Задание №60347 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:
[1] 4Fe(NO₃)₃ → 2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂
[2] Fe(NO₃)₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaNO₃
[3] Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O 

2. Найдем число моль гидроксида натрия в растворе:
m NaOH = m_р-ра NaOH ⋅ ω NaOH = 267 ⋅ 0,2 = 53,4 г
n NaOH = m NaOH / M NaOH = 53,4 / 40 = 1,335 моль 

3. Найдем оставшуюся массовую долю гидроксида натрия:
ω_ост. NaOH = ω NaOH / 2 = 20 / 2 = 10% 

4. Найдем число моль нитрата железа(III), вступившего во вторую реакцию:
Пусть n₁ Fe(NO₃)₃ = x моль, тогда m₁ Fe(NO₃)₃ = 242x г
n₁ Fe(OH)₃ = n₁ Fe(NO₃)₃ = x моль
m Fe(OH)₃ = 107x г 

m_{конечн. р-ра} = m₁ Fe(NO₃)₃ + m_р-ра NaOH – m Fe(OH)₃ = 242x + 267 – 107x = (135x + 267) г

n_{прореаг.} NaOH = 3n Fe(NO₃)₃ = 3x моль
n_ост. NaOH = n NaOH – n_{прореаг.} NaOH = (1,335 – 3x) моль
m_ост. NaOH = (1,335 – 3x) ⋅ 40 г

ω_ост. NaOH = m_ост. NaOH / m_{конечн. р-ра}
0,1 = (1,335 – 3x) ⋅ 40 / (135x + 267)
x = 0,2; n Fe(NO₃)₃ = 0,2 моль

5. Найдем число моль оксида железа(III) в первой порции:
m₁ Fe₂O₃ = m_{1порции} – m₁ Fe(NO₃)₃ = 58 – 242x = 9,6 г
n₁ Fe₂O₃ = m₁ Fe₂O₃ / M Fe₂O₃ = 9,6 / 160 = 0,06 моль

6. Так как масса первой порции относится к массе второй порции как 2 : 1, n Fe₂O₃ и n Fe(NO₃)₃ тоже изменится вдвое:
n₂ Fe₂O₃ = 0,03 моль
n₂ Fe(NO₃)₃ = 0,1 моль

7. Найдем число моль азотной кислоты в растворе:
m HNO₃ = m_р-ра HNO₃ ⋅ ω HNO₃ = 126 ⋅ 0,1 = 12,6 г
n HNO₃ = m HNO₃ / M HNO₃ = 12,6 / 63 = 0,2 моль

8. Определим, кто из реагентов в третьей реакции находится в недостатке:
поделим моли оксида железа(III) и азотной кислоты на свои коэффициенты
Fe₂O₃ : HNO₃
(0,03 / 1) : (0,2 / 6)
(0,03 / 1) < (0,2 / 6)
Fe₂O₃ < HNO₃ 

Приходим к выводу, что HNO₃ находится в избытке, а Fe₂O₃ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по Fe₂O₃.

9. Найдем массу нитрата железа(III) в конечном растворе:
n₃ Fe(NO₃)₃ = 2n₂ Fe₂O₃ = 2 ⋅ 0,03 = 0,06 моль
n Fe(NO₃)₃ = n₂ Fe(NO₃)₃ + n₃ Fe(NO₃)₃ = 0,1 + 0,06 = 0,16 моль
m Fe(NO₃)₃ = n Fe(NO₃)₃ ⋅ M Fe(NO₃)₃ = 0,16 ⋅ 242 = 38,72 г 

10. Найдем массу конечного раствора после растворения второй порции:
m_{2конечн. р-ра} = m_{2порции} + m_р-ра HNO₃ = 29 + 126 = 155 г

11. Найдем массовую долю нитрата железа(III) в образовавшемся растворе:
ω Fe(NO₃)₃ = m Fe(NO₃)₃ / m_{2конечн. р-ра} = 38,72 / 155 = 0,25 → 25%

Ответ: ω Fe(NO₃)₃ = 25%

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано Ермолаевым И. С.)