HNO3 dư + KIM LOẠI

HNO3 dư + KIM LOẠI

Ths Nguyễn Quốc Việt 

Tel: 0916505381 or 0983505381

Nhận luyện thi Đại hoc môn Hóa 8, 9, 10, 11, 12

Tại Thành Phố Hà Tĩnh

1.       BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI  + HNO₃  :

1.1.         KIM LOẠI + HNO_{3 dư}:

Phương pháp giải: Phương pháp bảo toàn số mol electron

                   Cho e:

M → Mⁿ⁺ + ne

Nhận e:

N⁺⁵ + 1e → N⁺¹O₂

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

2N⁺⁵ + 8e → N₂⁺⁴O

N⁺⁵ + 10e → N₂

2N⁺⁵ + 8e → N^-3H₄N⁺⁵O₃

NHỮNG GIÁ TRỊ CẦN XÁC ĐỊNH

1.1.1.Xác định m_{kim loại} , m_muối, n_{HNO3phản ứng}, V_khí

1.1.2.Xác định khối lượng kết tủa, khối lượng chất rắn

1.1.3.Xác định sản phẩm khử  

1.1.4.Tính khối lượng chất tan trong dung dịch

1.1.1.  XÁC ĐỊNH  m_{kim loại} , m_muối, n_{HNO3phản ứng}, V_khí

m_muối = m_{kim loại} + m_NO3-(muối) + m_{NH4NO3(nếu có)}

n_NO3-(muối) = n_{e nhận}

n_HNO3 = n_N(muối) + n_{N(sản phẩm khử)}

n_N(muối) = n_NO3-(muối) = n_{e nhận}

n_{N(sản phẩm khử)} = n_NO + n_NO2 + 2n_N2O + 2n_N2 + 2n_NH4NO3

Ví dụ 1: Cho 74,5 gam hỗn hợp Cu, Mg, Al, Fe tác dụng với HNO₃ dư được 8,96lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO₂ (ở đktc) có tỉ khối so với khí H₂ bằng 19 (không tạo muối NH₄NO₃). Tính tổng khối lượng muối nitrat sinh ra.

Hướng dẩn giải:

Đặt: n_NO = x mol; n_NO2 = y mol

Ta có: x + y =  = 0,4        (1)

 30x + 46y = 0,4*38   (2)

Từ (1) và (2) Þ x = y = 0,2

Qúa trình nhận e:

N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴O₂

        0,2       0,2

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

         0,6       0,2

_{e nhận} = 0,2 + 0,6 = 0,8

m_muối = m_{kim loại} + m_NO3-(muối) = 74,5 + 0,8*62 = 124,1 gam

Ví dụ 2: Cho m gam hỗn hợp kim loại X, Y, Z tác dụng với HNO₃ dư được 8,96lít khí X NO (ở đktc) và dung dịch A (không tạo muối NH₄NO₃). Cô cạn dung dịch A thu được 139,1 gam muối khan. Tính m

Hướng dẫn giải

n_NO =  = 0,4 mol

Qúa trình nhận e:

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

         1,2       0,4

n_NO3-(muối) = n_{e nhận} = 1,2 mol

m_muối = m_{kim loại} + m_NO3-(muối) = m + 1,2x62 = 139,1

m = 64,7 gam

Ví dụ 3: Cho 34,5 gam hỗn hợp Cu, Mg, Altác dụng với HNO₃ dư được V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO₂ (ở đktc) có tỉ khối so với khí H₂ bằng 19 và dung dịch A (không tạo muối NH₄NO₃). Cô cạn dung dịch A thu được 84,1 gam muối khan. Tính V

Hướng dẫn giải

m_muối = m_{kim loại} + m_NO3-(muối) = 34,5 + m_NO3-(muối) = 84,1

Þm_NO3-(muối) = 49,6 gam;

n_{e nhận}  = n_NO3-(muối) =  = 0,8 mol

Đặt: n_NO = x mol; n_NO2 = y mol; d  =  = 19 Þ M_{trung bình} = 19*2 = 38

áp dụng quy tắc đường chéo:

x NO     30              8

                       38

y NO₂    46              8

 Þ x = y

Qúa trình nhận e:

N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴O₂

        x        x

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

         3x       x

_{e nhận} = 4x = 0,8; x = 0,2 mol

n_{hh khí} = 0,2 + 0,2 = 0,4 molÞV_{hh khí} = 0,4x22,4 = 8,96 lít

Ví dụ 4: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Ag và 0,04 mol Cu vào dung dịch HNO₃ thu được V lít hỗn hợp khí X(ở đktc)  gồm NO và NO₂ có tỉ lệ số mol tương ứng là 2:3. Tính V.

Hướng dẩn giải:

Đặt: n_NO = 2x mol; n_NO2 = 3x mol

Qúa trình cho e:

Cu → Cu²⁺ + 2e

0,04            0,08

Ag → Ag⁺  + 1e

0,1                0,1

Qúa trình nhận e:

N⁺⁵ + 1e → N⁺¹O₂

        3x        3x

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

        6x         2x

6x + 3x = 0,08 + 0,1Þ x = 0,02

n_{hh khí} = 2x + 3x = 5x = 0,1ÞV_{hh khí} = 0,1*22,4 = 2,24 lít

Ví dụ 5: Cho m gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe, Cu tác dụng với dung dịch HNO₃  thu được 1,344 lít khí NO (đktc) và dung dịch Y (không chứ muối amoni). Tính số mol HNO₃ phản ứng.

Hướng dẩn giải:

n_NO =  = 0,06 mol

Qúa trình nhận e:      N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

              0,180,06

n_{HNO3(phản ứng)} = n_N(muối) + n_{N(sản phẩm khử)} = 0,18 + 0,06 = 0,24 mol

Ví dụ 6: Cho m gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe, Cu tác dụng với dung dịch HNO₃  thu được 0,2 mol NO, 0,3 mol N₂O và dung dịch Y (không chứ muối amoni). Tính số mol HNO₃ phản ứng.

Hướng dẩn giải:

Qúa trình nhận e:

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

        0,6       0,2

2N⁺⁵ + 8e → N₂⁺¹O

         2,4       0,3

n_{HNO3(phản ứng)} = n_N(muối) + n_{N(sản phẩm khử)} = (0,6 + 2,4) + (0,2 + 0,3x2) = 3,8 mol

Ví dụ 7: Cho m gam hỗn hợp Zn, Cu, Ag, Al, Fe tác dụng với HNO₃ dư được 8,96lít hỗn hợp khí X gồm N₂,NO, N₂O, NO₂ (ở đktc) có tỉ lệ số mol là 1:2 :3 :4 và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, đun nóng thu được 0,224 lít khí (ở đktc). Tính số mol HNO₃ phản ứng.

Hướng dẫn giải :

Đặt : n_N2 = x ; n_NO = 2x ; n_N2O =3x; n_NO2 = 4xÞ x + 2x + 3x + 4x =  = 0,4    x = 0,04

dd Y + dd NaOH → Þ dd Y có NH₄NO₃, khí là NH₃         (n_NH3 = 0,01)

NH₄⁺ + OH^- → NH₃^↑ + H₂O

                         0,01                   0,01

Nhận e:   N⁺⁵ + 1e → N⁺¹O₂

        0,16     0,16

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

        0,24     0,08

2N⁺⁵ + 8e → N₂⁺⁴O

          0,96     0,12

N⁺⁵ + 10e → N₂

          0,4      0,04

2N⁺⁵ + 8e → N^-3H₄N⁺⁵O₃

   0,08        0,01

n_{e nhận} = 0,16 + 0,24 + 0,96 + 0,4 + 0,08 = 1,84 mol

n_{N(sản phẩm khử)} = n_NO + n_NO2 + 2n_N2O + 2n_N2 + 2n_NH4NO3

 = 0,08 + 0,16 + 0,12*2 + 0,04*2 + 0,01*2 = 0,58 mol

n_HNO3 = n_N(muối) + n_{N(sản phẩm khử)} = 1,84 + 0,58 = 2,42 mol

Ví dụ 8: Hòa tan hết 10,24 gam Cu bằng 200 ml dung dịch HNO₃ 3M thu được dung dịch A. Cho 400 ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch A, lọc kết tủa, cô cạn dung dịch sau phản ứng đem chất rắn nung đến khối lượng không đổi thu được 26,44 gam chất rắn. Tính số mol HNO₃ phản ứng với Cu

     Hướng dẫn giải

n_Cu = 0,16 mol; n_HNO3 = 0,6 mol; n_NaOH = 0,4 mol

     Sơ đồ phản ứng:

Cu + dd HNO3 →	Cu(NO3)2 HNO3 dư	+	NaOH →	NaNO3 NaOHdư		NaNO2
						NaOH

ddA + NaOH:

              Cu(NO₃)₂ + 2NaOH → 2NaNO₃ + Cu(OH)_2↓

              0,16            0,32            0,32

                       HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O

                        0,04                      0,04

Cô cạn dung dịch thu được: NaNO₃ và NaOH dư

NaNO₃ → NaNO₂ + ½ O₂

Chất rắn: NaNO₂ a mol và NaOH b mol

Ta có: a + b = 0,4; 69a + 40b = 26,44 Þ a = 0,36 mol; b = 0,04 mol

Þ n_{HNO3 dư} = 0,36 – 0,32 = 0,04 mol Þ n_{HNO3 pư với Cu} = 0,6 – 0,04 = 0,56 mol

1.1.2.  XÁC ĐỊNH  m_{kết tủa}; m_{chất rắn}

M M(NO₃)_n  M(OH)_n  M₂O_n

m_{kết tủa} = m_{kim loại} + m_OH-;       n_OH- = n_NO3-(muối) = n_{e nhận}

m_{chất rắn} = m_{kim loại} + m_O2-;      n_O2- =  n_{e nhận}

Ví dụ 9: Cho 45,8 gam hỗn hợp Cu, Mg, Fe tác dụng với HNO₃ dư được 6,72 lít khí NO (ở đktc) và dung dịch Y (không tạo muối NH₄NO₃). Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được m gam kết tủa. Tính m

Hướng dẩn giải:

n_NO =  = 0,3 mol

Qúa trình nhận e:      N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

              0,9       0,3

Đặt hỗn hợp Cu, Mg, Fe là kim loại M

Ta có sơ đồ phản ứng : M M(NO₃)_n  M(OH)_n

n_OH- = n_NO3-(muối) = n_{e nhận} = 0,9mol

m_↓= m_{kim loại} + m_OH- = 45,8 + 0,9*17 = 61,1 gam

Ví dụ 10: Cho 49,91 gam hỗn hợp X gồm Zn, Fe, Al tác dụng hết với dung dịch HNO₃ loãng dư thu được 8,96 lít khí NO (đktc) và dung dịch Y (không tạo muối NH₄NO₃). Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thì thu được lượng kết tủa lớn nhất, nung kết tủa đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

n_NO =  = 0,4 mol

Qúa trình nhận e:      N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

              1,2       0,4

Đặt hỗn hợp  Zn, Fe, Al là kim loại M

Ta có sơ đồ phản ứng : M M(NO₃)_n  M(OH)_n M₂O_n

n_O2- = n_{e nhận} = 0,6mol

m_↓= m_{kim loại} + m_O2- = 49,91 + 0,6*16 = 56 gam

Ví dụ 11: Cho hỗn hợp Mg và Al vào dung dịch HNO₃ loãng dư, phản ứng xong thu được 0,02 mol khí N₂O và dung dịch X. Cho NaOH dư vào X đun nóng thu được 0,02 mol khí thoát ra và 5,8 g kết tủa. Khối lượng của Al trong hỗn hợp là:

     Hướng dẫn giải:

dd Y + dd NaOH → Þdung dịch Y có NH₄NO₃khí là NH₃ (n_NH3 = 0,02)

NH₄⁺ + OH^- → NH₃^↑ + H₂O

                         0,02                   0,02

Sơ đồ phản ứng:

Mg		Mg2+		↓ Mg(OH)2
Al		Al3+

Al(OH)₃ + OH^- → Al(OH)₄^-

n_Mg(OH)2 =  = 0,1 mol; n_Mg = 0,1 mol

Qúa trình cho e:

Mg → Mg²⁺ + 2e

0,1                0,2

Al → Al³⁺  + 3e

x                    3x

Nhận e:   2N⁺⁵ + 8e → N₂⁺⁴O

          0,16     0,02

2N⁺⁵ + 8e → N^-3H₄N⁺⁵O₃

0,16        0,02

Ta có: 3x + 0,2 = 0,32 Þx = 0,04 mol;      m_Al = 0,04x27 = 1,08 gam

1.1.3.  XÁC ĐỊNH SẢN PHẨM KHỬ

-         X + HNO₃→ dd Y; dd Y + dd NaOH →

(NH₄⁺ + OH^- → NH₃^↑ + H₂O)

Þ SPK có NH₄NO₃                  

-         n_{e kimloại cho}> n_{e khí nhận}   Þ SPK có NH₄NO₃

-         m_{muối thu được}>  m_M(NO3)n   Þ SPK có NH₄NO₃

-         n_{HNO3 pư tính theo khí} < n_{HNO3 ban đầu} Þ SPK có NH₄NO₃

-         N⁺⁵ + ne → X

n = 1 Þ X là NO₂

n = 3 Þ X là NO

n = 8 Þ X là N₂O

n = 10 ÞX là N₂

Ví dụ 12: Hổn hợp  kim loai A gồm: 0,1 mol X hoá trị I, 0,2 mol Y hoá trị II, 0,3mol Z hoá trị III. Hoà tan hổn hợp X vào dung dịch HNO₃dư   sau phản ứng thu được 31,36 lít khí B ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Xác định công thức phân tử của B là

Hướng dẫn giải:

n_B =  = 1,4 mol

Cho e: X → X²⁺ + 1e

          0,1               0,1

            Y → Y²⁺ + 2e

           0,2              0,4

            Z → Z³⁺ + 3e

           0,3              0,9

Nhận e: N⁺⁵ + ne → B

                     1,4n    1,4

Ta có: 0,1 + 0,4 + 0,9 = 1,4n;    n = 1 Þkhí là NO₂

Ví dụ 13: Hòa tan 2,4 gam Mg vào dung dịch HNO₃ loãng dư, sau phản ứng thu được hổn hợp khí X gồm 0,04 mol NO và 0,01 mol N_xO_y, dung dịch B (không chưa muối amoni). Công thức phân tử của N_xO_y là    

Hướng dẫn giải:

n_Mg =  = 0,1 mol

Cho e: Mg → Mg²⁺ + 2e

                      0,1                  0,2

Nhận e: N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

                      0,12     0,04

           N⁺⁵ + ne → X (N_xO_y)

          0,01n       0,01

Ta có: 0,12 + 0,01n = 0,2;   n = 8 Þkhí là N₂O

Ví du 14: Hỗn hợp X gồm Mg và MgO được chia thành 2 phần bằng nhau. Cho phần 1 tác dụng hết với dung dịch HCl thu được 3,136 lít khí (đktc); cô cạn dung dịch và làm khô thì thu được 14,25g chất rắn khan A. Cho phần 2 tác dụng hết với dung dịch HNO₃ thì thu được 0,448 lít khí Y (đktc), cô cạn dung dịch và làm khô thì thu được 23 gam chất rắn khan B. Xác định công thức phân tử của Y.

Hướng dẩn giải:

n_H2 =  = 0,14 mol;             n_MgCl2 =  = 0,15 mol

Phần 1:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ (1)

0,14                 0,14       0,14

MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O         (2)

0,01                  0,01

Phần 2: n_Y =  = 0,02 mol

( 0,14 mol Mg, 0,01 mol MgO) + HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + SPK + H₂O

n_Mg(NO3)2 = 0,14 + 0,01 = 0,15 mol

m_Mg(NO3)2 = 0,15*148 = 22,2 gam  m_{CR B} = 23 gamÞ SPK có NH₄NO₃m_NH4NO3 = 23 – 22,2 = 0,8 gam;  n_NH4NO3 =  = 0,01 mol

Cho e:  Mg → Mg²⁺ + 2e                   (Mg⁺²O không cho e)

           0,14                 0,28

Nhận e: 2N⁺⁵ + 8e → N^-3H₄N⁺⁵O₃

          0,08         0,01

N⁺⁵ + ne → Y

       0,02n   0,02

          Ta có: 0,08 + 0,02n = 0,28;  n = 10 Þkhí là N₂

Ví dụ 15: Hoà tan 12,42 gam hổn hợp Al bằng dung dịch HNO₃ loãng dư, sau phản ứng thu được dung dịch X và 1,344 lít hổn hợp khí Y gồm N₂ và N₂O (ở đktc) có tỉ khối so với H₂ bằng 18. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là

Hướng dẩn giải:

Đặt: n_N2 = x mol; n_N2O = y mol

Ta có: x + y = 1,344  = 0,06        (1)

d  =  = 18 ÞM = 18*2 = 36

áp dụng quy tắc đường chéo:

x N₂       28              8

                       36

y N₂O    44              8

 =  = 1                       (2)

Từ (1) và (2) ta có: x = y = 0,03 mol

n_Al =  = 0,46 mol

Qúa trình cho e:

                        Al → Al³⁺ +3e

                        0,46             1,38

Qúa trình nhận e:

2N⁺⁵ + 10e → N₂

        0,3          0,03

2N⁺⁵ + 8e → N⁺¹₂O

         0,24     0,03

n_{e khí nhận} = 0,3 + 0,24 = 0,54  n_{e kim loại cho} = 1,38 ÞSPK có  NH₄NO₃

n_{e NH4NO3 nhận} = 1,38 – 0,54 = 0,84

2N⁺⁵ + 8e → N^-3H₄N⁺⁵O₃

          0,84         0,105

m_muối = m_kl + m_NO3-(muối) + m_NH4NO3 = 12,42 + 1,38*62 + 0,105*80 = 106,38 g

1.1.4.  TÍNH m_{chất tan} TRONG DUNG DỊCH

KL(X, Y) + axit(HNO₃, H₂SO₄) → chất tan + NO + SO₂ + H₂O

m_{kim loại} + m_axit = m_{chất tan} + m_NO + m_SO2 + m_H2O

n_{H+ phản ứng} = n_{e nhận} + n_NO + 2n_SO2; n_H2O =  n_{H+ phản ứng}

Ví dụ 16: Cho 11,28 gam hỗn hợp A gồm Cu, Ag tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch B gồm HNO₃ 1M và H₂SO₄ 0,2M thu được khí NO duy nhất và dung dịch C chứa m gam chất tan. Xác định m.

Hướng dẫn giải:

n_HNO3 = 0,2 mol; n_H2SO4 = 0,04

n_H+ = 0,2 + 0,04*2 = 0,28 mol; n_NO3- = 0,2 mol

Sơ đồ phản ứng: KL(Cu,Ag) + axit(HNO₃, H₂SO₄) → chất tan + NO + H₂O

Ta có: m_{kim loại} + m_axit = m_{chất tan} + m_NO +m_H2O

Để tính m_{chất tan} ta cần tính  m_NO và m_H2O. Có 2 cách tính m_NO và m_H2O

4H⁺ + NO₃^- + 3e → NO + 2H₂O

             0,28                       0,07     0,14

 =  =  = 0,2  Þ H⁺ hết, NO₃^- dư

m_{chất tan} = m_{kim loại} + m_axit – ( m_NO +m_H2O)

 = 11,28 + 0,2*63 + 0,04*98 – ( 0,07*30 + 0,14*18) = 23,18 gam

Ví dụ 17: Cho 18,2 gam  hỗn hợp A gồm Al, Cu vào 100 ml dung dịch B chứa HNO₃ 2M và H₂SO₄12M và đun nóng thu được dung dịch C và 8,96 lít hỗn hợp khí D (đktc) gồm NO và SO₂, tỉ lệ mol 1:1. Tính tổng khối lượng chất tan trong C .

Hướng dẫn giải:

n_HNO3 = 0,2 mol; n_H2SO4 = 1,2 0mol

Ta có: n_{hh khí} =  = 0,4;n_NO =n_SO2= 0,2

Sơ đồ phản ứng:

KL(Cu,Al) + axit(HNO₃, H₂SO₄) → chất tan + NO + SO₂ + H₂O

Ta có:     m_{kim loại} + m_axit = m_{chất tan} + m_NO + m_SO2 + m_H2O

Qúa trình nhận e:

N⁺⁵ + 3e → N⁺²O

         0,6      0,2

S⁺⁶ + 2e → S⁺²O₂

        0,4       0,2

n_{H+ phản ứng} = n_{e nhận} + n_NO + 2n_SO2 = 1 + 0,2 + 0,2*2 = 1,6

(2n_SO2 vì một phân tử H₂SO₄ có 2 H⁺)

n_H2O =  n_{H+ phản ứng} =  = 0,8

m_{chất tan} = m_{kim loại} + m_axit – ( m_NO + m_SO2+m_H2O)

            = 18,2 + 0,2*63 + 1,2*98 – ( 0,2*30 + 0,2*64 + 0,8*18) = 115,2 gam