sang kien kinh ngiem hoa hoc

Rốn cho học sinh cỏc kĩ năng húa học như cõn bằng phương trỡnh phản ứng, tớnh toỏn theo cụng thức và phương trỡnh húa học và rốn cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn đờ

I đặt vấn đề

Húa học là một mụn khoa học tự nhiờn nghiờn cứu về thành phần, cấu trỳc, tớnh chất, và sự thay đổi của vật chất Húa học cú vai trũ rất quan trong trong mọi lĩnh vực của đời sống, sản xuất và cú mối liờn hệ với khoa học khỏc

Trong thực tiễn giảng dạy húa học ở trường phổ thụng tụi thấy, cựng với thực nghiệm húa học, thỡ bài tập húa học cú vai trũ rất quan trọng trong việc thực hiện mục tiờu đào tạo Nú làm chớnh xỏc húa cỏc khỏi niệm húa học Củng cố đào sõu và

mở rộng kiến thức một cỏch sinh động, phong phỳ hấp dẫn ễn tập hệ thống húa kiến thức một cỏch tớch cực nhất Rốn cho học sinh cỏc kĩ năng húa học như cõn bằng phương trỡnh phản ứng, tớnh toỏn theo cụng thức và phương trỡnh húa học và rốn cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, lao động sản xuất và bảo vệ mụi trường Ngoài ra bài tập húa học vừa là mục đớch, vừa là nội dung lại vừa là phương phỏp dạy học hiệu quả, nú khụng chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức, con đường giành lấy kiến thức mà cũn đem lại niềm vui của quỏ trỡnh khỏm phỏ, tỡm tũi, phỏt hiện của việc tỡm ra đỏp số Đặc biệt bài tập húa học cũn mang lại cho người học một trạng thỏi hưng phấn, hứng thỳ nhận thức Đõy là một yếu tố tõm lý quan trọng của quỏ trỡnh nhận thức đang được chỳng ta quan tõm

Trong cỏc dạng bài tập ở chương trỡnh THPT dựng trong kỡ thi (THPT quốc gia và kỡ thi chọn học sinh giỏi cỏc cấp) Thỡ cỏc bài tập về tớnh oxi húa của axit nitric và muối nitrat cú một vị trớ rất quan trọng Đõy là dạng bài tập phổ biến, giỳp học sinh bao quỏt toàn bộ chương trỡnh học phổ thụng nhưng cỏc bài tập về tớnh oxi húa của axit nitric thường khú, phức tạp, dễ gõy nhầm lẫn trong qua trỡnh làm bài Xuất phỏt từ lớ do đú và bằng đỳc kết của bản thõn trong quỏ trịnh dạy và tự

học Tụi xin trỡnh bày đề tài “ Một số vấn đề về giải bài tập tớnh oxi húa của axit

nitric và muối nitrat” để cỏc em học sinh cú thờm tài liệu để đọc và cỏc đồng

nghiệp tham khảo

II giải quyết vấn đề.

1 Thực trạng của vấn đề.

Trong quỏ trỡnh giảng dạy tụi thấy học sinh gặp nhiều khú khăn khi gặp cỏc bài toỏn về tớnh oxi húa của axit nitric Nguyờn nhõn chớnh vỡ cỏc bài toỏn đú thường cú nhiều phản ứng oxi húa - khử, diễn biến phức tạp và nguyờn nhõn chớnh là do cỏc

em chưa nắm vững được tớnh chất húa học của axit nitric, cũng như phương phỏp gải cỏc bài tập dạng đú Chẳng hản như cỏc bài tập sau:

Ví dụ 1: Thực hiện 2 thí nghiệm :

- Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M thoát ra

V1 lít NO

- Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M và

H2SO4 0,5M thoát ra V2 lít NO

Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng

điều kiện Lập biểu thức quan hệ giữa V1 và V2

Ví dụ 2: Cho hỗn hợp G gồm: 5,4 gam Al; 8,4 gam Fe và 9,6

gam Cu vào dung dịch chứa m gam muối NaNO3 đợc dung dịch A Cho 850 ml dung dịch H2SO4 1M vào dung dịch A, khi kết thúc phản ứng thu đợc V lít NO (đktc) Tớnh giá trị nhỏ nhất của m để

V lớn nhất

Vớ dụ 3: Khi cho 39,2 gam hỗn hợp M gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3, CuO và Cu (trong đú oxi chiếm 18,367% về khối lượng) tỏc dụng với lượng dư dung dịch HNO3

nồng độ a mol/l thỡ thể tớch dung dịch HNO3 tham gia phản ứng là 850 ml Sau phản ứng thu được 0,2 mol NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) Giỏ trị của a là

Vớ dụ 4: Nung 19,4 gam hỗn hợp Fe(NO3)2, AgNO3 một thời gian thu được hỗn

hợp chất rắn X Cho X vào nước đến khi cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y và dung dịch Z Cho Y vào dung dịch HCl dư cú 4,32 gam chất rắn khụng tan Cho Z tỏc dụng với dung dịch HCl dư thỡ cú khớ khụng màu thoỏt ra húa

nõu trong khụng khớ Tớnh phần trăm khối lượng của AgNO3 trong hỗn hợp ban đầu là

Vớ dụ 5: Hũa tan hoàn toàn 1,28 gam Cu vào 12,6 gam dung dịch HNO3 60% thu được dung dịch X (khụng cú ion +

4

NH ) Cho X tỏc dụng hoàn toàn với 105 ml dung dịch KOH 1M, sau đú lọc bỏ kết tủa được dung dịch Y Cụ cạn Y được chất rắn

Z Nung Z đến khối lượng khụng đổi, thu được 8,78 gam chất rắn Tớnh nồng độ phần trăm của Cu(NO3)2 trong X là

Các bài toán trên nếu giải theo các phơng pháp truyền thống (

Đặt ẩn, viết phơng trình phân tử…) thì rất khó giải hoặc không thể giải đợc Nhưng nếu áp dụng cỏc phương phỏp đặc chưng của axit nitric tụi trỡnh bày sau thì việc giải rất nhanh gọn

1.1 Một số vấn đề chung axit nitric.

1.1.1 Axit nitric (HNO3).

* HNO3 chất lỏng, không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm d= 1,53g/ml; tan tốt trong

nớc HNO3 đặc 68% (D = 1,4g/ml)

* HNO3 là 1 axit mạnh: Trong dung dịch loãng phân li hoàn toàn và dung dịch có đầy đủ tính chất dung dịch axit:Làm quỳ tím

chuyển sang màu đỏvà Tác dụng với cac bazơ,oxit bazơ, muối,

* HNO3 có tính oxi hóa mạnh: oxi hóa đợc với hầu hết các kim loại ( trừ: Au và Pt), nhiều phi kim và các hợp chất vô cơ, hữu cơ có tính khử Sản phẩm khử không có H2 Nếu là

+ HNO3 đặc thờng là khí NO2

+ HNO3 loãng thờng là khí NO

1.1.2 Muối nitrat.

* Tất cả các muối nitrat đều tan, là chất điện li mạnh: M(NO3)n 

Mn+ + nNO3-

* Các muối Nitrat dễ bị phân huỷ.Sản phẩm phân huỷ tuỳ thuộc vào cation tạo muối

1.2 Một số điểm cần chỳ ý khi giải bài tập tính oxi hóa của axit nitric

Để làm tốt các dạng bài tập về axit nitric chúng ta cần một số chú

ý sau:

Phải nắm thật vững các tính chất (vật lí, hóa học) của axit nitric

Phải nắm vững các phơng pháp giải bài tập hóa học cơ bản nh cỏc phương phỏp: Áp dụng định luật bảo toàn electron; định luật bảo toàn khối lợng; phơng trình ion rút gọn và phơng pháp quy

đổi

2 Cỏc biện phỏp đó tiến hành để giải quyết vấn đề.

2.1 Một số dạng bài tập về tính oxi hóa của axit nitric.

2.1.1 Bài tập axit nitric tỏc dụng với kim loại.

* HNO3 có thể oxi hóa đợc với hầu hết các kim loại ( trừ: Au và Pt),

đa kim loại đạt mức oxi hóa cao nhất Sản phẩm khử không có H2 Nếu là

+ HNO3 đặc thờng là khí NO2

+ HNO3 loãng Khi tác dụng với kim loại có tính khử yếu: Cu, Ag, Pb, thờng là khí NO Khi tác dụng với kim loại có tính khử mạnh:

Mg, Zn, Al, HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2, NH4NO3:

8Al + 30HNO3(loãng)8Al(NO3)3 +3N2O +15H2O

4Zn + 10HNO3(loãng)4Zn(NO3)2 +NH4NO3+15H2O

+ Al, Fe, Cr thụ động hóa trong HNO3 đặc, nguội vì tạo màng oxit bền bao bọc không tan trong axit

* Khi gặp bài tập này ta thường ỏp dụng định luật bảo toàn electron để giải và cỏc quỏ trỡnh oxi húa chỳng ta nờn viết ở dạng nửa phản ứng sẽ thuận lợi hơn trong quỏ trỡnh tớnh toỏn

2H+ + NO3



+ e �� � NO2 + H2O 4H+ + NO3

 + 3e �� � NO + 2H2O 10H+ + 2NO3

 + 8e �� � N2O + 5H2O 12H+ + 2NO3

 + 10e �� � N2 + 6H2O 10H+ + NO3



+ 8e �� � NH4



+ 3H2O

Theo định luật bảo toàn electron ta luôn có:

�số mol electron của mọi chất khử nhờng = �số mol electron của mọi chất oxi hóa nhận

Nếu: �số mol electron của mọi chất khử nhờng > �số mol

electron của mọi chất oxi hóa nhận

Hoặc tổng khối lợng muối của đề bài > khối lợng muối tính theo phơng trình phản ứng thì phản ứng tạo ra muối amoni (NH4NO3)

Vớ dụ 1 Cho 5,94 gam Al tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loóng núng thu được hỗn hợp khớ X gồm 2 khớ khụng màu trong đú cú một khớ húa nõu ngoài khụng khớ Tỷ khối của hỗn hợp khớ X với H2 là 18,5 Xỏc định thể tớch của hỗn hợp khớ X (đktc)

A 3,36 lớt B 1,792 lớt C 2,688 lớt D 1,344 lớt Hướng dẫn.

Hai khớ thỏa món đề bài là: NO và N2 O

Al �� � Al3+ + 3e

0,22 0,66

4H+ + NO3

 + 3e �� � NO + 2H2O 3x x 10H+ + 2NO3



+ 8e �� � N2O + 5H2O 8y y

Ta cú hệ phương trỡnh:

3 8 0,66

30 44

37

x y

�

�

� x = y = 0,06 mol � V= 2,688 lít Chọn đáp án

C.

Ví dụ 2: Hoà tan m g hỗn hợp Al và Mg trong dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch X (không chứa muối amoni) và 1,568 lit (đktc) hỗn hợp khí không màu có khối lượng 2,59g trong đó có một khí hoá nâu trong không khí Số mol HNO3 phản ứng là:

Hướng dẫn.

Hai khí thỏa mãn đề bài là: NO và N2O Và số mol NO = N2O = 0,035 mol

Al �� � Al3+ + 3e

Mg �� � Al3+ + 3e

4H+ + NO3

 + 3e �� � NO + 2H2O 0,14 0,035 10H+ + 2NO3

 + 8e �� � N2O + 5H2O 0,35 0,035

Vậy số mol HNO3 đã phản ứng là 0,49 mol Chọn đáp án D.

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được dung dịch X và V lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạn dung dịch X, thu được 106,38 gam chất rắn khan Giá trị của V là

Hướng dẫn.

Ta thấy khối lượng Al(NO3)3 = 0,46.213 = 97,98 gam < 106,38 gam Chứng tỏ phản ứng tạo ra muối NH4NO3

Al �� � Al3+ + 3e 12H+ + 2NO3

 + 10e �� � N2 + 6H2O

0,46 1,38 10x x

10H+ + 2NO3

 + 8e �� � N2O + 5H2O 8y y

10H+ + NO3

 + 8e �� � NH4

 + 3H2O 0,84 0,105

Ta cú hệ phương trỡnh:

10 8 0,84 1,38

28 44

36

x y

�

�

� x = y = 0,03 mol V = 1,344 lớt Chọn đỏp ỏn

B

2.1.2 Bài tập axit nitric tỏc dụng với phi kim.

* HNO3 khi đun nóng có thể oxi hóa đợc 1 số phi kim ( P,S,C ),

đ-a phi kim lên mức oxi hóđ-a cđ-ao nhất

* Sản phẩm khử: HNO3 đặc thờng là khí NO2 HNO3 loãng thờng là khí NO

Vớ dụ 1: Cho P vào 210 gam dung dịch HNO3 60% Phản ứng tạo thành H3PO4 và

NO Dung dịch sau phản ứng được trung hũa bởi 3,33 lớt NaOH 1M Nồng độ phần trăm của HNO3 trong dung dịch sau phản ứng là

Hướng dẫn.

Cỏc phương trỡnh phản ứng xảy ra

3P + 5HNO3 + 2H2O �� � 3H3PO4 + 5NO

x 5

3x x 5

3x

H3PO4 + 3NaOH �� � Na3PO4 + 3H2O

HNO3 + NaOH �� � NaNO3 + H2O

Ta cú phương trỡnh

nNaOH = 3x + 2 - 5

3x = 3,33 � x = 1 mol

Vậy C%HNO3(dư) = 21 .100

31 210 50   = 11% Chọn đáp án A.

Ví dụ 2: Cho 1,2 gam C tác dụng với dung dịch HNO3 dư, thu dung dịch hỗn hợp khí B Dẫn toàn bộ khí B vào 720 ml dung dịch NaOH 1M Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam chất rắn Giá trị của m là

Hướng dẫn.

Số mol NaOH = 0,72 mol

4HNO3 + C �� � CO CO 2 + 4NO2 + 2H2O

0,1 0,1 0,4

CO2 + 2NaOH�� � Na2CO3 + H2O

0,1 0,2 0,1

2NO2 + 2NaOH �� � NaNO2 + NaNO3 + H2O

0,4 0,4 0,1 0,1

Giá trị của m = 0,1.106 + 0,1.69 + 0,1.85 + 0,12.40 = 30,8 gam Chọn đáp án C.

Ví dụ 3: Cho 0,64 gam S tan hoàn toàn trong 150 gam dung dịch HNO3 63%, đun nóng thu được khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X Hãy cho biết dung dịch X có thể hoà tan tối đa bao nhiêu gam Cu (Biết sản phẩm khử duy nhất là NO)

A 33,12 B 24,00 C 34,08 D 132,48

Hướng dẫn.

Số mol S = 0,02 mol và HNO3 = 1,5 mol

S + 6HNO3 �� � H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

0,02 0,12 0,02

Cu �� � Cu2+ + 2e

0,5325 1,065

4H+ + NO3

 + 3e �� � NO + 2H2O 1,42 1,38 1,065

Khối lượng của Cu = 34,08 gam Chọn đỏp ỏn C

2.1.3 Bài tập axit nitric tỏc dụng với hợp chất.

+ Khi đun nóng HNO3 có thể oxh đợc nhiều hợp chất: H2S; HI; SO2; FeO, Fe2+;

+ Sản phẩm khử: HNO3 đặc thờng là khí NO2 HNO3 loãng thờng là khí NO

Chỳ ý: Với cỏc bài toỏn thuộc loại này, ta dung phương phỏp quy đổi

Vớ dụ 1 Hũa tan hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 trong dung dịch HNO3 dư, thu được dung dịch cú chứa 48,4 gam muối và hỗn hợp khớ gồm 0,1 mol

NO và 0,1 mol NO2 Vậy số mol HNO3 đó tham gia phản ứng là:

A 1,0 mol B 0,9 mol C 0,7 mol D 0,8 mol

Hướng dẫn.

Coi hỗi hợp gồm Fe và O với số mol x và y (mol).

Fe �� � Fe3+ + 3e

x 3x

2H+ + O + 2e �� � H2O

2y y 2y 4H+ + NO3

 + 3e �� � NO + 2H2O 0,4 0,3 0,1 2H+ + NO3



+ e �� � NO2 + 5H2O 0,2 0,1 0,1

Ta cú hệ phương trỡnh:

��  �3x x0, 2.2y 0, 4 � 0, 2.0,1.

x y



�

� 

� �số mol HNO3 = 0,8 mol Chọn đỏp ỏn D.

Vớ dụ 2: Cho 18,4 gam hỗn hợp X gồm Cu2S, CuS, FeS2 và FeS tỏc dụng hết với HNO3 (đặc núng dư) thu được V lớt khớ chỉ cú NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch Y Cho toàn bộ Y vào một lượng dư dung dịch BaCl2, thu được 46,6 gam kết tủa, cũn khi cho toàn bộ Y tỏc dụng với dung dịch NH3 dư thu được 10,7 gam kết tủa Giỏ trị của V là

A 38,08. B 11,2 C 24,64 D 16,8.

Hướng dẫn.

Coi hỗi hợp gồm Fe Cu và S với số mol x , y và z (mol).

Fe �� � Fe3+ + 3e

x 3x

Cu �� � Cu2+ + 2e

y 2y

S �� � 6

S



+ 6e

z z 6z

2H+ + NO3

 + e �� � NO2 + 5H2O

Ta có hệ phương trình:

56 64 32 18, 4.

0,1.

0, 2.

x

y

�

� 

�

� 

�

�

0,1.

0,1

0, 2.

x y z



�

� 

�

� 

�

�số mol NO2 = 1,7 mol Chọn đáp án A.

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn m 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 thu được 17,545 gam chất rắn Giá trị của m là

A 3,76 B 4,76 C 5,76 D 2,76

Hướng dẫn.

Coi hỗi hợp gồm Fe và S với số mol x , y (mol)

Fe �� � Fe3+ + 3e

x 3x

S �� � 6

S



+ 6e

y y 6y

2H+ + NO3

 + e �� � NO2 + 5H2O 0,48 0,48

Ta có hệ phương trình:

3 6 0, 48.

80 233 17,545.

�

0,065

x y



�

� 

� �m = 3,76 Chọn đáp án A.

2.1.4 Bài tập tính oxi của ion nitrat trong dung dịch.

+ Trong môi trường trung tính ion nitotrat không có tính oxi hóa.

+ Trong môi trường bazo ion nitrat thể hiện tính oxi hóa khi có mặt các kim loại Al, Zn

8Al + 3NaNO3 + 5NaOH + 2H2O → 8NaAlO2 + 3NH3

4Zn + NaNO3 + 7NaOH → 4Na2ZnO2 + NH3+ 2H2O

+ Trong môi trường axit ion nitrat thể hiện tính oxi hóa như axit nitric

4H+ + NO3- + 3e → NO + 2H2O

+ Với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương trình ion rút gọn để giải

Ví dụ 1: Cho 7,68 g Cu vào 200ml dung dịch gồm HNO3 0,6M và H2SO4 0,5M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn (sản phẩm khử duy nhất là NO), cô cạn cẩn thận toàn bộ dung dịch sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là:

Hướng dẫn.

Ta có:

3Cu + 8H+ + NO3



�� � 3Cu2+ + NO + H2O

Trước pứ: 0,12 0,32 0,12

Phản ứng: 0,12 0,32 0,04

Sau pứ : 0 0 0,08

Khối lượng muối khan = 0,12.64 + 0,08.62+0,1.96 = 22,24 Chọn đáp án D.

Ví dụ 2: Hòa tan hết m gam Al trong dung dịch hỗn hợp NaOH, NaNO3 thu được 6,048 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NH3 và H2 có tỉ lệ mol tương ứng là 4:5 Giá trị của

m là:

A 11,34 gam B 12,96 gam C 10,8 gam D 13,5 gam

Hướng dẫn.

Theo đề bài số mol của: NH3 = 0,12 mol và H2 = 0,15 mol

Các phương trình phản ứng xảy ra

8Al + 3NaNO3 + 5NaOH + 2H2O → 8NaAlO2 + 3NH3

0,32 0,12

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2

0,1 0,15

Giỏ trị của m = 0,42.27 = 11,34 gam Chọn đỏp ỏn A.

Vớ dụ 3.Cho 12 gam hỗn hợp Fe và Cu vào 200ml dung dịch HNO3 2M, thu được một chất khớ (sản phẩm khử duy nhất) khụng màu, húa nõu trong khụng khớ, và cú một kim loại dư Sau đú cho thờm dung dịch H2SO4 2M, thấy chất khớ trờn tiếp tục thoỏt ra, để hoà tan hết kim loại cần 33,33ml Khối lượng kim loại Fe trong hỗn hợp là

A 2,8 gam B 8,4 gam C 5,6 gam D 1,4 gam.

Hướng dẫn.

Fe �� � Fe2+ + 3e

x 2x

Cu �� � Cu2+ + 2e

y 2y

4H+ + NO3

 + 3e �� � NO + 2H2O 0,4

Ta cú hệ phương trỡnh:

��  �562x x264y y0, 412 � 0,10,1

x y



�

� 

� �mFe = 5,6gam Chọn đỏp ỏn C.

2.1.5 Bài tập tớnh oxi húa của muối nitrat núng chảy.

Các muối Nitrat dễ bị phân huỷ Sản phẩm phân huỷ tuỳ thuộc vào cation tạo muối

+ Muối NO3- của các kim loại hoạt động mạnh:

K; Na; Ca; Sản phẩm là muối NO2- và O2

M(NO3)n ��t0�M(NO2)n +

2

1

nO2 

+ Muối NO3- của các kim loại ( Mg đến Cu):