Chuyên đề Nito và hợp chất

***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Lời mở đầu heo chúng tôi được biết acid nitric là một chất quan trọng, có nhiều tính chất phức tạp và ứng dụng trong đời sống. Hơn nữa HNO 3 cũng xuất hiện trong những dạng bài tập mà học sinh hay gặp trong các kỳ thi mà đặc biệt là thi Đại Học. Thông thường những bài tập về HNO 3 thường khá phức tạp và xảy ra theo nhiều phương trình phản ứng khác nhau. Để giúp các bạn học sinh hiểu sâu hơn về HNO 3 , đồng thời giải quyết tốt các bài toán một cách nhanh chóng cũng như cũng không còn lúng túng khi gặp những dạng toán về HNO 3 chúng tôi sẽ giới thiệu đến bạn đọc những nội dung sau: T - Giới thiệu chung về HNO 3 - Các dạng bài tập về HNO 3 và phương pháp giải - Bài tập tự giải và đáp số Đó là nội dung mà chúng tôi muốn đề cập đến. Tuy nhiên để có kết quả tốt hơn, các bạn cần thường xuyên ôn tập, củng cố các chuẩn kiến thức, chuẩn kĩ năng đã được thầy cô truyền dạy ở trường. Với những kiến thức mà chúng tôi được biết trong quá trình học tập và tìm hiểu trong các tài liệu, chúng tôi tin rằng đề tài này sẽ giúp ích thiết thực cho các bạn học sinh cũng như bản thân chúng tôi trong quá trình học tập. Do thời gian và hiểu biết có hạn, trong qúa trình làm đề tài có thể còn có những khiếm khuyết và mong mọi người thông cảm. Chúng tôi xin cảm ơn và rất mong nhận được những góp ý xây dựng của thầy cô giáo và các bạn học sinh để lần sau sẽ hoàn chỉnh hơn. Tác giả Phạm Thị Hương Nguyễn Thu Hà Vũ Thị Cẩm Duyên Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 1 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** I- Tìm hiểu chung về HNO 3 : 1. Giới thiệu Axit Nitric là một hợp chất hóa học có công thức hóa học (HNO 3 ), là một dung dịch nitrat hyđrô (axít nitric khan). Trong tự nhiên, axít nitric hình thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axit Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 2 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Mưa axit Nó là một chất axít độc và ăn mòn có thể dễ gây cháy. Axit nitric tinh khiết không màu sắc còn nếu để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các ôxít nitơ. Nếu một dung dịch có hơn 86% axít nitric, nó được gọi là axít nitric bốc khói. Axít nitric bốc khói có đặc trưng axít nitric bốc khói trắng và axít nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng điôxít nitơ hiện diện. Ăn mòn tượng đá do HNO 3 Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 3 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Ăn mòn đá vôi do axit HNO 3 Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 4 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** 2. Lịch sử Sự tổng hợp axít nitric đã được ghi nhận lần đầu vào khoảng năm 800 AD bởi một nhà giả kim người Ả Rập tên là Jabir ibn Hayyan. 3.Lý tính Axít nitric khan tinh khiết (100%) là một chất lỏng với tỷ trọng khoảng 1522 kg/m3 đông đặc ở nhiệt độ -42 °C tạo thành các tinh thể trắng, sôi ở nhiệt độ 83 °C. Khi sôi trong ánh sáng, kể cả tại nhiệt độ trong phòng, sẽ xảy ra một sự phân hủy một phần với sự tạo ra nitơ điôxít theo phản ứng sau: 4HNO 3 → 2H 2 O + 4NO 2 + O 2 (72 °C) Điều này có nghĩa axít nitric khan nên được cất chứa ở nhiệt độ dưới 0 °C để tránh bị phân hủy. Chất nitơ điôxít (NO 2 ) vẫn hòa tan trong axít nitric tạo cho nó có màu vàng, hoặc đỏ ở nhiệt độ cao hơn. Trong khi axít tinh khiết có xu hướng bốc khói trắng khi để ra không khí, axít với điôxít nitơ bốc khói hơi có màu nâu hơi đỏ cho nên mới có tên axít bốc khói trắng và axít bốc khói đỏ như nêu trên. Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 5 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Axít nitric có thể pha trộn với nước với bất kỳ tỷ lệ nào và khi chưng cất tạo ra một azeotrope một nồng độ 68% HNO 3 và có nhiệt độ sôi ở 120,5 °C tại áp suất 1 atm. Có hai chất hydrat được biết đến; monohydrat (HNO 2 .H 2 O) và trihydrat (HNO 3 ·3H 2 O). Ôxít nitơ (NO x ) tan được trong axít nitric và đặc điểm này ảnh hưởng ít nhiều đến tất cả các đặc trưng lý tính phụ thuộc vào nồng độ của các ôxít này, chủ yếu bao gồm áp suất hơi trên chất lỏng và nhiệt độ sôi cũng như màu sắc được đề cập ở trên. Axít nitric bị phân hủy khi có nhiệt độ cao hoặc ánh sáng với nồng độ tăng lên mà điều này có thể làm tăng lên sự biến đổi tương đối áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng do các ôxít nitơ tạo ra một phần hoặc toàn bộ trong axít. 4, Hóa tính A, tính axit: Axít nitric là một monoaxít mạnh, một chất ôxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ và là một axít monoproton vì chỉ có một sự phân ly. Các tính chất axít Là một axít điển hình, axít nitric phản ứng với chất kiềm, ôxít bazơ và cacbonat để tạo thành các muối, trong số đó quan trọng nhất là muối amoni nitrat. Do tính chất ôxi hóa của nó, axít nitric không (ngoại trừ một số ngoại lệ) giải phóng hiđrô khi phản ứng với kim loại và tạo ra các muối thường có trạng thái ôxi hóa cao hơn. Vì lý do này, tình trạng ăn mòn nặng có thể xảy ra và cần phải bảo vệ thích hợp bằng cách sử dụng các kim loại hoặc hợp kim chống ăn mòn khi chứa axít này. Axít nitric là một axít mạnh với một hắng số cân bằng axít (Ka) = −2: trong dung dịch nước, nó hoàn toàn điện ly thành các ion nitrat NO 3 − và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđrôni, H 3 O + . Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 6 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** HNO 3 + H 2 O → H 3 O + + NO 3 - b.Các đặc tính ôxi hóa b.1, Phản ứng với kim loại Là một chất ôxi hóa mạnh, axít nitric phản ứng mãnh liệt với nhiều chất hữu cơ và phản ứng có thể gây nổ. Tùy thuộc vào nồng độ axít, nhiệt độ và tác nhân gây giảm liên quan, sản phẩm tạo ra cuối cùng có thể gồm nhiều loại. Phản ứng xảy ra với tất cả kim loại, ngoại trừ dãy kim loại quý và một số hợp kim. Trong phần lớn các trường hợp, các phản ứng ôxi hóa chủ yếu với axít đặc thường tạo ra điôxít nitơ (NO 2 ). Cu + 4HNO 3 → Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Tính chất axít thể hiện rõ đối với axít loãng, đi đôi với việc tạo ra ôxít nitơ (NO). 3Cu + 8HNO 3 → 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O Do axít nitric là một chất ôxi hóa, hiđrô (H) thường hiếm khi được tạo ra. Cho nên khi kim loại phản ứng với axít nitric loãng và lạnh ( gần 0°C ) thì mới giải phóng hiđrô: Mg(rắn) + 2HNO 3 (lỏng) → Mg(NO 3 ) 2 (lỏng) + H 2 (khí) * Lưu ý: - Ag, Cu tác dụng với cả HNO 3 loãng cho muối nitrat + NO + H 2 O - Pt và Au chỉ tan trong nước cường toan (3HCl + HNO 3 ) Au + 3HCl + HNO 3 → AuCl 3 + NO + 2H 2 O - Al, Fe bị thụ động hóa trong dd HNO 3 đặc nguội b.2, Sự thụ động hóa Dù Crôm (Cr), sắt (Fe) và nhôm (Al) dễ hòa tan trong dung dịch axít nitric loãng, nhưng đối với axít đặc nguội lại tạo một lớp ôxít kim loại bảo vệ chúng khỏi bị ôxi hóa thêm, hiện tượng này gọ là sự thụ động hóa. b.3, Phản ứng với phi kim Khi phản ứng với các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen, các nguyên tố này thường bị ôxi hóa đến trạng thái ôxi hóa cao nhất và tạo ra điôxít nitơ đối với axít đặc và ôxít nitơ đối với axít loãng. C + 4HNO 3 → CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O hoặc 3C + 4HNO 3 → 3CO 2 + 4NO + 2H 2 O b4. Tác dụng với hợp chất 12HNO 3 + 3FeS → Fe(NO 3 ) 3 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + 9 NO + 6H 2 O 2HNO 3 (l) + 3H 2 S →3S + 2NO + 4H 2 O 3FeO + 10HNO 3(l) →3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5 H 2 O 5.Tổng hợp và sản xuất axit nitric Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 7 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Axit nitric được tạo ra bằng cách pha trộn điôxit nitơ (NO 2 ) với nước với sự có mặt của ôxi hay sử dụng không khí để ôxi hóa axít nitrơ cũng tạo ra axit nitric. Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Việc cô đặc hơn được thực hiện bằng cách chưng cất với axit sunfuric với vai trò là chất khử nước. Trong quy mô phòng thí nghiệm, cách chưng cất như thế phải được tiến hành bằng dụng cụ thủy tinh với áp suất thấp để tránh phân hủy axit này. Các mối nối bằng thủy tinh và nút bần cũng nên tránh dùng do axit nitric tấn công các chất này. Dung dịch axit nitric cấp thương mại thường có nồng độ giữa 52% và 68% axit nitric. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh. Trong phòng thí nghiệm, axit nitric có thể điều chế bằng cách cho nitrat đồng (II) hoặc cho phản ứng những khối lượng bằng nhau nitrat kali (KNO 3 ) vơi axit sulfuric (H 2 SO 4 ) 96%, và chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng, potassium hydrogen sulfate (KHSO 4 ), còn lưu lại trong bình. Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Cần lưu ý khi thí nghiệm thì phải dùng các trang thiết bị bằng thủy tinh, hay nhất là bình cổ công nguyên khối do axit nitric khan tấn công cả nút bần, áo và da, và sự rò rỉ có thể cực kỳ nguy hiểm. H 2 SO 4 + KNO 3 → KHSO 4 + HNO 3 ((*)Tại sao điều chế HNO 3 bốc khói phải sử dụng H 2 SO 4 đặc và KNO 3 rắn? vì HNO 3 và H 2 SO 4 đều là axit mạnh nên để điều chế HNO 3 thì không thể dùng phương pháp bình thường cho axit mạnh tác dụng với dd muối HNO 3 có thể bay hơi và tan nhiều trong nước còn H 2 SO 4 bay hơi rất ít dùng H 2 SO 4 đặc và KNO 3 rắn để hạn chế lượng nước có mặt trong pứ Đun nóng hỗn hợp là để làm cho HNO 3 bị bay tách ra khỏi hỗn hợp pứ H 2 SO 4 + KNO 3 = KHSO 4 + HNO 3 ở nhiệt độ cao hơn H 2 SO 4 + 2KNO 3 = K 2 SO 4 + 2HNO 3 . ) Chất NO x hòa tan được loại bỏ bằng cách sử dụng áp suất giảm tại nhiệt độ phòng (10-30 phút với áp suất 200 mmHg hay 27 kPa). Axit nitric bốc khói trắng thu được có tỷ trọng 1.51 g/cm³. Quy trình này cũng được thực hiện dưới áp suất và nhiệt độ giảm trong một bước để tạo ra ít khí điôxit nitơ hơn. axit này cũng có thể được tổng hợp bằng cách ôxi hóa ammoniac, nhưng sản phẩm bị pha loãng bởi nước do phản ứng tạo ra. Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp này quan trọng trong việc sản xuất nitrat ammoni từ amôniăc theo công nghệ Haber, do sản phẩm cuối cùng có thể sản xuất từ nitơ, hyđrô và ôxi là nguyên liệu đầu vào chính. Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 8 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Axit nitric bốc khói trắng, cũng gọi là axit nitric 100% hay WFNA, rất gần giống với sản phẩm axit nitric khan. Một đặc tính kỹ thuật của axit nitric bốc khói trắng là nó có tối đa 2% nước và tối đa 0,5% NO2 hòa tan. Axit nitric bốc khói đỏ hay RFNA, chứa một lượng điôxit nitơ (NO2) đáng kể thoát khỏi dung dịch với màu nâu đỏ. Một công thức của RFNA thể hiện ít nhất 17% NO2, nhóm khác là 13% NO2. Trong trường hợp, axit nitric bị ức chế bốc khói (hoặc IWFNA, hoặc IRFNA) có thể làm tăng khi cho thêm thêm khoảng 0,6 đến 0,7% hiđro florit, HF. Chất florit này được bổ sung vào để chống ăn mòn trong các bồn chứa kim loại (chất florit tạo ra một lớp florit kim loại bảo vệ kim loại đó). 6.Sử dụng Axit HNO 3 là 1 trong những hóa chất cơ bản quan trọng. +)Thường được dùng làm thuốc thử trong phòng thí nghiệm, axit nitric được sử dụng để sản xuất thuốc nổ bao gồm nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), tên lửa, cũng như phân bón (như phân đạm một lá nitrat amoni). Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 9 ***Chuyên đề Acid Nitric & các dạng bài tập liên quan*** Trường THPT Quỳnh Lưu I *_ * K 49 *_* 11A 1 10 [...]... trong hỗn hợp X và giá trị của m lần lợt là A 21,95% và 0,78 B 78,05% và 2,25 C 21,95% và 2,25 D 78,05% và 0,78 Câu 25: (Cao đẳng khối A-2009) Hoà tan hoàn toàn 8,862 gam hỗn hợp gồm Al và Mg vào dung dịch HNO3 loãng, thu đợc dung dịch X và 3,136 lít (ở đktc) hỗn hợp Y gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí Khối lợng của Y là 5,18 gam Cho dung dịch NaOH (d) vào X và đun nóng,... Cho 11,0 gam hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dung dịch HNO3 loãng d, thu đợc 6,72 lit khí NO (đktc) Khối lợng của Al và Fe trong hỗn hợp X tơng ứng là A 5,4 g và 5,6 g B 5,6 g và 5,4 g C 8,1 g và 2,9 g D 2,9 g và 8,1 g Câu 11: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm Zn và ZnO bằng dung dịch HNO3 loãng d Kết thúc thí nghiệm không có khí thoát ra, dung dịch thu đợc có chứa 8 gam NH4NO3 và 113,4 gam Zn(NO3)2 Phần trăm... toàn 34,65 gam hh gồm KNO3 và Cu(NO3)2 thu đợc hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 18,8 Khối lợng Cu(NO3)2 trong hỗn hợp ban đầu là A 8,60 gam B 11,28 gam C 9,4 gam D 20,50 gam Câu 23: (Đại học khối A-2009) Hoà tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (d), thu đợc dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18... Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu đợc dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO Giá trị của a là A 0,06 B 0,04 C 0,075 D 0,12 Câu 17: (Đại học khối A-2007) Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu đợc V lit (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit d) Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19 Giá trị của V là Trng THPT Qunh... hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạn dung dịch X, thu đợc m gam chất rắn khan Giá trị của m là A 34,08 B 38,34 C 97,98 D 106,38 Câu 24: (Đại học khối B-2009) Hòa tan hoàn toàn 1,23 gam hỗn hợp X gồm Cu và Al vào dung dịch HNO3 đặc, nóng thu đợc 1,344 lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch Y Sục từ từ khí NH3 (d) vào dung Trng THPT Qunh Lu I *_ * K49 *_* 11A1 20 ***Chuyờn Acid Nitric... B-2007) Khi cho Cu tác dụng với dung dịch chứa H2SO4 loãng và NaNO3, vai trò của NaNO3 trong phản ứng là A chất oxi hóa B chất khử C chất xúc tác D môi trờng Câu 2: (Cao đẳng khối A-2007) Kim loại phản ứng đợc với dung dịch HCl, dung dịch Cu(NO 3)2, dung dịch HNO3 (đặc nguội) Kim loại M là A Fe B Zn C Al D Ag Câu 3: (Đại học khối A-2007) Cho từng chất: Fe, FeO, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Fe3O4, Fe2O3, Fe(NO3)2,... đợc 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (d), thoát ra 0,56 lit (đktc) NO (là sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là A 2,22 gam B 2,52 gam C 2,32 gam D 2,62 gam Câu 19: (Đại học khối A-2008) Cho 11,36 gam một hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 phản ứng ứng hết với dung dịch HNO3 loãng d, thu đợc 1,344 lit NO (là sản phẩm khử duy nhất, ở điều kiện tiêu chuẩn) và dung dịch... Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu đợc 0,896 lit NO (đktc) và dung dịch X Khối lợng muối khan thu đợc khi làm bay hơi dung dịch X là A 13,32 gam B 6,52 gam C 13,92 gam D 8,88 gam Câu 21: (Đại học khối B-2008) Cho m gam hỗn hợp gồm Al, Cu vào dung dịch HCl d, sau phản ứng kết thúc thu đợc 3,36 lit khí (đktc) Nếu cho m gam hỗn hợp X ở trên vào một lợng d axit nitric (đặc nguội), sau khi kết thúc phản... nguội và đem cân thấy khối lợng giảm đi 0,54 gam so với ban đầu Khối lợng muối Cu(NO3)2 đã bị nhiệt phân là A 1,88 gam B 0,47 gam C 9,4 gam D 0,94 gam Câu 15: (Cao đẳng khối A-2008) Cho 3,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch HNO 3 (d), sinh ra 2,24 lit khí X (sản phẩm khử duy nhất) Khí X là A N2O B NO C NO2 D N2 Câu 16: (Đại học khối A-2007) Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào... sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng điều kiện Quan hệ giữa V1 và V2 là A V2 = 2V1 B V2 = 1,5 V1 C V2 = 2,5V1 D V2 = V1 Câu 13: Hòa tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng thì thu đợc hỗn hợp gồm 0,015 mol khí N2O và 0,01 mol khí NO (phản ứng không tạo NH4NO3) Giá trị của m là A 13,5 gam B 1,35 gam C 0,81 gam D 8,1 gam Câu 13: Nhiệt phân hoàn toàn 18,8 gam muối nitrat của kim . các hợp chất như cyanit, carbit, và bột kim loại có thể gây nổ. Các phản ứng của axít nitric với nhiều hợp chất vô cơ như turpentine, rất mãnh liệt và tự. gam hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dung dịch HNO 3 loãng d, thu đợc 6,72 lit khí NO (đktc). Khối lợng của Al và Fe trong hỗn hợp X tơng ứng là. A. 5,4 g và 5,6