Hướng dẫn giải bài tập về Axit nitric

HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VỀ AXIT NITRIC

I. Kim loại tác dụng với HNO₃
+ Với axit đặc, nóng tạo ra sản phẩm NO₂
+ Với axit loãng, thường cho ra NO. Nếu chất khử có tính khử mạnh, nồng độ axit và nhiệt độ thích hợp có thể cho ra N₂O, N₂, NH₄NO₃.
+ Với axit HNO₃đặc thì có một số kim loại (Fe, Al, Cr, . . .) không phản ứng do bị thụ động hóa.

VD1: Hoà tan hoàn toàn m gam Fe vào dung dịch HNO₃ loãng dư thì thu được 0,448 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc). Giá trị của m là:
A. 11,20 gam. B. 0,56 gam. C. 5,60 gam. D. 1,12 gam.
Lời giải:
Ta có số mol của NO = 0,448/22,4 = 0,02 (mol)
Dựa và quá trình khử và oxi hóa:

$Fe\to F{{e}^{3+}}+3e$
$\frac{m}{56}$ $\frac{3m}{56}$

$\overset{+5}{\mathop{N}}\,+3e\to \overset{+2}{\mathop{N}}\,O$
0,06 0,02

Theo định luật bảo toàn electron thì 3m/56 = 0,06 => m = 1,12 gam
=> Chọn đáp án D

VD2: Hỗn hợp X gồm Cu, Al, Fe cho tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng, dư thu được 0,1 mol N₂O và 0,2 mol NO. Số mol HNO₃ đã tham gia phản ứng là
A. 0,4 mol. B. 1,8 mol. C. 1,6 mol. D. 1,2 mol.
Lời giải
Dựa và quá trình khử:

$2NO_{3}^{-}$	$+10{{H}^{+}}$	+8e	$\to {{N}_{2}}O$	$+5{{H}_{2}}O$
	1		0,1 mol
$NO_{3}^{-}$	$+4{{H}^{+}}$	+3e	$\to NO$	$+2{{H}_{2}}O$
	0,8		0,2 mol

=> Số mol HNO₃ đã tham gia phản ứng là 1 + 0,8 = 1,8 mol
=> Chọn đáp án B

II. Oxit kim loại tác dụng với HNO₃
* Các oxit kim loại nếu không có tính khử (Fe₂O₃) thì phản ứng xảy ra chỉ tạo muối và nước:
$F{{e}_{2}}{{O}_{3}}+6HN{{O}_{3}}\to 2Fe{{(N{{O}_{3}})}_{3}}+3{{H}_{2}}O$

* Trong trường hợp oxit sắt có tính khử (FeO, Fe₃O₄) thì phản ứng xảy ra tạo sản phẩm có số oxi hóa dương cao nhất (Fe⁺³):
$F{{e}_{x}}{{O}_{y}}+HN{{O}_{3}}\to F{{e}^{3+}}+(NO/N{{O}_{2}})+{{H}_{2}}O$

VD: Để m gam phoi bào sắt ngoài không khí sau một thời gian biến thành hỗn hợp A có khối lượng 12 gam gồm Fe và các oxit FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. Cho B tác dụng hoàn toàn với axit nitric dư thấy giải phóng ra 2,24 lít khí duy nhất NO. Giá trị của m và số mol HNO₃ đã phản ứng là :
A. 10,08 gam và 0,64 mol. B. 8,88 gam và 0,54 mol.
C.10,48 gam và 0,64 mol. D. 9,28 gam và 0,54 mol.
Lời giải:
Xét quá trình oxi hóa đầu và cuối:

$Fe\to F{{e}^{3+}}+3e$	$\overset{+5}{\mathop{N}}\,$	+3e	$\to \overset{+2}{\mathop{N}}\,O$
$\frac{m}{56}$ $\frac{3m}{56}$		0,3	0,1
	$\overset{0}{\mathop{O}}\,$	+2e	$\to \overset{-2}{\mathop{O}}\,$
	$\frac{12-m}{16}$	$\frac{12-m}{8}$

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có :
3.(m/56) = (12-m)/8 + 3.0,1
=> m = 10,08 gam.
Số mol HNO₃ = 3. số mol Fe + số mol NO = 10,08/56 + 0,1 = 0,64 mol
=> Đáp án A.

III. Hợp chất của lưu huỳnh tác dụng với HNO₃
* Các hợp chất của lưu huỳnh có số oxi hóa -2, 0, +4 khi tác dụng với HNO₃ sẽ tạo ra sản phẩm SO₄^2- trong đó số ô xi hóa của S là +6).
* Khi cho hỗn hợp chẳng hạn như Cu, CuS, Cu₂S và S thì ta quy đổi thành hỗn hợp gồm Cu và S; hoặc hỗn hợp Fe, FeS, S thì ta quy đổi về hỗn hợp gồm Fe và S.

VD: Hòa tan hoàn toàn 30,4 gam chất rắn X gồm Cu, CuS, Cu₂S và S bằng dung dịch HNO₃ dư, thoát ra 20,16 lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Thêm Ba(OH)₂ dư vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là :
A. 81,55. B. 110,95. C. 115,85. D. 104,20.
Lời giải:
Quy đổi hỗn hợp X thành hỗn hợp Cu và S.
Số mol NO = 20,16/30 = 0,9
Xét quá trình oxi hóa khử đầu và cuối
Quá trình oxi hóa:

Cu	$\to$	$C{{u}^{2+}}$	+2e
x mol		x	2x
$\overset{0}{\mathop{S}}\,$	$\to$	$\overset{+6}{\mathop{S}}\,O_{4}^{2-}$	+6e
y		y	6y

Quá trình oxi – khử:

	+3e	$\to$	$\overset{+2}{\mathop{N}}\,O$	$+2{{H}_{2}}O$
	3.0,9		0,9 mol

Ta có hệ phương trình :
2x +6y = 3.0,9 = 2,7
64x + 32y = 30,4
=> x = 0,3; y = 0,35

	$+SO_{4}^{2-}$	$\to$	$BaS{{O}_{4}}\downarrow$
	0,35		0,35
$C{{u}^{2+}}$	$+2O{{H}^{-}}$	$\to$	$Cu{{(OH)}_{2}}\downarrow$
0,3			0,3

=> m = 0,35.233 + 0,3. 98 = 110,95 gam.
=> Đáp án B.

IV. Tính oxi hóa mạnh của dung dịch NO₃^– trong môi trường H⁺ (hoặc OH^–)
    + Trong môi trường trung tính, ion NO₃^– không có tính oxi hóa.
      + Trong môi trường axit, ion NO₃^– có tính oxi hóa như axit HNO₃.
      + Trong môi trường kiềm, ion NO₃^– có tính oxi hóa và có khả năng oxi hóa được một số kim loại như Al và Zn.

VD1: Cho 1,2 gam Mg vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm H₂SO₄ 0,75M và NaNO₃ 0,5M. Sau phản ứng chỉ thu được V lít khí dạng đơn chất (không có sản phẩm khử nào khác) và dung dịch X. Thể tích V ở đktc là
A. 5,600. B. 0,560. C. 1,120. D. 0,224.
Lời giải
Số mol Mg = 1,2/24 = 0,05 mol
Số mol H₂SO₄ = 0,75.0,1 = 0,075 mol => số mol H⁺ = 0,15 mol
Số mol NaNO₃ = 0,5.0,1 = 0,05 mol => số mol NO3^– = 0,05 mol

	5Mg	$+12{{H}^{+}}$	$+2NO_{3}^{-}$	$\to$	$5M{{g}^{2+}}$	$+{{N}_{2}}$	$+6{{H}_{2}}O$
Ban đầu	0,05 mol	0,15	0,05
Phản ứng	0,05	0,12	0,02		0,05	0,01

Vậy thể tích khí N₂ thu được là 0,01.22,4 =0,224 lít.
=> Đáp án D.

VD2: Cho 48,6 gam Al vào 450 ml dung dịch gồm KNO₃ 1M, KOH 3M sau phản ứng hoàn toàn thể tích khí thoát ra ở đktc là
A. 30,24 lít. B. 10,08 lít. C. 40,32 lít. D. 45,34 lít.
Lời giải:
Số mol Al = 48,6/27 = 1,8 mol
Số mol NO₃^– = số mol KNO₃ = 0,45 mol
Số mol OH^– = số mol KOH = 1,35 mol

8Al	$+3NO_{3}^{-}$	$+5O{{H}^{-}}$	$+2{{H}_{2}}O$	$\to$	$8AlO_{2}^{-}$	$+3N{{H}_{3}}\uparrow$
1,2 mol	0,45	0,75				0,45
2Al	$+2O{{H}^{-}}$	$+2{{H}_{2}}O$	$\to$	$2AlO_{2}^{-}$	$+3{{H}_{2}}\uparrow$
0,6 mol	0,6				0,9