skkn phương pháp giải bài tập về axitnitric và muối nitrat

PH ẦN I: MỞ ĐẦUI SỰ CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Kiến thức về ‘‘axit nitric và muối nitrat’’ là một mảng quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông.. Ở ñó các em học sinh có ñiều kiện củ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI TRƯỜNG THPT SỐ 1 THÀNH PHỐ LÀO CAI

SáNG KIếN KINH NGHIệM

Tên đề tài:

PHƯƠNG PHáP GIảI BàI TậP

Về AXIT NITRIC Và MuốI NITRAT

Người thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hiền

Tổ chuyên môn: Hóa- Sinh

Lào Cai, tháng 4 năm 2011

PH ẦN I: MỞ ĐẦU

I) SỰ CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Kiến thức về ‘‘axit nitric và muối nitrat’’ là một mảng quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông Ở ñó các em học sinh có ñiều kiện củng cố các kiến thức về axit, về phản ứng oxi hóa khử: sự phụ thuộc của bản chất chất phản ứng, sự ảnh hưởng của nồng

ñộ, nhiệt ñộ ñến sản phẩm của phản ứng oxi hóa khử; sự quyết ñịnh của môi trường phản ứng ñến khả năng phản ứng; khả năng oxi hóa – khử của các chất ảnh hưởng quyết ñịnh ñến thứ tự và tiến trình phản ứng Sách giáo khoa Hoá học lớp 11 nâng cao trong bài “

Axit nitric và muối nitrat ” ñã ñưa ra một lượng kiến thức nhất ñịnh giúp học sinh hiểu rõ

ñược tính chất của axit nitric và muối nitrat Tuy nhiên, do lượng kiến thức nhiều và khó,

các bài tập chưa ña dạng nên học sinh còn gặp khó khăn trong việc tiếp nhận kiến thức cũng như giải các bài tập liên quan Nhằm giúp học sinh tiếp nhận kiến thức dễ dàng hơn

và vận dụng ñược ñể giải nhanh các bài tập ñể thích ứng với phương pháp thi trắc nghiệm khách quan, cũng như giúp bản thân giáo viên hiểu sâu sắc hơn, có ñược một cách nhìn khái quát hơn, từ ñó việc truyền ñạt kiến thức cho học sinh sẽ tự nhiên, dễ hiểu tôi chọn

ñề tài: “Phương pháp giải bài tập về axit nitric và muối nitrat ”

II) TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Là một giáo viên có kinh nghiệm trong công tác, ñược dạy nhiều ñối tượng học sinh

khác nhau nên việc nghiên cứu thực hiện ñề tài của tôi có nhiều thuận lợi Tuy nhiên, do lượng kiến thức rộng, cách kiểm tra ñánh giá yêu cầu học sinh phải giải quyết nhanh, gọn nên trong quá trình nghiên cứu tôi ñã phải có sự ñầu tư suy nghĩ, tìm tòi ñể ñạt hiệu quả trong giảng dạy

III) MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Giúp học sinh nắm ñược tính chất hóa học của axit nitric và muối nitrat

- Giúp học sinh hình thành kỹ năng giải bài tập về axit nitric và muối nitrat

- Hình thành phương pháp giải nhanh gọn, thích ứng với thi trắc nghiệm khách quan

III) NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

- Trình bày cơ sở lý thuyết về axit nitric và muối nitrat

- Phân loại các bài tập về axit nitric và muối nitrat và nêu phương pháp giải phù hợp, nhanh gọn, dễ hiểu

IV) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về axit nitric và muối nitrat

- Nghiên cứu các bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, tài liệu tham khảo, ñề thi tuyển sinh ñại học ,cao ñẳng và qua thực tế giảng dạy, tổng hợp và phân loại các bài tập,

ñưa ra phương pháp giải phù hợp

- Thực hành giảng dạy cho học sinh lớp 11A1 trong tiết lí thuyết, luyện tập, ôn tập theo cấu trúc ñề thi tuyển sinh ñại học, cao ñẳng

- Nhận xét, kết luận về hiệu quả của ñề tài ở học sinh lớp 11A1

V) ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Áp dụng hướng dẫn học sinh lớp 11A1 trường THPT số 1 TP Lào Cai, năm học 2010-

2011

Nội dung các dạng bài tập về axit nitric và muối nitrat trong chương trình hóa học phổ thông ñể ôn thi tốt nghiệp, ôn thi ñại học

PH ẦN II THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I) CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 AXIT NITRIC

CTCT

a Tính chất hóa học

H O N

O

O

HNO3

TÝnh axit m¹nh

TÝnh oxi hãa m¹nh

T¸c dông víi kim lo¹i

T¸c dông víi phi kim

T¸c dông víi hîp chÊt

* Tính axit mạnh

Axit nitric là một trong số các axit mạnh, trong dung dịch loãng nó phân li hoàn toàn thành H+ và NO3-

Dung dịch HNO3 làm ñỏ quỳ tím, tác dụng với oxit bazơ, bazơ và muối của axit yếu hơn tạo ra muối nitrat

* Tính oxi hóa mạnh

Tùy thuộc vào nồng ñộ của axit , bản chất của chất khử và nhiệt ñộ phản ứng

mà HNO3 có thể bị khử ñến các sản phẩm khác nhau của nitơ :

+4 +2 +1 0 -3

2

N O ; N O ; N O ; N ; N H NO

- Tác dụng với hầu hết kim loại, trừ Ag, Pt

Fe + 6HNO3 ñặc

0

t

→ Fe(NO3)3 + 3NO2 ↑ + 3H2O 3Cu + 8HNO3 loãng → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O + Các kim loại Al, Fe bị thụ ñộng trong dung dịch HNO3 ñặc nguội

+ Dung dịch chứa muối nitrat (VD: KNO3) trong môi trường axit cũng có tính chất tương tự như dung dịch HNO3, vì trong dung dịch tồn tại H+ và NO3

- Tác dụng với phi kim:

S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O

- Tác dụng với hợp chất có tính khử:

FeCO3 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2↑ + CO2↑ + 2H2O FeS2 + 18HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2↑ + 7H2O

b Điều chế

- Trong phòng thí nghiệm:

NaNO3tinh thể + H2SO4 ñặc →t0 NaHSO4 + HNO3

- Trong công nghiệp:

Sản xuất từ amoniac Quá trình sản xuất gồm 3 giai ñoạn:

NH3 →(1) NO →(2) NO2 →(3) HNO3 + Giai ñoạn 1: Oxi hóa NH3 thành NO bằng oxi không khí

4NH3 + 5O2 →850 Pt 900 Co 4NO + 6H2O + Giai ñoạn 2: Oxi hóa NO thành NO2

2NO + O2 → 2NO2 + Giai ñoạn 3: Chuyển hóa NO2 thành HNO3

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

2 MUèI NITRAT

a) Tính tan: Tất cả các muối nitrat ñều tan trong nước

b) Phản ứng nhiệt phân (thể hiện tính kém bền nhiệt):

- Muối nitrat của kim loại hoạt ñộng mạnh (thường ñứng trước Mg trong dãy ñiện hóa) bị

phân hủy bởi nhiệt tạo ra muối nitrit và oxi:

2M(NO3)n →t0

2M(NO2)n + nO2↑

- Muối nitrat của các kim loại hoạt ñộng trung bình (từ Mg - Cu) bị phân hủy bởi nhiệt tạo

ra oxit, nitơ ñioxit và oxi:

2M(NO3)n →t0

M2On + 2nNO2↑ + n

2O2↑

- Muối nitrat của kim loại ñứng sau Cu nhiệt phân tạo ra kim loại, nitơ ñioxit và oxi

M(NO3)n →t0

M + nNO2↑ + n

2O2↑

c) Nhận biết dung dịch muối nitrat: Dùng Cu và dung dịch H2SO4

3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 2NO + O2 → 2NO2

(không màu) (màu nâu)

II – MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

DẠNG 1: TÌM LƯỢNG CHẤT KHI CHO CÁC CHẤT TÁC DỤNG VỚI HNO 3

Thí dụ 1: Bài 7 – Trang 55 ( sgk HH11NC)

Cho 13,5 gam nhôm tác dụng vừa ñủ với 2,2 lít dung dịch HNO3, phản ứng tạo ra muối nhôm và một hỗn hợp khí gồm NO và N2O Tính nồng ñộ mol của dung dịch HNO3 Biết rằng tỷ khối hơi của hỗn hợp khí ñối với H2 bằng 19,2

Giải:

Cách 1: Gọi số mol 2 khí NO và N2O lần lượt là x, y

Mhhk= 19,2 2 = 38,4 Lập tỷ lệ mol của 2 khí dựa vào Mhhk và quy tắc ñường chéo

NO 30 5,6

38,4

3

2

=

y x

N2O 44 8,4

Viết 2 pthh: Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O

( mol) x x

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

(mol) y

3

8

y Theo ñề bài, ta có hệ phương trình: 3x- 2y = 0

x + 8/3y = 13,5/27

x = 0,1 ; y = 0,15

Vậy số mol HNO3 tham gia phản ứng là: 4.0,1 + 10 0,15 = 1,9 (mol)

CM(HNO3) = 1,9/2,2 = 0,8636M

Cách 2: Áp dụng ñịnh luật bảo toàn electron

- Tương tự như trên, ta có:

3

2

=

y

x

y = 1,5x

- Các quá trình: Al → Al3+ + 3e

( mol) 0,5 1,5

N+5 + 3 e → N+2

(mol) 3x x

N+5 + 4e → N+1

(mol) 12x 3x

Ta có phương trình: 15x = 1,5 → x = 0,1

Số mol HNO3 phản ứng là: 1,5 + 0,1 + 0,3 = 1,9 (mol)

CM(HNO3) = 1,9/2,2 = 0,8636M

Thí dụ 2:

Cho 12,45 gam hỗn hợp X (Al và 1 kim loại hóa trị II) tác dụng với dung dịch HNO3

dư thu ñược 1,12 lít hỗn hợp N2O và N2 có tỉ khối hơi ñối với H2 bằng 18,8 và dung dịch

Y Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu 0,448 lít khí NH3 Xác ñịnh kim loại M và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ñầu Biết nX=0,25 mol; các thể tích khí ño ở ñktc

Giải:

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

nhhk = 0,05 (mol)

Áp dụng quy tắc ñường chéo:

x N2O 44 9,6

37,6

2

3

=

y

x

Vậy x = 0,03; y = 0,02

y N2 28 6,4

- Lập hệ phương trình áp dụng ñịnh luật bảo toàn electron:

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

Các quá trình oxi hóa và khử :

Al → Al3+ + 3e M → M2+ + 2e

(mol) a 3 a b 2 b

N+5 + 4 e → N+1 ; N+5 + 5 e → N0 ; N+5 + 8 e → N-3 (mol) 0,24 0,06 0,2 0,04 0,16 0,02

Ta có phương trình: 3 a + 2 b = 0,24 + 0,2 + 0,16

Theo ñề bài, ta có: 27 a + M b = 12,45

a + b = 0,25

Giải hệ phương trình 3 ẩn trên, ta có : a = 0,1 ; b = 0,15 ; M = 65

Vậy kim loại M là kẽm ( Zn)

Khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban ñầu là : mAl = 2,7 (g) ; mZn = 9,75 (g)

Thí dụ 3:

Hỗn hợp A gồm FeCO3 và FeS2 A tác dụng với dung dịch axit HNO3 63% (khối lượng riêng 1,44g/ml) theo các phản ứng sau:

FeCO3 + HNO3 → muối X + CO2 + NO2 + H2O (1)

FeS2 + HNO3 → muối X + H2SO4 + NO2 + H2O (2)

Được hỗn hợp khí B và dung dịch C Tỉ khối của B với oxi bằng 1,425 Để phản ứng vừa

hết các chất trong dung dịch C cần dùng 540ml dung dich Ba(OH)2 0,2M Lọc lấy kết tủa,

ñem nung ñến khối lượng không ñổi, ñược 7,568 gam chất rắn (BaSO4 coi như không bị nhiệt phân) Các phản ứng xảy ra hoàn toàn

1 X là muối gì? Hoàn thành các phương trình phản ứng (1) và (2)

2 Tính khối lượng hỗn hợp từng chất trong hỗn hợp A

3 Xác ñịnh thể tích dung dịch HNO3 ñã dùng (giả thiết HNO3 không bị bay hơi trong quá trình phản ứng)

Giải :

1 X là muối Fe(NO3)3

FeCO3 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + CO2 + NO2 + 2H2O (1)

(mol) x x x x

FeS2 + 18HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2 + 7H2O (2)

(mol) 0,2x 0,2x 0,4x 3x

2 Tính khối lượng từng chất trong hỗn hợp A

- Tìm tỷ lệ mol 2 khí trong B

CO2 : 44 0,4

45,6

4

1

2

NO

CO n

n

NO2 : 46 1,6

Gọi số mol CO2 là x , theo (1) ta có nNO2= x ( mol), thì số mol NO2 ở (2) là 3x

Phản ứng xảy ra khi cho dung dịch C tác dụng với Ba(OH)2:

Ba2+ + SO42- → BaSO4 (3)

(mol) 0,4 x 0,4x

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 (4)

(mol) 1,2x 1,2x

H+ + OH- → H2O (5)

Khi nung kết tủa ñến khối lượng không ñổi, ta có

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

(mol) 1,2 x 0,6 x

Theo ñề bài , ta có phương trình: 233 0,4x + 160 0,6x = 7,568
x = 0,04

Khối lượng từng chất trong hỗn hợp A là:

mFeCO3 = 116 0,04 = 4,64 (g) ; mFeS2 = 0,08 120 = 0,96 (g)

3 – Số mol OH- trong dung dịch Ba(OH)2 là: 0,216 (mol)

Số mol OH- ñã tác dụng với H+ của H2SO4 và Fe3+là:

0,4 0,04 2 + 1,2 3 0,04 = 0,176 (mol)

Vậy số mol OH- tác dụng với H+ của HNO3 là: 0,216 – 0,176 = 0,04 (mol)

Ta có: số mol HNO3 ban ñầu là: 4x + 3,6 x + 0,04 = 0,344 (mol)

Vậy thể tích dung dịch HNO3 là:

V =

44 , 1 63

100 63 344 , 0

×

×

×

= 23,89 ( ml)

DẠNG 2: XÁC ĐỊNH SẢN PHẨM KHỬ CỦA N +5 TRONG HNO 3

Thí dụ 1:

Một miếng Mg bị oxi hóa một phần thành oxit, chia miếng ñó làm hai phần bằng nhau

- Phần I: cho hòa tan hết trong dung dịch HCl thì ñược 3,136 lít khí Cô cạn thu ñược 14,25g chất rắn A

- Phần II: cho hòa tan hết trong dung dịch HNO3 thì thu ñược 0,448 lít khí X nguyên chất, phần dung dịch cô cạn ñược 23g chất rắn B

Xác ñịnh công thức phân tử khí X (các thể tích khí ño ở ñktc)

Giải:

- Phần I: các phản ứng

MgO + 2H+ → Mg2+ + H2O

Mg + 2H+ → Mg2+ + H2

Chất rắn A là MgCl2 có số mol là: 14,25 : 95 = 0,15 (mol)

nMg = nH2 = 3,136 : 22,4 = 0,14 ( mol) ; Số mol MgO là : 0,15 – 0,14 = 0,01 (mol)

- Phần 2 :

Mg, MgO → Mg(NO3)2

Khối lượng muối Mg(NO3)2 là: 0,15 148 = 22,2 (g) < 23 (g) Vậy trong B phải còn một muối khác, ñó chỉ có thể là NH4NO3 với số mol là: ( 23- 22,2) : 80 = 0,01 (mol)

Khí X có thể là: NO2, NO, N2O, N2

Gọi số oxi hóa của N trong khí X là a, số nguyên tử N trong X là x ( x chỉ nhận giá trị 1 hoặc 2)

Các quá trình oxi hóa và khử:

Mg → Mg2+ + 2e

(mol) 0,14 0,28

N+5 + 8e → N-3 ; N+5 + ( 5-a) e → N+a

(mol) 0,08 0,01 (5-a) 0,02x 0,02

Áp dụng ñịnh luật bảo toàn electron, ta có: (5-a).0,02x + 0,08 = 0,28

Với x = 1, ta có: a = -5 ( loại)

Với x = 2, ta có : a = 0 ( nhận) Vậy công thức phân tử của khí X là N2

Thí dụ 2:

Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,72 g Mg và 1,95 g Zn trong dung dịch HNO3

loãng, dư, thu ñược 0,015 mol sản phẩm khử duy nhất X Xác ñịnh công thức phân tử của

X

Giải:

Sản phẩm khử duy nhất có thể là: NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3

Gọi số oxi hóa của N trong sản phẩm khử là a, số nguyên tử N bị khử trong 1 phân tử X là

x

Ta có số mol các chất: nMg= 0,72 : 24 = 0,03 (mol); nZn = 1,95 : 65 = 0,03 (mol)

Quá trình khử và oxi hóa:

Mg → Mg2+ + 2e ; Zn → Zn2+ + 2e

(mol) 0,03 0,06 0,03 0,06

N+5 + ( 5 – a) e → N+a

( mol) ( 5 – a) 0,015 x 0,015x

Áp dụng ñịnh luật bảo toàn electron, ta có: ( 5-a) 0,015 x = 0,12

Với x = 1, ta có : a = -3
X là NH4NO3

Với x = 2, ta có : a = 1
X là N2O

Thí dụ 3:

Cho m gam hỗn hợp gồm Al và Al2O3 hòa tan trong lượng dư HNO3 rất loãng Sau phản ứng hoàn toàn, thu ñược 0,03 mol khí N2 ( ở ñktc) và dung dịch A Cô cạn cẩn thận dung dịch A thu ñược 83,34 gam muối khan Mặt khác, nếu cho dung dịch A tác

dụng với lượng dư dung dịch NH3 thấy tạo thành 29,64 gam kết tủa

a) Tính m

b) Tính thể tích dung dịch HNO3 0,01M ñã lấy, biết rằng lượng HNO3 ñã dùng dư 20%

so với lượng cần thiết

Giải:

a) Dung dịch A tác dụng với lượng dư dung dịch NH3, có phản ứng tạo kết tủa:

Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4+

Số mol kết tủa Al(OH)3 là: 29,64/ 78 = 0,38 (mol)

Vậy trong dung dịch A có muối Al(NO3)3 với khối lượng là:

0,38 213 = 80,94 (g) < 83,34 (g) Vậy trong dung dịch A ngoài muối Al(NO3)3 còn một muối khác, ñó là NH4NO3 Số mol NH4NO3 là: ( 83,34 – 80,94) : 80 = 0,03 ( mol) Gọi số mol Al, Al2O3 ban ñầu lần lượt là a, b (a, b >0)

Theo ñề bài, ta có a + 2b = 0,38 (1)

Các quá trình oxi hóa khử : Al → Al3+ + 3e

(mol) a 3a

2N+5 + 10 e → N2 ; N+5 + 8e → N-3

(mol) 0,3 0,03 0,24 0,03

Áp dụng ñịnh luật bảo toàn electron, ta có: 3 a = 0,54 → a = 0,18 (2)

Từ (1) và (2) ta có: a = 0,18 ; b = 0,1

Khối lượng hỗn hợp ban ñầu là: m = 0,18 27 + 0,1 102 = 15,06 ( g )

b) Số mol HNO3 ñã phản ứng là: nHNO3 = 0,38 3 + 0,03.2 + 0,03.2 = 1,26 (mol)

Vì axit ñã dùng dư 20% so với lượng cần thiết nên số mol HNO3 trong dung dịch ban

ñầu ñã lấy là: 1,26 + 0,2 1,26 = 1,512 (mol)

Thể tích dung dịch HNO3 ñã lấy là: V = 151,2( )

01 , 0

512 , 1

l

=

DẠNG 3: KHẢ NĂNG OXI HÓA CỦA ION NO 3 - TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT

Thí dụ 1: ( ĐH- Khối B- 2007)

Thực hiện hai thí nghiệm:

1) Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M thoát ra V1 lít NO

2) Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch chứa HNO3 1M và H2SO4 0,5 M thoát ra V2 lít NO Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí ño ở cùng ñiều kiện Quan hệ giữa V1 và V2 là :

A V2 = V1 B V2 = 2,5V1 C V2 = 2V1 D V2 = 1,5V1 Giải :

TN1 : nCu = 3,84/64 = 0,06 (mol) ; nHNO3 = 0,08 (mol)