Cho m gam hỗn hợp gồm 2 kim loại Mg và Al có tỉ lệ số mol tương ứng là 1:2 vào dung dịch HNO3 20%, thu được dung dịch A và có 4,032 lít hỗn hợp khí X gồm NO, N2O, N2 thoát ra. Thêm một lượng O2 vừa đủ vào X, ở điều kiện thường, thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn từ từ Y qua dung dịch NaOH dư thì có 2,24 lít hỗn hợp khí Z thoát ra. Tỉ khối của Z so với H2 là 18,8. Mặt khác, cho dung dịch KOH vào dung dịch A thì lượng kết tủa thu được lớn nhất là (m + 20,4)gam. Biết các thể tích khí đều đo ở đktc và lượng HNO3 ban đầu cũng dùng dư 20% so với lượng phản ứng. Tính nồng độ % của muối Mg(NO3)2 trong dung dịch A. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, giả sử nước bay hơi không đáng kể.
Cần lời giải chi tiết
Hỗn hợp ban đầu gồm Mg và Al có tỷ lệ số mol là 1:2, nghĩa là số mol Al gấp 2 lần số mol Mg.
Gọi số mol Mg là nMgn_{Mg}nMg và số mol Al là nAl=2nMgn_{Al} = 2n_{Mg}nAl=2nMg.
Số gam tổng cộng của hỗn hợp là mmm, nên:
m=nMg×MMg+nAl×MAl=nMg×24+2nMg×27=nMg×(24+54)=78nMgm = n_{Mg} \times M_{Mg} + n_{Al} \times M_{Al} = n_{Mg} \times 24 + 2n_{Mg} \times 27 = n_{Mg} \times (24 + 54) = 78n_{Mg}m=nMg×MMg+nAl×MAl=nMg×24+2nMg×27=nMg×(24+54)=78nMg
Khi cho hỗn hợp Mg và Al vào dung dịch HNO₃, các phản ứng sau sẽ xảy ra:
Mg phản ứng với HNO₃:
Mg+2HNO3→Mg(NO3)2+H2Mg + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2Mg+2HNO3→Mg(NO3)2+H2Số mol khí H2H_2H2 thu được từ Mg là nMgn_{Mg}nMg.
Al phản ứng với HNO₃:
2Al+6HNO3→2Al(NO3)3+3H22Al + 6HNO_3 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3H_22Al+6HNO3→2Al(NO3)3+3H2Số mol khí H2H_2H2 thu được từ Al là 3nAl=6nMg3n_{Al} = 6n_{Mg}3nAl=6nMg.
Tổng số mol H2H_2H2 sinh ra là nH2=nMg+6nMg=7nMgn_{H_2} = n_{Mg} + 6n_{Mg} = 7n_{Mg}nH2=nMg+6nMg=7nMg.
Khí X gồm các khí NO, N₂O, N₂. Ta biết tổng thể tích khí X thu được là 4,032 lít, do đó tổng số mol khí X là:
nX=4,03222,4=0,18 moln_{X} = \frac{4,032}{22,4} = 0,18 \text{ mol}nX=22,44,032=0,18 mol
Khi thêm O₂ vào X, các khí này sẽ phản ứng với O₂ để tạo thành các sản phẩm như NO₂ và N₂. Phản ứng có thể như sau:
2NO+O2→2NO22NO + O_2 \rightarrow 2NO_22NO+O2→2NO2 2N2O+O2→2N2+O22N_2O + O_2 \rightarrow 2N_2 + O_22N2O+O2→2N2+O2
Tuy nhiên, việc phản ứng hoàn toàn hoặc không sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ các khí trong X. Từ thông tin bài toán, ta giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Khi dẫn hỗn hợp khí Y (gồm các khí như NO₂, N₂, và O₂) qua dung dịch NaOH dư, ta sẽ thu được khí Z. Biết rằng tỉ khối của Z so với H₂ là 18,8, ta có thể tính được tỷ lệ các khí trong Z.
Tỉ khoˆˊi của Z/H2=MZMH2=18,8\text{Tỉ khối của Z/H}_2 = \frac{M_Z}{M_{H_2}} = 18,8Tỉ khoˆˊi của Z/H2=MH2MZ=18,8 MZ=18,8×2=37,6 g/molM_Z = 18,8 \times 2 = 37,6 \text{ g/mol}MZ=18,8×2=37,6 g/mol
Khí Z gồm các khí như NH3NH_3NH3 và N2N_2N2, và từ đó ta có thể tính được số mol các khí trong Z.
Bước 5: Tính lượng kết tủa khi cho KOH vào dung dịch A
Dung dịch A chứa các ion kim loại như Mg2+Mg^{2+}Mg2+ và Al3+Al^{3+}Al3+. Khi cho KOH vào, sẽ xảy ra phản ứng kết tủa:
Mg2++2OH−→Mg(OH)2(ke^ˊttủa)Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2 (kết tủa)Mg2++2OH−→Mg(OH)2(ke^ˊttủa) Al3++3OH−→Al(OH)3(ke^ˊttủa)Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3 (kết tủa)Al3++3OH−→Al(OH)3(ke^ˊttủa)
Lượng kết tủa thu được từ Mg(OH)2Mg(OH)_2Mg(OH)2 và Al(OH)3Al(OH)_3Al(OH)3 sẽ phụ thuộc vào số mol Mg2+Mg^{2+}Mg2+ và Al3+Al^{3+}Al3+ có trong dung dịch.
Lượng kết tủa lớn nhất là (m+20,4)(m + 20,4)(m+20,4) gam, tức là từ kết tủa của Mg2+Mg^{2+}Mg2+ và Al3+Al^{3+}Al3+.
Bước 6: Tính nồng độ % của muối Mg(NO₃)₂ trong dung dịch A
Sau khi phản ứng với HNO₃, dung dịch A chứa muối Mg(NO3)2Mg(NO_3)_2Mg(NO3)2 và Al(NO3)3Al(NO_3)_3Al(NO3)3. Ta có thể tính nồng độ % của muối Mg(NO3)2Mg(NO_3)_2Mg(NO3)2 trong dung dịch A bằng cách sử dụng lượng muối tạo thành và tổng khối lượng dung dịch.
Tuy nhiên, để tính chính xác các giá trị trong bài toán này, chúng ta cần giải các hệ phương trình liên quan đến số mol các khí và số mol các muối trong dung dịch.