CHUYÊN ĐỀ: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ AXIT NITRIC I NỘI DUNG Nguyên tắc giải tập: - Dùng định luật bảo toàn e  Nội dung phương pháp: M → n+ M + ne +5 +x N + (5 – x)e → N ⇒ ne nhường = ne nhận - Dùng cách quy đổi  Nội dung phương pháp: Với hỗn hợp nhiều chất ta coi hỗn hợp tương đương với số chất (thường 2) chất (chẳng hạn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 Fe3O4 coi tương đương FeO Fe2O3 biết FeO Fe2O3 có số mol coi tương đương với Fe 3O4) quy đổi theo nguyên tố thành phần tạo nên hỗn hợp * Đặc biệt + Nếu phản ứng tạo nhiều sản phẩm khử N ne nhường = Σne nhận + Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng Σne nhường = ne nhận + Tổng quát: Σne nhường = Σne nhận - Trong số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo tồn điện tích (tổng điện tích dương = tổng điện tích âm) định luật bảo tồn ngun tố (khối lượng số mol nguyên tử nguyên tố trước sau phản ứng nhau) - Có thể sử dụng phương trình ion – electron bán phản ứng để biểu diễn trình M → Mn+ + ne 4H+ + NO 3− + 3e → NO + 2H2O + Đặc biệt trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO3 ta có: nHNO3 (pư) = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2 + 10nNH4NO3 nNO 3− (trong muối) = nNO2 + 3nNO + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3 Trong công thức trên, sản phẩm khử khơng có tốn bỏ Nếu hỗn hợp gồm kim loại oxit kim loại phản ứng với HNO3 (và giả sử tạo khí NO) thì: nHNO3 (pư) = 4nNO + 2nO (trong oxit KL) Các ví dụ tập sử dụng định luật bảo tồn electron Ví dụ 1: Cho g hỗn hợp gồm Mg, Al, Fe, Cu đốt cháy ngồi khơng khí, thu 12 g hỗn hợp chất rắn A Hòa tan A dung dịch HNO lỗng, dư thu 0,896 lít (đktc) khí khơng màu, hóa nâu khơng khí (là sản phẩm khử nhất) a) Tính số mol HNO3 phản ứng b) Tính khối lượng muối nitrat tạo thành Giải: Cách 1: Đặt số mol Mg, Al, Fe, Cu có hỗn hợp x, y, z, t Theo ta có: mhh = 24x + 27y + 56z + 64t = (1) - Các q trình oxi hóa: Mg → Mg2+ + 2e x 2x Al → Al3+ + 3e y 3y Fe → Fe3+ + 3e z 3z Cu → Cu2+ + 2e t 2t  ne nhường = 2x + 3y +3z + 2t (2) - Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: Khối lượng oxi phản ứng = 12 -8 = g  nO2 = = 0,125 (mol) 32 - Khí khơng màu, hóa nâu khơng khí khí NO  nNO = 0,896 = 0,04 (mol) 22, - Các trình khử: O2 + 0,125 N+5 → 2O2- 4e 4.0,125 + 3e → 3.0,04 N+2 0,04  ne nhận = 4.0,125 + 3.0,04 = 0,62 (3) - Từ (2) (3), áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 2x + 3y +3z + 2t = 0,62 (4) a) mmuối = (24 + 62 2)x + (27 + 62 3)y + (56 + 62 3)z + (64 + 62 2)t = (24x + 27y + 56z + 64t) + 62.( 2x + 3y +3z + 2t) Kết hợp với (1) (4) ta có: mmuối = + 62 0,62 = 46,44 (g) b) Áp dụng định luật bảo tồn ngun tố N ta có: nHNO3 (pư) = nN (trong muối) + nN (trong NO) = 0,62 + 0,04 = 0,66 (mol) Cách 2: Áp dụng công thức tính nhanh ta có: nNO 3− (trong muối) = 4nO2 + 3nNO = 4.0,125 + 3.0.04 = 0.62 (mol)  nHNO3 (pư) = 0,62 + 0,04 = 0,66 (mol)  mmuối = + 62 0,62 = 46,44 (g) Hoặc tính số mol HNO3 theo cơng thức: nHNO3 (pư) = 4nNO + 2nO (trong oxit KL)  nHNO3 = 0,04 + 2.2.0,125 = 0,66 (mol) Ví dụ 2: Cho 0,2 mol Mg; 0,2 mol Fe; 0,2 mol Al; 0,1 mol Zn tác dụng hết với HNO dư thu V(lít) khí NO (sản phẩm khử nhất) Tính giá trị V? Giải: Cách 1: - Viết PTHH xảy ra: 3Mg + 8HNO3 → 3Mg(NO3)2 + + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO 0,2 Al + + 4H2O (1) 0, 0,2 Fe 2NO + 2H2O (2) 0,2 4HNO3 → Al(NO3)3 + 0,2 NO + 2H2O (3) + 4H2O (4) 0,2 3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO 0, 0,1 - Từ PTHH (1), (2), (3), (4), ta có: V=( 0, 0, + 0,2 + 0,2 + ).22,4 = 15,68 (lít) 3 Cách 2: Áp dụng cơng thức: Σne nhường = ne nhận  0,2.2 + 0,2.3 + 0,2.3 + 0,1.2 = 3nNO  nNO = 0,7 (mol)  VNO = 0,7.22,4 = 15,68 (lít) Ví dụ 3: Nung 11,2 gam Fe với 12,8 gam S Sau phản ứng hoàn toàn thu chất rắn A Cho A tác dụng với HNO3 lỗng dư, thu V lít (đktc) khí NO (là sản phẩm khử nhất) Tìm V Giải: Cách 1: - Ta có: nFe = 11, = 0,2 mol 56 ns = 12,8 = 0,4 mol 32 - Các PTHH xảy ra: Fe + S → 0,2 FeS 0,2 (1) 0,2  FeS : 0, 2mol    Vậy chất rắn A gồm :  S : 0, 2mol  S + 2HNO3 0,2 0,4 FeS + → H2SO4 + 2NO 0,4 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 0,2 3NO + 2H2O + H2SO4 0,6  VNO = (0,4 + 0,6).22,4 = 22,4 lít Cách 2: Áp dụng định luật bảo toàn electron: 0,2.3 + 0,4.6 = 3nNO  nNO = 1mol  VNO = 22,4 lít * Các ví dụ sau trình bày theo cách làm nhanh Ví dụ 4: Cho a mol Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO M, H2SO4 0,5 M thu V lit NO đktc a Tính V ( biện luận theo a) b Nếu Cu dư vừa đủ lượng muối thu bao nhiêu? Giải: a n HNO = 0,12.1 = 0,12 mol; n H SO = 0,12.0,5 = 0,06 mol ⇒ n H = 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol; n NO = 0,12 mol + Ta có ptpư: 3Cu + − 8H+ + 2NO3- → 3Cu+2 + 2NO + 4H2O Có thể xảy trường hợp + Cu hết, H+ NO3- dư nNO = 2 nCu = a (mol) ⇒ V = 22,4 a = 14,93 (lit) 3 + Cu đủ dư, H+ hết (NO3- dư so với H+) nNO = + n H = 0,06 mol ⇒ V = 22,4.0,06 = 13,44 (lit) b Khi Cu hết dư n Cu(NO ) = n H = 0,09 ⇒ m Cu(NO ) = 188.0,09 = 16,92 (g) + 3 Ví dụ 5: Hồ tan hoàn toàn m g bột Cu 800 g dung dịch HNO dung dịch Y 2,24 lit khí NO (đktc) Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH M kết tủa R Sau nung R đến khối lượng không đổi thu 20 g chất rắn a Tính khối lượng Cu ban đầu b Tính khối lượng chất Y nồng độ % dung dịch HNO3 dùng Giải: nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol; nNaOH = 0,3.0,2 = 0,06 mol a Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thu kết tủa R chứa Cu(OH) Chất rắn thu nung CuO ⇒ nCuO = 20/80 = 0,25 mol ⇒ nCu (OH ) = nCuO = 0,25 mol Theo định luật bảo toàn nguyên tố: nCu (ban đầu) = nCu (trong CuO) = 0,25 mol ⇒ mCu = 0,25.64 = 16 g b Trong X, n Cu = nCu (OH ) = 0,25 mol ⇒ m Cu(NO ) = 188.0,25 = 47 g 2+ Cu → Cu2+ + 0,25 mol +5 Mà: N + 3e 2e 0,5 mol +2 → N 0,3 mol 0,1 mol Vậy chứng tỏ phản ứng Cu HNO3 phải tạo NH4NO3 +5 −3 ne (Cu nhường) = Σne nhận = 0,5 mol ⇒ ne nhận N →N = 0,5 – 0,3 = 0,2 mol +5 N + 8e 0,2 mol ⇒n NH NO3 −3 → N 0,025 mol = 0,025 mol ⇒ m NH NO = 80.0,025 = g Theo định luật bảo toàn nguyên tố: n HNO pư = nN (trong Cu(NO3 ) ) + nN (trong NO) + nN (trong NH NO ) = 2n Cu(NO ) + nNO + 2n NH NO = 0,65 mol (Nếu sử dụng cơng thức tính nhanh ta có: n HNO pư = 4.nNO + 10.n NH NO = 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol) 40,95 100% ⇒ m HNO3 = 63.0,65 = 40,95 g ⇒ C% = 800 = 5,12% Ví dụ 6: Hòa tan 4,8 gam Mg vào dung dịch HNO3 lỗng (dư) thu 2,24 lít khí NO (ở đktc) dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu m gam chất rắn Tìm giá trị m Giải: nMg = 4,8 = 0,2 mol 24 2, 24 nNO = 22, = 0,1 mol - Giả sử sản phẩm khơng có NH4NO3 Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 2.0,2 = 3.0,1 (vơ lí)  Vậy sản phẩm khử phải tạo thành NH 4NO3 :x mol Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có: 2.0,2 = 3.0,1 + 8x  x = 0,125 mol  Mg ( NO3 ) : 0, 2mol   ÷ NH NO3 : 0, 0125mol   Vậy chất rắn gồm  m = 30,6 gam Các ví dụ tập sử dụng phương pháp qui đổi Ví dụ Để m gam Fe ngồi khơng khí, sau thời gian biến thành hỗn hợp H có khối lượng 12 gam gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 Fe Hòa tan hết H vào dung dịch HNO3 thu 2,24 lít khí NO (đo đktc) Giá trị m gam bao nhiêu? Giải nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol Gọi x số mol Fe; y tổng số mol ngun tử O khơng khí tham gia phản ứng Ta có: mH = 56x + 16y = 12 (1) Trong tồn q trình phản ứng: ne (Fe cho) = ne(O nhận) + ne (N nhận)  3x = 2y + 3.0,01 (2) Từ (1) (2) có được: x = 0,18; y = 0,12 Do đó: mFe = 56x = 10,08  Chú ý: Ngồi cách quy đổi theo Fe O ta quy đổi hỗn hợp theo Fe Fe2O3 Fe FeO FeO Fe2O3, * Lưu ý theo cách quy đổi nghiệm tính giá trị âm ta sử dụng để tính tốn bình thường Chẳng hạn, quy đổi theo Fe FeO ta có hệ: m H = 56 x + 72 y = 12  3 x + y = 3.0,1 (với x = nFe; y = nFeO) Tìm x = 0,06; y = 0,12 ⇒ nFe (ban đầu) = nFe + nFe (trong FeO) = 0,18 ⇒ mFe = 10,08 g Còn quy đổi theo FeO (x mol) Fe2O3 (y mol) ta có: m H = 72 x + 160 y = 12   x = 3.0,1 ⇒ x = 0,3 ; y = -0,06 nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18 ⇒ mFe = 10,08 g Ví dụ 8: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS HNO3 dư 0,48 mol NO2 dung dịch X Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi khối lượng chất rắn thu là: A 17,545 gam B 18,355 gam C 15,145 gam Giải D 2,4 gam Gọi x, y tổng số mol Fe S hỗn hợp (cũng coi x, y số mol Fe S tham gia phản ứng với tạo hỗn hợp trên) Ta có: 56x + 32y = 3,76 Mặt khác: ne (cho) = 3x + 6y = 0,48 = ne (nhận) (vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo muối Fe3+ H2SO4) Từ có: x = 0,03; y = 0,065 Khi thêm Ba(OH) dư kết tủa thu có: Fe(OH) (0,03 mol) BaSO4 (0,065 mol) Sau nung chất rắn có: Fe2O3 (0,015 mol) BaSO4 (0,065 mol) mchất rắn = 160.0,015 + 233.0,065 = 17,545 (gam) Ví dụ Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu Fe 3O4 tác dụng với dung dịch HNO lỗng, đun nóng khuấy Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 3,36 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc), dung dịch Y lại 2,4 gam kim loại Cô cạn dung dịch Y, thu m gam muối khan Xác định giá trị m? Giải nNO = 0,15 (mol) Gọi a số mol Cu X phản ứng Gọi b số mol Fe3O4 X Ta có: 64a + 232b = 61,2 – 2,4 Các nguyên tố Cu, Fe, O hỗn hợp X phản ứng với HNO chuyển thành muối Cu2+, Fe2+ (vì dư kim loại), H2O theo bảo toàn e: 2a + 2.3b – 2.4b = 3.0,15 Từ đó: a = 0,375; b = 0,15 Muối khan gồm có: Cu(NO3)2 (a = 0,375 mol) Fe(NO3)2 (3b = 0,45 mol) mmuối = 188.0,375 + 180.0,45 = 151,5 (gam) Bài tập kết hợp định luật bảo toàn electron phương pháp qui đổi Ví dụ 10: Để m gam phoi sắt ngồi khơng khí, sau thời gian sắt bị oxi hoá thành hỗn hợp X gồm chất có khối lượng 27,2g Hồ tan hết X 300 ml dung dịch HCl a mol/l thấy 3,36 lit khí H2 (đkc) dung dịch Y Cho tiếp dung dịch HNO3 tới dư vào dung dịch Y thu dung dịch Z chứa hỗn hợp FeCl 3, Fe(NO3)3, HNO3 dư 2,24 lit khí NO thoát (đkc) Giá trị m a là: A 22,4g 2M B 16,8g 3M C 22,4g 3M D 16,8g 2M Giải: Qui đổi 27,2g X thành Fe (x) O (y) Lập hệ phương trình : 56.Fe + 16.O = 27,2 3.Fe – 2.O = 2.H2 + 3.NO → khối lượng Fe (m = 22,4g) Tìm x y  Bảo toàn e cho dung dịch Y + HNO3 → a = 0,15; b + 2c = 0,25; a + b = 0,3 Fe (a) ; FeO (b) ; Fe2O3 (c)   → b = 0,15; c = 0,05  → nHCl = 2.0,15 + 0,15 + 0,05 = 0,9 mol  → CM = 0,9/0,3 = 3M Các điểm cần lưu ý việc tổ chức thực chuyên đề 5.1 Tính oxi hóa HNO3 HNO3 thể tính oxi hóa mạnh tác dụng với chất có tính khử như: Kim loại, phi kim, hợp chất Fe(II), hợp chất S2-, I-, Thông thường: + Nếu axit đặc, nóng tạo sản phẩm NO2 + Nếu axit loãng, thường cho NO Nếu chất khử có tính khử mạnh, nồng độ axit nhiệt độ thích hợp cho N2O, N2, NH4NO3 + NO2 chất khí màu nâu đỏ M = 46 ne nhận = nNO2 + NO chất khí khơng màu, bị hóa nâu ngồi khơng khí; M = 30; ne nhận = 3nNO; + N2O chất khí khơng màu, khơng bị hóa nâu ngồi khơng khí, nặng khơng khí; M = 44 ne nhận = 8nN2O + N2 chất khí khơng màu, khơng trì sống, cháy; M = 28; nhẹ khơng khí; ne nhận = 10nN2 + NH4NO3 chất rắn tan tốt nước; 10 ne nhận = nNH4NO3 5.2 Chú ý: - Một số kim loại (Fe, Al, Cr, ) không tan axit HNO đặc, nguội bị thụ động hóa - Trong số toán ta phải ý biện luận trường hợp tạo sản phẩm khác: NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu ne cho > ne nhận để tạo khí) dựa theo kiện đề (chẳng hạn cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí ra) hợp chất khí Nitơ dựa vào tỉ khối hỗn hợp cho - Khi axit HNO3 tác dụng với bazơ, oxit bazơ khơng có tính khử xảy phản ứng trung hòa - Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), dùng dư axit tạo muối hóa trị kim loại (Fe3+, Cr3+); axit dùng thiếu, dư kim loại tạo muối hóa trị (Fe 2+, Cr2+), tạo đồng thời loại muối - Các chất khử phản ứng với muối NO 3- môi trường axit tương tự phản ứng với HNO3 Ta cần quan tâm chất phản ứng phương trình ion 5.3 Cần sử dụng phương pháp phù hợp với toán 5.3.1 Phương pháp bảo tồn electron Chỉ áp dụng cho tốn xảy phản ứng oxi hoá khử Xác định viết đầy đủ trình khử, trình oxi hố Định luật bảo tồn electron: ∑ e nhường = ∑ e nhận 5.3.2 Pháp pháp qui đổi - Phạm vi áp dụng: + Kim loại, oxit kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 + Kim loại hợp chất kim loại với lưu huỳnh tác dụng với HNO3 11 ... ứng với muối NO 3- môi trường axit tương tự phản ứng với HNO3 Ta cần quan tâm chất phản ứng phương trình ion 5.3 Cần sử dụng phương pháp phù hợp với toán 5.3.1 Phương pháp bảo tồn electron Chỉ áp... màu, khơng trì sống, cháy; M = 28; nhẹ khơng khí; ne nhận = 10nN2 + NH4NO3 chất rắn tan tốt nước; 10 ne nhận = nNH4NO3 5.2 Chú ý: - Một số kim loại (Fe, Al, Cr, ) không tan axit HNO đặc, nguội... mol) Fe(NO3)2 (3b = 0,45 mol) mmuối = 188.0,375 + 180.0,45 = 151,5 (gam) Bài tập kết hợp định luật bảo toàn electron phương pháp qui đổi Ví dụ 10: Để m gam phoi sắt ngồi khơng khí, sau thời gian