Задание 34 ЕГЭ по химии

[1] 2Fe(NO3)2 + 2H2O = 2Fe(вниз) + 4HNO3 + O2(вверх) (электролиз)

[2] 2H2O = 2H2(вверх) + O2(вверх) (электролиз)

[3] 2HNO3 + (NH4)2CO3 = 2NH4NO3 + H2O + CO2(вверх)

m(Fe(NO3)2) = 0,36*400 = 144 г

n(Fe(NO3)2) = 144/180 = 0,8 моль

Пусть в реакции [2] выделилось x моль O2, тогда n(H2) = 2x моль; n(O2 [1]) = 3x моль

n(Fe(NO3)2 прореагировало) = 6x моль

m(Fe(NO3)2 прореагировало) = 6*180x = 1080x г

m(раств.)(Fe(NO3)2 осталось) = 400 - 4*32x - 4x - 6*56x = 400 - 468x г

omega(Fe(NO3)2 оставш.) = (144 - 1080x)/(400 - 468x) = 0,1019

x = 0,1 моль

n(O2 [1]) = 0,3 моль

n(HNO3) = 1,2 моль

m((NH4)2CO3) = 0,4*120 = 48 г

n((NH4)2CO3) = 48/96 = 0,5 моль

n(CO2) = 0,5 моль

m(CO2) = 0,5*44 = 22 г

m(Fe(NO3)2 оставш.) = 144 - 0,6*180 = 36 г

m(кон. р-ра) = 400 - 0,1*468 + 120 - 22 = 451,2 г

omega(Fe(NO3)2) = 36/451,2 = 0,08, или 8 %

Подробный разбор

При электролизе раствора $Fe(NO_{3})_{2}$ на катоде сначала восстанавливается железо, но когда его ионы почти израсходованы, начинает выделяться водород; на аноде всё время выделяется кислород. Значит, идут два процесса:

1. $2Fe(NO_{3})_{2} + 2H_{2}O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2Fe\downarrow + 4HNO_{3} + O_{2}\uparrow$

2. $2H_{2}O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow$

Полученная кислота реагирует с карбонатом аммония:

1. $2HNO_{3} + (NH_{4})_{2}CO_{3} = 2NH_{4}NO_{3} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow$

Исходная соль: $m(Fe(NO_{3})_{2}) = 400\ г \cdot 0{,}36 = 144\ г$, $n(Fe(NO_{3})_{2}) = 144\ г : 180\ г/моль = 0{,}8\ моль$.

Пусть в реакции 2 выделилось $x$ моль $O_{2}$, тогда по уравнению 2 $n(H_{2}) = 2x$ моль. Водород — единственный газ на катоде, поэтому по условию весь кислород составляет $2 \cdot 2x = 4x$ моль, из них в реакции 1 выделилось $4x - x = 3x$ моль. По уравнению 1 $n(Fe(NO_{3})_{2}\ \text{прореаг.}) = 2 \cdot 3x = 6x$ моль и $n(Fe) = 6x$ моль.

Раствор теряет массу с осевшим железом и обоими газами:

$m(р-ра) = 400 - 6x \cdot 56 - 4x \cdot 32 - 2x \cdot 2 = (400 - 468x)\ г$,

$\omega = \dfrac{144 - 6x \cdot 180}{400 - 468x} = 0{,}1019 \Rightarrow 144 - 1080x = 40{,}76 - 47{,}69x \Rightarrow x = 0{,}1\ моль$.

Тогда $n(O_{2}\ \text{по ур. 1}) = 0{,}3\ моль$, и по уравнению 1 $n(HNO_{3}) = 4 \cdot 0{,}3 = 1{,}2\ моль$.

Карбонат аммония: $m((NH_{4})_{2}CO_{3}) = 120\ г \cdot 0{,}40 = 48\ г$, $n = 48\ г : 96\ г/моль = 0{,}5\ моль$. По уравнению 3 на него нужно $2 \cdot 0{,}5 = 1{,}0\ моль\ HNO_{3}$ — кислоты хватает (1,2 моль), поэтому карбонат реагирует полностью: $n(CO_{2}) = 0{,}5\ моль$, $m(CO_{2}) = 0{,}5\ моль \cdot 44\ г/моль = 22\ г$.

Оставшийся нитрат железа(II): $n = 0{,}8 - 6 \cdot 0{,}1 = 0{,}2\ моль$, $m = 0{,}2\ моль \cdot 180\ г/моль = 36\ г$.

Масса конечного раствора: $m = 400 - 468 \cdot 0{,}1 + 120 - 22 = 451{,}2\ г$.

$\omega(Fe(NO_{3})_{2}) = \dfrac{36\ г}{451{,}2\ г} \cdot 100\% = 7{,}98\% \approx 8\%$