Hỗn hợp X gồm Fe và kim loại M (có hóa trị không đổi). Cho 21,6 g X tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 11,2 lít khí. Mặt khác 21,6 gam X phản ứng vừa đủ với 14,56 lít Clo. Các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Kim loại M và phần trăm khối lượng của M trong hỗn hợp là?
Đáp án: Cu
Giải thích các bước giải:
nH2=0,1;nNO=0,4.nH2=0,1;nNO=0,4.Gọi n là hóa trị của M.
Căn cứ vào 4 đáp án ta có 2 trường hợp:
+ M là kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học. Khi đó cả M và Fe có phản ứng với dung dịch HCl. Vì hóa trị của M không đổi nên sự chênh lệch về số electron trao đổi trong hai lần thí nghiệm là do sắt có hai mức hóa trị là II và III.
Áp dụng định luật bảo toàn mol electron:
– Khi hòa tan hỗn hợp vào dung dịch HCl, ta có: 2nFe+n.nM=2nH22nFe+n.nM=2nH2
– Khi hòa tan hỗn hợp vào dung dịch HNO3, ta có: 3nFe+n.nM=3nNO3nFe+n.nM=3nNO
Trừ hai vế của hai phương trình cho nhau, ta được:
nFe=3nNo-2nH2 =0,4
suy ra mFe=22,4gam>mFe=mM=15,2
suy ra vô lí
suy Bỏ hoặc loại
+ M là kim loại đứng sau H và trước Pt trong dãy hoạt động hóa học. Khi đó M không phản ứng được với dung dịch HCl và phản ứng được với dung dịch HNO3. Áp dụng định luật bảo toàn mol electron:
– Khi hòa tan hỗn hợp vào dung dịch HCl, ta có:
2nFe=2nH2 suy ra nFe =0,1 suy ra mM=mx-mFe=9,6
-Khi hòa tan hỗn hợp vào dd HNO3 Có
3nFe+n.nM=3nNo suy ra n.nM=3(nNo-nFe)=0,3
Hay n.9,6^M=0,3 suy ra M= 32n suy ra
n=2
M=64
suy ra là Cu
Gọi a, b là mol Fe, M trong 21,6g X.
TH1: M > H
$n_{H_2}= 0,5 mol$
Bảo toàn e: $2a+nb=0,5.2=1$ (1)
$n_{Cl_2}= 0,65 mol$
Bảo toàn e: $3a+nb=0,65.2=1,3$ (2)
(1)(2) $\Rightarrow a=0,3; nb=0,4$
$\Leftrightarrow b=\frac{0,4}{n}$
$m= 21,6g \Rightarrow 56.0,3+\frac{0,4M}{n}= 21,9$
$\Leftrightarrow M=12,75n$ (loại vì không có M t/m)
TH2: M < H
$\Rightarrow n_{Fe}= n_{H_2}= 0,5 mol$
$3n_{Fe}+n.n_M=0,65.2=1,3$
$\Rightarrow n_M=\frac{1,3-0,5.3}{n}=\frac{-0,2}{n}$ (loại)
Vậy không có M thoả mãn.