Cho 5 gam bột Mg vào dung dịch hỗn hợp KNO₃ và H₂SO₄, đun nhẹ, trong điều kiện thích hợp, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch X chứa m gam muối; 1,792 lít hỗn hợp khí Y (đktc) gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu ngoài không khí và còn lại 0,44 gam chất rắn không tan. Biết tỉ khối hơi của Y đối với H₂ là 11,5. Tính m?

Phương pháp giải:

Kết luận các khí có trong Y và tính số mol mỗi khí trong Y

Áp dụng bảo toàn electron, chứng minh sau phản ứng thu được muối amoni, tính số mol muối amoni.

Tìm số mol các ion K⁺ và SO₄^2- thông qua H⁺và NO₃^-

Áp dụng bảo toàn khối lượng cho dung dịch X và tìm m.

Giải chi tiết:

Hỗn hợp khí Y gồm NO (x mol) và H₂ (y mol)

$n_Y=\frac{\mathrm{1,792}}{\mathrm{22,4}}=\mathrm{0,08}mol\to x+y=\mathrm{0,08}$ (1)

$d_{Y/H_2}=\mathrm{11,5}\to \frac{M_Y}{M_{H_2}}=\mathrm{11,5}\to M_Y=\mathrm{11,5.2}=23\to m_Y=\mathrm{23.0,08}=\mathrm{1,84}gam\to 30\text{x}+2y=\mathrm{1,84}$ (2)

Từ (1) và (2) $\to \left\{\begin{array}{l}x+y=\mathrm{0,08}\\ 30\text{x}+2y=\mathrm{1,84}\end{array}\right.\to \left\{\begin{array}{l}x=\mathrm{0,06}\\ y=\mathrm{0,02}\end{array}\right.$

Ta có m_{Mg phản ứng} = 5 – 0,44 = 4,56 gam $\to n_{Mg}=\frac{\mathrm{4,56}}{24}=\mathrm{0,19}mol$

Quá trình trao đổi electron: 

Mg⁰ → Mg⁺² + 2e                                        4H⁺  +  NO₃^-  +  3e →   NO + 2H₂O

0,19       →      0,38                                      0,24 ← 0,06 ← 0,18 ← 0,06

                                                                     10H⁺ + NO₃^- +  8e →   NH₄⁺ + 3H₂O

                                                                      0,2 ←  0,02 ← 0,16 → 0,02

                                                                      2H⁺   +  2e →     H₂

                                                                     0,04 ←  0,04 ← 0,02

Ta thấy: n_{e nhường} = 2n_{Mg phản ứng} = 0,38 mol ≠ n_{e nhận} = 3n_NO + 2n_H2 = 3.0,06 + 2.0,02 = 0,22

→ Phản ứng có tạo muối amoni

$n_{N{H}_4^{+}}=\frac{2n_{Mg}-3n_{NO}-2n_{H_2}}{8}=\mathrm{0,02}mol$

$n_{H^{+}}=4n_{NO}+10n_{N{H}_4^{+}}+2n_{H_2}=\mathrm{0,48}mol\to n_{S{O}_4^{2-}}=\frac{1}{2}{n}_{H^{+}}=\mathrm{0,24}mol$

$n_{N{O}_3^{-}}=n_{NO}+n_{N{H}_4^{+}}=\mathrm{0,08}mol\to n_{K^{+}}=n_{N{O}_3^{-}}=\mathrm{0,08}mol$

Dung dịch X chứa Mg²⁺(0,19 mol), K⁺ (0,08 mol), SO₄^2- (0,24 mol), NH₄⁺ 0,02 mol

$\to m=\mathrm{0,19.24}+\mathrm{0,08.39}+\mathrm{0,24.96}+\mathrm{0,02.18}=\mathrm{31,08}gam$