Hòa tan hoàn toàn 21,5 gam hỗn hợp X gồm Al, Zn, FeO, $\mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2$ cần dùng hết 430 ml dung dịch ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$ 1M, thu được 0,19 mol hỗn hợp khí Y gồm hai khí không màu, có một khí hóa nâu ngoài không khí, có tỉ khối hơi so với ${\mathrm{H}}_2$ bằng 5,421; dung dịch Z chỉ chứa các muối sunfat trung hòa. Cô cạn dung dịch Z thu được 56,9 gam muối khan. Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp X là

Đáp án A

Hỗn hợp Y gồm ${\mathrm{H}}_2$ (a mol) và NO (b mol).

$\to \mathrm{a}+\mathrm{b}=0,19$ (*)           

Ta có: ${\mathrm{d}}_{\mathrm{Y}/{\mathrm{H}}_2}=5,421$$\to {\mathrm{M}}_{\mathrm{Y}}=2.5,421=10,842$$\to {\mathrm{m}}_{\mathrm{Y}}=0,19.10,842=2,05998\mathrm{gam}$

 $\to 2\mathrm{a}+30\mathrm{b}=2,05998$ (**)         

Từ (*) và (**) suy ra: a = 0,13; b = 0,06

Ta có quá trình: $\mathrm{X}\underset{21,5\mathrm{gam}}{\underbrace{\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Al}\\ \mathrm{Zn}\\ \mathrm{FeO}\\ \mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2\end{array}\right.}}\underset{}{\overset{\underset{0,43\mathrm{mol}}{\underbrace{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}}}{\to }}\underset{56,9\mathrm{gam}}{\underbrace{\mathrm{Z}}}$$+\mathrm{Y}\left\{\begin{array}{l}\underset{0,13\mathrm{mol}}{\underbrace{{\mathrm{H}}_2}}\\ \underset{0,06\mathrm{mol}}{\underbrace{\mathrm{NO}}}\end{array}\right.+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Bảo toàn khối lượng: ${\mathrm{m}}_{\mathrm{x}}+{\mathrm{m}}_{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}={\mathrm{m}}_{\mathrm{Z}}+{\mathrm{m}}_{\mathrm{Y}}+{\mathrm{m}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}$

$\to {\mathrm{m}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}=21,5+0,43.98-56,9-$$0,13.2-0,06.30$$=4,68\mathrm{gam}$

$\to {\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}=0,26\mathrm{mol}$

Bảo toàn nguyên tố H thấy: ${\mathrm{n}}_{\mathrm{H}\left({\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\right)}=0,86\mathrm{mol}$$>{\mathrm{n}}_{\mathrm{H}\left({\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right)}+{\mathrm{n}}_{\mathrm{H}\left({\mathrm{H}}_2\right)}$$=0,78\mathrm{mol}$

→ Sản phẩm có chứa muối amoni: ${\mathrm{n}}_{{\mathrm{NH}}_4^{+}}=\frac{0,86-0,78}{4}=0,02\mathrm{mol}$

Bảo toàn nguyên tố N: $2{\mathrm{n}}_{\mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2}={\mathrm{n}}_{{\mathrm{NH}}_4^{+}}+{\mathrm{n}}_{\mathrm{NO}}$$\to {\mathrm{n}}_{\mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2}=\frac{0,02+0,06}{2}=0,04\mathrm{mol}$

Al → ${\mathrm{Al}}^{+3}$ + 3e

4${\text{H}}^{\text{+}}$ + ${\mathrm{NO}}_3^{-}$ + 3e → NO + 2${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Zn → ${\mathrm{Zn}}^{2+}$ + 2e

10${\text{H}}^{\text{+}}$ + ${\mathrm{NO}}_3^{-}$ + 8e → ${\mathrm{NH}}_4^{+}$ + 3${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

2${\text{H}}^{\text{+}}$ + 2e → ${\mathrm{H}}_2$

2${\text{H}}^{\text{+}}$ + O → ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Ta có: ${\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}^{+}}=4{\mathrm{n}}_{\mathrm{NO}}+10{\mathrm{n}}_{{\mathrm{NH}}_4^{+}}+2{\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}_2}$$+2{\mathrm{n}}_{\mathrm{O}\left(\mathrm{FeO}\right)}$

$\to {\mathrm{n}}_{\mathrm{O}\left(\mathrm{FeO}\right)}=$$\frac{2.0,43-4.0,06-10.0,02-2.0,13}{2}$$=0,08\mathrm{mol}$

$\to {\mathrm{n}}_{\mathrm{FeO}}=0,08\mathrm{mol}$

Gọi số mol của Al và Zn lần lượt là x và y mol.

$\to 27\mathrm{x}+65\mathrm{y}=21,5-0,04.188$$-0,08.72=8,22$ (***)

Bảo toàn electron: $3\mathrm{x}+2\mathrm{y}=3.0,06+8.0,02+2.0,13$$=0,6$ (****)

Từ (***) và (****) suy ra: x = 0,16; y = 0,06

Chú ý: Các kim loại như Mg, Al, Zn khi phản ứng với $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3$ loãng hoặc dung dịch ${\mathrm{H}}^{+}$, ${\mathrm{NO}}_3^{-}$ chú ý đến sản phẩm khử có thể có ${\mathrm{NH}}_4^{+}$.