Đáp án đúng: A
Giải chi tiết:Ban đầu dung dịch có \(\left\{ \begin{array}{l}F{e^{3 + }}:0,2(mol)\\F{e^{2 + }}:0,12(mol)\\C{u^{2 + }}:0,18(mol)\\SO_4^{2 - }:0,6(mol)\end{array} \right.\)
Thứ tự điện phân tại từng cực là:
Tại K (-) có: Fe3+ + 1e → Fe2+
Cu2+ + 2e → Cu
Fe2+ + 2e → Fe
Tại A (+) có: 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
- Nếu phản ứng mới điện phân hết Cu thì bảo toàn e có nFe3+ + 2nCu2+ = 4nO2 → nO2 = (0,2 + 0,18.2) : 4 = 0,14 mol
→ mdd giảm = mCu + mO2 = 0,18.64 + 0,14.32 = 16 gam < 30,4
- Nếu phản ứng điện phân hết các kim loại thì bảo toàn e có 3nFe3+ + 2nCu2+ + 2nFe2+ = 4nO2 → nO2 = 0,3 (mol)
→ mdd giảm = mFe + mCu + mO2 = (0,2 + 0,12).56 + 0,18.64 + 0,3.32 = 39,04 > 30,4
⟹ Phản ứng xảy ra điện phân hoàn toàn Cu và điện phân một phần Fe2+ (giả sử điện phân x mol)
Bảo toàn e: 4nO2 = nFe2+ + 2nCu2+ + nFe2+ bị điện phân → nO2 = \(\frac{{0,2 + 0,18.2 + 2x}}{4} = 0,14 + 0,5x\)(mol)
→ mdd giảm = 30,4 = 32nO2 + mCu + mFe = 32.(0,14 + 0,5x) + 0,18.64 + 56x → x = 0,2 mol
→ nFe2+ còn lại = nFe3+ + nFe2+ - nFe2+ bị điện phân = 0,2 + 0,12 - 0,2 = 0,12 mol
→ sau phản ứng có FeSO4: 0,12 mol và H2SO4: 0,48 (mol) (bảo toàn SO42-)
Khi cho thêm NaNO3 (giả sử b mol) vào thì được dung dịch có khả năng phản ứng với Mg tạo NO và H2 → dư H+ và NO3-
3Fe2+ + 4H+ + NO3- → 3Fe3+ + 2H2O + NO
0,12 → 0,16 → 0,04 → 0,12
Sau phản ứng có \(\left\{ \begin{array}{l}F{e^{3 + }}:0,12(mol)\\{H^ + }:0,48.2 - 0,16 = 0,8(mol)\\SO_4^{2 - }:0,6(mol)\\N{a^ + }:b(mol)\\NO_3^ - :b - 0,04(mol)\end{array} \right.\)
→ mchất tan = 0,12.56 + 0,8.1 + 0,6.96 + 23b + 62.(b-0,04) = 79,64 → b = 0,2 mol
Khi cho Mg vào dung dịch mới thì:
3Mg + 8H+ + 2NO3- → 3Mg2+ + 4H2O + 2NO
4Mg + 10H+ + NO3- → 4Mg2+ + 3H2O + NH4+
Mg + 2H+ → Mg2+ + H2
3Mg + 2Fe3+ → 3Mg2+ + 2Fe
Đặt nNO = m mol; nNH4+= n mol và nH2 = p mol thì ta có hệ sau:
\(\left\{ \begin{array}{l}{n_{{H^ + }}} = 4m + 10n + 2p = 0,8\\{n_{NO_3^ - }} = m + n = 0,16\\{M_{khi}} = \frac{{30m + 2p}}{{m + p}} = 6,625.4 = 20\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}m = 0,14\\n = p = 0,02\end{array} \right.\)
Bảo toàn e → mMg phản ứng = \(\frac{3}{2}{n_{NO}} + 4{n_{NH_4^ + }} + {n_{{H_2}}} + \frac{3}{2}{n_{F{e^{3 + }}}} = \frac{3}{2}.0,14 + 4.0,02 + 0.02 + \frac{3}{2}.0,12 = 0,49\)(mol)
→ mkl sau phản ứng = mkl trước phản ứng - mMg phản ứng + mFe tạo thành
→ 1,5a - 11,28 = a - 24.0,49 + 56.0,12 → a = 12,48 gam
Đáp án A
