1. BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI + HNO3 :
1.1. KIM LOẠI + HNO3 dư:
Phương pháp giải: Phương pháp bảo toàn số mol electron
Cho e:
M → Mn+ + ne
Nhận e:
N+5 + 1e → N+1O2
N+5 + 3e → N+2O
2N+5 + 8e → N2+4O
N+5 + 10e → N2
2N+5 + 8e → N-3H4N+5O3
NHỮNG GIÁ TRỊ CẦN XÁC ĐỊNH
1.1.1.Xác định mkim loại , mmuối, nHNO3phản ứng, Vkhí
1.1.2.Xác định khối lượng kết tủa, khối lượng chất rắn
1.1.3.Xác định sản phẩm khử
1.1.4.Tính khối lượng chất tan trong dung dịch
1.1.1. XÁC ĐỊNH mkim loại , mmuối, nHNO3phản ứng, Vkhí
mmuối = mkim loại + mNO3-[muối] + mNH4NO3[nếu có]
nNO3-[muối] = ne nhận
nHNO3 = nN[muối] + nN[sản phẩm khử]
nN[muối] = nNO3-[muối] = ne nhận
nN[sản phẩm khử] = nNO + nNO2 + 2nN2O + 2nN2 + 2nNH4NO3
Ví dụ 1: Cho 74,5 gam hỗn hợp Cu, Mg, Al, Fe tác dụng với HNO3 dư được 8,96lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 [ở đktc] có tỉ khối so với khí H2 bằng 19 [không tạo muối NH4NO3]. Tính tổng khối lượng muối nitrat sinh ra.
Hướng dẩn giải:
Đặt: nNO = x mol; nNO2 = y mol
Ta có: x + y = = 0,4 [1]
30x + 46y = 0,4*38 [2]
Từ [1] và [2] Þ x = y = 0,2
Qúa trình nhận e:
N+5 + 1e → N+4O2
0,2 0,2
N+5 + 3e → N+2O
0,6 0,2
e nhận = 0,2 + 0,6 = 0,8
mmuối = mkim loại + mNO3-[muối] = 74,5 + 0,8*62 = 124,1 gam
Ví dụ 2: Cho m gam hỗn hợp kim loại X, Y, Z tác dụng với HNO3 dư được 8,96lít khí X NO [ở đktc] và dung dịch A [không tạo muối NH4NO3]. Cô cạn dung dịch A thu được 139,1 gam muối khan. Tính m
Hướng dẫn giải
nNO = = 0,4 mol
Qúa trình nhận e:
N+5 + 3e → N+2O
1,2 0,4
nNO3-[muối] = ne nhận = 1,2 mol
mmuối = mkim loại + mNO3-[muối] = m + 1,2x62 = 139,1
m = 64,7 gam
Ví dụ 3: Cho 34,5 gam hỗn hợp Cu, Mg, Altác dụng với HNO3 dư được V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 [ở đktc] có tỉ khối so với khí H2 bằng 19 và dung dịch A [không tạo muối NH4NO3]. Cô cạn dung dịch A thu được 84,1 gam muối khan. Tính V
Hướng dẫn giải
mmuối = mkim loại + mNO3-[muối] = 34,5 + mNO3-[muối] = 84,1
ÞmNO3-[muối] = 49,6 gam;
ne nhận = nNO3-[muối] = = 0,8 mol
Đặt: nNO = x mol; nNO2 = y mol; d = = 19 Þ Mtrung bình = 19*2 = 38
áp dụng quy tắc đường chéo:
x NO 30 8
38
y NO2 46 8
Þ x = y
Qúa trình nhận e:
N+5 + 1e → N+4O2
x x
N+5 + 3e → N+2O
3x x
e nhận = 4x = 0,8; x = 0,2 mol
nhh khí = 0,2 + 0,2 = 0,4 molÞVhh khí = 0,4x22,4 = 8,96 lít
Ví dụ 4: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Ag và 0,04 mol Cu vào dung dịch HNO3 thu được V lít hỗn hợp khí X[ở đktc] gồm NO và NO2 có tỉ lệ số mol tương ứng là 2:3. Tính V.
Hướng dẩn giải:
Đặt: nNO = 2x mol; nNO2 = 3x mol
Qúa trình cho e:
Cu → Cu2+ + 2e
0,04 0,08
Ag → Ag+ + 1e
0,1 0,1
Qúa trình nhận e:
N+5 + 1e → N+1O2
3x 3x
N+5 + 3e → N+2O
6x 2x
6x + 3x = 0,08 + 0,1Þ x = 0,02
nhh khí = 2x + 3x = 5x = 0,1ÞVhh khí = 0,1*22,4 = 2,24 lít
Ví dụ 5: Cho m gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe, Cu tác dụng với dung dịch HNO3 thu được 1,344 lít khí NO [đktc] và dung dịch Y [không chứ muối amoni]. Tính số mol HNO3 phản ứng.
Hướng dẩn giải:
nNO = = 0,06 mol
Qúa trình nhận e: N+5 + 3e → N+2O
0,180,06
nHNO3[phản ứng] = nN[muối] + nN[sản phẩm khử] = 0,18 + 0,06 = 0,24 mol
Ví dụ 6: Cho m gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe, Cu tác dụng với dung dịch HNO3 thu được 0,2 mol NO, 0,3 mol N2O và dung dịch Y [không chứ muối amoni]. Tính số mol HNO3 phản ứng.
Hướng dẩn giải:
Qúa trình nhận e:
N+5 + 3e → N+2O
0,6 0,2
2N+5 + 8e → N2+1O
2,4 0,3
nHNO3[phản ứng] = nN[muối] + nN[sản phẩm khử] = [0,6 + 2,4] + [0,2 + 0,3x2] = 3,8 mol
Ví dụ 7: Cho m gam hỗn hợp Zn, Cu, Ag, Al, Fe tác dụng với HNO3 dư được 8,96lít hỗn hợp khí X gồm N2,NO, N2O, NO2 [ở đktc] có tỉ lệ số mol là 1:2 :3 :4 và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, đun nóng thu được 0,224 lít khí [ở đktc]. Tính số mol HNO3 phản ứng.
Hướng dẫn giải :
Đặt : nN2 = x ; nNO = 2x ; nN2O =3x; nNO2 = 4xÞ x + 2x + 3x + 4x = = 0,4 x = 0,04
dd Y + dd NaOH → Þ dd Y có NH4NO3, khí là NH3 [nNH3 = 0,01]
NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O
0,01 0,01
Nhận e: N+5 + 1e → N+1O2
0,16 0,16
N+5 + 3e → N+2O
0,24 0,08
2N+5 + 8e → N2+4O
0,96 0,12
N+5 + 10e → N2
0,4 0,04
2N+5 + 8e → N-3H4N+5O3
0,08 0,01
ne nhận = 0,16 + 0,24 + 0,96 + 0,4 + 0,08 = 1,84 mol
nN[sản phẩm khử] = nNO + nNO2 + 2nN2O + 2nN2 + 2nNH4NO3
= 0,08 + 0,16 + 0,12*2 + 0,04*2 + 0,01*2 = 0,58 mol
nHNO3 = nN[muối] + nN[sản phẩm khử] = 1,84 + 0,58 = 2,42 mol
Ví dụ 8: Hòa tan hết 10,24 gam Cu bằng 200 ml dung dịch HNO3 3M thu được dung dịch A. Cho 400 ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch A, lọc kết tủa, cô cạn dung dịch sau phản ứng đem chất rắn nung đến khối lượng không đổi thu được 26,44 gam chất rắn. Tính số mol HNO3 phản ứng với Cu
Hướng dẫn giải
nCu = 0,16 mol; nHNO3 = 0,6 mol; nNaOH = 0,4 mol
Sơ đồ phản ứng:
Cu + dd HNO3 → | Cu[NO3]2 HNO3 dư | + | NaOH → | NaNO3 NaOHdư | NaNO2 | |
NaOH |
ddA + NaOH:
Cu[NO3]2 + 2NaOH → 2NaNO3 + Cu[OH]2↓
0,16 0,32 0,32
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
0,04 0,04
Cô cạn dung dịch thu được: NaNO3 và NaOH dư
NaNO3 → NaNO2 + ½ O2
Chất rắn: NaNO2 a mol và NaOH b mol
Ta có: a + b = 0,4; 69a + 40b = 26,44 Þ a = 0,36 mol; b = 0,04 mol
Þ nHNO3 dư = 0,36 – 0,32 = 0,04 mol Þ nHNO3 pư với Cu = 0,6 – 0,04 = 0,56 mol
1.1.2. XÁC ĐỊNH mkết tủa; mchất rắn
M M[NO3]n M[OH]n M2On
mkết tủa = mkim loại + mOH-; nOH- = nNO3-[muối] = ne nhận
mchất rắn = mkim loại + mO2-; nO2- = ne nhận
Ví dụ 9: Cho 45,8 gam hỗn hợp Cu, Mg, Fe tác dụng với HNO3 dư được 6,72 lít khí NO [ở đktc] và dung dịch Y [không tạo muối NH4NO3]. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được m gam kết tủa. Tính m
Hướng dẩn giải:
nNO = = 0,3 mol
Qúa trình nhận e: N+5 + 3e → N+2O
0,9 0,3
Đặt hỗn hợp Cu, Mg, Fe là kim loại M
Ta có sơ đồ phản ứng : M M[NO3]n M[OH]n
nOH- = nNO3-[muối] = ne nhận = 0,9mol
m↓= mkim loại + mOH- = 45,8 + 0,9*17 = 61,1 gam
Ví dụ 10: Cho 49,91 gam hỗn hợp X gồm Zn, Fe, Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thu được 8,96 lít khí NO [đktc] và dung dịch Y [không tạo muối NH4NO3]. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thì thu được lượng kết tủa lớn nhất, nung kết tủa đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là
Hướng dẫn giải:
nNO = = 0,4 mol
Qúa trình nhận e: N+5 + 3e → N+2O
1,2 0,4
Đặt hỗn hợp Zn, Fe, Al là kim loại M
Ta có sơ đồ phản ứng : M M[NO3]n M[OH]n M2On
nO2- = ne nhận = 0,6mol
m↓= mkim loại + mO2- = 49,91 + 0,6*16 = 56 gam
Ví dụ 11: Cho hỗn hợp Mg và Al vào dung dịch HNO3 loãng dư, phản ứng xong thu được 0,02 mol khí N2O và dung dịch X. Cho NaOH dư vào X đun nóng thu được 0,02 mol khí thoát ra và 5,8 g kết tủa. Khối lượng của Al trong hỗn hợp là:
Hướng dẫn giải:
dd Y + dd NaOH → Þdung dịch Y có NH4NO3khí là NH3 [nNH3 = 0,02]
NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O
0,02 0,02
Sơ đồ phản ứng:
Mg | Mg2+ | ↓ Mg[OH]2 | ||
Al | Al3+ |
Al[OH]3 + OH- → Al[OH]4-
nMg[OH]2 = = 0,1 mol; nMg = 0,1 mol
Qúa trình cho e:
Mg → Mg2+ + 2e
0,1 0,2
Al → Al3+ + 3e
x 3x
Nhận e: 2N+5 + 8e → N2+4O
0,16 0,02
2N+5 + 8e → N-3H4N+5O3
0,16 0,02
Ta có: 3x + 0,2 = 0,32 Þx = 0,04 mol; mAl = 0,04x27 = 1,08 gam
1.1.3. XÁC ĐỊNH SẢN PHẨM KHỬ
- X + HNO3→ dd Y; dd Y + dd NaOH →
[NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O]
Þ SPK có NH4NO3
- ne kimloại cho> ne khí nhận Þ SPK có NH4NO3
- mmuối thu được> mM[NO3]n Þ SPK có NH4NO3
- nHNO3 pư tính theo khí < nHNO3 ban đầu Þ SPK có NH4NO3
- N+5 + ne → X
n = 1 Þ X là NO2
n = 3 Þ X là NO
n = 8 Þ X là N2O
n = 10 ÞX là N2
Ví dụ 12: Hổn hợp kim loai A gồm: 0,1 mol X hoá trị I, 0,2 mol Y hoá trị II, 0,3mol Z hoá trị III. Hoà tan hổn hợp X vào dung dịch HNO3dư sau phản ứng thu được 31,36 lít khí B ở đktc [sản phẩm khử duy nhất]. Xác định công thức phân tử của B là
Hướng dẫn giải:
nB = = 1,4 mol
Cho e: X → X2+ + 1e
0,1 0,1
Y → Y2+ + 2e
0,2 0,4
Z → Z3+ + 3e
0,3 0,9
Nhận e: N+5 + ne → B
1,4n 1,4
Ta có: 0,1 + 0,4 + 0,9 = 1,4n; n = 1 Þkhí là NO2
Ví dụ 13: Hòa tan 2,4 gam Mg vào dung dịch HNO3 loãng dư, sau phản ứng thu được hổn hợp khí X gồm 0,04 mol NO và 0,01 mol NxOy, dung dịch B [không chưa muối amoni]. Công thức phân tử của NxOy là
Hướng dẫn giải:
nMg = = 0,1 mol
Cho e: Mg → Mg2+ + 2e
0,1 0,2
Nhận e: N+5 + 3e → N+2O
0,12 0,04
N+5 + ne → X [NxOy]
0,01n 0,01
Ta có: 0,12 + 0,01n = 0,2; n = 8 Þkhí là N2O
Ví du 14: Hỗn hợp X gồm Mg và MgO được chia thành 2 phần bằng nhau. Cho phần 1 tác dụng hết với dung dịch HCl thu được 3,136 lít khí [đktc]; cô cạn dung dịch và làm khô thì thu được 14,25g chất rắn khan A. Cho phần 2 tác dụng hết với dung dịch HNO3 thì thu được 0,448 lít khí Y [đktc], cô cạn dung dịch và làm khô thì thu được 23 gam chất rắn khan B. Xác định công thức phân tử của Y.
Hướng dẩn giải:
nH2 = = 0,14 mol; nMgCl2 = = 0,15 mol
Phần 1:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 [1]
0,14 0,14 0,14
MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O [2]
0,01 0,01
Phần 2: nY = = 0,02 mol
[ 0,14 mol Mg, 0,01 mol MgO] + HNO3 → Mg[NO3]2 + SPK + H2O
nMg[NO3]2 = 0,14 + 0,01 = 0,15 mol
mMg[NO3]2 = 0,15*148 = 22,2 gam mCR B = 23 gamÞ SPK có NH4NO3mNH4NO3 = 23 – 22,2 = 0,8 gam; nNH4NO3 = = 0,01 mol
Cho e: Mg → Mg2+ + 2e [Mg+2O không cho e]
0,14 0,28
Nhận e: 2N+5 + 8e → N-3H4N+5O3
0,08 0,01
N+5 + ne → Y
0,02n 0,02
Ta có: 0,08 + 0,02n = 0,28; n = 10 Þkhí là N2
Ví dụ 15: Hoà tan 12,42 gam hổn hợp Al bằng dung dịch HNO3 loãng dư, sau phản ứng thu được dung dịch X và 1,344 lít hổn hợp khí Y gồm N2 và N2O [ở đktc] có tỉ khối so với H2 bằng 18. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là
Hướng dẩn giải:
Đặt: nN2 = x mol; nN2O = y mol
Ta có: x + y = 1,344 = 0,06 [1]
d = = 18 ÞM = 18*2 = 36
áp dụng quy tắc đường chéo:
x N2 28 8
36
y N2O 44 8
= = 1 [2]
Từ [1] và [2] ta có: x = y = 0,03 mol
nAl = = 0,46 mol
Qúa trình cho e:
Al → Al3+ +3e
0,46 1,38
Qúa trình nhận e:
2N+5 + 10e → N2
0,3 0,03
2N+5 + 8e → N+12O
0,24 0,03
ne khí nhận = 0,3 + 0,24 = 0,54 ne kim loại cho = 1,38 ÞSPK có NH4NO3
ne NH4NO3 nhận = 1,38 – 0,54 = 0,84
2N+5 + 8e → N-3H4N+5O3
0,84 0,105
mmuối = mkl + mNO3-[muối] + mNH4NO3 = 12,42 + 1,38*62 + 0,105*80 = 106,38 g
1.1.4. TÍNH mchất tan TRONG DUNG DỊCH
KL[X, Y] + axit[HNO3, H2SO4] → chất tan + NO + SO2 + H2O
mkim loại + maxit = mchất tan + mNO + mSO2 + mH2O
nH+ phản ứng = ne nhận + nNO + 2nSO2; nH2O = nH+ phản ứng
Ví dụ 16: Cho 11,28 gam hỗn hợp A gồm Cu, Ag tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch B gồm HNO3 1M và H2SO4 0,2M thu được khí NO duy nhất và dung dịch C chứa m gam chất tan. Xác định m.
Hướng dẫn giải:
nHNO3 = 0,2 mol; nH2SO4 = 0,04
nH+ = 0,2 + 0,04*2 = 0,28 mol; nNO3- = 0,2 mol
Sơ đồ phản ứng: KL[Cu,Ag] + axit[HNO3, H2SO4] → chất tan + NO + H2O
Ta có: mkim loại + maxit = mchất tan + mNO +mH2O
Để tính mchất tan ta cần tính mNO và mH2O. Có 2 cách tính mNO và mH2O
4H+ + NO3- + 3e → NO + 2H2O
0,28 0,07 0,14
= = = 0,2 Þ H+ hết, NO3- dư
mchất tan = mkim loại + maxit – [ mNO +mH2O]
= 11,28 + 0,2*63 + 0,04*98 – [ 0,07*30 + 0,14*18] = 23,18 gam
Ví dụ 17: Cho 18,2 gam hỗn hợp A gồm Al, Cu vào 100 ml dung dịch B chứa HNO3 2M và H2SO412M và đun nóng thu được dung dịch C và 8,96 lít hỗn hợp khí D [đktc] gồm NO và SO2, tỉ lệ mol 1:1. Tính tổng khối lượng chất tan trong C .
Hướng dẫn giải:
nHNO3 = 0,2 mol; nH2SO4 = 1,2 0mol
Ta có: nhh khí = = 0,4;nNO =nSO2= 0,2
Sơ đồ phản ứng:
KL[Cu,Al] + axit[HNO3, H2SO4] → chất tan + NO + SO2 + H2O
Ta có: mkim loại + maxit = mchất tan + mNO + mSO2 + mH2O
Qúa trình nhận e:
N+5 + 3e → N+2O
0,6 0,2
S+6 + 2e → S+2O2
0,4 0,2
nH+ phản ứng = ne nhận + nNO + 2nSO2 = 1 + 0,2 + 0,2*2 = 1,6
[2nSO2 vì một phân tử H2SO4 có 2 H+]
nH2O = nH+ phản ứng = = 0,8
mchất tan = mkim loại + maxit – [ mNO + mSO2+mH2O]
= 18,2 + 0,2*63 + 1,2*98 – [ 0,2*30 + 0,2*64 + 0,8*18] = 115,2 gam