Đang tải... (xem toàn văn)
b. HNO3 là chất oxi hóa mạnh • Tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối nitrat + H2¬O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3) và kim loại bị oxi hóa với mức cao nhất. Với Al, Fe, Cr , bị thụ động trong HNO3 đặc nguội. Kim loại + HNO3 (đ) →(nhiệt độ) Muối nitrat + NO + H2O Kim loại + HNO3 (l) →Muối nitrat + NO + H2O • Tác dụng với phi kim → NO2 + H2O + oxit của phi kim.
Chuyên đề: Axit Nitric - Muối Nitrat A.Axit nitric HNO3 1.Tính chất vật lí - Là chất lỏng, không màu, tan tốt nước (C < 65%) - Trong điều kiện thường, dung dịch có màu vàng HNO bị phân hủy chậm: 4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2 → phải đựng dung dịch HNO3 bình tối màu Tính chất hóa học a HNO3 axit mạnh Trong dung dịch, HNO3 điện li hoàn toàn: HNO3 → H+ + NO3- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ - Tác dụng với bazơ, oxit bazơ, muối… 2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O 2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O 2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O b HNO3 chất oxi hóa mạnh • Tác dụng với hầu hết kim loại (trừ Au Pt) → muối nitrat + H2O sản phẩm khử N+5 (NO2, NO, N2O, N2 NH4NO3) kim loại bị oxi hóa với mức cao Với Al, Fe, Cr , bị thụ động HNO3 đặc nguội Kim loại + HNO3 (đ) →(nhiệt độ) Muối nitrat + NO + H2O Kim loại + HNO3 (l) →Muối nitrat + NO + H2O • Tác dụng với phi kim → NO2 + H2O + oxit phi kim C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O • Tác dụng với chất khử khác (oxit bazơ, bazơ muối kim loại chưa có hóa trị cao ) 4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O 4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2 Điều chế • Trong công nghiệp: NH3 → NO → NO2 → HNO3 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 8500C) 2NO + O2 → 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 • Trong phòng thí nghiệm H2SO4 đặc + NaNO3 tinh thể → HNO3 + NaHSO4 Nhận biết • Làm đỏ quỳ tím • Tác dụng với kim loại đứng sau H tạo khí nâu đỏ Ứng dụng Axit nitric hóa chất quan trọng Phần lớn axit dùng để sản xuất phân đạm Ngoài dùng để sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm Lưu ý: Sản phẩm khử N+5 tùy thuộc vào độ mạnh kim loại nồng độ dung dịch axit Thông thường dung dịch đặc → NO2, dung dịch loãng → NO; dung dịch axit loãng, kim loại mạnh N bị khử xuống mức sâu Một số kim loại (Fe, Al, Cr, ) không tan axit HNO3 đặc, nguội bị thụ động hóa Trong số toán ta phải ý biện luận trường hợp tạo sản phẩm khác: NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu ne cho > ne nhận để tạo khí) dựa theo kiện đề (chẳng hạn cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí thoát ra) hợp chất khí Nitơ dựa vào tỉ khối hỗn hợp cho Khi axit HNO3 tác bazơ, oxit bazơ tính khử xảy phản ứng trung hòa Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), dùng dư axit tạo muối hóa trị kim loại (Fe3+, Cr3+); axit dùng thiếu, dư kim loại tạo muối hóa trị (Fe2+, Cr2+), tạo đồng thời loại muối Các chất khử phản ứng với muối NO3- môi trường axit tương tự phản ứng với HNO3 Ta cần quan tâm chất phản ứng phương trình ion B.Muối nitrat 1.Tính chất vật lí Tan hoàn toàn nước chất điện li mạnh -Nhiệt phân: M: K Ca M: Mg Cu M(NO2)n M(NO3)n + n/2O2 M2On + 2nNO2 + n/2O2 M: Sau Cu M + nNO2 + n/2O2 Nếu không xác định muối nitrat thuộc khoảng phải xét ba trường hợp.Trường hợp cho ta khoảng khối lượng mol nguyên tử kim loại phù hợp với bảng tuần hoàn Chú ý: Mt: H+ Có tính oxi hóa mạnh HNO3 l Anion NO3- Mt: H2O Không có tính oxi hóa Mt: OH- Bị Al, Zn khử đến NH3 • Nhận biết: - môi trường trung tính, ion NO3 tính oxi hóa Khi có mặt NO3 có tính oxi hóa mạnh HNO3 Vì để nhận ion NO3 người ta đun nóng nhẹ dung dịch chứa NO3với đồng kim loại H2SO4 loãng 3Cu+ 8H+ + 2NO3→ 3Cu2+ +2NO + 4H2O Màu xanh , ko màu 2NO + O2 NO2 Nâu đỏ Phản ứng tạo dung dịch màu xanh, khí không màu bay thành nâu đỏ không khí II.Phương pháp giải toán a)tính nhanh n HNO3 n NO3 -: HNO3 oxit mạnh có tính oxi hóa mạnh nên phản ứng với kim loại hay hợp chất có tính oxi hóa mạnh (vd: FeO, Fe3O4, Fe(OH)2, …) cho muối Nitrat kim loại có tính oxi hóa cao sản phẩm khử gồm: NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3 hay NH3 + Thông thường, Fe hợp chất Fe hầu hết kim loại tác dụng với : HNO3 đặc: giải phóng NO2 HNO3 loãng: giải phóng NO + Trong TH sản phẩm khử NH3: tạo muối NH4NO3 nên khí thoát + Nếu toán cho hỗn hợp nhiều chất khử tác dụng với dd HNO3 cho nhiều sản phẩm khử khác N+5 nên sử dụng pp bảo toàn electron hay pp ion-electron + Cách tính nhanh số mol anion NO3- tạo muối HNO3 tham gia phản ứng không phụ thuộc vào số lượng kim loại ta có phản ứng khử: 2HNO3 + 1e → NO2 + H2O + NO3 2a a a a 4HNO3 + 3e → NO + 2H2O + 3NO3 4b 3b b 3b 10HNO3 + 8e → N2O + 5H2O + 8NO3 10e 8e c 8e 12HNO3 + 10e → N2 + 6H2O + 10NO312d 10d d 10d 10HNO3 + 8e → NH4NO3 + 3H2O + 8NO310x 8x x 8x nNO3 tạo muối với cation kim loại = nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O + 10.nN2 + 8.nNH4NO3 M muối = mkl + 62(nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O + 10.nN2 + 8.nNH4NO3) + 80.nNH4NO3 + nHNO3 phản ứng = 2.nNO2 10.nNH4NO3 + 4.nNO + 10.nN2O + 12.nN2 Chú ý: -không sử dụng công thức để tính số mol axit phản ứng số mol anion tạo muối hỗn hợp ban đầu hoàn toàn kim loại -Nếu hỗn hợp ban đầu hoàn toàn kl quy hỗn hợp ban đầu nguyên tố (hoặc đơn chất) giải tương tự b)Bảo toàn e điện tích + Nếu phản ứng tạo nhiều sản phẩm khử N ne nhường = ne nhận + Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng ne nhường = ne nhận - Trong số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng điện tích dương = tổng điện tích âm) định luật bảo toàn nguyên tố - Có thể sử dụng phương trình ion – electron bán phản ứng để biểu diễn trình M → Mn+ + ne 4H+ + NO3- + 3e →NO + 2H2O c)Bảo toàn khối lượng N Trước sau phản ứng, khối lượng N không thay đổi VD: Hòa tan kim loại M có dung dịch chứa a mol HNO3 vừa đủ thu x mol M(NO3)3 y mol NxOy, z mol NO Giải: a = nx + ny + nz Bài tập ứng dụng: VD1 Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu 800 g dung dịch HNO3 dung dịch Y 2,24 lit khí NO (đktc).Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH M kết tủa R Sau nung R đến khối lượng không đổi thu 20 g chất rắn a Tính khối lượng Cu ban đầu b Tính khối lượng chất Y nồng độ % dung dịch HNO3 dùng Giải: nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol; nNaOH = 0,3.0,2 = 0,06 mol a Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thu kết tủa R chứa Cu(OH)2 Chất rắn thu nung CuO nCuO = 20/80 = 0,25 mol = nCuO = 0,25 mol Theo định luật bảo toàn nguyên tố: nCu (ban đầu) = nCu (trong CuO) = 0,25 mol mCu = 0,25.64 = 16 g b Trong X, n = 0,25 mol →m= 188.0,25 = 47 g Cu → Cu2+ + 0, 25 mol Mà : 0,25 < 0,3 2e 0,5 mol → phản ứng Cu HNO3 phải tạo NH4NO3 ne (Cu nhường) = ne nhận = 0,5 mol ne nhận= 0,5 – 0,3 = 0,2 mol N+5 + 8e N-3 0,025 mol 0,2 mol n = 0,025 mol m= 80.0,025 = g Theo định luật bảo toàn nguyên tố: npư = nN (trong ) + nN (trong NO) + nN (trong) = 2n + nNO + 2n= 0,65 mol (Nếu sử dụng công thức tính nhanh ta có: npư = 4.nNO + 10.n= 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol) m= 63.0,65 = 40,95 g C% = = 5,12% VD2 Cho 11 g hỗn hợp hai kim loại Al Fe vào dung dịch HNO3 loãng dư, thu 6,72 lit khí NO (đktc) Khối lượng (g) Al Fe hỗn hợp đầu bao nhiêu? Giải: nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol N+5 + 3e N+2 0,9 mol 0,3 mol Gọi x, y số mol Al Fe hỗn hợp đầu Ta có: 27x + 56y = 11 Al (1) Al+3 + x mol Fe 3e 3x mol Fe+3 + y mol 3e 3y mol Theo định luật bảo toàn e: ne (KL nhường) = ne (N nhận) = 0,9 mol hay: 3x + 3y = 0,9 Từ (1) (2) ta có 5,4 5,6 (2) VD3: Cho a mol Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO3 M, H2SO4 0,5 M thu V lit NO đktc a Tính V ( biện luận theo a) b Nếu Cu dư vừa đủ lượng muối thu bao nhiêu? Giải: a n= 0,12.1 = 0,12 mol; n= 0,12.0,5 = 0,06 mol n= 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol; n= 0,12 mol Ta có ptpư: 3Cu + 8H+ + 2NO3- 3Cu+2 + 2NO + 4H2O Có thể xảy trường hợp + Cu hết, H+ NO3- dư nNO = nCu = a (mol) V = 22,4 a = 14,93 (lit) + Cu đủ dư, H+ hết (NO3- dư so với H+ ) nNO = n = 0,06 mol V = 22,4.0,06 = 13,44 (lit) b Khi Cu hết dư n= 0,09 m= 188.0,09 = 16,92 (g) • Một số dạng toán quen thuộc cách giải nhanh 1) Cho hỗn hợp gồm Fe oxit Fe tác dụng với HNO3 hỗn hợp gồm S hợp chất chứa S Fe (hoặc Cu) tác dụng với HNO3 2) Cho hỗn hợp oxit sắt có tính khử Cu (hoặc Fe) tác dụng với dung dịch HNO3 Phương pháp giải:Dùng cách quy đổi Nội dung phương pháp: Với hỗn hợp nhiều chất ta coi hỗn hợp tương đương với số chất (thường 2) chất (chẳng hạn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 Fe3O4 coi tương đương FeO Fe2O3 biết FeO Fe2O3 có số mol coi tương đương với Fe3O4) quy đổi theo nguyên tố thành phần tạo nên hỗn hợp VD1 Để m gam Fe không khí, sau thời gian biến thành hỗn hợp H có khối lượng 12 gam gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 Fe Hòa tan hết H vào dung dịch HNO3 thu 2,24 lít khí NO (đo đktc) Giá trị m gam bao nhiêu? Giải nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol Gọi x số mol Fe; y tổng số mol nguyên tử O không khí tham gia phản ứng Ta có: mH = 56x + 16y = 12 (1) Trong toàn trình phản ứng: ne (Fe cho) = ne(O nhận) + ne (N nhận) ó 3x = 2y + 3.0,01 (2) Từ (1) (2) có được: x = 0,18; y = 0,12 Do đó: mFe = 56x = 10,08 Chú ý: Ngoài cách quy đổi theo Fe O ta quy đổi hỗn hợp theo Fe Fe2O3 Fe FeO FeO Fe2O3, * Lưu ý: theo cách quy đổi nghiệm tính giá trị âm ta sử dụng để tính toán bình thường Chẳng hạn, quy đổi theo Fe FeO ta có hệ: (với x = nFe; y = nFeO) Tìm x = 0,06; y = 0,12 → nFe (ban đầu) = nFe + nFe (trong FeO) =0,18 → mFe = 10,08 g Còn quy đổi theo FeO (x mol) Fe2O3 (y mol) ta có: → x = 0,3 ; y = 0,06 nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18 → mFe = 10,08 g Dùng công thức giải nhanh Gọi x số mol Fe ban đầu; a tổng số mol electron mà N+5 axit nhận vào; m’ 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 = + a → x = 0,1(m’/8 + a) hay mFe = 5,6(m’/8 + a) Nếu dùng Cu thì: nCu = 0,1(m’/8 + a); mCu = 6,4(m’/8 + a) Quy đổi gián tiếp Giả sử trình thứ hai ta không dùng HNO3 mà thay O2 để oxi hóa hoàn toàn hỗn hợp H thành Fe2O3 từ việc bảo toàn e: nO (thêm) = 3/2nNO = 0,15 (mol) → moxit = 12 + 0,15.16 = 14,4 → nFe = 0,18 (mol) VD2: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS2 HNO3 dư 0,48 mol NO2 dung dịch X Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi khối lượng chất rắn thu bao nhiêu? Giải: Gọi x, y tổng số mol Fe S hỗn hợp (cũng coi x, y số mol Fe S tham gia phản ứng với tạo hỗn hợp trên) Ta có: 56x + 32y = 3,76 Mặt khác: ne (cho) = 3x + 6y = 0,48 = ne (nhận) muối Fe3+ H2SO4) (vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo Từ có: x = 0,03; y = 0,065 Khi thêm Ba(OH)2 dư kết tủa thu có: Fe(OH)3 (0,03 mol) BaSO4 (0,065 mol) Sau nung chất rắn có: Fe2O3 (0,015 mol) BaSO4 (0,065 mol) mchất rắn = 160.0,015 + 233.0,065 = 17,545 (gam) VD3 Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, đun nóng khuấy Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 3,36 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc), dung dịch Y lại 2,4 gam kim loại Cô cạn dung dịch Y, thu m gam muối khan Xác định giá trị m? Giải nNO = 0,15 (mol) Gọi a số mol Cu X phản ứng Gọi b số mol Fe3O4 X Ta có: 64a + 232b = 61,2 – 2,4 Các nguyên tố Cu, Fe, O hỗn hợp X phản ứng với HNO3 chuyển thành muối Cu2+, Fe2+ (vì dư kim loại), H2O theo bảo toàn e: 2a + 2.3b – 2.4b = 3.0,15 Từ đó: a = 0,375; b = 0,15 Muối khan gồm có: Cu(NO3)2 (a = 0,375 mol) Fe(NO3)2 (3b = 0,45 mol) mmuối = 188.0,375 + 180.0,45 = 151,5 (gam) Ví dụ khác: Ví dụ 1: Cho 1,92 gam đồng vào 100 ml dung dịch chứa đồng thời KNO 0,16M H2SO4 0,4M thấy sinh chất khí có tỉ khối so với H 15 dung dịch A a) Viết phương trình ion thu gọn phản ứng tính thể tích khí sinh đktc b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa toàn ion Cu2+ dung dịch A Giải a) nKNO3 = 0,16 × 0,1 = 0,16 mol nH2SO4 = 0,4 × 0,1 = 0,4 mol Vậy 100 ml dung dịch có 0,016 mol NO 0,08 mol H+ Khí sinh có M = 30 NO theo phương trình phản ứng sau: 3Cu + 8H+ + 2NO3 = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Số mol b đầu 0,03 0 (1) 0,080 0,016 mol Số mol p.ư 0,024 0,064 0,016 0,024 0,016 mol Số mol c.lại 0,006 0,016 0,0024 0,016 mol Vậy VNO(đktc) = 0,016×22,4 = 0,3584 lít b) Dung dịch A thu sau có chứa: 0,016 mol H + 0,024 mol Cu2+ Khi cho NaOH vào dung dịch A, trước hết xảy phản ứng: NaOH H2O + H+ → Na+ + (2) 0,016 mol Sau xảy phản ứng: 0,016 mol Cu2+ + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2Na+ 0,024 mol (3) 0,048 mol Vậy (cần) = 0,016 + 0,048 = 0,064 mol VddNaOH 0,5M (tối thiểu cần) Ví dụ 2: Tiến hành hai thí nghiệm sau: * Thí nghiệm 1: Hoà tan 6,4 g Cu 120 ml dung dịch HNO 1M * Thí nghiệm 2: Hoà tan 6,4 g Cu 120 mol dung dịch hỗn hợp HNO 1M Hãy so sánh thể tích khí NO (duy tạo thành) đo điều kiện nhiệt độ áp suất, thoát hai thí nghiệm Giải: * Thí nghiệm 1: Phương trình phản ứng: 3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Số mol b.đầu (mol): 0,1 Số mol p.ư (mol): 0,12 0,045 0,12 Số mol lại (mol): 0,055 0,12 (1) 0,03 0,045 0,03 0,09 0,045 0,03 * Thí nghiệm 2: nCu = 0,1 mol nHNO3 = 0,12 mol nH2SO4 = 0,12 × = 0,06 mol Phương trình phản ứng: 3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Số mol b.đầu (mol): Số mol p.ư (mol): 0,1 0,24 0,09 0,24 0,06 0,06 0,06 0,06 Số mol lại (mol): 0,01 (1) 0,12 Vì tỉ lệ thể tích tỉ lệ số mol khí đo điều kiện nên lượng NO Ví dụ 3: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch hỗn hợp HNO 1M H2SO4 0,5M, kết thúc phản ứng thu V lít (ở đktc) khí không màu thoát ra, hóa nâu không khí V có giá trị bao nhiêu? Giải nCu = 0,15 mol ; nNO3– = 0,18 mol ; Σ nH+ = 0,36 mol 3Cu + 8H+ + 2NO3– → 3Cu2+ + 4H2O 0,36 → 2NO + 0,09 Do → H+ hết ; Cu dư → VNO = 0,09.22,4 = 2,016 lít Ví dụ 4: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M NaNO3 0,2M Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu dung dịch X khí NO (sản phẩm khử nhất) Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X lượng kết tủa thu lớn Giá trị tối thiểu V bao nhiêu? Giải: nFe = 0,02 mol ; nCu = 0,03 mol → Σ ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol ; nH+ = 0,4 mol ; nNO3– = 0,08 mol (Ion NO3– môi trường H+ có tính oxi hóa mạnh HNO3) - Bán phản ứng: NO3– + 3e + 4H+ → NO + 2H2O 0,12→ 0,16 Do → kim loại hết H+ dư → nH+ dư = 0,4 – 0,16 = 0,24 mol → Σ nOH– (tạo kết tủa max) = 0,24 + 0,02.3 + 0,03.2 = 0,36 → V = 0,36 lít hay 360 ml ... tính oxi hóa mạnh HNO3 l Anion NO3- Mt: H2O Không có tính oxi hóa Mt: OH- Bị Al, Zn khử đến NH3 • Nhận biết: - môi trường trung tính, ion NO3 tính oxi hóa Khi có mặt NO3 có tính oxi hóa mạnh... phản ứng trung hòa Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), dùng dư axit tạo muối hóa trị kim loại (Fe3+, Cr3+); axit dùng thiếu, dư kim loại tạo muối hóa trị (Fe2+, Cr2+), tạo đồng thời loại... -: HNO3 oxit mạnh có tính oxi hóa mạnh nên phản ứng với kim loại hay hợp chất có tính oxi hóa mạnh (vd: FeO, Fe3O4, Fe(OH)2, …) cho muối Nitrat kim loại có tính oxi hóa cao sản phẩm khử gồm: NO2,