Dấu hiệu để nhận biết dạng bài toán tạo muối amoni Bài toán thường gặp khi chất khử là các kim loại từ Mg, Zn, Al,Ca... tác dụng với dung dịch HNO3, hoặc dung dịch có chứa ion H+ và NO3Chứng minh được tổng số mol electron cho không bằng tổng số mol electron nhận( khi xét sản phẩm khử không tạo muối NH4NO3); Chứng minh được khối lượng muối nitrat của kim loại nhỏ hơn khối lượng muối mà bài toán cho;Chứng minh được số mol HNO3 tạo khí, tạo muối nhỏ hơn số mol số mol HNO3 phản ứng.Chứng minh được khối lượng kim loại bị hòa tan trong HNO3 đúng bằng khối lượng dung dịch tăng (thì chắc chắn phản ứng không giải phóng khí mà chỉ tạo thành muối amoni).Dựa vào dữ kiện sản phẩm sau phản ứng tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí NH3. Dựa vào dữ kiện cô cạn cẩn thận dung dịch muối thu được.Ví dụ 12: 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 N¬2, 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. Số mol HNO3 đã phản ứng là A. 0,95. B. 0,893. C. 0,9. D. 0,85 Phân tích và hướng dẫn 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 < 58,8 gam (theo bài ra). Trong muối rắn thu được có NH4NO3 và có khối lượng là: 58,8 – 57,8 = 1 (gam) Suy ra số mol NH4NO3 = 180 = 0,0125 (mol) Vì hỗn hợp 4 khí trên NO2, NO, N2O, N2 trong đó số mol N2 bằng số mol NO2 ta coi 2 khí này là một khí N3O2 NO.N2O cho nên hỗn hợp bốn khí được coi là hỗn hợp 2 khí NO và N2O với số mol lần lượt là a và b Như vậy, ta có sơ đồ: Fe, Mg, Cu (Fe3+, Mg2+, Cu2+, NH4+) + (NO, N2O) + H2O Ta có quá trình nhường e Fe Fe+3 + 3e (1) 0,1 0,3 Mg Mg+2 + 2e (2) 0,1 0,2 Cu Cu+2 + 2e (3) 0,1 0,2 Tổng số mol e nhường : 0,3 + 0,2 + 0,2 = 0,7 (mol) 4H+ + NO3 + 3e NO + 2H2O (4) 4a 3a a 10H+ + 2NO3 + 8e N2O + 5H2O (5) 10b 8b b 10H+ + NO3 + 8e NH4+ + 3H2O (6) 0,125 0,1 0,0125 Tổng số mol e nhận là: 3a + 8b + 0,1Vậy ta có hệ phương trình: Theo các phương trình (4), (5), (6)Tổng số mol HNO3 đã dùng là : = 4a + 10b + 0,125 = 0,893 (mol)
Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full CHUYÊN ĐỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẢN ỨNG TẠO MUỐI AMONI NH4+ I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dấu hiệu để nhận biết dạng bài toán tạo muối amoni Bài toán thường gặp chất khử kim loại từ Mg, Zn, Al,Ca tác dụng với dung dịch HNO3, hoặc dung dịch có chứa ion H+ NO3 Chứng minh tổng số mol electron cho không bằng tổng số mol electron nhận( xét sản phẩm khử không tạo muối NH4NO3); Chứng minh khối lượng muối nitrat kim loại nhỏ khối lượng muối mà toán cho; Chứng minh số mol HNO3 tạo khí, tạo muối nhỏ số mol số mol HNO3 phản ứng Chứng minh khối lượng kim loại bị hòa tan HNO3 bằng khối lượng dung dịch tăng (thì chắn phản ứng khơng giải phóng khí mà tạo thành muối amoni) Dựa vào kiện sản phẩm sau phản ứng tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí NH3 Dựa vào kiện cạn cẩn thận dung dịch muối thu Phương pháp giải bài toán tạo muối amoni Áp dụng phương giải nhanh bảo toàn electron, bảo toàn khối lượng, bảo tồn ngun tố, sử dụng cơng thức giải nhanh để tính nhanh số mol HNO3 Nếu tốn khơng chứng minh tởng số mol electron cho không bằng tổng số mol electron nhận hoặc khối lượng muối nitrat kim loại nhỏ khối lượng muối mà tốn cho giả sử phản ứng có tạo muối amoni áp dụng phương pháp giải nhanh để giải toán Các định luật và phương pháp giải cần vận dụng - Phương pháp bảo toàn electron + Chỉ áp dụng cho toán xảy phản ứng oxi hoá khử + Xác định viết đầy đủ trình khử, q trình oxi hố + Định luật bảo tồn electron: � e nhường = � e nhận nNO - (tạo muốinitrat) =ntrao đổi =3nNO +nNO +10nN +8nN O +8nNH NO 2 - Phương pháp bảo toàn nguyên tố Nội dung định luật: Tổng khối lượng nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng nguyên tố sau phản ứng Nội dung định luật hiểu tởng số mol nguyên tố bảo toàn phản ứng nHNO (phản ứng)=nN(trongmuốinitrat)+nN( trongkhí)+nN (trongmuốiamoni) Trang Chun đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full nN(ban đầu) = nN(trong muối) +nN (trong khí) nH(ban đầu) = nH(trong muoáiamoni) + nH(trong H O) nH (trong H ) 2 - Pháp pháp qui đổi Phạm vi áp dụng: + Kim loại tác dụng với dung dịch HNO3, tạo hỗn hợp sản phẩm khử NO, NO2, N2O, N2 quy hỗn hợp khí Ví dụ hỗn hợp khí NO2, NO, N2O, N2 số mol N2 bằng số mol NO2 ta coi khí khí N3O2 �NO.N2O hỗn hợp bốn khí coi hỗn hợp khí NO N2O - Phương pháp bảo toàn khối lượng mmuối = mkim loại + 62 x ( 3.n NO + n NO + 8.n N O + 10n N + 8.n NH NO ) + 80.n NH NO m muối nitrat = m kim loại + m gốc axit mkim loại + maxit nitric = mmuối + mkhí + mnước 2 4 - Phương pháp sử dụng cơng thức tính nhanh Dựa vào bán phản ứng: 4H+ + NO3- + 3e � NO + 2H2O (1) 2H+ + NO3- + 1e � NO2 + H2O (2) 10H+ + 2NO3- + 8e � N2O + 5H2O (3) 12H+ + 2NO3- + 10e � N2 + 6H2O (4) 10H+ + NO3- + 8e � NH4+ + 3H2O (5) Suy cơng thức tính nhanh số mol axit HNO3 tham gia phản ứng naxit nitric phản ứng = �nNO �nNO 10 �nN O 12 �nN 10 �nNH NO 2 II- Bài tập vận dụng DẠNG I: DẠNG CHỨNG MINH ĐƯỢC SỰ TỒN TẠI CỦA MUỐI AMONI Ví dụ 1: Cho 2,16 gam Mg tác dụng với dung dịch HNO3 dư Sau phản ứng xảy hoàn toàn thu 0,896 lít khí NO ở đktc dung dịch X Khối lượng muối khan thu làm bay dung dịch X A 8,88 gam B 13,92 gam C 6,52 gam D 12,32 gam Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full Phân tích và hướng dẫn giải nMg = 0,09 mol; nNO = 0,04 mol Ta thấy số mol electron nhường = 2.0,09 = 0,18 > số mol electron nhận = 3.0,04 = 0,12 mol suy phản ứng có tạo muối NH4NO3 Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có 2.nMg =3.nNO +8.nNH NO suy nNH NO 0,0075(mol) 4 Vậy khối lượng muối thu là: 148.0,09 + 80.0,0075=13,92 gam Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 8,4g Mg vào lit dung dịch HNO3 vừa đủ Sau phản ứng thu 0,672 lit khí N2 (đktc) dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu 55,8g muối khan Nồng độ mol/l dung dịch HNO3 dùng A 0,76M B 0,86M Phân tích và hướng dẫn giải C 0,96M D 1,06M So sánh khối lượng muối Mg(NO3)2 khối lượng muối khan thu được: Khối lượng Mg(NO3)2 = 148 0,35=51,8(gam) < 55,8 (g) Suy tạo muối NH4NO3 với khối lượng : 55,8 -51,8 (gam) Áp dụng định luật bảo tồn ngun tố N ta có Số mol HNO3 phản ứng = Số mol HNO3 tạo muối kim loại + Số mol HNO3 tạo khí N2 + Số mol HNO3 tạo muối NH4NO3 Suy 8, 0, 672 55,8 51,8 2� 2� 2� CM HNO3 phản ứng = 24 22, 80 0,86( M ) Ví dụ 3: (ĐH 2009 KA): Hoà tan 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng dư dung dịch X 1,344 lit (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N2O N2, tỉ khối Y so với H2 18 Cô cạn dung dịch X thu gam muối khan A 106,38 gam B 34,08 gam C 97,98 gam D 38,34 gam Phân tích và hướng dẫn giải: Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full - Dựa vào M hh nhẩm nhanh số mol khí bằng 0,03 mol - Chứng minh: e nhường > e nhận tạo khí - ne nhường = �0,46 = 1,38 > 10 0,03+ 8.0,03 = 0,54 Suy phản ứng tạo muối amoni Khối lượng muối khan = mAl ( NO3 )3 mNH NO3 =213.0,46 + 80.0,105 = 106,38 (g) = 12, 42 1,38 0,54 �(27 62 �3) �(18 62) 106,38( g ) 27 Ví dụ (KA-2010): Cho hỗn hợp gồm 6,72 gam Mg 0,8 gam MgO tác dụng hết với lượng dư dung dịch HNO3 Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 0,896 lít khí X (đktc) dung dịch Y Làm bay dung dịch Y thu 46 gam muối khan Khí X A NO2 B N2O C NO D N2 Phân tích và hướng dẫn giải nMg 0,28; nMgO 0,02 (mol) Nhận thấy: mMg NO = 44,4 gam < 46 gam suy muối khan gồm Mg(NO3)2 NH4NO3 46 44,4 Suy nNH NO = = 0,02 (mol) 80 Áp dụng bảo toàn electron: nMg.2 =nNH NO 8 +nX Số e trao đổi Suy 0,28.2 = 0,02.8 + 0,04 Số e trao đổi Suy Số e trao đổi = 10 (N2) Ví dụ (Khối A-2013): Hịa tan hồn tồn m gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng, thu 5,376 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm N2, N2O dung dịch chứa 8m gam muối Tỉ khối X so với H2 bằng 18 Giá trị m A 17,28 B 19,44 C 18,90 D 21,60 Phân tích và hướng dẫn giải Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full Nếu khơng tạo muối NH4NO3 có muối Al(NO3)3 khối lượng muối Al(NO3)3 71 m m gam m gam tạo muối NH4NO3 với khối lượng gam 9 có MX = 16 => số mol N2 = N2O = 0,12 mol Áp dụng định luật bảo tồn electron ta có 3.m 8.m 8.0,12 10.0,12 29 720 m = 21,6 Đáp án D Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm Mg ( 0,10 mol); Al ( 0,04 mol) Zn ( 0,15 mol) Cho X tác dụng với dung dịch HNO3 loãng (dư), sau phản ứng khối lượng dung dịch tăng 13,23 gam Số mol HNO3 tham gia phản ứng A 0,7750 mol Hướng dẫn giải: B 0,6975 mol C 0,6200 mol D 1,2400 mol Ta có khối lượng kim loại = 0,1.24 + 0,04.27 + 0,15.65 = 13,23 (g) bằng khối lượng dung dịch tăng Suy KL + HNO3 tạo muối NH4+ Ps dụng định luật bảo toàn electron Suy nNH =1/8 nelectron(KL nhường) = 1/ 8.( 0,1.2 + 0,04.3 + 0,15.2) = 0,0775 (mol) + Áp dụng cơng thức tính nhanh số mol HNO3 Vậy nHNO phả n ứ ng =10nNH+ = 0,775 (mol) Ví dụ 7(KB-2012): Cho 29 gam hỗn hợp gồm Al, Cu Ag tác dụng vừa đủ với 950 ml dung dịch HNO3 1,5M,thu dung dịch chứa m gam muối 5,6 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO N2O Tỉ khối X so với H2 16,4 Giá trị m A 98,20 B 97,20 C 98,75 D 91,00 Phân tích và hướng dẫn giải Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full Ta có nHNO =1,425 ; nNO =0,2 ; nN O =0,05(mol) Ta biết rằng kim loại phản ứng với HNO3 số mol electron trao đởi bằng với mol gốc NO3- có muối với kim loại Số mol electron trao đổi = 0,2.3 + 0,05.8 = mol Số mol NO3- muối = 1,425 – 0,2 – 0,05.2 = 1,125 mol Ta thấy số mol khơng bằng → có muối NH4NO3 tạo Gọi a số mol NH4NO3 : → số mol electron trao đổi = + 8a → số mol NO3- muối = 1,125 – 2a Áp dụng định luật bảo tồn electron Ta có + 8a = 1,125 – 2a → a = 0,0125 (mol) → m = 29 + (1,125 – 2a ).62 + 80a = 98,2 gam Ví dụ 8: Hịa tan hồn toàn 8,9 gam hỗn hợp gồm Mg Zn bằng lượng vừa đủ 500 ml dung dịch HNO3 1M Sau phản ứng kết thúc, thu 1,008 lít khí N2O (đktc) nhất dung dịch X chứa m gam muối Giá trị m A 34,10 B 31,32 C 34,32 D 33,70 Phân tích và hướng dẫn giải nHNO =0,5 (mol); nN O =0,045 (mol) sử dụng bán phản ứng 10H+ + 2NO3- + 8e � N2O + 5H2O 0,45 0,045 Ta thấy số mol HNO3 = 0,45 mol < 0,5 mol Vậy phản ứng có tạo muối NH4NO3 Áp dụng cơng thức tính nhanh số mol HNO3 nHNO =10nN O +10nNH NO suy nNH NO =0,005 (mol) 4 Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng mmuối = 8,9 + 62(0,045.8 + 0,005.8) + 80.0,005 = 34,1 Ví dụ 9: Cho 3,48 gam bột Mg tan hết dung dịch hỗn hợp gồm HCl (dư) KNO3, thu dung dịch X chứa m gam muối 0,56 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N2 H2 Khí Y có tỉ khối so với H2 bằng 11,4 Giá trị m A 16,085 B 18,300 C 14,485 D 18,035 Phân tích và hướng dẫn giải Theo nMg 0,145; nN 0,02; nH 0,005 2 So sánh tổng số mol electron nhường tổng số mol electron nhận Thấy tổng số mol electron nhường = 2.0,145 = 0,29 > Tổng số mol electron nhận = 10.0,02 + 2.0,005 = 0,21 mol Vậy phản ứng có tạo muối amoni Áp dụng đinh luật bảo toàn electron ta có : 2nMg =10nN +2nH +8nNH 2 + Suy nNH =0,01 + Bảo toàn nguyên tố N: nKNO 2nN nNH 0,05 Dung dịch X chứa Mg2+ (0,145), K+ (0,05), NH4+ (0,01) —> nCl =0,35mol - Vậy khối lượng muối = 18,035 gam Ví dụ 10: Cho 6,48 gam kim loại M (hóa trị khơng đổi) tác dụng vừa đủ với 910 ml dung dịch HNO3 1M thu dung dịch X 2,912 lít hỗn hợp khí Y gồm NO N2 Trộn hỗn hợp Y với 2,000 lít O 2, sau phản ứng xảy hồn tồn thu 3,792 lít hỗn hợp khí Z Biết thể tích khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn Kim loại M Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full A Mg B Zn C Al D Na Phân tích và hướng dẫn giải Vì phản ứng xảy vừa đủ nên số mol HNO3 phản ứng là: Số mol HNO3 (pư) = 0,91.1 = 0,91 mol Khi trộn X với Y xảy phản ứng: 2NO + O2 2NO2 Ta có nNO =2nO Lại có : VO nO phản ứng phản ứng = VX + VY – VZ = 2,192 + – 3,792 = 1,12 lít = 1,12/22,4 = 0,05 mol phản ứng nNO =2nO phản ứng = 0,1 mol Vậy nN = (2,912/22,4) – 0,1 = 0,03 mol 2(Y ) Các trình khử: 4H+ + NO3- + 3e NO + 2H2O 0,4 mol 0,3 mol 0,1 mol 12H+ + 2NO3- + 10e N2 + 6H2O 0,36 mol 0,3 mol 0,03 mol Vậy Số mol HNO3 (pư) = số mol H+ = 0,76 mol < 0,91 mol mâu thuẫn với giả thiết, Vậy sản phẩm cịn có NH4NO3 số mol HNO3 phản ứng tạo muối 0,15 mol Quá trình khử tạo NH4NO3 : 10H+ + 2NO3- + 8e NH4NO3 + 3H2O 0,15 mol 0,12 mol Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full Từ ta có ne nhường = ne nhận = 0,72 mol Q trình oxi hóa kim loại M M Mn+ + ne 0,72/n 0,72 mol Ta có : M = 6,48 : 0,72/n = 9n n = M = 27 M là kim loại Al chọn đáp án C Ví dụ 11: Hồ tan 15,6 gam hỗn hợp kim loại R có hố trị khơng đởi vào dung dịch HNO3 lỗng dư Khi phản ứng kết thúc thu 896ml khí N2 Thêm vào dung dịch mới thu lượng dung dịch NaOH nóng dư 224ml chất khí (Các thể tích khí đo ở đktc) Kim loại R A Zn B Cu C Al D Mg Phân tích và hướng dẫn giải 15,6 gam R+ HNO3 → 0,04 mol N2 Dung dịch thu + NaOH → 0,01 mol NH3 Vậy phản ứng tạo muối NH4NO3 Áp dụng định luận bảo tồn electron (gọi n hóa trị kim loại R) ta có n =2 15,6 n � n� 0,04�10 0,01�8 � nghiệm thỏa mãn → R Zn � MR MR 65 M R =65 � → Chọn A Ví dụ 12: Cho 14,4g hỗn hợp Fe, Mg, Cu (số mol kim loại bằng nhau) tác dụng hết với dung dịch HNO3 dư thu dung dịch X 2,688 lít (đktc) hỗn hợp gồm khí N2, NO, N2O, NO2 khí N2 NO2 có số mol bằng Cơ cạn cẩn thận dung dịch X 58,8g muối khan Số mol HNO3 phản ứng A 0,95 B 0,893 C 0,9 D 0,85 Phân tích và hướng dẫn giải Gọi x số mol 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 < 58,8 gam (theo ra) Trang Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full Trong muối rắn thu có NH4NO3 có khối lượng là: 58,8 – 57,8 = (gam) Suy số mol NH4NO3 = 1/80 = 0,0125 (mol) Vì hỗn hợp khí NO2, NO, N2O, N2 số mol N2 bằng số mol NO2 ta coi khí khí N3O2 �NO.N2O hỗn hợp bốn khí coi hỗn hợp khí NO N2O với số mol a b Như vậy, ta có sơ đồ: HNO � (Fe3+, Mg2+, Cu2+, NH4+) + (NO, N2O) + H2O Fe, Mg, Cu ��� Ta có q trình nhường e Fe � Fe+3 + 3e (1) 0,1 0,3 Mg � Mg+2 + 2e 0,1 0,2 Cu � Cu+2 + 2e 0,1 (2) (3) 0,2 Tổng số mol e nhường : 0,3 + 0,2 + 0,2 = 0,7 (mol) 4H+ + NO3- + 3e � NO + 2H2O (4) 4a 3a a 10H+ + 2NO3- + 8e � N2O + 5H2O (5) 10b 8b b 10H+ + NO3- + 8e � NH4+ + 3H2O (6) 0,125 0,1 0,0125 Tổng số mol e nhận là: 3a + 8b + 0,1 Trang 10 Chuyên đề Phương pháp giải tập phản ứng tạo muối amoni full nHCl = 2nH2 +2nH2O = 2.0,01 + 0,6= 1,22