CHUYÊN đề các DẠNG bài tập và PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tập về AXIT NITRIIC

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚCTRƯỜNG THPT VĂN QUÁN Chuyên đề: CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ AXIT NITRIC Người thực hiện: Nguyễn Thị Lưu Trường THPT Văn Quán Tổ:

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC

TRƯỜNG THPT VĂN QUÁN

Chuyên đề:

CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

BÀI TẬP VỀ AXIT NITRIC

Người thực hiện: Nguyễn Thị Lưu

Trường THPT Văn Quán

Tổ: Hóa - Sinh

1

Lập thạch, tháng 02 năm 2014

CHUYÊN ĐỀ: CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

BÀI TẬP VỀ AXIT NITRIIC

A PHẦN MỞ ĐẦU

Môn hóa học là một trong ba bộ môn của cả 2 khối thi ĐH-CĐ là khối A, B Mặt khác,

bộ môn Hóa học là một trong các bộ môn khoa học tự nhiên mà nhiều học sinh yêu thích Nhưng vấn đề đặt ra là môn hóa học là bộ môn được coi là khó đối với học sinh Vậy làm thế nào để tạo cho học sinh hứng thú khi học bài trên lớp thì việc học môn hóa học lại trở nên nhẹ nhàng Theo tôi bằng cách cho học sinh nắm chắc các kiến thức

cơ bản, có phương pháp giải phù hợp với từng dạng bài tập, phù hợp với đối tượng học sinh là chất xúc tác tạo hứng thú học môn Hóa học cho học sinh Vì vậy người giáo viên đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong chất lượng giảng dạy Từ thực tế giảng dạy học sinh trường THPT Văn Quán, tôi mạnh dạn trao đổi với đồng chí, đồng nghiệp một

số kinh nghiệm trong việc giảng dạy chuyên đề: “Các dạng bài tập về axit nitric” là một trong số các chuyên đề ôn thi ĐH-CĐ

B NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ:

I Phạm vi, đối tượng:

Căn cứ vào mục tiêu giảng dạy chuyên đề “Các dạng bài tập về axit nitric”:

1 Về kiến thức:

Học sinh biết:

- Axit nitric ngoài tính axit mạnh còn có tính oxi hóa mạnh

- Các phản ứng của axit nitric với kim loại, phi kim và hợp chất

2 Kĩ năng

- Viết phương trình phản ứng của axit nitric với kim loại, phi kim và hợp chất

- Phương pháp giải bài tập về axit nitric

3 Thái độ, tình cảm:

- Giáo dục học sinh lòng say mê bộ môn hóa học

- Học sinh có kinh nghiệm, có thái độ cần thiết trong cuộc sống

II Phương pháp thực hiện:

1- Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu là phương pháp giải các dạng bài tập về axit nitric để phù hợp với đối tượng học sinh trường THPT Văn Quán.

2- Quá trình thực hiện nội dung:

* Những kiến thức cần nắm vững:

2.1 Tính oxi hóa của HNO 3

HNO3 thể hiện tính oxi hóa mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử như: Kim loại, phi kim, các hợp chất Fe(II), hợp chất S2-, I-, Thông thường:

+ Nếu axit đặc, nóng tạo ra sản phẩm NO2

+ Nếu axit loãng, thường cho ra NO Nếu chất khử có tính khử mạnh, nồng độ axit và nhiệt độ thích hợp có thể cho ra N2O, N2, NH4NO3

Chú ý:

1 Một số kim loại (Fe, Al, Cr, ) không tan trong axit HNO3 đặc, nguội do bị thụ động hóa

2 Trong một số bài toán ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra các sản phẩm khác:

NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu ne cho > ne nhận để tạo khí) hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy

có khí thoát ra) hoặc các hợp chất khí của Nitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn hợp đã cho

3 Khi axit HNO3 tác bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phản ứng trung hòa

4 Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3 của kim loại (Fe3+, Cr3+ ); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2 (Fe2+,

Cr2+), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối

5 Các chất khử phản ứng với muối NO3- trong môi trường axit tương tự phản ứng với HNO3 Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương trình ion

2.2 Các phương pháp cẩn áp dụng:

a Phương pháp bảo toàn electron

- Chỉ áp dụng cho bài toán xảy ra các phản ứng oxi hoá khử.

- Xác định và viết đầy đủ các quá trình khử, quá trình oxi hoá.

- Định luật bảo toàn electron: ∑ e nhường = ∑ e nhận

b Pháp pháp qui đổi

- Phạm vi áp dụng:

3

+ Kim loại, oxit kim loại tác dụng với dung dịch HNO3.

+ Kim loại và hợp chất kim loại với lưu huỳnh tác dụng với HNO3

- Hướng quy đổi: Một bài toán có thể có nhiều hướng quy đổi khác nhau:

+ Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hai hay chỉ một chất

Ví dụ: Hỗn hợp: Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4

+ Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng:

Ví dụ: Hỗn hợp: Fe, FeS, FeS2, Cu, CuS, CuS2, Cu2S, S  → Fe, Cu, S

- Khi áp dụng phương pháp qui đổi, cần phải tuân thủ 3 nguyên tắc:

+ Bảo toàn nguyên tố

+ Bảo toàn số oxi hoá

+ Số electron nhường, nhận là không thay đổi

2.3 Một số công thức áp dụng cần nhớ:

a Tính khối lượng muối

(1.1)

- Phạm vi áp dụng: + Kim loại tác dụng với HNO3 hoặc H2SO4 đặc

+ Với HNO3: nNO3 tạo muối = ne nhận = 3.n NO +n NO2 +8n N O2 +10n N2 +8n NH NO4 3

(1.2) + Với hỗn hợp H2SO4 đặc và HNO3: (thường không tạo muối amoni)

Tuy nhiên, trong các bài tập ta cũng thường gặp phản ứng chỉ tạo muối sunfat Dạng này ta cần:

+ NO3- phản ứng hết

Khối lượng muối = khối lượng kim loại + khối lượng gốc axit

mmuối = mkim loại + 62 (3 × n NO +n NO2 + 8n N O2 + 10n N2 + 8n NH NO4 3 ) 80 + n NH NO4 3

Fe, FeO

Fe, Fe2O3

Fe2O3, FeO FeO

+ Khối lượng muối bằng khối lượng của kim loại và SO4

2-b Tính số mol HNO3 phản ứng

naxit nitric phản ứng = ntạo muối + ntạo khí và muối amoni (2)

Với nNO3- tạo muối kim loại = ne nhận = 3.n NO +n NO2 + 8n N O2 + 10n N2 + 8n NH NO4 3

Từ số mol axit phản ứng ta có thể tính được C%, CM, thể tích và khối lượng dung dịch

3 Nguyên tắc giải bài tập: Dùng định luật bảo toàn e.

+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử của N thì ne nhường = Σne nhận

+ Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng Σne nhường = ne nhận

- Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng

điện tích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn nguyên tố

- Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn các quá trình

M → Mn+

+ ne 4H+ + NO3- + 3e → NO + 2H2O

+ Đặc biệt trong trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO 3 ta có:

nHNO3 (pư) = 2nNO2 = 4nNO = 10nN2O = 12nN2 = 10nNH4NO3

nNO3-(trong muối) = nNO2 = 3nNO = 8nN2O = 10nN2 = 8nNH4NO3

5

naxit nitric ph n ng ả ứ = (2.1)

Nếu hỗn hợp gồm cả kim loại và oxit kim loại phản ứng với HNO 3 (và giả sử tạo ra khí NO) thì:

nHNO3 (pư) = 4n NO + 2n O (trong oxit KL)

* Phần bài tập:

1 Các bài tập tự luận có hướng dẫn giải:

Bài 1 Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO3 được dung dịch Y và 2,24 lit khí NO (đktc) Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH 2 M được kết tủa

R Sau khi nung R đến khối lượng không đổi thu được 20 g chất rắn

a Tính khối lượng Cu ban đầu.

b Tính khối lượng các chất trong Y và nồng độ % của dung dịch HNO3 đã dùng

Hướng dẫn 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 được kết tủa R chỉ chứa Cu(OH)2 Chất rắn thu được khi nung là CuO ⇒ nCuO = 20/80 = 0,25 mol ⇒ n Cu (OH) 2= nCuO = 0,25 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

nCu (ban đầu) = nCu (trong CuO) = 0,25 mol ⇒ m Cu = 0,25.64 = 16 g

b Trong X, nCu2 += n Cu (OH) 2= 0,25 mol ⇒ mCu(NO ) 2= 188.0,25 = 47 g

Vậy chứng tỏ phản ứng của Cu và HNO3 phải tạo ra NH4NO3

ne (Cu nhường) = Σne nhận = 0,5 mol ⇒ ne nhận

3

5 − +

→N

N = 0,5 – 0,3 = 0,2 mol + 5

N + 8e → − 3

N

0,2 mol 0,025 mol

⇒ n NH 4 NO 3= 0,025 mol ⇒ mNH 4 NO 3= 80.0,025 = 2 g

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

nHNO 3 pư = nN (trong Cu(NO ) 2 ) + nN (trong NO) + nN (trong NH 4 NO 3)

= 2nCu(NO ) 2 + nNO + 2nNH 4 NO 3= 0,65 mol

(Nếu sử dụng công thức tính nhanh ở trên ta có:

nHNO 3 pư = 4.nNO + 10.nNH 4 NO 3= 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol)

⇒ mHNO 3= 63.0,65 = 40,95 g ⇒ C% = 100 %

800

95 , 40

y

mol 0,2

5,4 27.0,2 m

Fe

Al

→ Đáp án A.

Bài 3 Cho a mol Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO3 1 M, H2SO4

0,5 M thu được V lit NO ở đktc

7

a Tính V ( biện luận theo a)

b Nếu Cu dư hoặc vừa đủ thì lượng muối thu được là bao nhiêu?

+ Cho hỗn hợp oxit sắt có tính khử và Cu (hoặc Fe) tác dụng với dung dịch HNO3

Nội dung của phương pháp: Với hỗn hợp nhiều chất ta có thể coi hỗn hợp tương

đương với 1 số chất (thường là 2) hoặc có thể chỉ là 1 chất (chẳng hạn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 có thể coi tương đương FeO và Fe2O3 còn nếu biết FeO và Fe2O3

có số mol bằng nhau có thể coi tương đương với duy nhất Fe3O4) hoặc quy đổi theo các nguyên tố thành phần tạo nên hỗn hợp

Bài 1 Để m gam Fe ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp H có

khối lượng 12 gam gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 và Fe Hòa tan hết H vào dung dịch HNO3

thu được 2,24 lít khí NO (đo ở đktc) Giá trị m gam là bao nhiêu?

1 Ngoài cách quy đổi theo Fe và O như ở trên ta cũng có thể quy đổi hỗn hợp theo Fe

và Fe2O3 hoặc Fe và FeO hoặc FeO và Fe2O3,

* Lưu ý theo cách quy đổi các nghiệm tính được có thể là giá trị âm và ta vẫn sử dụng

=

1 , 0 3 3

12 72 56

y

x

y x

m H

(với x = nFe; y = nFeO)

Tìm được x = 0,06; y = 0,12 ⇒ nFe (ban đầu) = nFe + nFe (trong FeO) = 0,18 ⇒ m Fe = 10,08 g

Còn nếu quy đổi theo FeO (x mol) và Fe 2 O 3 (y mol) ta có:

x

y x

m H

⇒ x = 0,3 ; y = -0,06

nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18 ⇒ m Fe = 10,08 g

Dùng công thức giải nhanh

Gọi x là số mol Fe ban đầu; a là tổng số mol electron mà N+5 của axit nhận vào; m’

Nếu dùng Cu thì: n Cu = 0,1(m’/8 + a); m Cu = 6,4(m’/8 + a)

Quy đổi gián tiếp

Giả sử trong quá trình thứ hai ta không dùng HNO3 mà thay bằng O2 để oxi hóa hoàn toàn hỗn hợp H thành Fe2O3 thì từ việc bảo toàn e: nO (thêm) = 3/2nNO = 0,15 (mol) ⇒ moxit = 12 + 0,15.16 = 14,4 ⇒ n Fe = 0,18 (mol)

Ngoài các cách giải trên bài toán còn rất nhiều cách giải khác!

Bài 2 Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS2 trong HNO3 dư được 0,48 mol NO2 và dung dịch X Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là:

A 17,545 gam B 18,355 gam C 15,145 gam D 2,4 gam

Hướng dẫn giải:

Gọi x, y lần lượt là tổng số mol Fe và S trong hỗn hợp (cũng có thể coi x, y là số mol

Fe và S đã tham gia phản ứng với nhau tạo ra hỗn hợp trên)

Bài 3 Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu và Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3

loãng, đun nóng và khuấy đều Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 3,36 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc), dung dịch Y và còn lại 2,4 gam kim loại Cô cạn dung dịch Y, thu được m gam muối khan Xác định giá trị của m?

Hướng dẫn giải:

nNO = 0,15 (mol)

Gọi a là số mol Cu trong X đã phản ứng Gọi b là số mol Fe3O4 trong X

Ta có: 64a + 232b = 61,2 – 2,4

Các nguyên tố Cu, Fe, O trong hỗn hợp X khi phản ứng với HNO3 chuyển thành muối Cu2+, Fe2+ (vì dư kim loại), H2O do đó theo bảo toàn e:

Bài 4 ĐH KB 2007: Nung m gam bột Fe ngoài không khí thu được 3g hỗn hợp

chất rắn X Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thu được 0,56 lit khí NO là

sản phẩm khử duy nhất (đktc) Giá trị của m là:

A 2,22 B 2,52 C 2,32 D 2,62

Bài giải: Ý tưởng: Qui đổi 3g hỗn hợp X thành 3g hỗn hợp Fe (x mol) và O (y mol)

Từ khối lượng hỗn hợp và áp dụng phương pháp bảo toàn electron lập hệ

Bài giải: Ý tưởng: - Qui đổi X thành 11,36g hỗn hợp Fe (x mol) và O (y mol)

- ĐLBT electron (3.Fe – 2.O = 3.NO) kết hợp với mhỗn hợp X

56x + 16y = 11,36 x = 0,16

3x – 2y = 3 × 1,344/22,4 y = 0,1

Khối lượng Fe(NO3)3 = 242 × 0,16 = 38,72(g)

Bài 6 Để 6,72g Fe trong không khí thu được m gam hỗn hợp X gồm 4 chất rắn

Để hoà tan X cần dùng vừa hết 255ml dung dịch HNO3 2M thu được V lit khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Giá trị của m và V là:

A 8,4 và 3,360 B 10,08 và 3,360 C 8,4 và 5,712 D 10,08 và 5,712

Bài giải: Ý tưởng: Áp dụng công thức (2.1)  → tính số mol NO2  → thể tích NO2

Áp dụng ĐLBT electron (3.Fe – 2.O = 1 NO2)  → số mol O (a mol):

Bài 8 Hoà tan hết m gam hỗn hợp Fe; FeO; Fe3O4 trong dung dịch HNO3 đặc nóng dư được 448ml khí NO2 (đktc) Cô cạn dung dịch sau phản ứng được 14,52g muối Giá trị của m:

Bài 9 Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe3O4 tác dụng với 200ml dung dịch HNO3 3,2M Sau phản ứng được 2,24 lít khí NO (đktc) duy nhất và còn lại 1,46g kim loại không tan Giá trị của m:

Bài 10 Cho 5,584g hỗn hợp Fe và Fe3O4 tác dụng vừa đủ với 500ml dung dịch HNO3 loãng Sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 0,3136 lít khí NO duy nhất và dung dịch X Nồng độ dung dịch HNO3 phản ứng là:

A 0,472M B 0,152M C 3,040M D 0,304M

Bài 11 ĐH 2009 KB: Cho 61,2g hỗn hợp Cu và Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, đun nóng và khuấy đều Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 lit khí NO duy nhất (đktc), dung dịch Y và còn lại 2,4g kim loại Cô cạn dung dịch Y thu được m gam muối khan Giá trị của m:

Bài 12 Cho 13,92g hỗn hợp Cu và một oxit sắt tác dụng với dung dịch HNO3

loãng được 2,688 lit khí NO duy nhất (đktc) và 42,72g muối khan Công thức oxit sắt:

A FeO B Fe2O3 C Fe3O4 D không xác định

Bài 13 Cho m gam hỗn hợp X gồm FeO; CuO và Fe3O4 có số mol bằng nhau tác dụng hoàn toàn với lượng vừa đủ 250ml dung dịch HNO3 được dung dịch Y và 3,136 lit hỗn hợp NO2; NO (đktc), tỉ khối của hỗn hợp khí so với H2 là 20,143 Giá trị của m và nồng độ mol/l của dung dịch HNO3 phản ứng là:

A 46,08g và 7,28M B 23,04g và 7,28M

C 23,04g và 2,10M D 46,08g và 2,10M

Bài 14 Hoà tan hoàn toàn 30,4g hỗn hợp rắn X gồm Cu, CuS, Cu2S và S bằng dung dịch HNO3 thoát ra 20,16 lit khí NO duy nhất (đktc)và dung dịch Y Thêm Ba(OH)2 dư vào dung dịch Y thu được bao nhiêu gam kết tủa:

A 81,55g B 29,40g

C 110,95g D 115,85g

Bài 15 Hỗn hợp X gồm Zn; ZnS; S Hoà tan 17,8g hỗn hợp X trong HNO3 nóng

dư thu được V lit khí NO2 duy nhất (đktc) và dung dịch Y Thêm từ từ dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch Y thu được kết tủa nặng 34,95g Giá trị của V:

Bài 17 Cho 0,15 mol CuFeS2 và 0,09 mol Cu2FeS2 tác dụng với dung dịch HNO3

dư thu được dung dịch X và hỗn hợp khí Y gồm NO và NO2 Thêm BaCl2 dư vào dung dịch X thu được m gam kết tủa Mặt khác, nếu thêm dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch X, lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được a gam chất rắn Giá trị của m và a:

13

A 111,84g và 157,44g B 112,84g và 157,44g

C 111,84g và 167,44g D 112,84g và 167,44g

Bài 18 ĐH Dược HN 2001: Hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol như nhau, M

là kim loại có hoá trị không đổi Cho 6,51g X tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch HNO3 đun nóng thu được dung dịch A1 và 13,216 lit hỗn hợp khí A2 (đkc) có khối lượng 26,34g gồm NO2 và NO Thêm một lượng BaCl2 dư vào dung dịch A1 thấy tạo thành m1 gam kết tủa trắng trong dung dịch dư axit trên Kim loại M và giá trị m1 là:

C Zn và 20,97g D Mg và 23,3g

2 Dạng 2: Dùng phương pháp bảo toàn electron

Nội dung phương pháp:

- Xác định và viết đầy đủ các quá trình khử, quá trình oxi hoá.

- Định luật bảo toàn electron: ∑ e nhường = ∑ e nhận

Bài tập áp dụng:

Bài 1 ĐH 2008 KB: Thể tích dung dịch HNO3 1M loãng ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn một hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe; 0,15 mol Cu (Biết phản ứng chỉ tạo ra chất khử NO):

A.0,8 lit B 1,0 lit C 1,2 lit D 0,6 lit

Bài giải:

Ý tưởng: Dựa vào ĐLBT electron tính được nNO

Dựa vào (2.1) tính được naxit nitric phản ứng = 4nNO  → Vdd axit phản ứng

Vì thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất nên Fe chỉ đạt đến hoá trị II

Phép tính: Vdd HNO3 phản ứng

2 0,15 2 0,15 4

3 1