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:

Đáp án C

Có: n_Cu = 8,64: 64 = 0,135 mol ; n_NO = 0,03 mol

n_{H+ dư} = 4n_NO = 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: n_Fe3+ + 3n_NO = 2n_Cu  => n_Fe3+ = 2.0,135 – 0,03.3 = 0,18 mol

Khi Y + Ba(OH)₂ dư thì n_Fe(OH)3 = n_Fe3+ = 0,18 mol

m_{kết tủa} = 154,4g = m_Fe(OH)3 + m_BaSO4 => m_BaSO4 = 154,4 – 107.0,18 = 135,14g

=> n_BaSO4 = 0,58 mol

- Dung dịch Y chứa: Fe³⁺ (0,18 mol) ; SO₄^2- (0,58 mol) ; Na⁺ (0,58 mol) ; H⁺ dư (0,12 mol)

Bảo toàn điện tích: 3n_Fe3+ + n_Na+ + n_{H+ dư} = 2n_SO4 + n_NO3 => n_NO3 = 0,08 mol

Đặt a, b, c,d lần lượt là số mol của Fe, Fe₃O₄, FeCO₃, Fe(NO₃)₂

=> m_X = 56a + 232b + 116c + 180d = 15 (1)

-Bảo toàn nguyên tố Fe: n_{nguyên tố Fe(X)} = a + 3b + c + d = 0,18 mol = n_Fe3+ (2)

- Bảo toàn C: n_CO2 = n_FeCO3 = c => Trong Z: n_NO = 4c (vì n_CO2: n_NO = 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: 3n_Fe + n_Fe3O4 + n_FeCO3 + n_Fe(NO3)2 = 3n_NO

=>  3a + b + c + d = 3.4c (3)

Bảo toàn N: 2n_Fe(NO3)2 + n_HNO3 = n_{NO3 (Y)} + 4n_NO => 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

=> %m_Fe = 0,1.56: 15 = 37,33%