Những người thổ dân ở đây, khi chưng cất phân lạc đà đã thu được một loại muối trắng có các tính chất kì lạ: nó biến mất ở chỗ đun nóng và xuất hiện chỗ cách đó không xa; khi rắc muối n[r]
Trang 1BÀI TOÁN TẠO MUỐI AMONI NH4NO3 TRONG PHẢN ỨNG VỚI HNO3
ÔN THI THPT QG NĂM 2020
1 Sơ lược về muối amoni:
Thời xa xưa, trên các ốc đảo phồn vinh thuộc sa mạc Libi hiện lên những đền thờ thần Mặt trời cổ Ai Cập
là thần Amôn Những người thổ dân ở đây, khi chưng cất phân lạc đà đã thu được một loại muối trắng có các tính chất kì lạ: nó biến mất ở chỗ đun nóng và xuất hiện chỗ cách đó không xa; khi rắc muối này lên
bề mặt những sản phẩm bằng kim loại đang nóng thì bề mặt kim loại trở nên sạch và sáng bóng; khi thêm muối này vào axit nitric thì thu được "nước vua" có khả năng hoà tan được cả vàng – vua kim loại Vì những tính chất đặc biệt đó nên người ta gọi nó là muối thần Amôn Đó chính là muối NH4Cl và ngày nay amoni được dùng để chỉ tất cả các muối có chứa ion NH4+
Ion NH4+ có cấu tạo tứ diện đều với 4 nguyên tử H ở đỉnh và nguyên tử N ở trung tâm Về bán kính ion NH4+ khá giống với K+ và Rb+, tính tan tương tự như các muối của kim loại kiềm Điểm khác biệt là:
- Muối amoni bị thủy phân tạo môi trường axit, có những muối bị thủy phân hoàn toàn như (NH4)2S
- Kém bền nhiệt, tùy thuộc vào bản chất của axit tạo muối, phản ứng nhiệt phân xảy ra một cách khác nhau Muối của axit có tính oxh như HNO2, HNO3 khi được đun nóng, axit được giải phóng sẽ oxh NH3 thành N2 hay oxit của nitơ
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4NO3 → N2O + 2H2O
Muối của axit dễ bay hơi khi đung nóng sẽ phân hủy theo quá trình ngược với phản ứng kết hợp Ví dụ: NH4Cl → NH3+ HCl
Các muối (NH4)2CO3, NH4HCO3 phân hủy ngay ở nhiệt độ thường, trong thực tế NH4HCO3 thường dùng
để gây xốp cho các loại bánh
Muối amoni của axit khó bay hơi và nhiều nấc, khi đun nóng biến thành muối axit và giải phóng NH3 Ví dụ: (NH4)2SO4 → NH4HSO4 + NH3 Nếu tiếp tục đun nóng NH4HSO4 phân hủy tạo SO2 + N2 + H2O
Muối amoni trong thực tế ứng dụng làm phân đạm Quan trọng hơn hết là các muối NH4Cl, (NH4)2SO4, NH4NO3 NH4Cl còn được dùng tạo khói mù trong chiến tranh, đánh sạch bề mặt kim loại trước khi hàn, dùng làm chất điện li trong pin khô và dùng trong công nghiệp nhuộm vải
Các muối amoni thường được điều chế bằng cách cho NH3 đi qua dung dịch axit tương ứng
2 Sự tạo thành NH4NO3 trong phản ứng của chất khử với HNO3
Chất khử tác dụng với dung dịch HNO3 thì sản phẩm N+5 có thể là NO2, NO, N2O, N2 hoặc NH4+ tùy thuộc vào bản chất chất khử, nồng độ axit và nhiệt độ Thông thường chất khử càng mạnh và nồng độ axit càng loảng thì N+5 bị khử về mức oxi hóa càng thấp Trong chương trình hóa học ở bậc THPT ta thường gặp trường hợp chất khử mạnh như Mg, Al, Zn có khả năng khử HNO3 về NH4NO3 Từ đây nếu khéo léo dấu đi sản phẩm NH4NO3 trong bài toán thì sẽ tạo ra sự nhầm lẫn hoặc mất phương hướng giải quyết ở người học Chỉ khi nào chứng minh được sự tồn tại của muối amoni thì mâu thuẩn mới được giải quyết và người học mới có cơ hội hoàn thành được bài toán Sau đây tôi xin trình bày một số dạng toán về muối amoni, đặc biệt chú trọng bài toán chứng minh sự có mặt của muối amoni khi cho chất khử tác dụng với HNO3
Trang 23 Các dạng bài toán về muối amoni
Dạng 1 Bài toán về ứng dụng của muối amoni
Bài toán: Hãy giải thích vì sao khi bón các loại phân đạm NH4NO3, (NH4)2SO4 thì độ chua của đất tăng
lên Giải thích tại sao khi urê dùng làm phân đạm ảnh hưởng không đáng kể lên độ chua của đất?
Bài giải:
Do muối NH4NO3 gồm NH4+ có tính axit và NO3- có tính trung tính Giải thích tương tự cho muối (NH4)2SO4
Urê: (NH2)2+ 2H2O → (NH4)2CO3 Muối (NH4)2CO3 gồm NH4+ có tính axit yếu và CO32- có tính bazơ yếu, nên muối này gần như trung tính, không làm thay đổi đáng kể độ chua của đất
Dạng 2 Tìm công thức của muối amoni
Bài toán 1: Khi nhiệt phân 1 muối vô cơ X thu được các chất ở trạng thái khí và hơi khác nhau, mỗi chất
đều có 1 mol Xác định công thức phân tử của X biết rằng nhiệt độ dùng phân hủy không cao và phản ứng xẩy ra hoàn toàn Khối lượng mol phân tử của X là 79 g/mol Viết phương trình hóa học của các phản ứng xẩy ra?
Bài giải:
Một muối nhiệt phân khong cho chất rắn chỉ có thể là muối của thủy ngân hoặc muối amoni Ta loại ngay muổi của thủy ngân do không phù hợp về mặt khối lượng mol
Anion của gốc axit dễ bị nhiệt phân phải có gốc HCO3-, hoặc CO32- hoặc SO32- hoặc HSO3- Khi nhiệt phân các sản phẩm có số mol bằng 1, vậy NH4+ phải kết hợp với các anion có hóa trị 1, nếu anion có hóa trị 2 sẽ tạo ra 2 mol NH3
Muối có công thức: NH4SO3 M = 99 ( loại)
NH4HCO3 M = 79 ( thỏa mãn)
Bài toán 2: Hoà tan 9,875 gam một muối hiđrocacbonat (Muối A) vào trong nước và cho tác dụng một
lượng H2SO4 vừa đủ,rồi đem cô cạn cẩn thận được 8,25 gam một muối sunfat trung hoà khan
Xác định công thức phân tử và gọi tên muối A
Bài giải:
Gọi công thức của muối A là M(HCO3)n, ta có phương trình hóa học của phản ứng
2M(HCO3)n + nH2SO4 → M2(SO4)n + 2nCO2 + 2nH2O
Từ quan hệ số mol M(HCO3)n gấp đôi số mol M2(SO4)n ta suy ra M = 18n
n =1, 2, 3 ta chọn nghiệm thích hợp là n = 1, M = 18 => Muối A là NH4HCO3
Dạng 3: Chứng minh sự có mặt của muối amoni trong bài toán chất khử tác dụng với dung dịch HNO3
A Bài toán đơn giản
Bài toán 1 : Cho vụn Zn vào dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và hỗn hợp khí N2, N2O Rót
dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch A thấy có khí thoát ra Giải thích thí nghiệm, viết phương trình hóa học của các phản ứng
Bài giải :
Vì A tác dụng với dung dịch NaOH dư có khí thoát ra chứng tỏ A chứa muối amoni
Phương trình hóa học :
Trang 34Zn+ 10HNO3 4Zn(NO3)2 + N2O +5H2O
5Zn+ 12HNO3 5Zn(NO3)2 + N2 +6H2O
4Zn+ 10HNO3 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 +3H2O
Dung dịch A chứa Zn(NO3)2, NH4NO3 và có thể có HNO3 dư
HNO3 + NaOH NaOH + H2O
NH4NO3 + NaOH NaNO3 + NH3+ H2O
Zn(NO3)2 + 2NaOH Zn(NO)2 + NaNO3
2NaOH + Zn(OH)2 Na2ZnO2 + 2H2O
B Bài toán phức tạp :
Bài toán 2: Hòa tan hoàn toàn 1,68gam kim loại Mg vào V lít dung dịch HNO3 0,25M vừa đủ thu được
dung dịch X và 0.448 lít (đktc) một chất khí Y duy nhất, nguyên chất Cô cạn dung dịch X được 11,16g muối khan (quá trình cô cạn không làm muối phân hủy) Tìm công thức phân tử của khí Y và tính V
Bài giải:
nMg =
24
68
,
1
= 0,07mol ; nY =
4 , 22
448 , 0 = 0,02mol Sau cô cạn dung dịch X chắc chắn sản phẩm có Mg(NO3)2 0,07mol
=> mMg (NO3)2 = 0,07.148 = 10,36g < 11,16g
Vậy trong X còn có NH4NO3 với khối lượng 11,16 – 10,36 = 0,8g
=> số mol NH4NO3 =
80
8 , 0 = 0,01mol Quá trình oxi hóa : Mg Mg2+ + 2e
0,07 0,14(mol)
Quá trình khử : NO3- + 10H+ + 8e NH4+ + 3H2O
0,1 0,08 0,01 (mol)
xNO3- + (6x – 2y)H+ + (5x-2y)e NxOy + (3x-y)H2O
0,02(6x-2y) 0,02(5x-2y) 0,02(mol)
Theo định luật bảo toàn e ta có: 0,14 = 0,08 + 0,02(5x-2y)
5x-2y =2 Nghiệm hợp lí là x=y=1 Vậy sản phẩm là NO
số mol HNO3 = số mol H+ = 0,1+ 0,08 = 0,18 mol => V= 0,72 lít
Bài toán 3: Cho 1,68gam Mg tác dụng vừa đủ với 500 ml dung dịch HNO3 aM thu được dung dịch Y và
0,448 lít (đktc) khí NO duy nhất Tính a và khối lượng muối thu được
Bài giải:
Số mol Mg = 0,07 mol; số mol NO = 0,02 mol
Quá trình oxh:
Mg Mg2+ + 2e
0,07 0,14(mol)
Quá trình khử :
NO3- + 4H+ + 3e NO + 2H2O
0,08 0,06 0,02 (mol)
Trang 4Ta thấy số mol e do chât khử nhường lớn hơn số mol e do chất oxh nhận Do vậy còn có một qúa trình khử N+5 tạo sản phẩm khử trong dung dịch X đó là NH4NO3
NO3- + 10H+ + 8e NH4+ + 3H2O
0,1 0,08 0,01 (mol)
Ta có : Số mol HNO3 = số mol H+ =0,18 mol => a= 0,36 M
Khối lượng muối = 0,07.148 + 0,01.80 = 11.16 gam
Phức tạp hơn nữa khi chất khử là một hỗn hợp
Ta xét tiếp ví dụ sau:
Bài toán 4: Cho hỗn hợp X gồm 0,15 mol Mg, 0,35 mol Fe phản ứng với V lít dung dịch HNO3 1M thu
được dung dịch Y và hỗn hợp khí gồm 0,035 mol N2O; 0,1 mol NO và còn lại 2,8 gam kim loại Tìm V? Bài giải:
Khi phản ứng với HNO3 Mg sẽ phản ứng trước
Khối lượng Fe ban đầu = 0,35.56 = 19,6 gam > 2,8 gam => sau phản ứng Fe dư và muối trong dung dịch
là muối sắt (II)
Số mol Fe phản ứng = 0,35 –
56
8 , 2 =0,3 mol Quá trình oxh:
Fe Fe2+ + 2e
0,3 0,6mol
Mg Mg2+ + 2e
0,15 0,3(mol)
Quá trình khử:
NO3- + 10H+ + 8e N2O + 5H2O
0,35 0,28 0,035 (mol)
NO3- + 4H+ + 3e NO + 2H2O
0,4 0,3 0,1 (mol)
0,9 mol = ne nhường > ne nhận =0,58 mol => sản phẩm khử còn có NH4NO3
Số mol e do N+5 nhận tạo ra NH4NO3 là: 0,9 – 0,58 = 0,32 mol
NO3- + 10H+ + 8e NH4+ + 5H2O
0,4 0,32 0,04 (mol)
Số mol HNO3 = số mol H+ = 1,15 mol => V= 1,15 lít
Bài toán 5 :
Hòa tan hỗn hợp X gồm Zn, FeCO3, Ag bằng lượng dư dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khí A gồm 2 chất khí có tỷ khối đối với H2 bằng 19,2 và dung dịch B Cho B tác dụng hết với dung dịch NaOH dư tạo kết tủa Lọc kết tủa đem nung ở nhiệt độ cao đến khối không dổi được 5,64g chất rắn Tính khối lượng hỗn hợp X, biết trong X khối lượng FeCO3 bằng khối lượng Zn; mỗi chất trong X khi tác dụng với dụng với dung dịch HNO3 ở trên chỉ cho 1 sản phẩm khử
Bài giải:
Trang 5M =19,2.2=38,4 A gồm 2 chất khí, trong đó có CO2(M= 44>38,4) khí còn lại có M<38,4 và là sản phẩm khử HNO3 của các chất trênđó là NO
Giả sử trong 1 mol A có x mol CO2 nNO =1-x
Ta có :44x + 30(1-x) = 38,4 x=0,6 hay nCO2 =
2
3
NO
n
Gọi a,b,c lần lượt là số mol của Zn, FeCO3 , Ag trong X nCO2 =b
Nếu sản phẩm khử chỉ có NO duy nhất
Zn Zn2+ + 2e
Fe2+ Fe3+ +1e N+5 + 3e N+2
Ag Ag+ +1e
2a+b+c = 3nNO nNO =
3
2 a b c
3
FeCO
Zn m
m 65a=116b a > b nNO > b+
3
c
>b =nCO2
Trái với kết quả nCO2=
2
3
NO
n vậy sản phẩm khí ngoài NO còn có NH4NO3 Sản phẩm đó chỉ có
thể do Zn khử
4Zn + 10HNO3 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (1)
3FeCO3 + 10 HNO3 3Fe(NO3)3+ NO + 3 CO2 +5 H2O (2)
3Ag + 4 HNO3 3AgNO3 + NO + 2 H2O (3)
Dung dịch B chứa 3
Fe , Ag, Zn2, H, NH4, NO3 Khi tác dụng với dung dịch NaOH dư
H+ + OH- H2O
4
NH + OH- NH3 +H2O
3
Fe + 3OH- Fe(OH)3
2
Zn + 4OH- ZnO22 + 2H2O
2Ag+ + 2OH- Ag2O + H2O
Nung kết tủa:2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O
2Ag2O 4Ag + O2
Chất rắn thu được là:Fe2O3 , Ag
b=
2
3
( 3
c
b )
160
2
b
+ 180c= 5,64
Trang 6=> b=c=0,003 0 , 003 116 3 , 48
FeCO m
=> mX = 10,2g
Một bài toán khá đặc biệt khi axít ban đầu chưa xác định
Bài toán 6:
Có 1 dung dịch axit A chưa biết, , để tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit A cần 5,94g Al Thu được khí
X (đktc) và dung dịch muối B Để tác dụng với muối B tạo dung dịch trong suốt cần 200g dung dịch NaOH 19,25%, A là:
A HCl B CH3COOH C HNO3 D H2SO4
Bài giải:
Ta có:
nAl=
27
94 , 5
=0,22mol
nOH =nNaOH=
40 1
2 25 , 19
=0,9625mol
Al Al3 4OH
4
)
(OH
Al
số mol OH- cần dùng để phản ứng với muối nhôm là = 4.0,22=0,88 mol < 0,925 mol lượng OH- còn lại phải tiêu tốn để phản ứng với NH4 trong dung dịch B, vậy A là HNO3 => đáp án A
Trang 7Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi
về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên danh
tiếng
I Luyện Thi Online
dựng các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và Sinh Học
- Luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán : Ôn thi HSG lớp 9 và luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán các trường
PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác
cùng TS.Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thầy Nguyễn Đức Tấn
II.Khoá Học Nâng Cao và HSG
- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Toán Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho các em HS THCS lớp 6, 7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG
cho học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS
Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn cùng đôi
HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
III Kênh học tập miễn phí
- HOC247 NET: Website hoc miễn phí các bài học theo chương trình SGK từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các
môn học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất
- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp các Video bài giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa bài tập, sửa đề thi
miễn phí từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí