Chuyờn đề bài tập Nitơ-photpho

2.2.2.1. Một số vấn đề lý thuyết cần nắm vững:

a. Kiến thức theo chuẩn kiến thức kĩ năng của Bộ giỏo dục và đào tạo và theo chương trỡnh sỏch giỏo khoa lớp 11.

♦ Nitơ:

Cú liờn kết ba bền vững nờn ở điều kiện thường, nitơ khỏ trơ húa học. Nhưng ở nhiệt độ cao, nitơ hoạt động húa học mạnh.

Cú số oxi húa 0, vừa thể hiện tớnh khử vừa thể hiện tớnh oxi húa: tỏc dụng với nhiều kim loại và một số phi kim.

♦ Amoniac:

Phõn tử cú cấu tạo hỡnh chúp, gúc liờn kết HNH 1070. Nguyờn tử nitơ cũn một cặp electron húa trị cú thể tham gia liờn kết với nguyờn tử khỏc, cú số oxi húa -3 khớ.

Tan nhiều trong nước tạo dung dịch amoniac cú tớnh bazơ yếu. Ngoài ra, amoniac cũn thể hiện tớnh khử.

♦ Axit nitric: là một axit mạnh, mang đầy đủ tớnh chất của axit mạnh. Đồng thời, tớnh chất đặc trưng của HNO3 là tớnh oxi rất mạnh: tỏc dụng nhiều kim loại, nhiều phi kim và nhiều hợp chất.

♦ Cỏc muối nitrat: tan tốt trong nước. Tựy theo mụi trường (axit hay kiềm) hoặc ở dạng khan, muối nitrat cũng cú tớnh oxi húa mạnh tương tự HNO3.

♦ Photpho: tớnh chất húa học tương tự như nitơ nhưng khả năng kộm hơn so với nitơ.

♦ H3PO4: là một axit cú độ mạnh trung bỡnh, 3 nấc.

Ngoài cỏc kiến thức cú trong SGK, để bồi dưỡng học sinh giỏi cần bổ sung một số kiến thức sau:

- Nitơ

+ Nitơ rất tinh khiết được điều chế bằng cỏch nhiệt phõn muối natri azit [14] 2NaN3 t0 2Na + 3N2

+ Khi kim loại kiềm thổ chỏy trong khụng khớ cũn tạo ra muối nitrua, phỏt hiện dễ dàng muối này nhờ phản ứng của nú với hơi nước trong khụng khớ tạo khớ amoniac: Mg3N2 + 6H2O →3Mg(OH)2 + 2NH3 [14]

- Cỏc oxớt.

+ Đinitơ oxit (N2O): là chất khớ khụng màu, mựi dễ chịu, là oxit khụng tạo muối, bị phõn huỷ ở nhiệt độ cao. N2O t0

 N2 + 1/2 O2 .

+ Nitơ oxit (NO): Là khớ khụng màu, hoỏ nõu trong khụng khớ, rất độc, là oxit khụng tạo muối. NO + 1/2 O2 → NO2.

+ Nitơđi oxit (NO2): là chất khớ màu nõu, mựi xốc, là oxit tạo muối.

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO. 2NO2 + 1/2 O2 + H2O → 2HNO3. 2NO2 + 2NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O.

+ Đinitơ trioxit (N2O3) là chất khớ khụng màu tan trong nước tạo axit nitơrơ. N2O3 + H2O → 2HNO2 .

+ Đinitơpenta oxit (N2O5). Là tinh thể khụng màu khi tan trong nước tạo axit nitric. N2O5 + H2O → 2 HNO3 .

-Amoniac

+ Tan nhiều trong nước do hỡnh thành liờn kết hiđro giữa phõn tử NH3 và phõn tử H2O [14]

+ Nhiệt độ núng chảy, nhiệt độ sụi cao so với những hợp chất tương tự do cú cực tớnh lớn cỏc phõn tử NH3 kết hợp với nhau nhờ liờn kết hiđro [14]

+ Phản ứng tạo phức với một số ion kim loại như Cu 2+, Ag+, Zn2+ . 2NH3 + 2H2O + CuSO4→ Cu(OH)2↓+ (NH4)2SO4.

Cu(OH)2 + 4NH3→ [Cu(NH3)4](OH)2 dung dịch trong suốt màu xanh thẫm. + Khi đun núng quỏ nhiệt độ núng chảy của kim loại kiềm trong khớ amoniac dễ tạo

thành amiđua: 2Na + 2NH3 → H2 + 2NaNH2 natri amiđua [14]

VD: Cu + 4KNO3 + 4HCl → Cu(NO3)2 + 4KCl + 2NO2 + 2H2O. + Trong mụi trường bazơ, muối nitrat bị Al, Zn khử đến NH3: 8 Al + 5 NaOH + 3 NaNO3 + 2 H2O → 8 NaAlO2 + 3NH3 ↑ . 4 Zn + NaNO3 + 7 NaOH → 4 Na2ZnO2 + NH3 ↑ + H2O. Zn3P2 + 6H2O → 3Zn(OH)2 ↓+ 2PH3(photphin). 2PH3 + 4O2

0

t

 P2O5 + 3H2O (nếu lẫn P2H4 thỡ tự bốc chỏy gõy ra hiện tượng "ma chơi").

c. Một số điểm cần lưu ý khi giải bài toỏn:

- HNO3 tỏc dụng với kim loại: Tựy theo nồng độ của axit và độ mạnh của kim loại. Vớ dụ:

NO3- + 2H+ + 1e  NO2 + H2O NO3- + 4H+ + 3e  NO + 2H2O

- Khi H3PO4 phản ứng với dung dịch kiềm: Đặt: -

3 4 OH H PO n T = n + T  1: chỉ cú muối H2PO4- + T = 2: chỉ cú muối HPO42- + T  3: chỉ cú muối PO43- + 1 < T < 2: cú hai muối H2PO4 - và HPO4 2- + 2 < T < 3: cú hai muối HPO4- và PO43-

2.2.2.2. Bài tập về nhúm Nitơ - Photpho.

Dạng Vận dụng:

● Phần tự luận.

Bài 1.1. Hỗn hợp X gồm 8 lớt N2 và 14 lớt H2 được nạp vào một bỡnh kớn cú chứa sẵn bột xỳc tỏc và giữ ở nhiệt độ khụng đổi. Khi phản ứng đạt trạng thỏi cõn bằng, thể tớch khớ trong bỡnh là 20 lớt. Tớnh hiệu suất của phản ứng. Cho rằng, cỏc khớ đo ở cựng điều kiện.

Đỏp ỏn: H = 25%

Bài 1.2. Cho 13,2 gam hỗn hợp X gồm Cu và Mg phản ứng hết với dung dịch HNO3 loóng dư thu được 4,48 lớt khớ NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Xỏc định phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu.

Đỏp ỏn: Cu 0,15 . 64 Mg

%m = 100 = 72,73% ; %m = 27,27%

Bài 1.3. Cho 4,24 gam hỗn hợp gồm Cu và Fe tỏc dụng với HNO3 đặc dư, thấy thoỏt ra 1,792 lớt khớ (đktc). Xỏc định phần trăm khối lượng kim loại Fe trong hỗn hợp đầu.

Đỏp ỏn: %m = 39,62%Fe

Bài 1.4. Nhiệt phõn hoàn toàn 9,4 gam một muối nitrat của kim loại R. Sau phản ứng thu được chất rắn cũn lại nặng 4 gam. Xỏc định cụng thức muối nitrat.

Giải: Xột 3 trường hợp sau:

a) Đối với muối nitrat của kim loại kiềm:

2RNO3   2RNO2 + O2 (1)

Theo phản ứng (1), ta cú tỉ lệ: R + 62 R + 46

= R < 0

9, 4 4  : loại.

b) Đối với muối nitrat của cỏc kim loại mà oxit của nú bị phõn hủy ở nhiệt độ cao: 2R(NO3)n  2R + 2nNO2 + nO2 (2) Theo (2), ta cú tỉ lệ: R + 62n R = R = 45,92n 9, 4 4 

Xột n = 1, 2, 3, ... ta thấy, khụng cú kim loại phự hợp. c) Đối với muối nitrat của cỏc kim loại khỏc:

4R(NO3)n  2R2On + 2nNO2 + nO2 (3) Theo (3), ta cú tỉ lệ: 2.(R + 62n) 2R + 16n = R = 32n 9, 4 4  n 1 2 3 R 32 64 96 loại Cu loại

Vậy, muối cú cụng thức Cu(NO3)2.

Bài 1.5. Cho 200 ml dung dịch H3PO4 0,5M vào 200 ml dung dịch NaOH 0,6M. Tớnh nồng độ cỏc chất trong dung dịch sau phản ứng.

Đỏp ỏn: [NaH2PO4] = 0,4M ; [Na2HPO4] = 0,1M.

Bài 1.6. Cho cỏc khớ SO2, H2S, NH3 khớ nào tan nhiều nhất trong nước, khớ nào dễ húa lỏng nhất ? Giải thớch ?

+ Hỡnh thành liờn kết hiđro giữa phõn tử NH3 và phõn tử H2O

+ Cú cực tớnh lớn cỏc phõn tử NH3 kết hợp với nhau nhờ liờn kết hiđro

Bài 1.7. Hoà tan 5,76 gam Cu trong 320 ml dung dịch HNO3 0,5M thu được V lớt NO (là sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tớnh V?

Bài 1.8. Nhiệt phõn hoàn toàn 20,4 gam muối nitrat kim loại R thu được 12,96 gam

kim loại R. Xỏc định cụng thức muối nitrat

● Phần trắc nghiệm.

Bài 2.1. Cỏc kết luận nào sau đõy đỳng ?

(1) ở nhiệt độ thường N2 là một chất trơ, hoạt động húa học kộm vỡ liờn kết ba trong phõn tử N2 cú độ bền rất lớn .

(2) Nitơ cú thể tồn tại ở những dạng cú số oxi hoỏ sau:-3, 0 , +1, +2, +3, +4, +5 (3) Mỗi nguyờn tử nitơ trong phõn tử N2 cũn một cặp electron tự do.

(4) Liờn kết ba trong phõn tử N2 kộm bền . (5) N2 nhẹ hơn khụng khớ . (6) Phõn tử N2 phõn cực

(7) Nitơ chỉ cú số oxi hoỏ õm trong những hợp chất với hai nguyờn tố: O và F . (8) N2 phản ứng với O2 tạo thành NO ở nhiệt độ cao khoảng 3000oC.

(9) Người ta sản xuất khớ nitơ trong cụng nghiệp bằng cỏch nhiệt phaa NH4NO2. A. (1), (3), (6), (7), (9). B. (2), (3), (4), (5), (6).

C. (1), (2), (4), (5), (8), (9). D. (1), (2), (3), (5), (8)

Bài 2.2. Hỗn hợp khớ X chứa 2 lớt N2 và 8 lớt H2 được cho vào 1 bỡnh kớn (cú sẵn bột xỳc tỏc). Đun núng bỡnh một thời gian rồi đưa bỡnh về nhiệt độ ban đầu thỡ thu được hỗn hợp khớ Y, trong đú thể tớch NH3 chiếm 25% thể tớch hỗn hợp Y. Hiệu suất phản ứng tổng hợp amoniac bằng

A. 12,5% B. 25% C. 22,72% D. 50%

Bài 2.3. Cho 2 lớt N2 và 7 lớt H2 vào bỡnh phản ứng, hỗn hợp thu được sau phản ứng cú thể tớch bằng 8,2 lớt (thể tớch của cỏc khớ được đo ở cựng điều kiện). Hiệu suất của phản ứng và V NH3 trong hỗn hợp thu được sau phản ứng là

A. 50%; 2 lớt. B. 30%; 1,2 lớt. C. 20%; 0,8 lớt. D. 40%; 1,6 lớt. Bài 2.4. Dung dịch NH3 bao gồm cỏc chất và ion

Bài 2.5. Để tỏch riờng NH3 ra khỏi hỗn hợp gồm N2, H2 và NH3 trong cụng nghiệp, người ta đó

A. cho hỗn hợp đi qua dung dịch nước vụi trong. B. cho hỗn hợp đi qua CuO nung núng.

C. cho hỗn hợp đi qua dung dịch H2SO4 đặc. D. nộn và làm lạnh hỗn hợp, NH3 sẽ húa lỏng.

Bài 2.6. Để phõn biệt muối amoni với cỏc muối khỏc, người ta dựng phản ứng của muối amoni với dung dịch kiềm mạnh, đun núng. Hiện tượng thu được là

A. muối núng chảy ở nhiệt độ khụng xỏc định. B. thoỏt ra chất khớ cú màu nõu đỏ.

C. thoỏt ra chất khớ khụng màu, cú mựi xốc. D. thoỏt ra chất khớ khụng màu, mựi khai.

Bài 2.7. Nhận định nào sai về muối amoni?

A. muối amoni hầu hết tan trong nước và điện ly mạnh.

B. dung dịch của muối amoni tan trong nước luụn cú mụi trường bazơ. C. ion amoni khụng cú màu như ion kim loại kiềm.

D. muối amoni kộm bền với nhiệt.

Bài 2.8. Cho dung dịch Ba(OH)2 đến dư vào 100 ml dung dịch X gồm cỏc ion: NH4+, SO42-, NO3- rồi tiến hành đun núng thỡ thu được 23,3 gam kết tủa và 6,72 lớt khớ (đktc) duy nhất. Nồng độ mol của (NH4)2SO4 và NH4NO3 trong dung dịch X lần lượt là

A. 1M và 1M. B. 2M và 2M. C. 1M và 2M. D. 2M và 2M. Bài 2.9. Cho dóy cỏc chất: FeO, Fe(OH)2, FeSO4, Fe3O4, Fe2(SO4)3, Fe2O3. Số chất trong dóy bị oxi húa khi tỏc dụng với dung dịch HNO3 đặc, núng là

A. 3. B. 5. C. 4. D. 6.

Bài 2.10. Cho 3,6 gam Mg tỏc dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra 2,24 lớt khớ X (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Khớ X là

A. N2O. B. NO2. C. N2. D. NO.

Bài 2.11. Nung núng 27,3g hh NaNO3, Cu(NO3)2, hỗn hợp khớ thoỏt ra được dẫn vào 89,2ml H2O thỡ cũn dư 1,12lớt khớ (đktc) khụng bị hấp thụ (lượng O2 hoà tan khụng đỏng kể). Khối lượng Cu(NO3)2 ban đầu và nồng độ % của dung dịch axit tạo thành là: A. 18,8 g ;12,6% B. 18,6 g ; 12,6% C. 8,5 g ;12,2% D. 18,8 g ; 12%

Bài 2.13. Cho 100 ml dung dịch H3PO4 a (M) vào 100 ml dung dịch NaOH 1M. Sau phản ứng hoàn toàn thu được 2 muối với tỉ lệ

2 4 2 4

NaH PO Na HPO

n : n = 2 : 3. Giỏ trị

của a bằng A. 0,625 B. 0,125 C. 0,50 D. 0,25

Bài 2.14. Sau khi làm thớ nghiệm với P trắng, cỏc dụng cụ đó tiếp xỳc với húa chất này cần được ngõm trong dung dịch nào để khử độc?

A. dung dịch axit HCl đặc. B. dung dịch kiềm NaOH đặc. C. dung dịch muối CuSO4. D. dung dịch Na2CO3.

Bài 2.15. Hàm lượng photpho trong một hợp chất của photpho halogenua là 77,45%. Halogen đú là A. flo. B. clo. C. brom. D. iot. Bài 2.16. Từ 6,2 kg P cú thể điều chế được bao nhiờu lớt dung dịch H3PO4 2M (giả thiết hiệu suất của toàn bộ quỏ trỡnh là 80%)?

A. 80 lớt. B. 100 lớt. C. 40 lớt. D. 64 lớt.

Bài 2.17. Từ 1 tấn quặng photphorit chứa 45% tạp chất cú thể điều chế được bao nhiờu kg photpho, biết hiệu suất phản ứng là 90%?

A. 81 kg. B. 90 kg. C. 110 kg. D. 99 kg.

Bài 2.18. Dung dịch axit photphoric cú chứa cỏc ion (khụng kể H+ và OH- của nước): A. H+, PO43-. B. H+, H2PO4-, PO43-.

C. H+, HPO42-, PO43-. D. H+, H2PO4-, HPO42-, PO43-. Bài 2.19. Thực hiện hai thớ nghiệm:

Thớ nghiệm 1: Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dung dịch HNO3 1M thoỏt ra V1 lớt NO.

Thớ nghiệm 2: Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80 ml dd chứa HNO3 1M và H2SO4

0,5 M thoỏt ra V2 lớt NO. Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, cỏc thể tớch khớ đo ở cựng điều kiện. Quan hệ giữa V1 và V2 là

A. V2 = V1. B. V2 = 2V1. C. V2 = 2,5V1. D. V2 = 1,5V1. Dạng Vận dụng sỏng tạo:

● Phần tự luận.

Bài 3.1. Phõn tử NH3 cú dạng hỡnh chúp tam giỏc đều (nguyờn tử N ở đỉnh hỡnh chúp). Ion +

4

NH cú dạng hỡnh tứ diện đều (nguyờn tử N nằm ở tõm của tứ diện đều). Dựa vào sự xen phủ của cỏc obitan, hóy mụ tả sự hỡnh thành cỏc liờn kết trong phõn tử NH3 và ion +

4

Bài 3.2. Hóy cho biết cụng thức của phõn tử và ion dưới đõy, đồng thời sắp xếp cỏc gúc liờn kết trong chỳng theo chiều giảm dần. Giải thớch.

a) NO2; NO2+; NO2-. b) NH3; NF3.

Bài 3.3. Giải thớch tại sao:

a. Giải thớch tại sao: Trong phõn tử NH3 gúc HNH (10703’) lớn hơn gúc FNF (10201’) trong phõn tử NF3

b. Mụ tả dạng hỡnh học phõn tử, trạng thỏi lai húa của nguyờn tử nguyờn toỏ trung tõm trong cỏc phõn tử, ion: SF2, NH3, CH4, Be(CH3)2, PF3, PCl5, [Ni(CN)4]2- ,IF5, SF6

Bài 3.4. Tớnh % số mol N2O4 bị phõn li thành NO2 ở 270C và 1atm. Cho khối lượng riờng hỗn hợp N2O4 và NO2 ở điều kiện trờn là 3,272 gam/lớt.

Bài 3.5. Cú cõn bằng N2O4 (k) ⇌ 2 NO2 (k) .

Cho 18,4 gam N2O4 vào bỡnh dung tớch 5,904 lớt ở 270C . Tại cõn bằng húa học, ỏp suất của khớ trong bỡnh bằng 1atm. Nguyờn lý chuyển dịch cõn bằng húa học núi rằng ‘khi giảm ỏp suất thỡ cõn bằng của hệ sẽ dịch chuyển về phớa làm tăng ỏp suất’’. Hóy chứng minh điều đú.

Bài 3.6. Cho 2 ml dung dịch AgNO3 0,03M vào 1 ml dung dịch NH3 1,5M, được dung dịch X. Hiện tượng gỡ xảy ra khi:

1/ Thờm 1 ml dung dịch NaCl 0,02M vào dung dịch X. 2/ Thờm 1 ml dung dịch HCl 0,50M vào dung dịch X Cho: NH3 + H+ ⇌ NH4+

K = 109,24

Ag(NH3)2+ ⇌ Ag+

+ 2NH3 = 10-7,23 Tt (AgCl) = 10-10

Bài 3.7. Dung dịch A được tạo thành khi cho 0,10 mol CuSO4 vào dung dịch chứa 2 mol NH3. Tớnh nồng độ ion Cu2+ tự do cú trong 500 ml dung dịch A.

Cho: Cu2+ + 4NH3 ⇌

 

Bài 3.8. Cú thể hũa tan 100 mg bạc kim loại trong 100 ml amoniac 0,1M khi tiếp xỳc với khụng khớ được khụng ?

Hằng số bền của phức Ag(NH3)+ = 103,32 ; Ag(NH3)2= 107,23 ; Thế oxihúa-khử chuẩn E0 (Ag+/Ag) = 0,799 V ; E0 (O2/OH ) = 0,401 V (Hàm lượng oxi trong khụng khớ là 20,95% theo thể tớch)

Bài 3.9. Cú 6 lọ húa chất bị mất nhón, mỗi lọ đựng một dung dịch muối nitrat của một kim loại: Ba(NO3)2, Al(NO3)3, Pb(NO3)2, Zn(NO3)2, AgNO3, Cd(NO3)2. Để nhận biết từng dung dịch muối, chỉ được dựng 3 dung dịch thuốc thử. Hóy cho biết tờn của 3 dung dịch thuốc thử đú và trỡnh bày cỏch tiến hành thớ nghiệm để nhận biết mỗi dung dịch muối đựng trong mỗi lọ và viết phương trỡnh húa học (dạng phương

trỡnh ion, nếu cú) để minh họa.

Bài 3.10. (Trớch đề thi chọn HSG thành phố Hải Phũng năm 2012)

Trỡnh bày cỏch nhận biết sự cú mặt của cỏc ion cú trong dung dịch X gồm: Al3+, Ba2+, Fe2+, +

4

NH , - 3

NO , Br-.

Bài 3.11. (Trớch đề thi chọn HSG thành phố Hải Phũng năm 2012)

Cho 28 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại M, R cú húa trị khụng đổi lần lượt là II và III. Chia X làm hai phần bằng nhau:

- Phần 1 hũa tan hết bằng dung dịch HNO3, thấy thoỏt ra 14,784 lớt (27,30C và 1,1atm) hỗn hợp 2 khớ oxit của nitơ cú màu nõu và cú tỷ khối so với He = 9,56, dung dịch thu được được chỉ chứa muối nitrat kim loại;

- Phần 2 cho tỏc dụng với axit HCl dư thỡ cú 14,784 lớt khớ thoỏt ra (27,30C và 1 atm) và cũn lại 3,2 gam chất rắn khụng tan.

a. Viết cỏc phương trỡnh phản ứng xảy ra.