CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP AXIT NITRIC MUỐI NITRAT

Kiến thức về “ Axit nitric – muối nitrat ” là một mảng quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông. Ở đó các em học sinh có điều kiện củng cố các kiến thức về tính chất của axit, về phản ứng oxi hóa khử, phản ứng nhiệt phân muối,…. Bên cạnh những kiến thức về lý thuyết thì các dạng bài tập của “ axit nitric – muối nitrat” cũng vô cùng đa dạng và vô cùng quan trọng. Nhằm giúp học sinh tiếp cận kiến thức dễ dàng hơn và vận dụng vào để giải các dạng bài tâp phần “axit nitric – muối nitrat”, em chọn chuyên đề “ Phân loại và phương pháp giải bài tập về axit nitric và muối nitrat”.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

-TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ: AXIT NITRIC – MUỐI NITRAT

MỤC LỤC

Hà Nội, Tháng 12/ 2018

PHẦN I: LÝ DO CHỌN CHUYÊN

ĐỀ 3

PHẦN II: NỘI DUNG 4

I. Tóm tắt lý thuyết 4

1. Axit nitric 4

2. Muối nitrat 5

II. Phương pháp giải bài tập phần axit nitric – muối nitrat 8

1.Sử dụng định luật bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng 8

2.Phương pháp quy đổi 11

3.Phương pháp đường chéo 12

III.Các dạng bài tập phần axit nitric – muối nitrat 13

1. Dạng 1: Xác định lượng kim loại 13

1.1. Một kim loại phản ứng 13

1.2. Hỗn hợp kim loại phản ứng 14

2. Dạng 2: Xác định kim loại 15

3. Dạng 3: Tìm sản phẩm khử 16

4. Dạng 4: Tính lượng muối, sản phẩm khử và axit 17

4.1. Tính lượng muối 17

4.2. Tính lượng sản phẩm khử 17

4.3. Tính lượng axit nitric 18

4.4. Một vài ví dụ khác 18

5. Dạng 5: Sản phẩm khử có muối NH4NO3 19

6. Dạng 6: Kim loại phản ứng với hỗn hợp HNO3 và (H2SO4 hoặc HCl) 20

7. Dạng 7: Hợp chất khử tác dụng với HNO3 21

8. Dạng 8: Nhiệt phân muối nitrat 22

IV. Thiết kế bài tập theo định hướng

mới 24

1. Bài tập thực hành thí nghiệm nhằm phát triển năng lực thực

nghiệm 24

2. Bài tập thực tiễn nhằm phát triển năng lực xử lý và giải quyết vấn đề 25

V. Áp dụng vào giảng dạy 26

VI. Thiết kế đề kiểm tra đánh

PHÂN I: LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ

Như chúng ta đã biết, một trong những tiêu chí đánh giá sự lĩnh hội kiến thức hóa học của học sinh đó chính là kĩ năng vận dụng có hiệu quả các kiến thức hóa học để giải bài tập hóa học Việc rèn luyện các kĩ năng giải bài tập hóa học cho học sinh có một tầm quan trọng đặc biệt bởi lẽ nó giúp học sinh thường xuyên vận dụng tri thức, nắm vững kiến thức

và kĩ năng Muốn rèn luyện kĩ năng giải bài tập thì học sinh phải tự giải bài tập thường xuyên, giải bằng nhiều cách và có nội dung được nâng cao dần Do đó, học sinh cần suy nghĩ vận dụng các kĩ năng đã có trong những tình huống khác nhau

Kiến thức về “ Axit nitric – muối nitrat ” là một mảng quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông Ở đó các em học sinh có điều kiện củng cố các kiến thức về tính chất của axit, về phản ứng oxi hóa khử, phản ứng nhiệt phân muối,… Bên cạnh những kiến thức về lý thuyết thì các dạng bài tập của “ axit nitric – muối nitrat” cũng vô cùng đa dạng

và vô cùng quan trọng Nhằm giúp học sinh tiếp cận kiến thức dễ dàng hơn và vận dụng vào

để giải các dạng bài tâp phần “axit nitric – muối nitrat”, em chọn chuyên đề “ Phân loại và phương pháp giải bài tập về axit nitric và muối nitrat”

\

PHẦN II: NỘI DUNG

I. Tóm tắt lý thuyết

1. Axit nitric

Tính chất

vật lý

- Axit nitric là chất lỏng, không màu, tan tốt trong nước

- Trong điều kiện thường, dung dịch có màu hơi vàng do HNO3 bị phân hủy chậm

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ

- Tác dụng với oxit bazơ → muối + H2O

2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O

- Tác dụng với bazơ → muối + H2O

2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O

- Tác dụng với muối → muối mới + axit mới2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

b. HNO 3 là chất oxi hóa mạnh

- Tác dụng với kim loại: HNO3 phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và

Pt → muối nitrat + H2O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và

NH4NO3)

M + HNO3 → M(NO3)n + H2O + NO2 (NO, N2O, N2, NH4NO3)

Sản phẩm khử của N+5 là tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại và nồng độ củadung dịch axit Thông thường thì dung dịch đặc → NO2, dung dịch

loãng → NO; dung dịch axit càng loãng, kim loại càng mạnh thì N bị khử xuống mức càng sâu

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O8Na + 10HNO3 → 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O

Chú ý: Nếu cho Fe hoặc hỗn hợp Fe và Cu tác dụng với dung dịch HNO3 mà sauphản ứng còn dư kim loại → trong dung dịch Fe thu được chỉ ở dạng muối

Fe2+ HNO3 đặc nguội thụ động với Al, Fe, Cr.

- Tác dụng với phi kim → NO2 + H2O + oxit của phi kim

C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O

S + 4HNO3 → SO2 + 4NO2 + 2H2O

- Tác dụng với các chất khử khác ( oxit bazơ, bazơ và muối trong đó kim

loại chưa đạt hóa trị cao nhất,…)

4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2

Điều chế - Trong công nghiệp: NH3 → NO → NO2 → HNO3

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 8500C)

2NO + O2 → 2NO2

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

- Trong phòng thí nghiệm:

H2SO4 đặc + NaNO3 tinh thể → HNO3 + NaHSO4

Ứng dụng Axit nitric là một trong những hóa chất cơ bản và quan trọng Phần lớn axit này

được dùng để sản xuất phân đạm Ngoài ra nó còn được dùng để sản xuất thuốc

nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm,…

- Muối nitrat là muối của axit nitric

- Công thức tổng quát M (NO3)2

a. Tính chất hóa học chung của muối

- Tác dụng với axit → muối mới + axit mớiBa(NO3)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2HNO3

- Tác dụng với dung dịch bazơ → muối mới + bazơ mớiMg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaNO3

- Tác dụng với dung dịch muối → 2 muối mới Mg(NO3)2 + Na2CO3 → MgCO3 + 2NaNO3

- Tác dụng với kim loại có tính khử mạnh hơn kim loại trong muối → muối mới + kim loại mới

Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag

b. Muối nitrat dễ bị nhiệt phân

- Nếu muối nitrat của kim loại đứng trước Mg → muối nitrit và O2

Ví dụ: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2

- Nếu muối nitrat của kim loại sau Cu → kim loại + NO2 + O2

M(NO3)n → M + nNO2 + O2

Ví dụ: AgNO3 → Ag + NO2 + O2

Chú ý: Một số muối nhiệt phân không theo quy luật trên như Fe(NO3)3,

NH4NO3…Nếu muối nitrat tồn tại trong môi trường axit thì cũng có tính oxi hóa mạnh như HNO3

3Cu + 8HCl + 2KNO3 → 3CuCl2 + 2KCl + 2NO + 4H2O

Điều chế Cho HNO3 phản ứng với kim loại, oxit kim loại, bazơ, muối bằng phản ứng trao

đổi ion ( muối trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) hoặc phản ứng oxi hóa khử ( tạo muối kim loại có hóa trị cao)

Ứng dụng Các muối nitrat được sử dụng chủ yếu để làm phân bón hóa học (phân đạm)

trong nông nghiệp

Ví dụ: NH4NO3, NaNO3, KNO3, …Kali nitrat còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen ( thuốc nổ có khói) Thuốc nổ đen chứa 75% KNO3, 10% S và 15% C

Nhận biết Trong môi trường trung tính, ion NO3- không có tính oxi hóa Khi có mặt ion H+,

ion NO3- thể hiện tính oxi hóa giống như HNO3 Ví dụ:

Dùng dung dịch HCl và mẩu Cu cho vào dung dịch cần nhận biết, nếu Cu tan tạo thành dung dịch màu xanh và có khí màu nâu đỏ bay ra thì đó là muối nitrat

Cu + 4H+ + 2NO3- → Cu2+ + 2NO2 + 2H2O

II. Phương pháp giải bài tập phần Axit nitric – Muối nitrat

1. Sử dụng định luật bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng.

Đây là phương pháp quan trọng nhất và được sử dụng chủ yếu trong giải bài tập

phần axit nitric

→ + ne

+ (5 – x)e →

⇒ n e nhường = n e nhận

 Đặc biệt

+ 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 số mol

điện tích dương = tổng số mol 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 cácquá trình

M → Mn+

+ ne 4H+ + NO3- + 3e → NO + 2H2O

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn m gam bột Cu trong 800 gam dung dịch HNO3 được dung dịch

→ Số mol HNO3 pư = 2a = 2 nNO2

→ Bảo toàn nguyên tố nitơ

Ta có nNO3-tạo muối với kim loại = nHNO3 pứ - nNO2 = 2a – a = a = nNO2

→ Số mol HNO3 pứ = 10 nN2O và nNO3-tạo muối với kim loại = nHNO3 pứ - 2nN2O = 8nN2O

Tạo N 2: 2 NO3- + 10 e + 12 H+  →

N2 + 6H2O

2 a mol 10a 12a a

→ Số mol HNO3 pứ = 12 nN2 và nNO3-tạo muối với kim loại = nHNO3 pứ - 2 nN2 = 10 nN2 Tạo

+ 10H+ + 8e → NH4+

+ 3H2O (2) 0,1 0,08 0,01 ⇒

Từ những công thức riêng lẽ trên ta có các công thức tổng quát như sau:

 nHNO3 pư = 4nNO + 2nNO2 + 10n NH4NO3 + 10nN2O + 12nN2

 n NO3-tạo muối = nNO2 +3 nNO + 8nN2O + 10nN2 + 9nNH4NO3

 mmuối nitrat với kim loại = mKL + 62.( nNO2 +3 nNO + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3)

 Tổng mmuối = mKl+62 (nNO2+3nNO+ 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3) + 80nNH4NO3

Ví dụ 3: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Mg, Al, Cu tác dụng hết với HNO3 thu được hỗn hợpkhí gồm 0,01 mol NO và 0,04 mol NO2 ( sản phẩm khử không có NH4NO3) Cô cạn dungdịch sau phản ứng thu được m gam hỗn hợp muối Tính m?

hay: 3x = 0,75 =>nNO = x = 0,25 (mol)

Áp dụng công thức:

nHNO3 pư = 4nNO + 2nNO2 + 10n NH4NO3 + 10nN2O + 12nN2

 nHNO3 pư = 4nNO = 4.0,25 = 1 (mol)

) ( 5 , 0 2

1

C

n V

M HNO

dd = = =

Lưu ý:

- Các công thức trên chỉ được áp dụng bài toán kim loại ( hoặc hỗn hợp kim loại ) tácdụng với axit HNO3 Còn nếu trong hỗn hợp ngoài kim loại còn có oxit kim loại thì sốmol HNO3 pứ không còn như trên nữa mà phải lớn hơn do H+ còn tham gia kết hợp với

O trong oxit tạo thành nước :

2H+ + O-2  →

H2O Lúc đó nHNO3 pứ = nHNO3 pứ với kim loại + 2nO trong oxit

- Trong các công thức trên sản phẩm khử nào không có thì xem như = 0 ( bỏ qua)

- Trong các công thức trên thì công thức tính số mol HNO3 phản ứng là quan trọng nhất

vì từ nó có thể suy ra các công thức khác, với lại chúng ta phải biết viết nửa phản ứngdưới dạng ion –electron khi NO3- bị khử

2. Phương pháp quy đổi.

Phương pháp quy đổi được sử dụng chủ yếu ở các dạng bài tập cho hỗn hợp kim loại hoặc hỗn hợp kim loại và oxit kim loại,… tác dụng với HNO3

Khi sử dụng phương pháp này, ta có một số lưu ý như sau:

- Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất ví dụ như hỗn hợp X từ 3 chất trở lên (gồm: Fe, FeO,

Fe2O3 và Fe3O4…) thành hỗn hợp 2 chất (Fe, FeO hoặc Fe, Fe2O3 hoặc…) hoặc thànhhỗn hợp 1 chất ( FexOy) ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp

- Có thể quy đổi hỗn hợp X về bất kì cặp chất nào, thậm chí quy đổi về một chất Tuy nhiên ta nên chọn cặp chất nào đơn giản có ít phản ứng hóa học oxi hóa khử để đơn giản cho việc tính toán

- Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi khi ta gặp số mol bị âm, khốilượng bị âm cũng không ảnh hưởng đến kết quả bài toàn vì đó là sự bù trừ khối lượng của các chất trong hỗn hợp Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường

và kết quả cuối cùng vẫn đúng với đáp án

- Khi quy đổi hỗn hợp về nguyên tử thì luôn luôn tuân theo các bước sau:

+ Bước 1: Quy đổi hỗn hợp các chất về nguyên tố tạo thành từ hỗn hợp đó.

+ Bước 2: Đặt ẩn số thích hợp cho số mol nguyên tử của các nguyên tố

+ Bước 3: Lập phương trình hóa học dựa vào định luật bảo toàn khối lượng, bảo toànelectron, bảo toàn nguyên tố

+ Bước 4: Lập hệ phương trình theo các giả thuyết đề bài đã cho

+ Bước 5: Giải phương trình tìm ẩn đã đặt và tìm kết quả của bài toán

- Trong quá trình sử dụng phương pháp quy đổi các em nên kết hợp thêm một số phương pháp giải nhanh như phương pháp bảo toàn electron, phương pháp bảo toàn khối lượng…để có thể giải nhanh bài toán đặt ra

Ví dụ 5: Nung m gam bột sắt trong oxi thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết

hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0,56 lít khí NO ( đktc) là sản phẩm khử duy nhất Tính m

Hướng dẫn giải

Trong trường hợp này, nếu HS giải quyết theo phương pháp truyền thống thì rất lâu, thậm chí không tìm được đáp số chính xác Tuy nhiên nếu chúng ta sử dụng phương pháp quy đổi thì chỉ mất vài phút

3. Phương pháp đường chéo

Đối với những bài toán sản phẩm tạo ra hỗn hợp khí, ta có thể sử dụng phương pháp đường chéo để tính nhanh được số mol, tỷ lệ số mol hoặc thể tích hoặc tỉ lệ thể tích của các khí

Ví dụ 6: Cho 12,45 gam hỗn hợp X ( Al và 1 kim loại hóa trị II) tác dụng với dung dịch

HNO3 dư thu được 1,12 lít hỗn hợp N2O và N2 có tỉ khối hơi đối với H2 bằng 18,8 và dung dịch Y Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,448 lít khí

NH3 Xác định kim loại M và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu Biết nX = 0,25mol, các thể tích khí đo ở đktc

Hướng dẫn giải

Tính số mol 2 khí trong hỗn hợp khí Gọi số mol N2O, N2 lần lượt là x, y

nhỗn hợp khí = 0,05 mol

Áp dụng quy tắc đường chéo:

→ Vậy x = 0,03, y = 0,02Lập hệ phương trình áp dụng định luật bảo toàn electron

Gọi số mol Al và kim loại hóa trị II lần lượt là a,b

Các quá trình oxi hóa khử:

III. Các dạng bài tập phần Axit nitric – muối nitrat

1. Dạng 1: Xác định lượng kim loại phản ứng

Áp dụng ĐLBT mol e ⇒ nFe = 0,3 (mol) ⇒ mFe = 0,3 56 = 16,8 gam

Vậy khối lượng Fe là 16,8 gam

Ví dụ 8: Để hoàn tan vừa hết m gam Cu cần phải dùng V lít dung dịch HNO3 2M, sau phản ứng thu được 2,24 lít khí NO ở đktc ( là sản phẩm khử duy nhất) Tính m và V?

Áp dụng ĐLBT mol e ⇒ nCu = 0,15 mol ⇒ mCu = 0,15 64 = 9,6 gam

Số mol HNO3 pứ = 4 nNO = 0,4 mol ⇒ thể tích dung dịch HNO3 2M = 0,4 : 2= 0,2 lít

Vậy m = 9,6 gam và V = 0,2 lít

Ví dụ 9: Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO ( sản phẩm khử duy nhất) Tính giá trị của m và V

Hướng dẫn giải: Sau phản ứng thu được bột kim loại, chứng tỏ Fe còn dư → dung dịch thu

được chứa muối sắt (II)

Hướng dẫn giải: Viết các phương trình hóa học biểu diễn quá trình nhường và nhận e Khối

lượng dung dịch tăng sau phản ứng = Khối lượng kim loại Mg – Khối lượng khí thoát ra

%Mg = = 40% ⇒ %Al = 100% - 40% = 60%

Ví dụ 14: Hỗn hợp Al, Fe và Cu, khối lượng 34,8 gam, được chia thành hai phần bằng

nhau:

- Phần 1 cho vào dung dịch HNO3 đặc, nguội thì có 4,48 lít khí màu nâu đỏ bay ra

- Phần 2 cho vào dung dịch HCl thì có 8,96 lít khí bay ra

Tính khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp

Hướng dẫn giải: Al và Fe bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội Khí màu nâu đỏ là khí

NO2

Đáp án: Al ( 0,4 mol); Fe (0,2 mol); Cu (0.2 mol)

Ví dụ 15: Cho 30,6 gam hỗn hợp Cu, Zn, Fe tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư, đượcdung dịch chứa 92,6 gam muối khan Nung hỗn hợp trên đến khối lượng không đổi thu đượcchất rắn có khối lượng là:

mol

Quá trình nhận e:

+ 3e → 0,6 mol 0,2 mol

Áp dụng ĐLBT mol e ⇒ M

M

n

5 , 19

= 0,6 (mol) ⇒ MM = 32,5.n

% 100

Biện luận MM theo n:

Nhận n = 2 ; MM = 65 → M là kim loại Zn

Ví dụ 18: Hòa tan 4,86 gồm một lim loại M ( hóa trị không đổi vào lượng vừa đủ dung dịch

HNO3 22% thu được 1,344 lít ( đktc) hỗn hợp khí N2 và N2O có tỉ khối hơi so với H2 là 1,125 ( không tạo thành NH4NO3)

a) Xác định M

b) Tính nồng độ % của muối trong dung dịch thu được

Hướng dẫn giải: Từ những dữ liệu đề bài, tính số mol 2 khí Sử dụng phương pháp bảo

toàn electron để giải

Theo định luật bảo toàn e: n e (KL nhường) = n e (N nhận) = 1,2 mol → x(5 - n).0,4 = 1,2 → x(5

Ví dụ 24: Hòa tan hoàn toàn hh gồm 0,1 mol Fe và 0,2 mol Al trong dd HNO3 dư thu được

V lít hh khí X (đktc) gồm NO và NO2 có khối lượng 19,8 gam (Biết phản ứng không tạo

NH4NO3) Tính thể tích của mỗi khí trong hh X ?

+

→+ e N N

)(3,0

)(2,08

,194630

9,03

mol y

mol x

y x

y x

)(48,44,22.2,0

V

l V

NO NO

4.3. Tính lượng axit nitric

Ví dụ 25: Thể tích dung dịch HNO3 2M (loãng) cần dùng để hoà tan hoàn toàn một hỗnhợp gồm 0,15 mol Al và 0,15 mol Cu là (biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)?

nHNO3 pư = 4nNO + 2nNO2 + 10n NH4NO3 + 10nN2O + 12nN2

=> nHNO3 pư = 4nNO = 4.0,25 = 1 (mol)

) ( 5 , 0 2

1

C

n V

M HNO

dd = = =

4.4 Một vài ví dụ khác

Ví dụ 26: Cho 13 gam Zn vào dung dịch HNO3 ( vừa đủ) thu được 6,72 lít hỗn hợp NO và

NO2 ( đktc) Số mol HNO3 tối thiểu trong dung dịch là:

Hướng dẫn giải: Khí thoát ra là khí NO2 Áp dụng định luật bảo toàn e, và bảo toàn khối lượng N

Đáp án: A

5

+

N N+2