Cho m gam Al và 300 ml dung dịch X gồm Fe(NO₃)₃ 2M và Cu(NO₃)₂ 1M, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 36 gam kim loại. Mặt khác hòa tan hết m gam Al ở trên bằng dung dịch HNO₃ loãng (vừa đủ) thu được 267,12 gam dung dịch Y và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Làm lạnh Y đến 20⁰C thì có x gam tinh thể Al(NO₃)₃.9H₂O tách ra khỏi dung dịch. Biết độ tan của Al(NO₃)₃ ở 20⁰C là 75,44 gam. Xác định giá trị của m và x.

Phương pháp tách riêng từng khí trong X:

* Cách 1:

- Dẫn hỗn hợp X qua dung dịch NaCl (bão hòa) dư thu được dung dịch A gồm NaCl, HCl và khí B thoát ra gồm O₂, SO₂. Đun nóng dung dịch A thu được khí HCl thoát ra.

- Dẫn khí B qua dung dịch Ca(OH)₂ dư, thu được khí thoát ra là O₂, kết tủa CaSO₃. Lọc kết tủa, cho tác dụng với H₂SO₄ thu được SO₂ thoát ra.

 SO₂ + Ca(OH)₂ ⟶ CaSO₃ + H₂O

CaSO₃ + H₂SO₄ ⟶ CaSO₄ + SO₂ + H₂O

* Cách 2:

- Dẫn hỗn hợp khí vào dung dịch Ba(OH)₂ dư, thu được oxi không phản ứng thoát ra khỏi dung dịch.

Ba(OH)₂ + SO₂ ⟶ BaSO₃$\downarrow$  + H₂O

Ba(OH)₂ +2HCl ⟶ BaCl₂ + 2H₂O

- Lọc kết tủa rồi cho phản ứng với dung dịch H₂SO₄ dư thu được khí SO­₂.

BaSO₃ + H₂SO₄ ⟶ BaSO₄$\downarrow$  + SO₂ $\downarrow$+ H₂O

 - Phần dung dịch còn lại ở trên gồm BaCl₂ và Ba(OH)₂ dư cho tác dụng với dung dịch H₂SO₄ dư

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄$\downarrow$ + 2H₂O

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄$\downarrow$ + 2HCl

- Lọc kết tủa, đem cô cạn dung dịch thu được HCl có lẫn hơi nước được dẫn qua bình chứa H₂SO₄ đặc (dư) thu được khí HCl tinh khiết.        

- Khi tác dụng HCl: n_{HCl phản ứng} = $\frac{0,72}{1,2}$= 0,6 mol;

 n_{HCl dư} = 0,72 – 0,6 = 0,12 (mol)

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O                 (1)

Fe_xO_y + yHCl → xFeCl_2y/x + yH₂O     (2)

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂                              (3)

Cu + FeCl₃ → CuCl₂ + FeCl₂              (4)

Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂                        (5)

- Số mol các chất trong 270,8 gam dung dịch Y $\left\{\begin{array}{l}FeC{l}_3:a\\ FeC{l}_2:b\\ CuC{l}_2:c\\ HCl:0,12\end{array}\right.$

- Trong dung dịch trung hòa về điện (hoặc bảo toàn Cl trong muối) ta có:$3a+2b+2c=0,6$ (*)

- Khi tác dụng H₂SO₄ đặc, nóng: $n_{S{O}_2}=\frac{2,016}{22,4}=0,09\left(mol\right)$ 

CuO + H₂SO₄ ⟶ CuSO₄ + H₂O                                                                      (6)

2Fe_xO_y + (6x-2y)H₂SO₄ ⟶ xFe₂(SO₄)₃ + (6x-2y)H₂O + (3x-2y)SO₂    (7)

2Fe + 6H₂SO₄ ⟶ Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3SO₂                                                   (8)

Cu + 2H₂SO₄ ⟶ CuSO₄ + 2H₂O + SO₂                                                           (9)

Fe + Fe₂(SO₄)₃ ⟶ 3FeSO₄                                                                              (10)

Cu + Fe₂(SO₄)₃ ⟶ CuSO₄ + 2FeSO₄                                                     (11)

- Các chất trong dung dịch Z $\left\{\begin{array}{l}FeS{O}_4:d\left(mol\right)\\ F{e}_2{\left(S{O}_4\right)}_{3_{}}:\left(mol\right)\\ {\text{CuSO}}_4:c\left(mol\right)\end{array}\right.$

- Bảo toàn Fe ta có: $a+b=d+2e$ (**)

- Khi Z tác dụng dung dịch Ba(OH)₂ dư, tách kết tủa rồi nung

FeSO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄ + Fe(OH)₂                             (12)

Fe₂(SO₄)₃ + 3Ba(OH)₂ → 3BaSO₄ + 2Fe(OH)₃        (13)

CuSO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄ + Cu(OH)₂                          (14)

- Kết tủa T $\left\{\begin{array}{l}BaS{O}_4\\ Fe{\left(OH\right)}_2\\ Fe{\left(OH\right)}_3\\ Cu{\left(OH\right)}_2\end{array}\right.$

4Fe(OH)₂ + O₂ $\stackrel{t^0}{\to }$2Fe₂O₃ + 4H₂O                                          (15)

2Fe(OH)₃ $\stackrel{t^0}{\to }$ Fe₂O₃ + 3H₂O                                         (16)

Cu(OH)₂ $\stackrel{t^0}{\to }$ CuO + H₂O                                              (17)

- Theo phương trình hóa học (1, 2, 3): 

$n_{HCl}=2n_{O\left(X\right)}+2n_{H_2}\Rightarrow n_{O\left(X\right)}=0,6-2.0,06=0,24mol$

- Theo phương trình hóa học (6,7,8,9):

- Bảo toàn S: số mol gốc SO₄^2- trong muối = $n_{H_{2}S{O}_4}-n_{S{O}_2}$= 0,42 – 0,09 = 0,33 (mol)

- Bảo toàn S, Fe, Cu: chất rắn còn lại (99,29 gam) gồm

$\left\{\begin{array}{l}BaS{O}_4:0,33\left(mol\right)\\ F{e}_2{O}_3:\frac{1}{2}(d+2e)\left(mol\right)\\ CuO:c\left(mol\right)\end{array}\right.$

⇒ 99,29 = 0,33.233 + 80(d +2e) + 80c (***)

- Thay (**) vào (***) ta có: 80(a + b) + 80c = 22,4 (****)

- Từ (*) và (****) ta có: a = 0,04 (mol)

- Phần trăm khối lượng FeCl₃ trong dung dịch Y:

$C{\%}_{FeC{l}_3}=\frac{0,04.162,5}{270,8}.100\%=2,4\%$.