PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP KIM LOẠI + HNO3 CÓ TẠO THÀNH MUỐI AMONI

I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Đối với các kim loại có tính khử mạnh như Al, Mg, Zn khi tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra muối nitrat, sản phẩm khử (NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃) và H₂O

M + HNO₃ → M(NO₃)_n + (NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃) + H₂O

* Nhận xét: Để nhận biết được sản phẩm của phản ứng có tạo ra muối NH₄NO₃ thì:

1. Sản phẩm không có khí thoát ra.

Ví dụ: Cho 3,24g Al vào dung dịch HNO₃ loãng, phản ứng xảy ra trong điều kiện thích hợp mà không có khí thoát ra. Cô cạn cẩn thận dung dịch thu được mg chất rắn. Tìm m.

Hướng dẫn

n_Al = 0,12 mol

không có khí thoát ra thì sản phẩm khử là NH₄NO₃

8Al +  30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

 0,12                                                         0,015 mol

  m_muối = m_Al(NO3)3 + m_NH4NO3

                = 213. 0,12 + 80. 0,015 = 26,76g

2. Có 2 dữ kiện cho bài tập 1 kim loại tác dụng với HNO₃ thu được 1 sản phẩm khí

- Cùng có dữ kiện kim loại và muối

Ví dụ: Cho 4,8 gam Mg tan hết trong dung dịch HNO3 thu duợc dung dịch chứa 30 gam muối và V lít khí N₂ (dktc) duy nhất. Giá trị của V là

Hướng dẫn

n_Mg = 0,2 mol

m_NH4NO3 = 30 – 0,2.148 = 0,4 gam

n_NH4NO3 = 0,005 mol

5Mg + 12HNO₃ → 5Mg(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

(0,2-0,02)                                 0,036

4Mg + 10HNO₃ → 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

  0,02                                              0,005

→ V_N2 = 0,036.22,4 = 0,8064 lit

 

- Cùng có dữ kiện về kim loại và khí thoát ra

Ví dụ: Cho 22,1g Zn tan hết vào dung dịch HNO₃ loãng thu được 4,48 lit khí NO (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được mg muối khan. Tìm m.

Hướng dẫn

n_Zn = 0,34 mol

n_NO = 0,2 mol

3Zn + 8HNO₃ →  3Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

 0,3                                               0,2 mol

  Zn còn lại tác dụng với HNO₃ tạo ra NH₄NO₃

4Zn + 10HNO₃→ 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

 (0,34 - 0,3)                                0,01             

  m_muối = m_Zn(NO3)2 + m_NH4NO3

                = 0,34.189 + 0,01.80 = 65,06g

3. Áp dụng định luật Bảo toàn electron

  Tổng electron cho = tổng electron nhận

Ví dụ: Hoà tan hỗn hợp X gồm 12 gam Mg và 7,56 gam Al vào dung dịch HNO₃ rất loãng thu được 5,152 lit hỗn hợp khí Y (đktc) gồm NO và N₂O có d_X/H2 = 19,565 và m gam muối Z. Cô cạn dung dịch muối Z tính khối lượng muối khan thu được.

Hướng dẫn

   n_Mg = 0,5 mol

   n_Al = 0,24 mol

   n_Y = 0,23 mol

   M_tbX = 39,13

Gọi x, y là số mol của NO và N₂O

Ta có: 30x + 44y = 39,13.0,23 = 9 (1)

            x + y = 0,23 (2)

Giải hệ (1) và (2) → x = 0,08 mol và y = 0,15 mol

   Mg → Mg²⁺ + 2e

   0,5                  1

   Al → Al³⁺ + 3e

  0,28           0,84

   N⁺⁵ + 3e → N⁺²

          0,24   0,08

   2N⁺⁵ + 8e → N₂O

            1,2      0,15

   N⁺⁵ + 8e → N^-3

              8a     a

Theo ĐLBT e: → a = 0,05 mol

 m_Z = 148.0,5 + 213. 0,28 + 80.0,05 = 137,64 g

 

II. BÀI TẬP VẬN DỤNG

1. Cho 2,7 gam Al tan hết trong dung dịch hỗn hợp chứa KNO₃ và H₂SO₄ thu được dung dịch X chỉ chứa muối trung hòa và hỗn hợp khí Y gồm 0,01 mol N₂, 0,02 mol H₂. Cô cạn dung dịch X được m gam muối khan. Giá trị của m là

   A. 22,80.             

   B. 17,82.             

   C. 21,9.               

   D. 19,84.

Hướng dẫn

 n_Al = 0,1 mol

 Al → Al³⁺ + 3e

 0,1               0,3

 12H⁺ + 2NO₃^- + 10e → N₂ + 6H₂O

 0,12    0,02       0,1      0,01

 2H⁺ + 2e → H₂

 0,04  0,04   0,02

 NO₃^- + 8e + 10H⁺ → NH₄⁺ + 3H₂O

   x      8x      10x        x

Theo ĐLBT e:

 0,3 = 0,1 + 0,04 + 8x → x = 0,02 mol

 → Trong dung dịch X: Al³⁺: 0,1 mol; K⁺: 0,04 mol; NH₄⁺: 0,02 mol; SO₄^2-: 0,18 mol

 Khối lượng muối khan thu được:

 m = 0,1.27 + 0,02.18 + 0,04.39 + 0,18.96 = 21,9g

→ Đáp án: C

 

2. Hòa tan hết hỗn hợp gồm 5,4 gam Al và 5,6 gam Fe trong dung dịch HNO₃ loãng thu được dung dịch X chỉ chứa muối và hỗn hợp khí Y gồm 0,01 mol N₂, 0,01 mol N₂O và 0,14 mol NO. Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch X, kết thúc các phản ứng thì có x mol NaOH phản ứng, thu được 9,68 gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra trong điều kiện không có không khí, giá trị của x là

   A. 1,07.          

   B. 0,84.          

   C. 0,87.          

   D. 1,04.

Hướng dẫn

   n_Al = 0,2 mol

   n_Fe = 0,1 mol

m_{kết tủa} = m_Fe(OH)2 + m_Fe(OH)3 = 90x + 107 (0,1 – x) = 9,68

→  x = 0,06 mol và 1- x = 0,04 mol

  Al → Al³⁺  + 3e

  0,2                  0,6

  Fe → Fe²⁺ + 2e

  0,06            0,12

  Fe → Fe³⁺ + 3e

  0,04             0,12

  2N⁺⁵ + 10e → N₂

             0,1     0,01

  2N⁺⁵ + 8e → N₂O

           0,08    0,01

  N⁺⁵ + 3e → N⁺²

          0,42   0,14

  N⁺⁵ + 8e → N^-3

          8a      a

Theo ĐLBT e: 8a + 0,42 + 0,08 + 0,1 = 0,6 + 0,12 + 0,12

→ a = 0,03 mol

 → n_NaOH = 4n_Al3+ + 2n_Fe2+ + 3n_Fe3+ + n_NH4+= 1,07 mol

→ Đáp án: A

 

3. Hòa tan hết 16,58 gam hỗn hợp X gồm Al, Mg, Fe, FeCO₃ trong dung dịch chứa 1,16 mol NaHSO₄ và 0,24 mol HNO₃, thu được dung dịch Z (chỉ chứa muối trung hòa) và 6,89 gam hỗn hợp khí Y gồm CO₂ , N₂ , NO, H₂ (trong Y có 0,035 mol H₂ và tỉ lệ mol NO : N₂ = 2 : 1). Dung dịch Z phản ứng được tối đa với 1,46 mol NaOH, lọc lấy kết tủa đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được 8,8 gam chất rắn. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Phần trăm khối lượng Fe đơn chất trong X là

   A. 16,89%.                   

   B. 20,27%.          

   C. 33,77%.          

   D. 13,51%.

Hướng dẫn

Đặt số mol CO₂ (x), NO (2y) và N₂ (y)

Ta có: mY = 44x + 30.2y + 28y + 0,035.2 = 6,89

 = 44x + 88y = 6,82 (1)

Cho X vào dd NaHSO₄ và HNO₃

 2H⁺ + 2e → H₂

 0,07             0,035 mol

 NO₃^- + 3e + 4H⁺ → NO + 2H₂O

                    8y           2y mol

 2NO₃^- + 10e + 12H⁺→ N₂ + 6H₂O

                        12y           y mol

 NO₃^- + 8e + 10H⁺    →    NH₄⁺ + 3H₂O

                10(0,24 – 4y)   (0,24 – 4y) mol

Tổng số mol H⁺ = 2x + 8y + 12y + 10(0,24 – 4y) + 0,07 = 1,4

                   = 2x – 20y = -1,07 (2)

Giải hệ (1) và (2) → x = 0,04 mol và y = 0,0575 mol.

Đặt số mol Al (a), Mg (b), Fe (c), CO₃^2- (0,04 mol)

→ mX = 27a + 24b + 56c + 60.0,04 = 16,58 (3)

    m_rắn = mMgO + mFe₂O₃ = 40b + 80c = 8,8 (4)

Z + NaOH → dung dịch gồm Na⁺ (1,16 + 1,46 = 2,62 mol)

                                                SO₄^2- 1,16 mol

                                                AlO₂^- a mol

Theo định luật bảo toàn điện tích: a + 1,16.2 = 2,62 (5)

Giải hệ (3), (4), (5) → a = 0,3 mol, b = 0,02 mol và c = 0,1 mol.

  → nFe = c – nFeCO₃  = 0,06 mol

   % Fe =  20,27%

→ Đáp án: B

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng