Chuyên đề Axit Nitric Muối Nitrat

b. HNO3 là chất oxi hóa mạnh • Tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối nitrat + H2¬O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3) và kim loại bị oxi hóa với mức cao nhất. Với Al, Fe, Cr , bị thụ động trong HNO3 đặc nguội. Kim loại + HNO3 (đ) →(nhiệt độ) Muối nitrat + NO + H2O Kim loại + HNO3 (l) →Muối nitrat + NO + H2O • Tác dụng với phi kim → NO2 + H2O + oxit của phi kim.

Chuyên đề: Axit Nitric - Muối Nitrat

1.Tính chất vật lí

- Là chất lỏng, không màu, tan tốt trong nước (C < 65%)

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

4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2

→ phải đựng dung dịch HNO3 trong bình tối màu

2 Tính chất hóa học

a HNO3 là một axit mạnh

Trong dung dịch, HNO3 điện li hoàn toàn:

HNO3 → H+ + NO3

Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ

- Tác dụng với bazơ, oxit bazơ, muối…

2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O

2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O

2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

b HNO3 là chất oxi hóa mạnh

• Tác dụng 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) và kim loại

bị oxi hóa với mức cao nhất

Với Al, Fe, Cr , bị thụ động trong HNO3 đặc nguội

Kim loại + HNO 3 (đ) →(nhiệt độ) Muối nitrat + NO + H2O

Kim loại + HNO 3 (l) →Muối nitrat + NO + H2O

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

C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

• Tác dụng với các chất khử khác (oxit bazơ, bazơ và muối trong đó kim loại chưa có hóa trị cao nhất )

4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

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

3 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

4 Nhận biết

• Làm đỏ quỳ tím

• Tác dụng với kim loại đứng sau H tạo khí nâu đỏ

5 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

Lưu ý:

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

nguội do bị thụ động hóa.

2 Trong một số bài toán ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra

cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí thoát

ra) hoặc các hợp chất khí của Nitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn hợp đã

cho.

ứng trung hòa.

4 Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo

muối hóa trị 3 của kim loại (Fe3+ , Cr 3+); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại

sẽ tạo muối hóa trị 2 (Fe2+ , Cr 2+ ), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối.

tự phản ứng với HNO 3 Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương

trình ion.

B.Muối nitrat.

1.Tính chất vật lí

Tan hoàn toàn trong nước chất điện li mạnh

-Nhiệt phân:

M: K Ca

M(NO 2 )n + n/2O 2

M: Mg Cu

M(NO 3 )n M 2 On + 2nNO 2 + n/2O 2

M: Sau Cu

M + nNO 2 + n/2O 2

Nếu không xác định được muối nitrat thuộc khoảng nào thì phải xét cả

ba trường hợp.Trường hợp nào đúng thì sẽ cho ta một khoảng khối lượng mol nguyên tử kim loại phù hợp với bảng tuần hoàn

Chú ý:

Mt: H+ Có tính oxi hóa mạnh như HNO3 l

Anion NO3- Mt: H2O Không có tính oxi hóa

Mt: OH- Bị Al, Zn khử đến NH3

• Nhận biết:

- trong môi trường trung tính, ion NO3 không có tính oxi hóa Khi có mặt thì NO3 có tính oxi hóa mạnh như HNO3 Vì vậy để nhận ra ion NO3 người ta đun nóng nhẹ dung dịch chứa NO3với đồng kim loại và H2SO4 loãng 3Cu+ 8H+ + 2NO3→ 3Cu2+ +2NO + 4H2O

Màu xanh , ko màu

2NO + O2 2 NO2

Nâu đỏ

Phản ứng tạo dung dịch màu xanh, khí không màu bay ra thành nâu đỏ ngoài không khí

a)tính nhanh nHNO3 và nNO3 -:

HNO3 là một oxit mạnh và có tính oxi hóa mạnh nên khi phản ứng với kim loại hay một hợp chất có tính oxi hóa mạnh (vd: FeO, Fe3O4, Fe(OH)2,

…) thì cho muối Nitrat của kim loại có tính oxi hóa cao và các sản phẩm khử gồm: NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3 hay NH3

+ Thông thường, Fe và các hợp chất của Fe và hầu hết các kim loại tác dụng với : HNO3 đặc: giải phóng NO2

HNO3 loãng: giải phóng NO

+ Trong TH sản phẩm khử là NH3: tạo muối NH4NO3 nên không có khí thoát ra

+ Nếu bài toán cho hỗn hợp nhiều chất khử tác dụng với dd HNO3 cho nhiều sản phẩm khử khác nhau của N+5 thì nên sử dụng pp bảo toàn electron hay pp ion-electron

+ Cách tính nhanh số mol anion NO3- tạo muối HNO3 tham gia phản ứng không phụ thuộc vào số lượng của các kim loại ta luôn có các phản ứng khử:

2HNO3 + 1e → NO2 + H2O + NO3

2a a a a

4HNO3 + 3e → NO + 2H2O + 3NO3

4b 3b b 3b

10HNO3 + 8e → N2O + 5H2O + 8NO3

10e 8e c 8e

12HNO3 + 10e → N2 + 6H2O + 10NO3

12d 10d d 10d

10HNO3 + 8e → NH4NO3 + 3H2O + 8NO3

10x 8x x 8x

 nNO3- tạo muối với cation kim loại = nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O + 10.nN2 + 8.nNH4NO3

 M muối = mkl + 62(nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O + 10.nN2 + 8.nNH4NO3) + 80.nNH4NO3

 nHNO3 phản ứng = 2.nNO2 + 4.nNO + 10.nN2O + 12.nN2

+ 10.nNH4NO3

Chú ý: -không sử dụng công thức trên để tính số mol axit phản ứng và

số mol anion tạo muối nếu hỗn hợp ban đầu không phải hoàn toàn kim loại -Nếu hỗn hợp ban đầu hoàn toàn không phải là kl thì quy hỗn hợp ban đầu về các nguyên tố (hoặc đơn chất) rồi giải tương tự như trên

b)Bảo toàn e và điện tích.

+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử của N thì ne nhường = ne nhận + Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng ne nhường = ne nhận

- Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện

tích (tổng điện tích dương = tổng 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 các quá trình

M → Mn+ + ne

4H+ + NO3- + 3e →NO + 2H2O

c)Bảo toàn khối lượng N.

Trước và sau phản ứng, khối lượng N không thay đổi

VD: Hòa tan kim loại M có trong dung dịch chứa a mol HNO3 vừa đủ thu được x mol M(NO3)3 và y mol NxOy, z mol NO

Giải: a = nx + ny + nz

2 Bài tập ứng dụng:

dịch Y và 2,24 lit khí NO (đktc).Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH 2 M được kết tủa R Sau khi nung R đến khối lượng không đổi thu được 20 g chất rắn

a Tính khối lượng Cu ban đầu.

dùng

Giải:

nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol; nNaOH = 0,3.0,2 = 0,06 mol

a Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được kết tủa R chỉ chứa

Cu(OH)2 Chất rắn thu được khi nung là CuO nCuO = 20/80 = 0,25 mol = nCuO = 0,25 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

nCu (ban đầu) = nCu (trong CuO) = 0,25 mol mCu = 0,25.64 = 16 g

b Trong X, n = 0,25 mol →m= 188.0,25 = 47 g

Cu → Cu2+ + 2e

0, 25 mol 0,5 mol

Mà : 0,25 < 0,3

→ phản ứng của Cu và HNO3 phải tạo ra NH4NO3.

ne (Cu nhường) = ne nhận = 0,5 mol  ne nhận= 0,5 – 0,3 = 0,2 mol

N+5 + 8e  N-3

0,025 mol 0,2 mol

 n = 0,025 mol  m= 80.0,025 = 2 g

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

npư = nN (trong ) + nN (trong NO) + nN (trong)

= 2n + nNO + 2n= 0,65 mol

+ 10.0,25 = 0,65 mol)

 m= 63.0,65 = 40,95 g  C% = = 5,12%

dư, thu được 6,72 lit khí NO (đktc) duy nhất Khối lượng (g) của Al và Fe trong hỗn hợp đầu là bao nhiêu?

Giải:

nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol

N+5 + 3e  N+2

0,9 mol 0,3 mol

Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp đầu

Ta có: 27x + 56y = 11 (1)

Al  Al+3 + 3e

x mol 3x mol

Fe  Fe+3 + 3e

y mol 3y mol

Theo định luật bảo toàn e: n e (KL nhường) = n e (N nhận) = 0,9 mol

hay: 3x + 3y = 0,9 (2)

Từ (1) và (2) ta có  5,4 và 5,6

VD3: Cho a mol Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO3 1 M, H2SO4 0,5 M thu được V lit NO ở đktc

a Tính V ( biện luận theo a)

b Nếu Cu dư hoặc vừa đủ thì lượng muối thu được là bao nhiêu? Giải:

a n= 0,12.1 = 0,12 mol; n= 0,12.0,5 = 0,06 mol

 n= 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol; n= 0,12 mol

Ta có ptpư: 3Cu + 8H+ + 2NO3-  3Cu+2 + 2NO + 4H2O

Có thể xảy ra các trường hợp

+ Cu hết, H+ và NO3- dư

nNO = nCu = a (mol)  V = 22,4 a = 14,93 (lit)

+ Cu đủ hoặc dư, H+ hết (NO3- luôn dư so với H+ )

nNO = n = 0,06 mol  V = 22,4.0,06 = 13,44 (lit)

b Khi Cu hết hoặc dư

n= 0,09  m= 188.0,09 = 16,92 (g)

• Một số dạng bài toán quen thuộc và cách giải nhanh

hợp gồm S và các hợp chất chứa S của Fe (hoặc của Cu) tác dụng với HNO3

2) Cho hỗn hợp oxit sắt có tính khử và Cu (hoặc Fe) tác dụng với dung

dịch HNO3

 Phương pháp giải:Dùng cách quy đổi.

 Nội dung của phương pháp: Với hỗn hợp nhiều chất ta có thể coi

hỗn hợp tương đương với 1 số chất (thường là 2) hoặc có thể chỉ là 1 chất (chẳng hạn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 có thể coi tương đương FeO và Fe2O3 còn nếu biết FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau

có thể coi tương đương với duy nhất Fe3O4) hoặc quy đổi theo các nguyên tố thành phần tạo nên hỗn hợp

VD1 Để m gam Fe ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp

H có khối lượng 12 gam gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 và Fe Hòa tan hết H vào dung dịch HNO3 thu được 2,24 lít khí NO (đo ở đktc) Giá trị m gam là bao nhiêu?

Giải

nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol

Gọi x là số mol Fe; y là tổng số mol nguyên tử O của không khí tham gia phản ứng

Ta có: mH = 56x + 16y = 12 (1)

Trong toàn bộ quá trình phản ứng: ne (Fe cho) = ne(O nhận) + ne (N nhận)

ó 3x = 2y + 3.0,01 (2)

Từ (1) và (2) có được: x = 0,18; y = 0,12

Chú ý:

1 Ngoài cách quy đổi theo Fe và O như ở trên ta cũng có thể quy đổi hỗn

hợp theo Fe và Fe2O3 hoặc Fe và FeO hoặc FeO và Fe2O3,

* Lưu ý: theo cách quy đổi các nghiệm tính được có thể là giá trị âm và ta

vẫn sử dụng để tính toán bình thường

Chẳng hạn, nếu quy đổi theo Fe và FeO ta có hệ:

(với x = nFe; y = nFeO)

Tìm được x = 0,06; y = 0,12 → nFe (ban đầu) = nFe + nFe (trong FeO) =0,18

→ m Fe = 10,08 g

Còn nếu quy đổi theo FeO (x mol) và Fe 2 O 3 (y mol) ta có:

→ x = 0,3 ; y = 0,06

nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18 → mFe = 10,08 g

2 Dùng công thức giải nhanh

Gọi x là số mol Fe ban đầu; a là tổng số mol electron mà N+5 của axit

nhận vào; m’ là khối lượng hỗn hợp H

Áp dụng định luật bảo toàn e: ne (Fe cho) = n(O nhận) + ne (axit nhận)

Mà: mO = mH – mFe = m’ – m

→ 3x = 2 + a → x = 0,1(m’/8 + a) hay m Fe = 5,6(m’/8 + a)

3 Quy đổi gián tiếp

Giả sử trong quá trình thứ hai ta không dùng HNO3 mà thay bằng O2 để oxi hóa hoàn toàn hỗn hợp H thành Fe2O3 thì từ việc bảo toàn e: nO (thêm) = 3/2nNO = 0,15 (mol)

→ moxit = 12 + 0,15.16 = 14,4 → nFe = 0,18 (mol)

HNO3 dư được 0,48 mol NO2 và dung dịch X Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là bao nhiêu?

Giải:

Gọi x, y lần lượt là tổng số mol Fe và S trong hỗn hợp (cũng có thể coi x,

y là số mol Fe và S đã tham gia phản ứng với nhau tạo ra hỗn hợp trên)

Ta có: 56x + 32y = 3,76

Mặt khác: ne (cho) = 3x + 6y = 0,48 = ne (nhận) (vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo muối Fe3+ và H2SO4)

Từ đó có: x = 0,03; y = 0,065

Khi thêm Ba(OH)2 dư kết tủa thu được có: Fe(OH)3 (0,03 mol) và

BaSO4 (0,065 mol)

Sau khi nung chất rắn có: Fe2O3 (0,015 mol) và BaSO4 (0,065 mol)

m chất rắn = 160.0,015 + 233.0,065 = 17,545 (gam)

HNO3 loãng, đun nóng và khuấy đều Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 3,36 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc), dung dịch Y

và còn lại 2,4 gam kim loại Cô cạn dung dịch Y, thu được m gam muối khan Xác định giá trị của m?

Giải

nNO = 0,15 (mol)

Gọi a là số mol Cu trong X đã phản ứng Gọi b là số mol Fe3O4 trong X

Ta có: 64a + 232b = 61,2 – 2,4

Các nguyên tố Cu, Fe, O trong hỗn hợp X khi phản ứng với HNO3 chuyển thành muối Cu2+, Fe2+ (vì dư kim loại), H2O do đó theo bảo toàn e: 2a + 2.3b – 2.4b = 3.0,15

Từ đó: a = 0,375; b = 0,15

Muối khan gồm có: Cu(NO3)2 (a = 0,375 mol) và Fe(NO3)2 (3b = 0,45

mol)

m muối = 188.0,375 + 180.0,45 = 151,5 (gam)

Ví dụ 1: Cho 1,92 gam đồng vào 100 ml dung dịch chứa đồng thời KNO

-3 0,16M và H2SO4 0,4M thấy sinh ra một chất khí có tỉ khối hơi so với H2 là 15

và dung dịch A

a) Viết phương trình ion thu gọn của phản ứng và tính thể tích khí sinh ra ở đktc

b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa toàn bộ ion

Cu2+ trong dung dịch A

Giải

a)

nKNO3 = 0,16 × 0,1 = 0,16 mol

nH2SO4 = 0,4 × 0,1 = 0,4 mol

Vậy trong 100 ml dung dịch trên có 0,016 mol NO3 và 0,08 mol H+

Khí sinh ra có M = 30 chỉ có thể là NO theo phương trình phản ứng sau:

3Cu + 8H+ + 2NO3 = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O (1)

Số mol b đầu 0,03 0,080 0,016 0 0 mol

Số mol p.ư 0,024 0,064 0,016 0,024 0,016 mol

Số mol c.lại 0,006 0,016 0 0,0024 0,016 mol

Vậy VNO(đktc) = 0,016×22,4 = 0,3584 lít

b) Dung dịch A thu được sau cùng có chứa: 0,016 mol H+ và 0,024 mol Cu2+ Khi cho NaOH vào dung dịch A, trước hết xảy ra phản ứng:

NaOH + H+ → Na+ +

H2O (2)

0,016 mol 0,016 mol

Sau đó xảy ra phản ứng:

Cu2+ + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2Na+ (3) 0,024 mol 0,048 mol

Vậy (cần) = 0,016 + 0,048 = 0,064 mol

VddNaOH 0,5M (tối thiểu cần)

Ví dụ 2: Tiến hành hai thí nghiệm sau:

Hãy so sánh thể tích khí NO (duy nhất tạo thành) đo cùng điều kiện nhiệt độ và

áp suất, thoát ra ở hai thí nghiệm trên

Giải:

* Thí nghiệm 1:

Phương trình phản ứng:

3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O (1)

Số mol b.đầu (mol): 0,1 0,12 0,12 0 0

Số mol p.ư (mol): 0,045 0,12 0,03 0,045 0,03

Số mol còn lại (mol): 0,055 0 0,09 0,045 0,03

* Thí nghiệm 2:

nCu = 0,1 mol

nHNO3 = 0,12 mol

nH2SO4 = 0,12 × 5 = 0,06 mol

Phương trình phản ứng:

3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O (1)

Số mol b.đầu (mol): 0,1 0,24 0,12

Số mol p.ư (mol): 0,09 0,24 0,06 0,06

Số mol còn lại (mol): 0,01 0 0,06 0,06

Vì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol giữa các khí đo cùng điều kiện nên lượng NO

là bằng nhau

Ví dụ 3: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch hỗn hợp HNO3 1M và H2SO4 0,5M, kết thúc phản ứng thu được V lít (ở đktc) khí không màu duy nhất thoát ra, hóa nâu ngoài không khí V có giá trị là bao nhiêu?

nCu = 0,15 mol ; nNO3 = 0,18 mol ; Σ nH+ = 0,36 mol

3Cu + 8H+ + 2NO3– → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

0,36 → 0,09

Do → H+ hết ; Cu dư → VNO = 0,09.22,4 = 2,016 lít

Ví dụ 4: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch

chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Cho V

ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất Giá trị tối thiểu của V là bao nhiêu?

Giải:

nFe = 0,02 mol ; nCu = 0,03 mol

→ Σ ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol ;

nH+ = 0,4 mol ; nNO3– = 0,08 mol (Ion NO3– trong môi trường H+ có tính oxi hóa mạnh như HNO3)

- Bán phản ứng:

NO3 + 3e + 4H+ → NO + 2H2O

0,12→ 0,16

Do → kim loại hết và H+ dư → nH+ dư = 0,4 – 0,16 = 0,24 mol → Σ

nOH– (tạo kết tủa max) = 0,24 + 0,02.3 + 0,03.2 = 0,36 → V = 0,36 lít hay 360 ml