. 4 Tính chất hóa học
HƯỚNG DẪN GIẢ
Bài 1. Viết phương trình phản ứng khi cho NO tác dụng với H2, H2S, SO2, O2, Cl2, KMnO4.
2NO + 2H2 → N2 + 2H2O
2NO + 2H2S → N2 + 2S + 2H2O 2NO + SO2→ N2O + SO3.
2NO + Cl2→ 2NOCl (nitrozoni có ion NO+)
10NO + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 10HNO3 + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 4H2O
Bài 2. Viết phương trình phản ứng khi cho NO2 tác dụng với: Cl2, H2, Cu, CO, SO2, O3, H2O2. Trong mỗi phản ứng NO2 thể hiện tính chất gì?
2NO2 + Cl2→ 2NO2Cl (Nitroni) (tính khử) 2NO2 + 7H2 → 2NH3 + 4H2O (tính oxihóa) NO2 + Cu → Cu2O + NO (tính oxihóa) NO2 + CO → CO2 + NO (tính oxihóa) NO2 + SO2→ SO3 + NO (tính oxihóa) 2 NO2 + O3 → O2 + N2O5. (tính khử) NO2 + H2O2 → 2HNO3. (tính khử)
Bài 3. Hòa tan Fe bằng dung dịch H2SO4 loãng dư nhận được dung dịch A. Cho hỗn hợp NO và NO2 đi qua dung dịch A thu được dung dịch B. Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
Fe + H2SO4→ FeSO4 + H2
NO + FeSO4→ Fe(NO)SO4.
Bài 4. Viết cấu tạo các phân tử NO, N2O, NO2, N2O3, N2O4 và N2O5. Nêu rõ dạng hình học của mỗi chất.
NO:
N2O: cấu trúc đường
thẳng
NO2: (N lai hóa sp2), - cấu trúc tam giác phẳng
- Có 1 e độc thân trên N → dễ dime hóa và có màu.
tạo nên phân tử N2O4.
N2O3 : (hỗn hợp NO và NO2) N2O5: cấu tạo phẳng
Bài 5. MT =23,5 . 2 = 47 → MNO = 30 < 47 < MD. → D là SO2 = 64 Suy ra số mol NO = 0,2 mol và SO2 = 0,2 mol
Thực chất phản ứng theo các phương trình sau:
Al → Al3++ 3e. Với số mol Al = x và số mol Cu = y Cu → Cu2+ + 2e. Tổng số e nhường = 3x + 2y
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
SO42– + 4H+ + 2e → SO2 + 2H2O (Tổng số mol e thu = 0,6 + 0,4 = 1 )
Số mol H+ trong Y = 1,2 . 2 + 0,2 = 2,6 > số mol H+dự phản ứng = (0,2 + 0,2) 4= 1,6 Nên kim loại tan hết.
Vậy ta có hệ phương trình: 27x + 64y = 18,2
3x + 2y = 1 → giải pt cho x = y = 0,2
Vì NO3– phản ứng = NO3– trong Y nên dung dịch Z không có NO3–- và chỉ có Al3+, Cu2+, SO42–. Lượng Al2(SO4)3 = 0, 2
2 . 342 = 34,2 gam Lượng CuSO4 = 0,2 . 160 = 32 gam
Bài 6. Phần hỗn hợp tan = 0,25a gam < 0,3a gam nên Fe còn dư và Cu chưa phản ứng Các phản ứng: Fe + 4 HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O N O N N O hay N N O hay N N O N O O N O O N O O O
Fe + 6 HNO3→ Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Do Fe dư nên còn các phản ứng: Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 Tức là trong dung dịch B chỉ có Fe(NO3)2
Và lượng muối = lượng Fe + lượng NO3–
Mà số mol NO3– còn lại trong B = tổng số mol NO3– – số mol khí = 0,69 – 0,2725 = 0,4175 mol Vậy lượng muối khan = 0, 4175
2 . 180 = 37,575 gam
Bài 7. 2Al + 6 HCl → 2AlCl3 + 3H2 (1) Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2 (2) 2Al + 3CuSO4→ Al2(SO4)3 + 3Cu↓ (3) Fe + CuSO4→ FeSO4 + Cu↓ (4)
Khí có 30 < MTB = 40,64 < 46 là hỗn hợp NO và NO2 (cần chú ý là trong các sản phẩm chứa N tạo ra khi tác dụng với HNO3 ngoài muối, Cu chỉ tạo NO và NO2 )
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (5) 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (6)
Từ MTB = 40,64 và tổng số mol = 1,2 tính được NO = 0,4 mol và NO2= 0,8 mol Theo pt (5), (6) Cu = 0,4 + 0,6 = 1,0 mol
So sánh (1), (2) với (3), (4) thấy số mol Cu↓ = H2= 0,8 mol (TN 2 lấy lượng gấp đôi) Suy ra Cu ban đầu = 1,0 0,8
2− −
= 0,1 mol ∼ 6,4 gam → Al + Fe = 11 gam
Từ hệ pt về tổng lượng Al + Fe và tổng số mol H2 tính được Al = 5,4 g và Fe = 5,6 g
Bài 8. Gọi oxit kim loại phải tìm là MO và a và 2a là số mol CuO và MO trong A. Vì hidro chỉ khử được những oxit kim loại đứng sau nhôm trong dãy điện hóa nên có 2 khả năng xảy ra:
* Trường hợp 1: M đứng sau nhôm trong dãy điện hóa CuO + H2 → Cu + H2O
MO + H2 → M + H2O
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3M + 8HNO3→ 3 M(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Ta có hệ pt: 80 ( 16).2 3,6 8 16 = 0,15 3 3 a M a a a + + = + Giải hệ pt cho a = 0,01875 và M = 40 ∼ Ca Trường hợp này loại vì Ca đứng trước Al trong dãy thế điện hóa.
* Trường hợp 2: M đứng trước nhôm trong dãy điện hóa CuO + H2 → Cu + H2O
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O MO + 2HNO3→ M(NO3)2 + 2H2O Ta có hệ pt: 80 ( 16).2 3,6 8 4a = 0,15 3 a M a a + + = + Giải hệ pt cho a = 0,01875 và M = 24 ∼ Mg Nghiệm này hợp lý và V= 0, 01875. 2 3 . 22,4 = 0,28 lít. → % CuO 41, 66%% MgO 58,34%== Bài 9. Số mol khí = 0,66 và 0,6.
Từ MTB= 9,56. 4 = 38,24 suy ra NO2 > 38,24 nên khí còn lại phải là NO = 30 < 38,24 Và tính được NO = 0,32 mol và NO2 = 0,34 mol
3X + 8HNO3 → 3X(NO3)2 + 2NO + 4H2O Y + 4HNO3 → Y(NO3)3 + NO + 2H2O X + 4HNO3 → X(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Y + 6HNO3 → Y(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
X + 2HCl → XCl2 + H2 hoặc 2Y + 6HCl → 2YCl3 + 3H2 Biện luận: * Nếu kim loại Y không tan trong axit HCl
Theo pt: số mol X = 0,6 và lượng X = 10,8 gam nên X = 10,80,6 = 18 (không thỏa mãn kim loại nào)
* Vậy kim loại X không tan trong axit HCl
Theo pt: số mol Y = 0,4 và lượng Y = 14- 3,2= 10,8 gam nên Y = 10,80, 4 = 27 ∼ Al
Đặt số mol X bằng a: 3 2 Al 3e Al X 2e X + + − → − → tổng số e nhường = 0,4. 3 + 2a = 1,2 + 2a 5 2 5 4 N 3 N N 1 N e e + + + + + → + → tổng số e thu = 0,32. 3 + 0,34 = 1,30
Theo qui tắc bảo toàn số mol e: 1,2 + 2a = 1,3 → a = 0,05 Vậy X = 0, 053, 2 = 64 ∼ Cu và % Al = 77,14% ; %Cu = 22,86%
Bài 10. số mol HNO3 = 0,38. 0,667 = 0,25346 và số mol H2SO4 = 0,3. 0,2 = 0,06 Đặt số mol X(NO3)2 và X ban đầu là a và b.
2X(NO3)2 → 2XO + 4NO2 + O2 a a 2a 0,5a
2X + O2→ 2XO do phản ứng với HNO3 có khí NO nên X có dư và a 0,5a a phần dư = b – a (mol)
XO + 2HNO3→ X(NO3)2 + H2O
3X + 8HNO3 → 3X(NO3)2 + 2NO + 4H2O XO + H2SO4→ XSO4 + H2O
X + H2SO4→ XSO4 + H2
Theo pt: số mol HNO3 phản ứng = 2a + 4
3(b - a) = 0,253 hay a + 2b = 0,38 (1) Biện luận: * Nếu M đứng trước hidro trong dãy điện hóa thì theo pt
a + 1
2(b - a) = 0,06 hay a + b = 0,12 (2). Giải (1)(2) cho a = – 0,14 < 0 (loại) * Vậy M đứng sau hidro trong dãy điện hóa và không tác dụng với H2SO4 loãng, khi đó a = 0,06 → b = 0,16 và 0,06(M + 124) + 0,16M = 21,52 → M = 64 ∼ Cu Suy ra % Cu = 47,5 % và % Cu(NO3)2 = 52,5%
Sau khi nung trong bình chứa 0,12 mol NO2 nên P = 0,12.0,082.327,6
3 = 1,07 atm.
Bài 11. a) Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Lập hệ pt và giải hệ pt cho Mg = 0,06 mol và Al = 0,04 mol Đặt số oxihóa của lưu huỳnh trong sản phẩm là x ta có: Al → Al3+ + 3e
Mg → Mg2+ +2e tổng số mol e nhường = 0,04. 3 + 0,06. 2 = 0,24 S6+ + (6 – xe) → S x tổng số mol e thu = (6 - x). 0,03
b) N5+ + (5 – ye) → S y tương tự: (5 - x). 0,03 = 0,24 → x = – 3 → sản phẩm là NH3 4Mg +10 HNO3→ 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
8Al +30 HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
Theo pt: số mol HNO3 phản ứng = 0,06. 2,5 + 0,04. 3,75 = 0,3 → VHNO3 = 150 ml.
Bài 12. a) số molkhí H2 = 0,14 và số mol khí X = 0,02 2Mg + O2→ 2MgO
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O
Theo pt: Mg chưa bị oxihóa = 0,14 mol → MgO = 14, 25
95 – 0,14 = 0,01 mol % Mg bị oxihóa = 0, 010,15 . 100% = 6,67%
b) Mg + HNO3→ Mg(NO3)2 + X + H2O MgO + 2HNO3→ Mg(NO3)2 + 2H2O
Biện luận: Theo tính toán trên số mol Mg(NO3)2 = 0,15
nên lượng Mg(NO3)2 = 0,15. 148 = 22,2 gam < 23 Vậy trong B không chỉ có Mg(NO3)2 mà còn phải có NH4NO3 = 23 22, 2
80
− = 0,01 mol 4Mg + 10HNO3→ 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
0,04 0,01
(5x-2y)Mg + (12x-4y)HNO3→ (5x-2y)Mg(NO3)2 + 2NxOy + (6x-2y)H2O 0,14 – 0,04 = 0,1 0,02
Theo pt: 5x0,1−2y = 0, 022 → 5x – 2y = 10 → x = 2; y = 0 → khí X là N2.
Bài 13. Gọi x, y, z là số mol Mg, Fe, Cu trong hỗn hợp, ta có :
24x + 56y + 64z = 23,52 ↔ 3x + 7y + 8z = 2,94 (a) Đồng còn dư có các phản ứng: Cho e: Nhận e: Mg → Mg2++ 2e (1) NO3- + 3e + 4H+→ NO + 2H2O (4) Fe → Fe3+ + 3e (2) Cu +2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ (5) Cu → Cu2+ + 2e (3)
Phương trình phản ứng hoà tan Cu dư:
3Cu + 4H2SO4 + 2NO3- → 3CuSO4 + SO42- + 2NO + H2O (6) Từ Pt (6) tính được số mol Cu dư: =
40,044.5.3 0,044.5.3
= 0,165 mol
Theo các phương trình (1), (2), (3), (4), (5): số mol echo bằng số mol e nhận: 2(x + y + z – 0,165) = [3,4.0,2 – 2(x + y + z – 0,165)].3
→ x + y + z = 0,255 + 0,165 = 0,42 (b) Từ khối lượng các oxit MgO; Fe2O3; CuO, có phương trình:
2x x .40 + 4 y .160 + 2 z . 80 = 15,6 (c) Hệ phương trình rút ra từ (a), (b), (c): 3x + 7y + 8z = 2,94 x + y + z = 0,42 x + 2y + 2z = 0,78 Giải được: x = 0,06; y = 0,12; z = 0,24.
% lượng Mg = 6,12% ; % lượng Fe = 28,57% ; % lượng Cu = 65,31%
2/ Tính nồng độ các ion trong dd A (trừ H+, OH-) [Mg2+] = 0,2440,06 = 0,246 M [Cu2+] = 0,984 M ; [Fe2+] = 0,492 M ; [SO42-] = 0,9 M ; [NO3-] = 1,64 M
Bài 14. a) PT pứ: FeS + 12HNO3→ Fe(NO3)3 + H2SO4 + 9NO2 + 5H2O FeCO3 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + CO2 + NO2 + 2H2O
Đặt: nFeS = a mol , nFeCO3 = b mol → nNO2 = 9a + b và nCO2 = b Ta có : 46(9a2(9+a+b)2+b)44b = 22,8 → a:b = 1:3 → n FeS : n FeCO3 = 1: 3 (b = 3a) b) Làm lạnh B có phản ứng : 2NO2 N2O4 khi đó M (N2O4) = 92 làm M tăng và = 57
Gọi x là số mol N2O4 trong hỗn hợp B, vậy B′ gồm:
NO2 = (9a + b) – 2x = 4b - 2x ; N2O4 = x và CO2 = b → 46(4b(4b- −2x)2x++92x x++b)44b = 57
→ b = x → Tổng B’ = 4b gồm NO2 = 2b ∼ 50% ; N2O4 = b ∼ 25% ; CO2 = b ∼ 25%
c) ở – 110C phản ứng dime hoá xảy ra hoàn toàn, B′′ gồm N2O4 = 2b và CO2 = b tỉ khối so với hidro = 922.(2bb++244b).b = 38
Bài 15.
a) CO + CuO → Cu + CO2 số mol CO2 = 0,02 CO2 + Ca(OH)2→ CaCO3 + H2O số mol Cu = 0,02 2CO2 + Ca(OH)2→ Ca(HCO3)2 số mol CuO = 0,06 Ca(HCO3)2→ CaCO3 + CO2+ H2O số mol HNO3 = 0,16 CuO + 2H+→ Cu2+ + H2O
3Cu + 8H+ + 2NO3–→ 3Cu2+ + 2NO + 4H2O 0,015 0,04 0,01
Theo pt: V1 = 0,01. 22,4 = 0,224 lít ; V2 = 1
3 V1 = 0,07467 lít Khi thêm 3,04
3 mol HCl, phản ứng lại tiếp tục xảy ra
Thêm 1 mol Mg: 5Mg + 12H+ + 2NO3–→ 5Mg2+ + N2 + 6H2O Mg + Cu2+→ Mg2+ + Cu Mg + 2H+→ Mg2+ + H2 V3 = VN2 + VH2 mà số mol N2 = 1 2(0,16 - 0,04 3 ) = 0, 22 3 và H2 = 1 3,04 0,04 2,64 0,06 2 3 3 3 − − = ÷ nên V3 = 22,4 0, 22 0,06 3 + ÷ = 2,9867 lít
b) Suy ra Cu = 0,08. 64 = 5,12 gam chiếm 30,19% và Mg = 1 1,1 0,06 0,08 3 − − − ÷ .24 = 11,84 gam chiếm 69,81% Bài 16.
Số phân tử NH4Cl trong một ô mạng lập phương được tính theo công thức:
4 3 3 . A. NH Cl d N a n M =
Thay số với các trường hợp 200C : 23 8 3 1,5.6,02.10 .(3,88.10 ) 1 53,5 n= − ≈ 2500C: 23 8 3 1,3.6, 02.10 .(6,53.10 ) 4 53,5 n= − ≈
Từ kết quả tính => ở 200C NH4Cl tồn tại ở dạng lập phương đơn giản, mạng NH4+ và Cl – chèn vào nhau có thể tịnh tiến trùng nhau.
Ở 2500C : NH4Cl kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện. b) Tính khoảng cách:
200C: 3 0 3,36 2 N Cl a d − = = A ở 2500C: 3, 27 0 2 N Cl a d − = = A Bài 17. a.
Viết công thức Lewis cho Ba anion CNO-, CON- và NCO-
C N O -
C O N -
N C O -
b.