Answer

Số mol hỗn hợp khí Y ở điều kiện chuẩn là: nY=24,794,958=0,2 mol

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí Y là: MY=19,8⋅2=39,6 g/mol

Gọi số mol của NO và NO2 lần lượt là x và y mol. Ta có hệ phương trình: x+y=0,2 30x+46y=0,2⋅39,6

x+y=0,2 30x+46y=7,92

Từ phương trình đầu suy ra: x=0,2−y

Thay vào phương trình sau: 30(0,2−y)+46y=7,92 6−30y+46y=7,92 16y=1,92 y=0,12

Suy ra: x=0,2−0,12 x=0,08

Ta có số mol H+ ban đầu trong dung dịch là: nH+=nHNO3+nHCl nH+=0,35+0,4=0,75 mol

Số mol H+ tham gia phản ứng tạo NO và NO2 là: nH+(pư)=4nNO+2nNO2 nH+(pư)=4⋅0,08+2⋅0,12=0,56 mol

Vì nH+(ban đa^ˋu)=0,75>0,56 nên sản phẩm khử có thể chứa thêm NH4+. Số mol H+ dư dùng để tạo NH4+ là: nH+(tạo NH4+)=0,75−0,56=0,19 mol

Số mol NH4+ trong dung dịch X là: nNH4+=100,19=0,019 mol

Bảo toàn nguyên tố N cho toàn bộ quá trình: nHNO3=nNO+nNO2+nNH4++nNO3− (trong X) 0,35=0,08+0,12+0,019+nNO3− (trong X) nNO3− (trong X)=0,131 mol

Gọi số mol của Fe và Cu lần lượt là a và b mol. Ta có khối lượng hỗn hợp A: 56a+64b=11,6

Bảo toàn electron cho toàn bộ phản ứng của hỗn hợp A với dung dịch ban đầu: Tổng electron nhường của kim loại bằng tổng electron nhận tạo sản phẩm khử. Giả sử Fe lên thành Fen+, ta xét bảo toàn điện tích trong dung dịch X thu được gồm các ion: Fen+ (a mol), Cu2+ (b mol), NH4+ (0,019 mol), Cl− (0,4 mol), NO3− (0,131 mol).

Tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm: n⋅a+2b+0,019=0,4+0,131 n⋅a+2b=0,512

Mặt khác, số electron nhường chính là điện tích dương của Fe và Cu: ne nhường=n⋅a+2b=0,512 mol

Kiểm tra lượng electron nhận từ các sản phẩm khử: ne nhận=3nNO+1nNO2+8nNH4+ ne nhận=3⋅0,08+0,12+8⋅0,019=0,512 mol

Vì ne nhường=ne nhận=0,512 mol nên giả sử về các ion trong dung dịch X là hoàn toàn chính xác. Dung dịch X không còn H+ hay NO3− dư để hòa tan thêm kim loại, và toàn bộ NO3− trong X là 0,131 mol.

Khi cho dung dịch AgNO3 dư vào dung dịch X: Kết tủa thu được gồm AgCl và Ag (nếu có Fe2+). Số mol kết tủa AgCl tính theo bảo toàn nguyên tố Cl: nAgCl=nCl−=0,4 mol

Để tính lượng Ag, ta dùng bảo toàn electron cho cả quá trình từ đầu đến khi thêm AgNO3 dư. Lúc này toàn bộ Fe đều bị oxi hóa lên mức cao nhất là Fe3+, Cu lên Cu2+, Ag+ bị khử thành Ag. 3nFe+2nCu=3nNO+1nNO2+8nNH4++1nAg

Ta có hệ phương trình tìm số mol Fe và Cu: 56a+64b=11,6 3a+2b=3nNO+1nNO2+8nNH4++nAg

Biết rằng ở giai đoạn tạo dung dịch X, ta có: 56a+64b=11,6 2a+2b≤0,512≤3a+2b

Giải hệ phương trình khối lượng của A và lượng electron nhường ở giai đoạn 1 với các trường hợp của Fe: Từ 56a+64b=11,6→14a+16b=2,9→b=162,9−14a

Thay vào biểu thức điện tích n⋅a+2b=0,512: n⋅a+2⋅162,9−14a=0,512 n⋅a+82,9−14a=0,512 8n⋅a+2,9−14a=4,096 (8n−14)a=1,196

Nếu Fe lên hết Fe2+ (n=2): (16−14)a=1,196 2a=1,196 a=0,598 (loại vì khối lượng Fe vượt quá 11,6 gam)

Nếu Fe lên hết Fe3+ (n=3): (24−14)a=1,196 10a=1,196 a=0,1196 mol

Suy ra: b=162,9−14⋅0,1196=0,0766 mol

Lúc này, tổng số mol electron kim loại nhường tối đa khi lên Fe3+ là: 3a+2b=3⋅0,1196+2⋅0,0766=0,512 mol

Như vậy, ngay ở giai đoạn 1, số mol electron nhường tối đa của kim loại (0,512 mol) vừa bằng lượng electron nhận để tạo khí và NH4+. Do đó, trong dung dịch X, Fe đã đạt mức oxi hóa cao nhất là Fe3+, không còn tồn tại Fe2+.

Vì dung dịch X không chứa Fe2+ nên khi thêm AgNO3 dư vào, không xảy ra phản ứng tạo kết tủa Ag. Do đó, kết tủa thu được chỉ chứa AgCl.

Khối lượng kết tủa thu được là: m=mAgCl=0,4⋅143,5=57,4 gam

Giá trị của m là 57,4.

Hòa tan hoàn toàn 11,6 gam hỗn hợp A gồm Fe và Cu vào dung dịch chứa 0,35 mol \(\text{HNO}_{3}\) và 0,4 mol \(\text{HCl}\). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X chỉ chứa các muối...