Hòa tan hoàn toàn 14,4 gam hỗn hợp X chứa Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 bằng dung dịch chứa 0,02 mol HNO3 và 0,58 mol HCl thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối sắt và V lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO; H2. Nếu cho NaOH dư vào Y thì thu được 21,06 gam kết tủa. Giá trị của V là?

Đáp án:

$\rm V=1,792\ (L)$ 

Giải thích các bước giải:

Sản phẩm khử có $\rm H_2$ nên trong dung dịch muối không còn $\rm NO_3^-$.

Bảo toàn điện tích âm:

$\rm n_{OH^-}=n_{Cl^-}=n_{HCl}=0,58\ (mol)$

Bảo toàn nguyên tố N:

$\rm n_{NO}=n_{HNO_3}=0,02\ (mol)$

$\rm n_{Fe}=\dfrac{21,06-0,58×17}{56}=0,2\ (mol)$

$\rm n_O=\dfrac{14,4-0,2×56}{16}=0,2\ (mol)$

Bán phản ứng:

$\rm 4H^++NO_3^-+3e\to NO+2H_2O\\2H^++O^{2-}\to H_2O\\2H^++2e\to H_2$

Ta có:

$\rm n_{H^+}=0,02+0,58=4n_{NO}+2n_{O^{2-}}+2n_{H_2}\ (mol)$

$\rm \to n_{H_2}=0,06\ (mol)\\\to V_{Z}=(0,06+0,02)×22,4=1,792\ (L)$

Vì sinh ra khí `H_2` nên toàn bộ lượng `NO_3^-` trong `Y` và `HNO_3` đều chuyển hóa thành `NO`

Bảo toàn `N:` `n_{HNO_3}=n_{NO}=0,02(mol)`

`n_{HCl}=0,58(mol)->n_{Cl^-}=0,58(mol)`

Bảo toàn điện tích: `n_{Cl^-}=n_{OH^-}=0,58(mol)`

`->n_{Fe(\downarrow)}=(21,06-0,58.17)/(56)=0,2(mol)`

`->n_{O(X)}=(14,4-0,2.56)/(16)=0,2(mol)`

`4H^+ +NO_3^- +3e->NO+2H_2O`

`2H^+  +  O^{2-} ->H_2O`

`2H^+  2e->H_2`

`n_{H^+}=4n_{NO}`

`n_{H^+}=n_{HCl}+n_{HCl}=2.n_{O^{2-}}+4n_{NO}+2n_{H_2}`

`->0,02+0,58=0,2.2+4.0,02+2n_{H_2}`

`->n_{H_2}=0,06(mol)`

`->n_Z=0,02+0,06=0,08(mol)`

`->V=0,08.22,4=1,792(l)`