Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài tập Hoá học Kim loại td HNO3 có sinh ra muối amoni

Khi luyện tập về axit này họcsinh được rèn luyện các kĩ năng cơ bản như viết và cân bằng phương trình phản ứng, kĩ năng tính toán theo phương pháp bảo toàn electron đối với các bài tập t

MỤC LỤC

2 Tính oxi hóa của ion NO 3 trong môi trường axit 6

III Một số nguyên tắc và phương pháp giải bài tập về HNO 3 6

IV Sử dụng dạy học nêu vấn đề thông qua các dạng bài tập 9

Dạng 2: Tạo tình huống có vấn đề thông qua số mol HNO 3 phản ứng 12

Dạng 3: Tạo tình huống có vấn đề thông qua số mol electron do kim

Dạng 4: Tạo tình huống có vấn đề thông qua khối lượng muối thu

Dạng 5: Tạo tình huống có vấn đề thông qua số sản phẩm khử 24

Dạng 6: Tạo tình huống có vấn đề trong bài toán KL tác dụng với

dung dịch chứa ion NO 3 trong môi trường axit( H + ) 28

Dạng 7: Một số bài toán giải theo phương pháp quy đổi 33

Dạng 8: Tạo tình huống bất ngờ cho học sinh qua các bài toán về kim

loại trung bình tác dụng HNO 3 tạo NH 4 NO 3 36

VI Một số kết quả đạt được khi thực nghiệm đề tài 42

PHẦN 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lí do chọn đề tài

Trong chương trình hóa học phổ thông, các nội dung kiến thức về axit nitric làmột trong những nội dung kiến thức hết sức quan trọng Việc rèn luyện kĩ năng giảibài tập về axit này được giáo viên thực hiện với nhiều hình thức khác nhau tùy thuộcvào mục đích yêu cầu của từng đơn vị kiến thức nhỏ Khi luyện tập về axit này họcsinh được rèn luyện các kĩ năng cơ bản như viết và cân bằng phương trình phản ứng,

kĩ năng tính toán theo phương pháp bảo toàn electron đối với các bài tập toán về axitnitric…, một trong các kĩ năng đó là kĩ năng về xác định sản phẩm khử của axit nàykhi tác dụng với các chất khử Nhằm giúp các em xác định được trong những trườnghợp nào, dạng bài tập nào thì ta xác định được sản phẩm khử là muối amoni, đây làmột trong những dạng bài tập hay và khó thường được lựa chọn trong các đề thi của

các kì thi quan trọng cấp tỉnh và cấp quốc gia Vì lí do đó tôi lựa chọn đề tài : “ Một

số phương pháp tạo tình huống có vấn đề trong rèn luyện kĩ năng giải bài tập kim loại tác dụng axit nitric tạo muối amoni ” nhằm giúp các em có được kĩ năng tốt để

giải bài tập phần này, góp phần nhỏ trong việc bồi dưỡng các em thành những họcsinh giỏi Hóa học cũng như có thành tích tốt trong các kì thi đại học, cao đẳng

II Mục đích nghiên cứu và cơ sở thực tiễn của đề tài.

Thực trạng chung của các kì thi hiện nay là tập trung khai thác các dạng bài tậpđịnh lượng về hóa học mà sách giáo khoa thường ít đề cập tới, nhất là các dạng bàitập đòi hỏi học sinh phải vận dụng các kiến thức sách giáo khoa ở mức độ cao mớigiải quyết được Trong các tài liệu tham khảo trình bày còn tóm tắt và chưa đầy đủhoặc có nhưng nằm rải rác ở nhiều tài liệu về vấn đề mà tác giả đang đề cập Trongthực tiễn ôn thi học sinh giỏi và ôn thi đại học nhiều năm tôi nhận thấy khi gặp các bàitập liên quan tới kim loại tác dụng axit nitric mà có tạo sản phẩm là muối amoni họcsinh thường lúng túng khi tính toán và mắc lỗi do không nhận ra là ngoài các sảnphẩm khử mà bài toán đã cho còn có sản phẩm khử khác là muối amoni, từ đó dẫnđến mắc bẫy trong lựa chọn kết quả cuối cùng

Với thực trạng trên, tôi muốn chia sẻ với bạn bè đồng nghiệp một vài kinhnghiệm nhỏ khi tôi dạy phần bài tập về kim loại tác dụng với axit nitric theo phươngpháp nêu vấn đề, nhằm giúp học sinh hiểu rõ trong những trường hợp nào thì bài toán

sẽ có thêm sản phẩm khử là muối amoni và cách tính định lượng về sản phẩm này

III Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng

Trong đề tài “ Một số phương pháp tạo tình huống có vấn đề trong rèn luyện

kĩ năng giải bài tập kim loại tác dụng axit nitric tạo muối amoni ” mà tôi đã nghiên

cứu, tôi cố gắng trình bày ngắn gọn các phương pháp tạo tình huống có vấn đề nhằmgiúp học sinh nhận ra:

+ Những kim loại nào có khả năng khử axit nitric để tạo muối amoni ?

+ Vì sao chúng ta biết có muối amoni sinh ra ?

+ Khi có thêm sản phẩm khử là muối amoni thì tính toán như thế nào ?

Khi học sinh nắm được kĩ năng giải quyết các vấn đề đó, tư duy suy luận của học sinhđược phát triển, các em sẽ có những phương pháp tự học tốt hơn và học tập môn Hóahọc đạt kết quả cao hơn

PHẦN 2: NỘI DUNG

I Cơ sở lí luận

1 Thế nào là dạy học nêu vấn đề

Dạy học nêu vấn đề là một hệ thống tình huống có vấn đề liên kết với nhau và phứctạp dần lên mà qua việc giải quyết các tình huống đó học sinh với sự giúp đỡ và gợi

mở của thầy giáo sẽ làm chủ được nội dung kiến thức mà học sinh cần đạt tới

2 Quy trình của dạy học nêu vấn đề

Dạy học nêu vấn đề căn cứ vào việc học tập của học sinh được coi như quá trình nhậnthức Quá trình nhận thức luôn được thực hiện nhờ tư duy Quy trình dạy học nêu vấn

đề được xây dựng dựa vào quá trình tư duy gồm:

+ Đưa học sinh vào tình huống có vấn đề

+ Phân tích tình huống có vấn đề: Xác định cái chưa biết, huy động vốntri thức đã có để tìm ra cái chưa biết

+ Đưa ra giả thuyết

+ Trình bày lời giải

+ Kiểm tra lời giải

+ Kết luận

3 Vấn đề trong giải bài tập hóa học:

Một bài tập hóa học dù ở mức độ khó thế nào: nhận biết, thông hiểu, vận dụng mức

độ thấp hay vận dụng mức độ cao đều có thể tạo nên từ tình huống có vấn đề Nhiệm

vụ của giáo viên là xây dựng bài tập, gợi mở và làm cho học sinh phát hiện ra vấn đề.Các tình huống có vấn đề đó có thể là:

+ Tình huống bất ngờ: Tình huống này được tạo ra bằng các dữ kiện bấtngờ trong bài tập hóa học

+ Tình huống mâu thuẫn: Là tình huống không phù hợp, mâu thuẫn giữa

dữ kiện của đề bài và kết quả thực tiễn của thí nghiệm

+ Tình huống lựa chọn: Tình huống này xuất hiện khi trong một số cáchgiải quyết sẽ có cách giải quyết hợp lí nhất, người giáo viên cần gợi ý để họcsinh tự lựa chọn trong số những khả năng có thể xảy ra

+ Tình huống giả định: Là một sự giả định để làm rõ vấn đề hay sự việccần tìm hiểu, đánh giá

II Cơ sở lí thuyết của đề tài

1.Tính oxi hóa của HNO 3

Axit HNO3 thể hiện tính oxi hóa mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử như: kimloại ( trừ Au, Pt ) , phi kim, các hợp chất Fe(II), hợp chất S2-, I-,

Thông thường:

+ Nếu axit đặc khi tác dụng với chất khử tạo ra sản phẩm khử là NO 2 Điều này

được giải thích là khi sản phẩm khử là các hợp chất chứa oxi của nitơ với số oxi hóanhỏ hơn +4 được tạo ra đều bị HNO3 đặc oxi hóa đến NO2

+ Nếu axit loãng, thường cho ra NO, N 2 O, N 2 , NH 4 NO 3

Tuy nhiên, quá trình khử HNO3 thường diễn ra theo một số hướng song song, kết quả

là thu được một hỗn hợp các sản phẩm khử khác nhau tùy thuộc vào độ mạnh yếu củachất khử và nồng độ của axit Nếu chất khử có tính khử mạnh, nồng độ axit và nhiệt

độ thích hợp có thể cho ra N2O, N2, NH3 ( dạng NH4NO3)

Theo tài liệu của giáo sư Nguyễn Đức Vận trong “ Hóa học vô cơ – tập 1 – Cácnguyên tố phi kim” trình bày rất khoa học về tính oxi hóa của axit nitric; theo đó thìkhi kim loại mạnh tác dụng với HNO3 loãng khả năng tạo sản phẩm NH3 là rất lớn.Tuy nhiên, không chỉ kim loại mạnh mà kể cả Fe, Sn… khi tác dụng HNO3 cũng cókhả năng tạo NH3

Với Fe khi tác dụng với HNO3 loãng có khối lượng riêng d = 1,034 – 1,115 gam/cm3

thì bị oxi hóa về Fe2+ và tạo NH4NO3

4Fe +10HNO3 → 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Với Sn phản ứng xảy ra phức tạp hơn, khi tác dụng HNO3 loãng thì phản ứng chậmtạo muối Sn2+ và NH4NO3 và một số oxit của Nitơ

4Sn +10HNO3 → 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

3Sn +8HNO3 → 3Sn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

+ Một số kim loại (Fe, Al, Cr, ) không tan trong axit HNO3 đặc, nguội do bị thụđộng hóa

2 Tính oxi hóa của ion NO 3 - trong môi trường axit.

Trong môi trường axit, Ion NO3- có tính oxi hóa mạnh tương tự HNO3 loãng, vì vậy

nó có thể oxi hóa các kim loại để tạo sản phẩm là NO, N2O, N2, NH4+ , khi là kim loạimạnh như Al, Zn, Mg… có thể tạo sản phẩm khử là NH4+

Ví dụ: Khi cho Mg vào dung dịch hỗn hợp NaNO3 và HCl có thể có phản ứng:

4 Mg + NO3- + 10H+ → 4Mg2+ + NH4++ 3H2O

III Một số nguyên tắc và phương pháp giải bài tập về HNO 3

1 Định luật bảo toàn electron

Khi giải bài tập về kim loại tác dụng với HNO 3 hoặc dung dịch hỗn hợp chứa NO 3 - /

H + ta thường sử dụng định luật bảo toàn e.

+ 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 biểudiễn các quá trình

Quá trình oxi hóa : M  Mn+

+ neQuá trình khử :

nHNO3 (pư) = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2 + 10nNH4+

nNO3-(trong muối) = ne nhường = nNO2 + 3nNO + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4+

Chú ý:

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

3 của kim loại (Fe3+, Cr3+); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2

(Fe2+, Cr2+), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối.

+ Trong một số bài toán ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra các sản phẩm

khác: NH 4 NO 3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu ne cho > ne nhận để tạo khí)hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn 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,

+ Các chất khử phản ứng với muối NO 3 - trong môi trường axit tương tự phản

ứng với HNO 3, sản phẩm khử thường là NO, NH4+ Ta cần quan tâm bản chất phản

ứng là phương trình ion và sử dụng các định luật bảo toàn để giải.

2 Phương pháp 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 gồmFeO, 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 theocác 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 thuđược 2,24 lít khí NO (đo ở đktc) Giá trị m gam là bao nhiêu?

a 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

12 72

56

y

x

y x

m H

(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:

72

x

y x

m H

 x = 0,3 ; y = -0,06

nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18 mol  m Fe = 10,08 g

b 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 m '1656.x + a  x = 0,1(m’/8 + a) hay m Fe = 5,6(m’/8 + a)

Nếu dùng Cu thì: n Cu = 0,1(m’/8 + a); m Cu = 6,4(m’/8 + a)

c 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  n Fe = 0,18 (mol)  m Fe = 10,08 g

VD2: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS2 trong HNO3 dư được0,48 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:

A 17,545 gam B 18,355 gam C 15,145 gam D 12,44 gam

Giải

Gọi x, y lần lượt là tổng số mol Fe và S trong hỗn hợp (cũng có thể coi x, y là sốmol Fe và S đã tham gia phản ứng với nhau tạo ra hỗn hợp trên)

Trên đây là một số cơ sở lí luận và cơ sở lí thuyết của đề tài, dựa trên những cơ

sở đó tác giả muốn xây dựng một số dạng bài tập đặc trưng khi cho kim loại tác dụngHNO3 tạo sản phẩm khử là muối amoni Từ đó sử dụng phương pháp dạy học nêu vấn

đề nhằm khắc sâu cho học sinh về lí thuyết và rèn luyện kĩ năng tính toán nhanh chocác dạng bài tập kiểu này

IV Sử dụng dạy học nêu vấn đề thông qua các dạng bài tập

Sau đây, tôi xin giới thiệu một số dạng bài tập về kim loại, hỗn hợp chất khử khi tác dụng với axit nitric có sinh ra sản phẩm là muối amoni và các phương pháp sử dụng dạy học nêu vấn đề áp dụng cho việc rèn luyện kĩ năng giải bài tập cho học sinh.

Dạng 1: Các bài tập lí thuyết.

Khi dạy bài tập lí thuyết về axit nitric, phản ứng giữa kim loại với axit nitric có thể

sinh ra sản phẩm là NH 4 NO 3, tuy nhiên sản phẩm khử này là chất rắn tan trong dungdịch nên học sinh có thể nhầm lẫn với việc là phản ứng không xảy ra

Bài tập 1: Khi cho một mẩu kim loại Mg hoặc Al vào ống nghiệm chứa axit

nitric thấy mẩu kim loại tan hết và không thấy khí thoát ra Giải thích hiện tượng vàviết phương trình phản ứng?

Giáo viên nêu ra vấn đề: Kim loại tan tức đã có phản ứng hóa học xảy ra, vậy sản

phẩm khử của HNO3 không phải là chất khí, nó là gì? Trên cơ sở lí thuyết đã được

học, học sinh sễ trả lời được sản phẩm khử là NH3, và chất khử này đã tác dụng tiếpvới HNO3 để tạo muối NH 4 NO 3.

Lời giải:

Kim loại tan nhưng không tạo khí là do HNO3 loãng và tạo sản phẩm khử là NH 4 NO 3

Phương trình hóa học:

4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

Với bài tập trên học sinh chỉ cần huy động và vần dụng kiến thức với mức độ thônghiểu và giải quyết dễ dàng bài toán

Bài tập 2: Cho cẩn thận kim loại Ca vào dung dịch HNO3 loãng thu được dung

dịch X chứa hai chất tan và hỗn hợp Y gồm 2 khí không màu, không hóa nâu trong không khí Cho dung dịch X tác dụng với Al dư được dung dịch Z và hỗn hợp khí T cũng chứa 2 khí không màu, không hóa nâu trong không khí Dung dịch Z tác dụng

với dung dịch Na2CO3 tạo thành kết tủa G Viết các phương trình phản ứng hóa học

xảy ra (nếu có)

(Trích đề thi học sinh giỏi khối 12 tỉnh Nghệ an 2011-2012)

Giáo viên nêu ra vấn đề:

+ Hỗn hợp Y và T đều chứa 2 khí không màu, không hóa nâu trong không khí thì có

thể gồm những khí gì?

Lúc này học sinh dựa vào kiến thức đã biết có thể đưa ra các khí: N2, N2O, NH3 hoặc

H2

+ Hỗn hợp khí Y và T có thể chứa thành phần khí giống nhau hay không?

Với câu hỏi này, nếu học sinh không có được kiển thức sâu thì có thể trả lời nhầm lẫnrằng tên hỗn hợp khí khác nhau nên thành phần khí phải khác nhau Tuy nhiên vớicâu trả lời này giáo viên cần củng cố học sinh là 2 hỗn hợp có thể có thành phần khígiống nhau nhưng tỉ lệ mol các khí khác nhau thì đây là 2 hỗn hợp khác nhau Qua đóhọc sinh không bị bỏ sót các trường hợp của bài toán

+ Dung dịch X, Z có thể chứa những chất nào?

Qua việc xác định được dung dịch X và Z học sinh có thể biện luận để có thể

biết những phản ứng nào có thể đã xảy ra

Lời giải:

Các phản ứng có thể xảy ra:

4Ca + 10HNO3    4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O5Ca + 12HNO3    5Ca(NO3)2 + N2 + 6H2O4Ca + 10HNO3    4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Ca + 2H2O    Ca(OH)2 + H2

Ca(OH)2 + 2NH4NO3    Ca(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O

TH 1: Dung dịch X gồm Ca(NO3)2 và HNO3 dư, Y gồm N2O và N2, không có

NH4NO3 trong X Lúc đó T cũng gồm N2O và N2, sản phẩm khử có thể có thêm

NH 4 NO 3 khi cho Al vào dung dịch X

Dung dịch Z gồm Al(NO3)3 , Ca(NO3)2 có thể có NH 4 NO 3

8Al + 30HNO3    8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O10Al + 36HNO3    10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O8Al+ 30HNO3    8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

Z tác dụng Na2CO3

Ca(NO3)2 + Na2CO3    CaCO3 + 2NaNO3

2Al(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O    2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaNO3

TH 2: Dung dịch X gồm Ca(NO3)2 và Ca(OH)2, Y gồm NH3 và H2, lúc đó T gồm NH3

và H2, sản phẩm khử là NH4NO3 khi cho Ca vào dung dịch HNO3

Khi cho Al vào X

16Al + 5Ca(OH)2 + 4H2O + 3Ca(NO3)2    8Ca(AlO2)2 + 6NH3

2Al + Ca(OH)2 + 2H2O    Ca(AlO2)2 + 3H2

Dung dịch Z tác dụng với Na2CO3:

Ca2+ + CO32-    CaCO3

TH3: Dung dịch X chứa Ca(NO3)2 và NH4NO3 : Khi cho Al vào X thì không xảy ra

phản ứng Vậy trường hợp này loại

Dạng 2: Tạo tình huống có vấn đề thông qua số mol HNO 3 phản ứng.

Khi học sinh giải bài tập mà đã biết số mol HNO 3 ban đầu và axit đã phản ứng hết Tuy nhiên khi tính toán lượng axit phản ứng thì thấy lượng tính được chưa đủ lượng có ban đầu, vậy lượng axit còn lại vẫn còn dư hay đã phản ứng tạo sản phẩm khử nào khác mà ta chưa biết Lúc này học sinh nhận thấy mâu thuẫn nhưng mâu thuẫn được giải quết khi suy luận ra còn có sản phẩm khử là NH 4 NO 3

Sau đây là một số bài tập dạng này:

Bài tập 1: Cho 29 gam hỗn hợp gồm Al, Cu, Ag tác dụng vừa đủ với 950 ml

dung dịch HNO3 1,5M thu được dung dịch chứa m gam muối và 5,6 lít hỗn hợp khí X

(đktc) gồm NO và N2O.Tỉ khối của X so với H2 là 16,4 Giá trị của m là :

( Trích đề thi đại học khối B năm 2012)

Với bài tập này, logic tư duy của học sinh có thể đưa ra cách giải với trình tự như sau:

Vì phản ứng xảy ra vừa đủ nên số mol HNO3 phản ứng là:

nHNO3 (pư) = 0,95.1,5 = 1,425 mol

25 , 0

y x

y

x

 x = 0,2 mol y = 0,05 molCác quá trình khử:

4H+ + NO3- + 3e  NO + 2H2O 0,8 mol 0,6 mol 0,2 mol10H+ + 2NO3- + 8e  N2O + 5H2O 0,5 mol 0,4 mol 0,05 mol

Vậy nHNO3 (pư) = nH+= 1,3 mol < 1,425 mol mâu thuẫn với giả thiết, Vậy ngoài 2 sản

phẩm trên còn có NH 4 NO 3 và số mol HNO3 đã phản ứng tạo muối này là 0,125 mol

Quá trình khử tạo NH4NO3 :

10H+ + 2NO3- + 8e  NH4NO3 + 3H2O0,125 mol 0,1 mol 0,0125 mol

Từ đó ta có ne nhận = 1,1 mol  nNO3- tạo muối = 1,1 mol

Khối lượng muối thu được sau phản ứng là

m muối = mKL + mNO3-tạo muối Kl + mNH4NO3

m muối = 29 + 1,1.62 + 0,0125.80 = 98,2 gam  Đáp án A.

Dựa vào bài tập trên, chúng ta có thể xây dựng một số bài tập khác tương tự có tác dung rèn luyện tư duy và kĩ năng giải bài tập dạng này Có thể thay đổi yêu cầu của bài toán như yêu cầu xác định kim loại, tìm tỉ khối hỗn hợp khí sau phản ứng

Bài tập 2: Cho 6,48 gam kim loại M (hóa trị không đổi) tác dụng vừa đủ với

910 ml dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch X và 2,912 lít hỗn hợp khí Y gồm

NO và N2 Trộn hỗn hợp Y này với 2,000 lít O2, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn

thu được 3,792 lít hỗn hợp khí Z Biết các thể tích khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn Kim loại M là :

Vì phản ứng xảy ra vừa đủ nên số mol HNO3 phản ứng là:

nHNO3 (pư) = 0,91.1 = 0,91 mol

Khi trộn X với Y xảy ra phản ứng:

Các quá trình khử:

4H+ + NO3- + 3e  NO + 2H2O 0,4 mol 0,3 mol 0,1 mol12H+ + 2NO3- + 10e  N2 + 6H2O 0,36 mol 0,3 mol 0,03 mol

Vậy nHNO3 (pư) = nH+= 0,76 mol < 0,91 mol mâu thuẫn với giả thiết, Vậy ngoài 2 sản

phẩm trên còn có NH 4 NO 3 và số mol HNO3 đã phản ứng tạo muối này là 0,15 mol

Quá trình khử tạo NH4NO3 :

10H+ + 2NO3- + 8e  NH4NO3 + 3H2O0,15 mol 0,12 mol

Từ đó ta có ne nhường = ne nhận = 0,72 mol

Quá trình oxi hóa kim loại M

M  Mn+ + ne0,72/n 0,72 mol

Ta có : M = 6,48 : 0,72/n = 9n  n = 3 và M = 27  M là kim loại Al

 chọn đáp án C.

Dạng 3: Tạo tình huống có vấn đề thông qua số mol electron do kim loại nhường.

Khi bài toán đã biết số mol electron do kim loại nhường, tính được số mol electron do chất oxi hóa nhận tạo các sản phẩm khử là chất khí nhưng các số mol eletron này không bắng nhau ta có thể suy luận là có thêm sản phẩm khử là muối amoni.

Bài tập 1: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng dư,

thu được dung dịch X và 1,344 lít khí (ở đktc) hỗn hợp 2 khí N2O và N2 Tỉ khối của

hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan.

Giá trị của m là

( Trích đề thi đại học khối A năm 2009) Với bài tập trên, học sinh có thể tính được số mol eletron do kim loại Al nhường, số mol electron mà HNO 3 nhận tạo sản phẩm là N 2 O và N 2 , nhưng 2 giá trị này không bắng nhau nên học sinh biết được ngoài các sản phẩm khử trên còn có NH 4 NO 3

Lời giải:

Vì Al tan hoàn toàn nên Al hết, nAl = 0,46

Quá trình oxi hóa Al:

06 , 0

y x y x

 x = y = 0,03 molCác quá trình khử:

10H+ + 2NO3- + 8e  N2O + 5H2O

0,24 0,03 mol12H+ + 2NO3- + 10e  N2 + 6H2O

0,3 0,03 molVậy tổng số mol electron mà N+5 nhận tạo N2O và N2 là 0,54 mol < 1,38 mol nênngoài 2 sản phẩm khử trên còn có NH4NO3 tạo ra

ne nhận tạo muối amoni = 1,38 – 0,54 = 0,84 mol

Quá trình khử tạo muối amoni :

10H+ + 2NO3- + 8e  NH4NO3 + 3H2O

0,84 0,105 molKhối lượng muối tạo thành sau phản ứng:

m muối = m Al(NO3)3 + m NH4NO3 = 106,38 gam.

Bài tập 2: Cho 2,16 gam hỗn hợp gồm Al và Mg tan hết trong dung dịch axit

HNO3 loãng, đun nóng nhẹ tạo ra dung dịch A và 448 ml (đo ở 354,9 K và 988 mmHg) hỗn hợp khí B gồm 2 khí không màu, không đổi màu trong không khí Tỉ khối của B so với oxi bằng 0,716 lần tỉ khối của CO2 so với nitơ Làm khan A một cách cẩn thận thu được chất rắn D, nung D đến khối lượng không đổi thu được 3,84 gam chất rắn E Tính khối lượng D và thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại

trong hỗn hợp ban đầu

2 NH4NO3  N2  + O2  + 4 H2O  4Al(NO3)3  2Al2O3 + 12 NO2  + 3O2 

 số mol e cho = 0,21 mol (II)

+ Từ (I, II) suy ra phải có NH 4 NO 3

ne nhận tạo NH4NO3 = 0,21 – 0,01.8 – 0,01.10 = 0,03 mol

Vậy nNH4NO3 = 0,03:8 = 0,00375 mol

Từ đó dễ dàng tính được kết quả sau:

D gồm: Al(NO3)3 8,52 gam ; Mg(NO3)2 6,66 gam ;

NH4NO3 0,3 gam

Từ đó ta có m D = 15,48 gam

Hỗn hợp ban đầu có 50% khối lượng mỗi kim loại.

Như vậy với bài tập trên học sinh ngoài việc tính toán thông thường còn phải huy động kiến thức về phản ứng nhiệt phân muối nitrat, qua đó củng cố được kiến thức cũ và rèn được kĩ năng viết phương trình phản ứng nhiệt phân cũng như kĩ năng lập luận sản phẩm khử tạo muối amoni.

Dạng 4: Tạo tình huống có vấn đề thông qua khối lượng muối thu được sau phản ứng.

Thông thường, khi tính khối lượng muối thu được sau phản ứng, học sinh chỉ tính muối nitrat của kim loại, nếu khối lượng muối thực tế thu được lớn hơn khối lượng muối nitrat kim loại thì trong hỗn hợp muối còn có muối amoni Qua đó học sinh suy luận ra là có muối amoni

Bài tập 1 Hòa tan hoàn toàn 25,3 gam hỗn hợp X gồm Mg, Al, Zn bằng dung

dịch HNO3 Sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch Y và 4,48 lít (đktc) khí Z (gồm hai hợp chất khí không màu) có khối lượng 7,4 gam Cô cạn dung dịch Y thu

được 122,3 gam hỗn hợp muối Tính số mol HNO3 đã tham gia phản ứng

(Trích đề thi HSG khối 12 tỉnh Nghệ an năm 2013)

Hỗn hợp muối gồm Mg(NO3)2, Zn(NO3)2, Al(NO3)3 và có thể có NH4NO3

Gọi số mol của NH4NO3 là x mol (x0)

=> nHNO3 nH 1, 4 10x(mol) ; nH O2 0, 7 3x(mol)

Theo phương pháp bảo toàn khối lượng ta có:

Bài tập 2 Hòa tan hết 31,89 gam hỗn hợp A gồm 2 kim loại Al và Mg trong

lượng dư dung dịch HNO3 loãng, thu được 10,08 lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và

N2O) và dung dịch Y Tỉ khối hơi của X so với khí hiđro là 59/3 Cô cạn dung dịch Y

thu được 220,11 gam muối khan Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn

Đặt số mol của Al và Mg lần lượt là x và y, ta có: 27x + 24y = 31,89 (1)

Khi cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HNO3:

mmuối = 31,89 + 62(0,45 + 2,4) = 208,59 gam < 220,11 gam: Vô lí

 có muối NH4 NO 3 tạo thành trong dung dịch Y.

N+5 + 8e  N-3

8z z

Ta có: 3x +2y = 0,45 + 2,4 + 8z hay 3x + 2y - 8z = 2,85 (2)

Bài tập 3 Hỗn hợp A gồm Mg, Al, Zn Hòa tan hoàn toàn 7,5 gam A trong

dung dịch HNO3, sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch B và 1,12 lít hỗn hợp

khí NO và N2O có số mol bằng nhau Cô cạn dung dịch B thu được 31,75 gam muối.

Tính thể tích dung dịch HNO3 0,5 M tối thiểu để hòa tan hoàn toàn A.

Lời giải

Số mol hỗn hợp khí = 0,05 mol số mol mỗi khí = 0,025 mol

Các quá trình oxi hóa:

N+5 + 3e → NO0,025 0,0752N+5 + 8e → N2O0,05 0,2

Đặt số mol NH4NO3 là x, ta có :

N+5 + 8e → NH4+

Bài tập 4: Hòa tan hoàn toàn m gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng thu được

5,376 lít ( đktc) hỗn hợp khí X gồm N2 và N2O và dung dịch chứa 8m gam muối Tỉ

khối của X so với H2 bằng 18 Giá trị của m là:

24 , 0

y x y x







 12 , 0 12 , 0

y x

Quá trình nhường electron:

Al → Al3++ 3e

Vậy số mol nitrat tạo muối với Al là 3m/27

Khối lượng Al(NO3)3 là m + (3m/27).62 = 213m/27 < 8m

Vậy sau phản ứng còn tạo muối amoni mà ta có

mNH4NO3 = 8m – 213m/27 = m/9  nNH4NO3 = m/720

Theo định luật bảo toàn electron ta có:

3m/27 = (m/720).8 + 0,12.10 + 0,12.8

 m = 21,6 gam

Bài tập 5: Cho 14,4g hỗn hợp Fe, Mg, Cu (số mol mỗi kim loại bằng nhau) tác

dụng hết với dung dịch HNO3 dư thu được dung dịch X và 2,688 lít (đktc) hỗn hợp

gồm 4 khí N2, NO, N2O, NO2 trong đó 2 khí N2 và NO2 có số mol bằng nhau Cô cạn

cẩn thận dung dịch X thì được 58,8g muối khan Tìm số mol HNO3 đã phản ứng

Lời giải:

Gọi x là số mol mỗi kim loại ta có: 56x + 24x + 64x =14,4  x = 0,1

Khối lượng muối nitrat kim loại là: 242.0,1 + 148.0,1 + 188.0,1 = 57,8 gam < 58,8gam (theo bài ra)

Trong muối rắn thu được có NH4NO3 và có khối lượng là: 58,8 – 57,8 = 1 (gam)

 Số mol NH4NO3 = 1/80 = 0,0125 (mol)

Vì hỗn hợp 4 khí trên NO2,NO, N2O, N2 trong đó số mol N2 bằng số mol NO2 ta coi 2khí này là một khí N3O2  NO.N2O cho nên hỗn hợp bốn khí được coi là hỗn hợp 2khí NO và N2O với số mol lần lượt là a và b

Như vậy, ta có sơ đồ:

10H+ + 2NO3- + 8e  N2O + 5H2O (5) 10b 8b b

10H+ + NO3- + 8e  NH4+ + 3H2O (6) 0,125 0,1 0,0125

O3 đã dùng là : n HNO3 pư = 4a + 10b + 0,125 = 0,893 (mol)

Với bài toán trên, chúng ta có thể phát triển với mức độ khó hơn tức yêu cầu học sinh huy động hết kiến thức và vận dụng với mức độ cao để giải quyết bài toán Nếu không cho HNO 3 dư bài toán trở nên phức tạp và có thể giải quyết một cách thông minh hơn nữa:

Bài tập 6: Cho 14,4g hỗn hợp Fe, Mg, Cu (số mol mỗi kim loại bằng nhau) tan

hết trong dung dịch HNO3 thu được dung dịch X và 2,688 lít (đktc) hỗn hợp gồm 4

khí N2, NO, N2O, NO2 trong đó 2 khí N2 và NO2 có số mol bằng nhau Cô cạn cẩn

thận dung dịch X thì được 58,8g muối khan Tìm số mol HNO3 đã phản ứng

( Đề thi GVG tỉnh Nghệ an chu kì 2011 – 2015 )

Lời giải:

Gọi x là số mol mỗi kim loại ta có: 56x + 24x + 64x =14,4  x = 0,1

Vì kim loại tan hết, HNO3 đủ hoặc dư nên trong dung dịch thu được có thể có muốicủa Fe2+ và Fe3+

Khối lượng muối nitrat kim loại lớn nhất có thể thu được là:

mmuối max = 242.0,1 + 148.0,1 + 188.0,1 = 57,8 gam < 58,8 gam (theo bài ra).Tức mmuối nitrat kim loại ≤ 57,8 gam < 58,8 gam (theo bài ra)

Trong muối rắn thu được có NH4NO3

Gọi tổng số mol electron do kim loại nhường là x

Các quá trình nhường electron:

Mg  Mg+2 + 2e

Cu  Cu+2 + 2e

Ta có 2nFe + 2nMg + 2nCu ≤ ne nhường = x ≤ 3nFe + 2nMg + 2nCu

 0,6 ≤ x ≤ 0,7 (I)Khối lượng muối nitrat kim loại là:

mmuối nitrat KL = 14,4 + 62.x  nNH4NO3 = [58,8 – (14,4+62x)]:80 = 0,555 – 0,775x

Vì hỗn hợp 4 khí trên NO2,NO, N2O, N2 trong đó số mol N2 bằng số mol NO2 ta coi 2khí này là một khí N3O2  NO.N2O cho nên hỗn hợp bốn khí được coi là hỗn hợp 2khí NO và N2O với số mol lần lượt là a và b

Như vậy, ta có sơ đồ:

Fe, Mg, Cu HNO3

   Fe3+, Mg2+, Cu2+, NH4+ + NO, N2O + H2O

Các quá trình nhận electron:

4H+ + NO3- + 3e  NO + 2H2O 4a 3a a

10H+ + 2NO3- + 8e  N2O + 5H2O 10b 8b b

10H+ + 2NO3- + 8e  NH4NO3 + 3H2O (0,555 – 0,775x)

Theo định luật bảo toàn electron ta có: