Để khử hoàn toàn m gam hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 thành sắt kim loại cần vừa đủ 5,376 lít (đktc).

* Hướng dẫn giải

Đáp án D

Phương pháp giải:

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe và O.

* TN1: $\mathrm{X}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Fe}\\ \mathrm{O}\end{array}+\left\{\begin{array}{l}\mathrm{CO}\\ {\mathrm{H}}_2\end{array}\to \mathrm{Fe}+\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{CO}}_2\\ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}\right.\right.\right.$

Theo PTHH ⟹ n_O(X)

* TN2: $\mathrm{X}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Fe}\\ \mathrm{O}\end{array}+{\mathrm{HNO}}_3\right.\to \mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3+\mathrm{NO}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố N ⟹ n_Fe(X) ⟹ m = m_Fe(X) + m_O(X).

Giải chi tiết:

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe và O.

* TN1: $\mathrm{X}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Fe}\\ \mathrm{O}\end{array}+\left\{\begin{array}{l}\mathrm{CO}\\ {\mathrm{H}}_2\end{array}\to \mathrm{Fe}+\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{CO}}_2\\ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}\right.\right.\right.$

CO + O → CO₂ ; H₂ + O → H₂O

Theo PTHH ⟹ n_O(X) = n_{hh khí} = 5,376/22,4 = 0,24 (mol).

* TN2: $\mathrm{X}\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Fe}\\ \mathrm{O}\end{array}+{\mathrm{HNO}}_3\right.\to \mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3+\mathrm{NO}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

- Gọi số mol Fe trong X là x (mol)

Bảo toàn nguyên tố Fe ⟹ n_Fe(NO3)3 = n_Fe(X) = x (mol).

- Xét quá trình cho – nhận electron:

Fe → Fe³⁺ + 3e

O + 2e → O^2- ; N⁵⁺ + 3e → N²⁺

Bảo toàn electron ⟹ 3n_Fe(X) = 2n_O(X) + 3n_NO ⟹ n_NO= (3x – 0,48)/3 = x – 0,16 (mol).

Bảo toàn nguyên tố N ⟹ n_HNO3(pứ) = 3n_Fe(NO3)3 + n_NO

⟹ 0,72 = 3x + x – 0,16 ⟹ x = 0,22 (mol).

Vậy m = m_Fe(X) + m_O(X) = 0,22.56 + 0,24.16 = 16,16 (g).