PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG AXIT NITRIC (HNO3)

I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1. Phương trình tổng quát

 - Kim loại + HNO₃ đặc, nóng → muối nitrat + NO₂ + H₂O.

    M + 2nHNO₃ → M(NO₃)n + nNO₂ + nH₂O

 - Kim loại + HNO₃ loãng → muối nitrat + NO + H₂O. 

   3M + 4nHNO₃ → 3M(NO₃)_n + nNO + 2nH₂O

* Lưu ý: 

 - Axit nitric tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt).

 - Một số kim loại (Fe, Al, Cr, . . .) không tan trong axit HNO₃ đặc, nguội do bị thụ động hóa.

 - Axit nitric loãng khi tác dụng với kim loại có tính khử mạnh như Mg, Al , Zn... thì sản phẩm khử tạo thành có thể NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃.

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

Tùy điều kiện phản ứng mà sản phẩm tạo thành có thể là một khí hoặc nhiều khí (đặc biệt khi giải bài tập cần lưu ý đến NH₄NO₃).

 - Kim loại tác dụng với HNO₃ dù trong bất kì điều kiện nào cũng không tạo ra khí H₂.

 - Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3 của kim loại (Fe³⁺, Cr³⁺); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2 (Fe²⁺, Cr²⁺), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối.

 

2. Phương pháp giải bài tập

a. 1 kim loại + HNO₃ → 1 sản phẩm khử (NO₂; NO; N₂O; N₂; NH₄NO₃)

 * Nhận xét: Với dạng bài tập này khá đơn giản thì chúng ta dùng phương trình phân tử hoặc bán phương trình đều được.

Ví dụ: Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO₃ dư thu được dung dịch 2,24 lit khí NO (đktc). Tìm m?

Gợi ý

Số mol NO = 0,1 mol

Phương trình hóa học

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

  x = 0,1.3/2 = 0,15 mol

→ m = 0,15 .64 = 9,6g

* Lưu ý: Fe và Cr khi tác dụng với dung dịch HNO₃ nếu có thêm từ dung dịch axit tối thiểu hoặc có kim loại dư thì sản phẩm tạo thành là Fe (II) và Cr (II).

Ví dụ: Cho mg Fe vào dung dịch HNO₃ thu được 3,36 lit khí NO (là sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tìm m (Biết HNO₃ cần dùng với một lượng tối thiểu)

 * Nhận xét: Fe tác dụng với HNO₃ tạo ra Fe(III) sau đó tác dụng lại với Fe dư tạo thành Fe(II).

  Gợi ý

   Số mol NO = 0,15 mol

   3Fe + 8HNO₃ → 3Fe(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

    x = 0,15.3/2 = 0,225 mol

 → m = 0,225 .56 = 12,6g

b. 2 hay nhiều kim loại + HNO₃ → 1 sản phẩm khử (NO₂; NO; N₂O; N₂; NH₄NO₃)

 * Nhận xét: Với dạng bài tập này chúng ta nên viết bán phương trình sẽ tiện hơn nhiều so với phương trình phân tử. Sau đó, dựa vào ĐLBT electron:

   Tổng e cho = tổng e nhận 

Ví dụ: Cho 11 g hỗn hợp hai kim loại Al và Fe vào dung dịch HNO₃ loãng dư, thu được 6,72 lit khí NO (đktc) duy nhất. Tính khối lượng (g) của Al và Fe trong hỗn hợp đầu?

Gợi ý

n_NO = 6,72/22,4 = 0,3 mol

Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp đầu

Ta có:  27x + 56y = 11      (1)      

    Al    →  Al⁺³ +  3e

     x                        3x mol

     Fe   →  Fe⁺³ +  3e

     y                        3y mol

    N⁺⁵   +  3e  →  N⁺²

               0,9       0,3 mol

Theo định luật bảo toàn e: n_{e (KL nhường)}   =  n_{e  (N nhận)} = 0,9 mol

    hay:   3x + 3y = 0,9      (2)

Từ (1) và (2) ta có:

 → x = 0,2 mol và y = 0,1 

 → mAl = 5,4g và mFe = 5,6g

c. 1 kim loại + HNO₃ → 2 sản phẩm khử (NO₂; NO; N₂O; N₂; NH₄NO₃)

 * Nhận xét: Với dạng bài tập này chúng ta nên viết bán phương trình sẽ tiện hơn nhiều so với phương trình phân tử. Sau đó, dựa vào ĐLBT electron:

Tổng e cho = tổng e nhận 

Ví dụ: Cho 16g Cu vào dung dịch HNO₃ sau phản ứng thu được 6,72 lit hỗn hợp khí X(gồm NO và NO₂) (đktc). Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp X?

Gợi ý

   Số mol X = 0,3 mol

   Số mol Cu = 0,25 mol

Gọi x, y là số mol của NO₂ và NO

   Ta có: x + y = 0,3 (1)

   Cu → Cu⁺² + 2e

   0,25              0,5 mol

   N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

              x        x mol

   N⁺⁵ + 3e → N⁺²

             3y       y mol

Theo ĐLBT e:

   x + 3y = 0,5 (2)

Từ (1) và (2) ta có:

  → x = 0,2 mol và y = 0,1mol

%V_NO2 = 66,7% và %V_NO = 33,3% 

* Lưu ý: Đối với Mg, Al, Zn khi tác  dụng với HNO₃. Nếu không có sản phẩm khử duy nhất hãy cẩn thận có muối NH₄NO₃ tạo thành.

Ví dụ: Cho 37,8g Al vào dung dịch axit HNO₃ loãng dư thu được dung dịch X và V lit khí N₂ (đktc). Sau khi cô cạn dung dịch X thu được 310,2g chất rắn khan. Tìm V

Gợi ý

Số mol Al = 1,4 mol

Nhận xét: Nếu muối khan chỉ chứa Al(NO₃)₃ = 310,2/213 = 1,45 > 1,4 mol (loại) 

→ có muối NH₄NO₃ tạo thành với khối lượng mNH₄NO₃ = 310,2 - 1,4.213 = 12g (ứng với 0,15 mol)

   Al  → Al⁺³ + 3e

   1,4                  4,2 mol

   2N⁺⁵ + 10e  → N₂

               10x      x mol

   N⁺⁵ + 8e  → N^-3

            1,2       0,15 mol

Theo ĐLBT e: 10x + 1,2 = 4,2 → x = 0,3 mol

  → V = 6,72 lit

* Lưu ý: Khi kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HNO₃ với HCl (hoặc H₂SO₄ loãng) 

→ tổng số mol H⁺ = số mol HCl + số mol HNO₃

                               = 2 số mol H₂SO₄ + số mol HNO₃

Phương trình

  M → M⁺ⁿ + ne

  NO₃^- + 3e + 4H⁺ → NO + 2H₂O

Ví dụ: Cho 5,76g Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO₃ 1 M, H₂SO₄ 0,5 M thu được V lit NO (ở đktc). Tìm V?

Gợi ý

n_HNO3 = 0,12.1 = 0,12 mol 

n_H2SO4 = 0,12.0,5 = 0,06 mol

 Tổng số mol H⁺ = 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol

 n_Cu = 0,09 mol

Phương trình:        

 3Cu  +  8H⁺ +  2NO₃^-   →  3Cu⁺²  +  2NO  +  4H₂O

  0,09     0,24                                      x = 0,09.2/3 = 0,06 mol

→ V_NO = 1,344 lit 

  * Nhận xét: Khi sử dụng bán phương trình thì tổng số mol H+ được tính bằng

  n_H⁺ = 2n_NO2 + 4n_NO + 10n_N2O + 12n_N2 + 8n_NH4NO3

 

II. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1: Hoà tan hoàn toàn 0,9 g kim loại X vào dung dịch HNO₃ thu được 0,28 lít khí N₂O (đktc). Vậy X có thể là

   A. Cu                                     

   B.  Fe                                     

   C. Zn                                      

   D. Al

Câu 2: Hoà tan m gam Fe vào dung dịch HNO₃ loãng, dư thu được 0,448 lit khí NO duy nhất (đktc). Giá trị của m là:

   A. 1,12 gam.                          

   B. 11,2 gam.                           

   C. 0,56 gam.               

   D. 5,6 gam.

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO₃ loãng (dư), thu được dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N₂O và N₂. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với H₂ là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là:

   A. 97,98.                                

   B. 106,38.                              

   C. 38,34.                                

   D. 34,08.

Câu 4: Hoà tan hoàn toàn 0,1 mol Fe và 0,2 mol Al vào dung dịch HNO₃ dư thu được hỗn hợp khí A gồm NO và NO₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 2:1. Thể tích của hỗn hợp khí A (ở đktc) là

   A. 86,4 lít                               

   B. 8,64 lít                               

   C. 19,28 lít                 

   D. 192,8 lít

Câu 5: Hoà tan hoàn toàn a gam Al trong dung dịch HNO₃ loãng thấy thoát ra 44,8 lít hỗn hợp 3 khí NO, N₂O và N₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1:2:2. Giá trị của a là           

   A. 140,4 gam                         

   B. 70,2 gam                            

   C. 35,1 gam                

   D. 45,3 gam

Câu 6: Hoà tan hoàn toàn 12,8 gam Cu trong dung dịch HNO₃ thấy thoát ra V lít hỗn hợp khí A gồm NO, NO₂ (đktc). Biết  tỉ khối hơi của A so với H₂ là 19. Giá trị của V là

   A. 4,48 lít                               

   B. 2,24 lít                               

   C. 0,448 lít                 

   D. Kết quả khác

Câu 7: Cho 8 gam Cu tác dụng với 120 ml dung dịch X gồm HNO₃ 1 M và H₂SO₄ 0,5 M thu được V lit khi NO (đkc). Tính V?

   A. 1,244 lit                             

   B. 1,68 lit                               

   C. 1,344 lit                             

   D. 1,12 lit

Câu 8: Cho 1,86 gam hợp kim Mg và Al vào dung dịch HNO₃ loãng dư thu được 560 ml (đktc) khí N₂O duy nhất khối lượng của Mg trong hỗn hợp là:            

   A. 1,62 gam                           

   B. 0,22 gam                            

   C. 1,64 gam                

   D. 0,24 gam.

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