Phương pháp giải một số dạng bài tập về Axit nitric - Muối nitrat

Lý thuyết về tính chất của axit nitric và muối nitrat

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Axit nitric là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm, không bền và dễ bị phân hủy khi có ánh sáng

-  Axit nitric có tính axit và tính OXH mạnh (có thể oxh hầu hết các kim loại từ Au, Pt)

- Trong phòng thí nghiệm, người ta cho NaNO₃ (rắn) tác dụng với H₂SO₄ (đặc) để thu được HNO₃ (khí); trong công nghiệp người ta sản xuất HNO₃ bằng khí NH₃.

- Tất cả các muối nitrat có khả năng tan được trong nước

Khi nhiệt phân muối nitrat

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

- Nếu muối của kim loại trung bình (từ Mg đến Cu) → oxit kim loại + NO₂ + O₂

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

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Thí nghiệm với dung dịch HNO₃ thường sinh ra khí độc NO₂. Để hạn chế khí NO₂ thoát ra từ ống nghiệm, người ta nút ống nghiệm bằng

(a) bông khô                                  

(b) bông có tẩm nước

(c) bông có tẩm nước vôi trong

(d) bông có tẩm giấm ăn

Trong 4 biện pháp trên, biện pháp có hiệu quả nhất là:

A. (b)

B. (a)

C. (d)

D. (c)

Hướng dẫn giải chi tiết

Trong 4 biện pháp trên, biện pháp có hiệu quả nhất là dùng bông có tẩm nước vôi trong để nút vào ống nghiệm.

2Ca(OH)₂ + 4NO₂ → Ca(NO₃)₂ + Ca(NO₂)₂ + 2H₂O

Đáp án D

Ví dụ 2: Cho các mệnh đề sau :

1) Các muối nitrat đều tan trong nước và đều là chất điện li mạnh.

2) Ion NO₃^- có tính oxi hóa trong môi trường axit.

3) Khi nhiệt phân muối nitrat rắn ta đều thu được khí NO₂.

4) Hầu hết muối nitrat đều bền nhiệt.

Các mệnh đề đúng là :

A. (1), (2), (3).        

B. (2) và (4).

C. (2) và (3).

D. (1) và (2).

Hướng dẫn giải chi tiết:

Các mệnh đề đúng là: (1) và (2)

(3) sai vì muối nitrat của K, Na, Ba, Ca nhiệt phân không thu được khí NO₂

(4) sai vì các muối nitrat hầu hết kém bền nhiệt

Đáp án D.

Ví dụ 3: Khi cho kim loại Fe phản ứng với HNO₃ tạo thành khí độc hại. Biện pháp nào xử lý tốt nhất để chống ô nhiễm môi trư­ờng ?

A. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm nư­ớc.

B. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm cồn

C. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm giấm.

D. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm xút.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Khí sinh ra là NO₂ => cần dung dịch kiềm để hấp thụ => nút ống nghiệm bằng bông tẩm xút.

Đáp án D

Bài toán về axit nitric

a, Bài toán kim loại tác dụng với axit nitric

* Một số lưu ý cần nhớ

- HNO₃ tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) để sinh ra muối + sản phẩm khử + H₂O

- Sản phẩm khử của phản ứng này thường là: NH₄NO₃; N₂O; NO; NO₂; N₂

- n e trao đổi = n NO₂ + 3 . n NO + 8 . n N₂O + 8 . n NH₄⁺ + 10 . n N₂

n HNO₃ = 2 . n NO₂ + 4 . n NO + 10 . n N₂O + 10 . n NH₄NO₃ + 12 . n N₂

Trường hợp sản phẩm không sinh ra muối NH₄NO₃ ta có n e trao đổi = n NO₃

Đối với dạng bài tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn electron, bảo toàn điện tích và bảo toàn khối lượng để giải quyết yêu cầu của đề bài.

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn m gam Al trong dung dịch HNO₃ loãng thu được 1,12 lít hỗn hợp X  gồm 3 khí NO, N₂O, N₂ có tỉ lệ số mol là: 1 : 2 : 2. Giá trị của m là :

A. 5,4 gam.

B. 3,51 gam.

C. 2,7 gam.

D. 8,1 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết

Ta có số mol của hỗn hợp khí thu được sau phản ứng là: 1,12 : 22,4 = 0,05 (mol)

Theo đề bài, tỉ lệ mol của 3 khí NO; N₂O; N₂ là 1 : 2 : 2

=> n NO = 0,01 mol; n N₂O = 0,02 mol; n N₂ = 0,02 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

3 . n Al = 3 . n NO + 8 . n N₂O + 10 . n N₂ = 3 . 0,01 + 0,02 . 8 + 0,02 . 10 = 0,39

=> n Al = 0,13 mol => m Al = 3,51 gam

Đáp án B.

Ví dụ 2: Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO₂ và NO có V_X = 8,96 lít (đktc) và tỉ khối đối với O₂ bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của  NO, NO₂ và khối lượng m của Fe đã dùng là :

A. 25% và 75% ; 1,12 gam.

B. 25% và 75% ; 11,2 gam.

C. 35% và 65% ; 11,2 gam.

D. 45% và 55% ; 1,12 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Theo đề bài, ta tính được n X = 0,4 mol

Khối lượng mol trung bình của X là: 1,3125 . 32 = 42 (gam/mol)

Gọi số mol NO; NO₂ lần lượt là x, y mol

=> Ta có hệ phương trình:

x + y = 0,4

(30x + 46y) : (x + y) = 42

=> x = 0,1 ; y = 0,3

% V NO = 0,1 : 0,4 . 100% = 25%

% V NO₂ = 0,3 : 0,4 . 100% = 75%

Áp dụng định luật bảo toàn electron vào hệ trên ta sẽ có được:

3 . n Fe = 3 . n NO + n NO₂

=> n Fe = (3 . 0,1 + 0,3 ) : 3 = 0,2 mol

=> m Fe = 0,2 . 56 = 11,2 gam.

Đáp án B

Ví dụ 3: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng với dung dịch HNO₃ dư, thu được 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí NO và NO₂ có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là :

 A. 66,75 gam. 

B. 33,35 gam. 

C. 6,775 gam.

D. 3,335 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n hỗn hợp khí = 1,12 : 22,4 = 0,05 mol

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là: 20 . 2 = 40 (gam/mol)

Gọi số mol của NO; NO₂ lần lượt là x , y mol

Ta có hệ phương trình:

x + y = 0,05

(30x + 46y) : (x + y) = 40

=> x = 0,01875 ; y = 0,03225

=> số mol e trao đổi là: 3x + y = 0,0875 (mol)

=> m muối tạo thành sau phản ứng là: m Fe + m NO₃^- = 1,35 + 0,0875 . 62 = 6,775 gam

Đáp án C.

b, Bài toán hợp chất tác dụng với axit nitric

Ví dụ 1: Hoà tan đến phản ứng hoàn toàn 0,1 mol FeS₂ vào HNO₃ đặc nóng dư. Thể tích NO₂ bay ra (ở đktc, biết rằng N⁺⁴  là sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵) là   

Hướng dẫn giải chi tiết:

Xét quá trình cho – nhận e:

\(\begin{align}& Fe{{S}_{2}}\to \,\,F{{e}^{3+}}+\,\,2\overset{+6}{\mathop{S}}\,\,\,+\,\,15e\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\,\,1e\,\,\to \,\,\overset{+4}{\mathop{N}}\,{{O}_{2}} \\ & 0,1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1,5\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1,5\,\,\,\,\to \,\,\,\,1,5 \\ \end{align}\)

=> V_NO2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít

Ví dụ 2: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe₂O₃ và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO₃ đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc. Giá trị của V là :

A. 0,224 lít.

B. 0,672 lít.

C. 2,24 lít.

D. 6,72 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta nhận thấy Fe₂O₃ và CuO đều có số OXH max khi tham gia phản ứng nên không có khả năng nhường e

=> Thực thế chỉ có quá trình cho, nhận e của Al và HNO3.

Ta có:

Quá trình oxi hóa :

Al   →  Al⁺³   +   3e

mol :   0,03      →       0,09

Quá trình khử :                             

N⁺⁵    +  3e      →     N⁺²

mol :              0,09    →    0,03

Þ V_NO = 0,03.22,4 = 0,672 lít.

Đáp án D.

Bài toán về muối nitrat

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Các muối nitrat đều tan và dễ bị phân hủy khi bị đun nóng

a.  Muối nitrat của các kim loại hoạt động (trước Mg) nhiệt phân sinh ra muối Nitrit  +  O₂       

2KNO₃  \(\xrightarrow{{{t}^{0}}}\) 2KNO₂   +  O₂         

b) Muối nitrat của các kim loại từ Mg đến Cu nhiệt phân sinh ra oxit kim loại  +  NO₂  +  O₂

2Cu(NO₃)₂  \(\xrightarrow{{{t}^{0}}}\)   2CuO + 4NO₂ + O₂

c.  Muối của những kim loại kém hoạt động (sau Cu ) nhiệt phân sinh ra  kim loại   +  NO₂  +   O₂

2AgNO₃     \(\xrightarrow{{{t}^{0}}}\)   2Ag + 2NO₂ + O₂

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Nung nóng hết 27,3 gam hỗn hợp X gồm NaNO₃ và Cu(NO₃)₂ rồi hấp thụ toàn bộ khí thu được vào H₂O thấy có 1,12 lít khí (đktc) bay ra. Khối lượng Cu(NO₃)₂ trong X là  

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi n_NaNO3 = a mol;  n_Cu(NO3)2 = b mol

=> m_{hỗn hợp}  = 85a + 188b = 27,3   (1)

2NaNO₃ \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) 2NaNO₂ + O₂

  a                  →              0,5a

2Cu(NO₃)₂ \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) 2CuO + 4NO₂ + O₂

  b                  →               2b  →  0,5b

Hấp thụ khí vào nước:

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

 2b  → 0,5b        

=> n_{khí còn lại} = 0,5a = 0,05  => a = 0,1

Thay a = 0,1 vào (1) => b = 0,1

=> m_Cu(NO3)2 = 0,1.188 = 18,8 gam

Ví dụ 2: Đem nung một lượng Cu(NO₃)₂ sau một thời gian thì dừng lại làm nguội rồi cân thấy khối lượng giảm 0,54 gam. Khối lượng muối đã bị nhiệt phân là

Hướng dẫn giải chi tiết:

2Cu(NO₃)₂ \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) 2CuO + 4NO₂ + O₂

      x           →         x    →    2x  →  0,5x

m_giảm = m_{khí sinh ra} = m_NO2 + m_O2

=> 2x.46 + 0,5x.32 = 0,54  => x = 0,005 mol

=> m_Cu(NO3)2 = 0,94 gam