Giải Hóa Học 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

Giải bài tập Hóa Học lớp 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

Bài 1 trang 45 sgk hóa học 11: Viết công thức electron, công thức cấu tạo của axit nitric. Cho biết nguyên tố nitơ có hóa trị và số oxi hóa bao nhiêu ?

Trả lời:

Công thức electron của HNO₃:

Công thức cấu tạo phân tử HNO₃:

 

Trong HNO₃, nitơ có số oxi hóa +5 và hóa trị là 4.

Bài 2 trang 45 sgk hóa học 11: Lập các phương trình hóa học:

a) Ag + HNO_3 (đặc) → NO₂ ↑ + ? + ?

b) Ag + HNO_3 (loãng) → NO ↑ + ? + ?

c) Al + HNO₃ → N₂O ↑ + ? + ?

d) Zn + HNO₃ → NH₄NO₃ + ? + ?

e) FeO + HNO₃ → NO ↑ + Fe(NO₃)₃ + ?

g) Fe₃O₄ + HNO₃ → NO ↑ + Fe(NO₃)₃ + ?

Phương pháp giải:

Trước hết, căn cứ vào tính chất, điền công thức các chất còn thiếu ở chỗ có dấu (?). Sau đó, cân bằng PTHH theo phương pháp thăng bằng electron.
Trả lời:

Bài 3 trang 45 sgk hóa học 11: Hãy chỉ ra những tính chất hóa học chung và khác biệt giữa axit nitric và axit sunfuric. Viết các phương trình hóa học để minh họa.

Phương pháp giải:

– Chỉ ra những tính chất chung: có tính axit mạnh

– Tính chất riêng: HNO₃ và H₂SO₄ đặc có tính oxi hóa mạnh

Trả lời:

– Những tính chất chung:

–  Với axit H₂SO₄ loãng và HNO₃ đều có tính axit mạnh

+ Làm quỳ tím đổi sang màu đỏ

+ Tác dụng với bazơ, oxit bazơ không có tính khử (các nguyên tố có số oxi hoá cao nhất):

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃+ 6H₂O

Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑

H₂SO₄ + Na₂SO₃ → Na₂SO₄ + H₂O + SO₂↑

–  Với axit H₂SO_4(đặc) và axit HNO₃ đều có tính oxi hoá mạnh

+ Tác dụng được với hầu hết các kim loại (kể cả kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học) và đưa kim loại lên số oxi hoá cao nhất.

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

    Cu + 2H₂SO_4(đặc) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

+ Tác dụng với một số phi kim (đưa phi kim lên số oxi hoá cao nhất)

    C + 2H₂SO_4(đặc) → CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

    S + 2HNO₃ → H₂SO₄ + 2NO↑

+ Tác dụng với hợp chất( có tính khử)

    3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 5H₂O

    2Fe(OH)₂ + 4H₂SO_4(đặc) → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + H₂O

Cả hai axit khi làm đặc nguội đều làm Fe và Al bị thụ động hoá (có thể dùng bình làm bằng nhôm và sắt để đựng axit nitric và axit sunfuaric đặc)

– Những tính chất khác biệt:

–  Với axit H₂SO₄ loãng có tính axit, còn H₂SO₄ đặc mới có tính oxi hoá mạnh, còn axit HNO₃ dù là axit đặc hay loãng đề có tính oxi hoá mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử.

–  H₂SO₄ loãng không tác dụng được với các kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học như axit HNO₃.

   Fe + H₂SO₄ (loãng) → FeSO₄ + H₂↑

   Cu + H₂SO₄ (loãng) : không có phản ứng

Bài 4 trang 45 sgk hóa học 11: a) Trong phương trình hóa học của phản ứng nhiệt phân sắt (III) nitrat, tổng các hệ số bằng bao nhiêu ?

A. 5                   B. 7                     

C. 9                 D. 21

b) Trong phương trình hóa học của phản ứng nhiệt phân thủy ngân (II) nitrat, tổng các hệ số bằng bao nhiêu ?

A. 5                   B. 7                     

C. 9                  D. 21

Phương pháp giải:

Viết PTHH khi nhiệt phân 2 muối. Tính tổng hệ số của phản ứng.
Trả lời:

a) Phương trình nhiệt phân

4Fe(NO₃)₃  2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

Vậy tổng hệ số là 4 + 2 + 12 + 3 = 21

Đáp án D

b) Phương trình nhiệt phân

Hg(NO₃)₃  Hg + 2NO₂ + O₂

Vậy tổng hệ số là 1 + 1 + 2 + 1 = 5

Đáp án A

Lưu ý: Phản ứng nhiệt phân muối nitrat

+ Các muối nitrat của kim loại hoạt động mạnh (K, Na,…) bị phân hủy tạo muối nitrit và O₂

+ Các muối nitrat của kim loại Mg, Zn, Fe, Cu, Pb,… bị phân hủy tạo oxit kim loại tương ứng, NO₂ và O₂

+ Muối nitrat của Ag, Au, Hg,… bị phân hủy tạo thành kim loại tương ứng, NO₂ và O₂

Bài 5 trang 45 sgk hóa học 11: Viết phương trình hóa học của các phản ứng thực hiện dãy chuyển hóa sau đây:

NO₂  HNO₃  Cu(NO₃)₂  Cu(OH)₂  Cu(NO₃)₂  CuO  Cu  CuCl₂

Trả lời:

Bài 6 trang 45 sgk hóa học 11: Khi hòa tan 30,0 g hỗn hợp đồng và đồng(II) oxit trong 1,50 lít dung dịch axit nitric 1,00M (loãng) thấy thoát ra 6,72 lít nitơ monooxit (đktc). Xác định hàm lượng phần trăm của đồng(II) oxit trong hỗn hợp, nồng độ mol của đồng(II) nitrat và axit nitric trong dung dịch sau phản ứng, biết rằng thể tích dung dịch không thay đổi.

Phương pháp giải:

Viết PTHH và tính toán theo PTHH.
Trả lời:

Bài 7 trang 45 sgk hóa học 11: Để điều chế 5,000 tấn axit nitric nồng độ 60,0 % cần dùng bao nhiêu tấn amoniac ?

Biết rằng sự hao hụt amoniac trong quá trình sản xuất là 3,8 %.

Trả lời:

Lý thuyết Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

A. AXIT NITRIC

I. CẤU TẠO

– Trong hợp chất HNO₃, nguyên tố nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

– Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm.

– Axit HNO₃ tan vô hạn trong nước.

– Axit nitric kém bền. Trong điều kiện thường, có ánh sáng, dung dịch axit đặc bị phân hủy 1 phần giải phóng khí nito dioxit, khí này lại tan trong dung dịch axit làm cho dung dịch có màu vàng

4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Axit HNO₃ là một trong các axit mạnh

– Làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng với bazơ và oxit bazơ, tác dụng với muối của axit yếu.

VD:

CuO  +  2HNO₃   →  Cu(NO₃)₂ +  H₂O

Ba(OH)₂  +  2HNO₃   →   Ba(NO₃)₂ +  2H₂O

CaCO₃  +  2HNO₃  →   Ca(NO₃)₂  +  CO₂  +  H₂O       

2. Axit HNO₃ là chất oxi hóa mạnh

 * Phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Pt và Au,

VD:

Cu  +  4HNO₃ đặc   →   Cu(NO₃)₂  +  2NO₂  + 2H ₂O

* Một số phi kim, nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ.

(Một số hợp chất hữu cơ bốc cháy khi gặp HNO₃ đặc)

VD:

C + 4HNO₃ (đ)  $\stackrel{t^o}{\to }$  CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

3FeO + 10HNO₃ (đ)   →    3Fe(NO₃)₃  +  NO  +   5H₂O

– Sản phẩm khử sinh ra tùy thuộc nồng độ axit, tính khử của kim loại và nhiệt độ phản ứng.

* Lưu ý: Al, Fe, Cr bị thụ động trong HNO₃ đặc nguội. 

IV. ĐIỀU CHẾ

1. Trong phòng thí nghiệm 

Axit HNO₃ được điều chế bằng cách cho NaNO₃ hoặc KNO₃ tác dụng với axit H₂SO₄ đăc, nóng:

2NaNO₃(tt) + H₂SO₄(đ) $\stackrel{t^0}{\to }$ Na₂SO₄ + 2HNO₃

2. Trong công nghiệp

Được sản xuất theo sơ đồ sau:

N₂ $\underset{x}{\overset{t}{\to }}$ NH₃ $\underset{x}{\overset{t}{\to }}$ NO $\stackrel{O_2}{\to }$ NO₂ $\stackrel{+O_2+H_{2}O}{\to }$ HNO₃

 

B. MUỐI NITRAT

I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Tất cả các muối nitrat đều tan nhiều trong nước và là chất điện li mạnh.

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Các muối nitrat kém bền với nhiệt, chúng bị phân hủy khi đun nóng

– Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh đứng trước Mg (kali, natri,…) bị phân hủy thành muối nitrit và oxit

VD:             2KNO₃  $\stackrel{t^o}{\to }$   2KNO₂   +  O₂

– Muối nitrat của kim loại từ Mg đến Cu bị phân hủy thành oxit kim loại tương ứng, NO₂ và O₂

VD:            2Cu(NO₃)₂  $\stackrel{t^o}{\to }$  2CuO + 4NO₂ + O₂

– Muối nitrat của kim loại kém hoạt động (Sau Cu) bị phân hủy thành kim loại tương ứng, khí NO₂ và O₂.

VD:           2AgNO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$  2Ag + 2NO₂ + O₂

III. NHẬN BIẾT ION NITRAT

– Trong môi trường axit, ion NO₃^– thể hiện tính oxi hóa giống như HNO₃. Do đó thuốc thử dùng để nhận biết ion NO₃^– là hỗn hợp vụn đồng và dung dịch H₂SO₄ loãng, đun nóng.

– Hiện tượng: dung dịch có màu xanh, khí không màu hóa nâu đỏ trong không khí.

3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^– → 3Cu²⁺ (dd màu xanh) + 2NO↑ + 4H₂O

2NO + O₂ (không khí) → 2NO₂ (màu nâu đỏ)

IV. ỨNG DỤNG

– Các muối nitrat được sử dụng chủ yếu làm phân bón hóa học (phân đạm) trong nông nghiệp như NH₄NO₃, NaNO₃, KNO₃.

– KNO₃ còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen.

Sơ đồ tư duy: Axit nitric và muối nitrat.

Phương pháp giải một số dạng bài tập về Axit nitric – Muối nitrat

Dạng 1: Lý thuyết về tính chất của axit nitric và muối nitrat

* Một số lưu ý cần nhớ:

– Axit nitric là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm, không bền và dễ bị phân hủy khi có ánh sáng

–  Axit nitric có tính axit và tính OXH mạnh (có thể oxh hầu hết các kim loại từ Au, Pt)

– Trong phòng thí nghiệm, người ta cho NaNO₃ (rắn) tác dụng với H₂SO₄ (đặc) để thu được HNO₃ (khí); trong công nghiệp người ta sản xuất HNO₃ bằng khí NH₃.

– Tất cả các muối nitrat có khả năng tan được trong nước

Khi nhiệt phân muối nitrat

– Nếu muối nitrat của kim loại đứng trước Mg → muối nitrit và O₂

– Nếu muối của kim loại trung bình (từ Mg đến Cu) → oxit kim loại + NO₂ + O₂

– Nếu muối nitrat của kim loại sau Cu → kim loại + NO₂ + O₂

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Thí nghiệm với dung dịch HNO₃ thường sinh ra khí độc NO₂. Để hạn chế khí NO₂ thoát ra từ ống nghiệm, người ta nút ống nghiệm bằng

(a) bông khô                                  

(b) bông có tẩm nước

(c) bông có tẩm nước vôi trong

(d) bông có tẩm giấm ăn

Trong 4 biện pháp trên, biện pháp có hiệu quả nhất là:

A. (b)

B. (a)

C. (d)

D. (c)

Hướng dẫn giải chi tiết

Trong 4 biện pháp trên, biện pháp có hiệu quả nhất là dùng bông có tẩm nước vôi trong để nút vào ống nghiệm.

2Ca(OH)₂ + 4NO₂ → Ca(NO₃)₂ + Ca(NO₂)₂ + 2H₂O

Đáp án D

Ví dụ 2: Cho các mệnh đề sau :

1) Các muối nitrat đều tan trong nước và đều là chất điện li mạnh.

2) Ion NO₃^– có tính oxi hóa trong môi trường axit.

3) Khi nhiệt phân muối nitrat rắn ta đều thu được khí NO₂.

4) Hầu hết muối nitrat đều bền nhiệt.

Các mệnh đề đúng là :

A. (1), (2), (3).        

B. (2) và (4).

C. (2) và (3).

D. (1) và (2).

Hướng dẫn giải chi tiết:

Các mệnh đề đúng là: (1) và (2)

(3) sai vì muối nitrat của K, Na, Ba, Ca nhiệt phân không thu được khí NO₂

(4) sai vì các muối nitrat hầu hết kém bền nhiệt

Đáp án D.

Ví dụ 3: Khi cho kim loại Fe phản ứng với HNO₃ tạo thành khí độc hại. Biện pháp nào xử lý tốt nhất để chống ô nhiễm môi trư­ờng ?

A. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm nư­ớc.

B. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm cồn

C. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm giấm.

D. Nút ống nghiệm bằng bông tẩm xút.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Khí sinh ra là NO₂ => cần dung dịch kiềm để hấp thụ => nút ống nghiệm bằng bông tẩm xút.

Đáp án D

Dạng 2: Bài toán về axit nitric

a, Bài toán kim loại tác dụng với axit nitric

* Một số lưu ý cần nhớ

– HNO₃ tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) để sinh ra muối + sản phẩm khử + H₂O

– Sản phẩm khử của phản ứng này thường là: NH₄NO₃; N₂O; NO; NO₂; N₂

– n e trao đổi = n NO₂ + 3 . n NO + 8 . n N₂O + 8 . n NH₄⁺ + 10 . n N₂

n HNO₃ = 2 . n NO₂ + 4 . n NO + 10 . n N₂O + 10 . n NH₄NO₃ + 12 . n N₂

Trường hợp sản phẩm không sinh ra muối NH₄NO₃ ta có n e trao đổi = n NO₃

Đối với dạng bài tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn electron, bảo toàn điện tích và bảo toàn khối lượng để giải quyết yêu cầu của đề bài.

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn m gam Al trong dung dịch HNO₃ loãng thu được 1,12 lít hỗn hợp X  gồm 3 khí NO, N₂O, N₂ có tỉ lệ số mol là: 1 : 2 : 2. Giá trị của m là :

A. 5,4 gam.

B. 3,51 gam.

C. 2,7 gam.

D. 8,1 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết

Ta có số mol của hỗn hợp khí thu được sau phản ứng là: 1,12 : 22,4 = 0,05 (mol)

Theo đề bài, tỉ lệ mol của 3 khí NO; N₂O; N₂ là 1 : 2 : 2

=> n NO = 0,01 mol; n N₂O = 0,02 mol; n N₂ = 0,02 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

3 . n Al = 3 . n NO + 8 . n N₂O + 10 . n N₂ = 3 . 0,01 + 0,02 . 8 + 0,02 . 10 = 0,39

=> n Al = 0,13 mol => m Al = 3,51 gam

Đáp án B.

Ví dụ 2: Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO₂ và NO có V_X = 8,96 lít (đktc) và tỉ khối đối với O₂ bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của  NO, NO₂ và khối lượng m của Fe đã dùng là :

A. 25% và 75% ; 1,12 gam.

B. 25% và 75% ; 11,2 gam.

C. 35% và 65% ; 11,2 gam.

D. 45% và 55% ; 1,12 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Theo đề bài, ta tính được n X = 0,4 mol

Khối lượng mol trung bình của X là: 1,3125 . 32 = 42 (gam/mol)

Gọi số mol NO; NO₂ lần lượt là x, y mol

=> Ta có hệ phương trình:

x + y = 0,4

(30x + 46y) : (x + y) = 42

=> x = 0,1 ; y = 0,3

% V NO = 0,1 : 0,4 . 100% = 25%

% V NO₂ = 0,3 : 0,4 . 100% = 75%

Áp dụng định luật bảo toàn electron vào hệ trên ta sẽ có được:

3 . n Fe = 3 . n NO + n NO₂

=> n Fe = (3 . 0,1 + 0,3 ) : 3 = 0,2 mol

=> m Fe = 0,2 . 56 = 11,2 gam.

Đáp án B

Ví dụ 3: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng với dung dịch HNO₃ dư, thu được 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí NO và NO₂ có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là :

 A. 66,75 gam. 

B. 33,35 gam. 

C. 6,775 gam.

D. 3,335 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n hỗn hợp khí = 1,12 : 22,4 = 0,05 mol

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là: 20 . 2 = 40 (gam/mol)

Gọi số mol của NO; NO₂ lần lượt là x , y mol

Ta có hệ phương trình:

x + y = 0,05

(30x + 46y) : (x + y) = 40

=> x = 0,01875 ; y = 0,03225

=> số mol e trao đổi là: 3x + y = 0,0875 (mol)

=> m muối tạo thành sau phản ứng là: m Fe + m NO₃^– = 1,35 + 0,0875 . 62 = 6,775 gam

Đáp án C.

b, Bài toán hợp chất tác dụng với axit nitric

Ví dụ 1: Hoà tan đến phản ứng hoàn toàn 0,1 mol FeS₂ vào HNO₃ đặc nóng dư. Thể tích NO₂ bay ra (ở đktc, biết rằng N⁺⁴  là sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵) là   

Hướng dẫn giải chi tiết:

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{array}{rl}& Fe{S}_2\to F{e}^{3+}+2\stackrel{+6}{S}+15e\stackrel{+5}{N}+1e\to \stackrel{+4}{N}{O}_2\\ & 0,1\to 1,51,5\to 1,5\end{array}$

=> V_NO2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít

Ví dụ 2: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe₂O₃ và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO₃ đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc. Giá trị của V là :

A. 0,224 lít.

B. 0,672 lít.

C. 2,24 lít.

D. 6,72 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta nhận thấy Fe₂O₃ và CuO đều có số OXH max khi tham gia phản ứng nên không có khả năng nhường e

=> Thực thế chỉ có quá trình cho, nhận e của Al và HNO3.

Ta có:

Quá trình oxi hóa :

Al   →  Al⁺³   +   3e

mol :   0,03      →       0,09

Quá trình khử :                             

N⁺⁵    +  3e      →     N⁺²

mol :              0,09    →    0,03

Þ V_NO = 0,03.22,4 = 0,672 lít.

Đáp án D.

Dạng 3: Bài toán về muối nitrat

* Một số lưu ý cần nhớ:

– Các muối nitrat đều tan và dễ bị phân hủy khi bị đun nóng

a.  Muối nitrat của các kim loại hoạt động (trước Mg) nhiệt phân sinh ra muối Nitrit  +  O₂       

2KNO₃  $\stackrel{t^0}{\to }$ 2KNO₂   +  O₂         

b) Muối nitrat của các kim loại từ Mg đến Cu nhiệt phân sinh ra oxit kim loại  +  NO₂  +  O₂

2Cu(NO₃)₂  $\stackrel{t^0}{\to }$   2CuO + 4NO₂ + O₂

c.  Muối của những kim loại kém hoạt động (sau Cu ) nhiệt phân sinh ra  kim loại   +  NO₂  +   O₂

2AgNO₃     $\stackrel{t^0}{\to }$   2Ag + 2NO₂ + O₂

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Nung nóng hết 27,3 gam hỗn hợp X gồm NaNO₃ và Cu(NO₃)₂ rồi hấp thụ toàn bộ khí thu được vào H₂O thấy có 1,12 lít khí (đktc) bay ra. Khối lượng Cu(NO₃)₂ trong X là  

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi n_NaNO3 = a mol;  n_Cu(NO3)2 = b mol

=> m_{hỗn hợp}  = 85a + 188b = 27,3   (1)

2NaNO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2NaNO₂ + O₂

  a                  →              0,5a

2Cu(NO₃)₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CuO + 4NO₂ + O₂

  b                  →               2b  →  0,5b

Hấp thụ khí vào nước:

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

 2b  → 0,5b        

=> n_{khí còn lại} = 0,5a = 0,05  => a = 0,1

Thay a = 0,1 vào (1) => b = 0,1

=> m_Cu(NO3)2 = 0,1.188 = 18,8 gam

Ví dụ 2: Đem nung một lượng Cu(NO₃)₂ sau một thời gian thì dừng lại làm nguội rồi cân thấy khối lượng giảm 0,54 gam. Khối lượng muối đã bị nhiệt phân là

Hướng dẫn giải chi tiết:

2Cu(NO₃)₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CuO + 4NO₂ + O₂

      x           →         x    →    2x  →  0,5x

m_giảm = m_{khí sinh ra} = m_NO2 + m_O2

=> 2x.46 + 0,5x.32 = 0,54  => x = 0,005 mol

=> m_Cu(NO3)2 = 0,94 gam