Задание №60853 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:

Так как нитрат железа(II) – соль металла средней активности, параллельно идет электролиз воды:

2. Найдем число моль нитрата железа(II) в растворе:
m Fe(NO₃)₂ = m_р-ра Fe(NO₃)₂ ⋅ωFe(NO₃)₂ = 400 ⋅ 0,36 = 144 г
n Fe(NO₃)₂ = m Fe(NO₃)₂ / M Fe(NO₃)₂ = 144 / 180 = 0,8 моль

3. Найдем число моль кислорода, выделившегося при электролизе воды и при электролизе нитрата железа(II):
Пусть n₁ O₂ = x моль, тогда n Fe = 2x моль;
Пусть n₂ O₂ = y моль, тогда n H₂ = 2y моль

n O₂ = n₁ O₂ + n₂ O₂ = (x + y) моль
V O₂ = n O₂⋅ V_m = (x + y) ⋅ 22,4 л

V H₂ = n H₂⋅ V_m = 44,8y л

По условию объём водорода, выделившегося на катоде, оказался в 2 раза меньше объёма кислорода, выделившегося на аноде:
V O₂ / V H₂ = 2 / 1
(22,4x + 22,4y) / 44,8y = 2 / 1

m_{образ. р-ра} = m_р-ра Fe(NO₃)₂ – m Fe – m H₂ – m O₂ = 400 – 112x – 4y – 32x – 32y = (400 – 144x – 36y) г

n_{прореаг.} Fe(NO₃)₂ = 2n₁ O₂ = 2x моль
n_ост. Fe(NO₃)₂ = n Fe(NO₃)₂ – n_{прореаг.} Fe(NO₃)₂ = (0,8 – 2x) моль
m_ост. Fe(NO₃)₂ = n_ост. Fe(NO₃)₂ ⋅ M Fe(NO₃)₂ = (0,8 – 2x) ⋅ 180 г

ω_{в образ. р-ре} Fe(NO₃)₂ = m_ост. Fe(NO₃)₂ / m_{образ. р-ра}
0,1019 = (0,8 – 2x) ⋅ 180 / (400 – 144x – 36y)

(22,4x + 22,4y) / 44,8y = 2 / 1
0,1019 = (0,8 – 2x) ⋅ 180 / (400 – 144x – 36y)

x = 0,3; n₁ O₂ = 0,3 моль
y = 0,1; n₂ O₂ = 0,1 моль

4. Найдем число моль образовавшейся азотной кислоты:
n HNO₃ = 4n₁ O₂ = 4 ⋅ 0,3 = 1,2 моль

5. Найдем число моль карбоната аммония в растворе:
m (NH₄)₂CO₃ = m_р-ра (NH₄)₂CO₃ ⋅ω (NH₄)₂CO₃ = 120 ⋅ 0,4 = 48 г
n (NH₄)₂CO₃ = m (NH₄)₂CO₃ / M (NH₄)₂CO₃ = 48 / 96 = 0,5 моль

6. Определим, кто из реагентов в третьей реакции находится в недостатке:
поделим моли карбоната аммония и азотной кислоты на свои коэффициенты

(NH₄)₂CO₃ : HNO₃
(0,5 / 1) : (1,2 / 2)
(0,5 / 1) < (1,2 / 2)
(NH₄)₂CO₃ < HNO₃

Приходим к выводу, что HNO₃ находится в избытке, а (NH₄)₂CO₃ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по (NH₄)₂CO₃.

7. Найдем массу образовавшегося углекислого газа:
n CO₂ = n (NH₄)₂CO₃ = 0,5 моль
m CO₂ = n CO₂⋅ M CO₂ = 0,5 ⋅ 44 = 22 г

8. Найдем массу нитрата железа(II) в конечном растворе:
m_ост. Fe(NO₃)₂ = (0,8 – 2 ⋅ 0,3) ⋅ 180 = 36 г   

9. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_{образ. р-ра} + m_р-ра (NH₄)₂CO₃ – m CO₂ = 400 – 144 ⋅ 0,3 – 36 ⋅ 0,1 + 120 – 22 = 451,2 г

10. Найдем массовую долю нитрата железа(II) в конечном растворе:
ω_ост. Fe(NO₃)₂ = m_ост. Fe(NO₃)₂ / m_{конечн. р-ра} = 36 / 451,2 = 0,08 → 8%

Ответ: ω_ост. Fe(NO₃)₂ = 8%

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