Задание №44713 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:
[1] Fe + 4HNO_3(разб.) → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O
[2] Fe + 6HNO_3(конц.) – (t^o) → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O 

2. Найдем число моль смеси газов:
n_смеси = N_{молекул} / N_A = 5,418 ∙ 10²³ / 6,02 ∙ 10²³ = 0,9 моль 

3. Найдем число моль выделившихся оксида азота(II) и оксида азота(IV). Для этого составим и решим систему уравнений:
Пусть n NO = x моль, n_{атомов азота} в NO = x моль, n_{атомов кислорода} в NO = x моль;
Пусть n NO₂ = y моль, n_{атомов азота} в NO₂ = y моль, n_{атомов кислорода} в NO₂ = 2y моль 

n NO + n NO₂ = 0,9
x + y = 0,9

 n N = n_{атомов азота} в NO + n_{атомов азота} в NO₂ = (x + y) моль
n O = n_{атомов кислорода} в NO + n_{атомов кислорода} в NO₂ = (x + 2y) моль 

n O / n N = 5 / 3
(x + 2y) / (x + y) = 5 / 3 

Получаем систему уравнений:
x + y = 0,9
(x + 2y) / (x + y) = 5 / 3 

x = 0,3; n NO = 0,3 моль
y = 0,6; n NO₂ = 0,6 моль 

4. Найдем массы выделившихся оксидов азота:
m NO = n NO ∙ M NO = 0,3 ∙ 30 = 9 г
m NO₂ = n NO₂ ∙ M NO₂ = 0,6 ∙ 46 = 27,6 г 

5. Найдем массу нитрата железа(III) в конечном растворе:
n₁ Fe(NO₃)₃ = n NO = 0,3 моль
n₂ Fe(NO₃)₃ = n NO₂ / 3 = 0,6 / 3 = 0,2 моль
n Fe(NO₃)₃ = n₁ Fe(NO₃)₃ + n₂ Fe(NO₃)₃ = 0,3 + 0,2 = 0,5 моль
m Fe(NO₃)₃ = n Fe(NO₃)₃ ∙ M Fe(NO₃)₃ = 0,5 ∙ 242 = 121 г 

6. Найдем массу железа, вступившего в реакцию:
n Fe = n Fe(NO₃)₃ = 0,5 моль
m Fe = n Fe ∙ M Fe = 0,5 ∙ 56 = 28 г 

7. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m Fe + m_р-ра HNO₃ – m NO₂ – m NO = 28 + 500 – 27,6 – 9 = 491,4 г 

8. Найдем массовую долю нитрата железа(III) в конечном растворе:
ω Fe(NO₃)₃ = m Fe(NO₃)₃ / m_{конечн. р-ра} = 121 / 491,4 = 0,246 → 24,6% 

Ответ: ω Fe(NO₃)₃ = 24,6%

Источник: Сборник Добротина Д. Ю.