Tiêu đề Chuyên đề 18 - Nitric acid.docx ✅

Tên Chuyên Đề: NITRIC ACID Phần A: Lí Thuyết - Phần lí thuyết được soạn chi tiết và có sự liên kết với các bài tập bên dưới. I. Cấu tạo phân tử : - CTPT : HNO 3 - CTCT : - Nitrogen có số oxi hoá cao nhất là +5 II. Tính chất vật lý - Là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm ; D = 1.53g/cm 3 - Nitric acid không bền, khi có ánh sáng , phân huỷ 1 phần : 4HNO 3  4NO 2 + O 2 + 2H 2 O Do đó axit HNO 3 cất giữ lâu ngày có màu vàng do NO 2 phân huỷ tan vào axit. - Nitric acid tan vô hạn trong nước (HNO 3 đặc có nồng độ 68%, D = 1,40 g/cm 3 ). III. Tính chất hoá học 1. Tính axit : Là một trong số các acìd mạnh nhất, trong dung dịch phân li hoàn toàn ra các ion : HNO 3  H + + NO 3 – - Dung dịch axit HNO 3 có đầy đủ tính chất của môt dung dịch acid. - làm đỏ quỳ tím, tác dụng với base oxide, base, muối của acid yếu hơn. CuO + 2HNO 3  Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O Ba(OH) 2 + 2HNO 3  Ba(NO 3 ) 2 + 2H 2 O CaCO 3 + 2HNO 3  Ca(NO 3 ) 2 + CO 2 + H 2 O 2. Tính oxi hoá Tuỳ vào nồng độ của acid và bản chất của chất khử mà HNO 3 có thể bị khử đến NO, NO 2 , N 2 O, N 2 , NH 4 NO 3 . a. Với kim loại : HNO 3 oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt ) không giải phóng khí H 2 , do ion NO 3 - có khả năng oxi hoá mạnh hơn H + . Khi đó kim loại bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao nhất. - Với những kim loại có tính khử yếu như : Cu, Ag…thì HNO 3 đặc bị khử đến NO 2 ; HNO 3 loãng bị khử đến NO. Ví dụ : Cu + 4HNO 3 đặc  Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O 3Cu + 8HNO 3 loãng  3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O - Khi tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh hơn như : Mg, Zn, Al….thì HNO 3 đặc bị khử yếu đến NO 2 ; HNO 3 loãng có thể bị kim loại khử mạnh như Mg, Al, Zn…khử đến N 2 O , N 2 hoặc NH 4 NO 3 .
● Lưu ý : Fe, Al, Cr bị thụ động hoá trong dung dịch HNO 3 đặc nguội vì vậy khi cho các kim loại này tác dụng với HNO 3 thì không xảy ra phản ứng. b. Với phi kim Khi đun nóng HNO 3 đặc có thể tác dụng được với C, P, S…Ví dụ : C + 4HNO 3 (đ) ot CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O S + 6HNO 3 (đ) ot H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O P + 5HNO 3 (đ) ot H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O c. Với hợp chất - H 2 S, Hl, SO 2 , FeO, muối sắt (II)… có thể tác dụng với HNO 3 nguyên tố bị oxi hoá trong hợp chất chuyển lên mức oxi hoá cao hơn. Ví dụ : 3FeO + 10HNO 3 (đ)  3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5H 2 O 3H 2 S + 2HNO 3 (đ)  3S + 2NO + 4H 2 O - Nhiều hợp chất hữu cơ như giấy, vải, dầu thông… bốc cháy khi tiếp xúc với HNO 3 đặc. V. Điều chế 1. Trong phòng thí nghiệm NaNO 3 (r) + H 2 SO 4 (đ) ot HNO 3 + NaHSO 4 Hơi HNO 3 thoát ra được dẫn vào bình làm lạnh và ngưng tụ ở đó. 2. Trong công nghiệp - Được sản xuất từ ammonia theo sơ đồ : NH 3 o2O(t,Pt) NO o2O,t NO 2 22O,HO HNO 3 + Ở t o = 850 - 900 o C, xt : Pt : 4NH 3 +5O 2  4NO +6H 2 O ; H = – 907kJ. + Oxi hoá NO thành NO 2 : 2NO + O 2  2NO 2 . + Chuyển hóa NO 2 thành HNO 3 : 4NO 2 +2H 2 O +O 2  4HNO 3 . Dung dịch HNO 3 thu được có nồng độ 60 – 62%. Chưng cất với H 2 SO 4 đậm đặc thu được dung dịch HNO 3 96 – 98%. Phần B: Bài Tập Được Phân Dạng Dạng 1: Tính chất của axit HNO 3 1. Ôn tập phương pháp bảo toàn electron a. Nội dung định luật bảo toàn electron : – Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận. b. Nguyên tắc áp dụng : – Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận.
– Đối với chất khử hoặc hỗn hợp chất khử mà trong đó các nguyên tố đóng vai trò là chất khử có số oxi hóa duy nhất thì cùng một lượng chất phản ứng với các chất oxi hóa (dư) khác nhau, số mol electron mà các chất khử nhường cho các chất oxi hóa đó là như nhau. ● Lưu ý : Khi giải bài tập bằng phương pháp bảo toàn electron ta cần phải xác định đầy đủ, chính xác chất khử và chất oxi hóa; trạng thái số oxi hóa của chất khử, chất oxi hóa trước và sau phản ứng; không cần quan tâm đến số oxi hóa của chất khử và chất oxi hóa ở các quá trình trung gian. 2. Phương pháp giải toán về HNO 3 và muối nitrat Dạng 1: HNO 3 tác dụng với chất khử (kim loại, oxit kim loại, oxit phi kim, muối…) Phương pháp giải - Bước 1 : Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất (Sau này khi đã làm thành thạo thì học sinh có thể bỏ qua bước này). - Bước 2 : Xác định đầy đủ, chính xác chất khử và chất oxi hóa ; trạng thái số oxi hóa của chất khử, chất oxi hóa trước và sau phản ứng ; không cần quan tâm đến số oxi hóa của chất khử và chất oxi hóa ở các quá trình trung gian nếu phản ứng xảy ra nhiều giai đoạn. - Bước 3 : Thiết lập phương trình toán học : Tổng số mol electron chất khử nhường bằng tổng số mol electron mà chất oxi hóa nhận, kết hợp với các giả thiết khác để lập các phương trình toán học khác có liên quan. Giải hệ phương trình để suy ra kết quả mà đề yêu cầu. ● Lưu ý : - Trong phản ứng của kim loại Mg, Al, Zn với dung dịch HNO 3 loãng thì ngoài những sản phẩm khử là khí N 2 , N 2 O, NO thì trong dung dịch còn có thể có một sản phẩm khử khác là muối NH 4 NO 3 . Để tính toán chính xác kết quả của bài toán ta phải kiểm tra xem phản ứng có tạo ra NH 4 NO 3 hay không và số mol NH 4 NO 3 đã tạo ra là bao nhiêu rồi sau đó áp dụng định luật bảo toàn electron để tìm ra kết quả. ►Các ví dụ minh họa ◄ 1. Tính lượng chất phản ứng với dung dịch HNO 3 Ví dụ 1: Chia m gam hỗn hợp A gồm hai kim loại Cu, Fe thành hai phần bằng nhau : - Phần 1 tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO 3 đặc, nguội thu được 0,672 lít khí. - Phần 2 tác dụng hoàn toàn với dung dịch H 2 SO 4 loãng dư thu được 0,448 lít khí. Giá trị của m là (biết các thể tích khí được đo ở đktc) : A. 4,96 gam. B. 8,80 gam. C. 4,16 gam. D. 17,6 gam. Hướng dẫn giải Cách 1 : Tính toán theo phương trình phản ứng Hỗn hợp Cu, Fe khi tác dụng với dung dịch HNO 3 đặc, nguội thì chỉ có Cu phản ứng : Cu + 4HNO 3  Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O (1) mol: 0,015  0,03 Hỗn hợp Cu, Fe khi tác dụng H 2 SO 4 loãng thì chỉ có Fe phản ứng :
Fe + H 2 SO 4  FeSO 4 + H 2 (2) mol: 0,02  0,02 Theo (1), (2) và giả thiết ta có : 2CuNOFeHCl 1 nn0,015mol;nn0,02mol. 2 Khối lượng của Cu và Fe trong A là : m = 2(0,015.64 + 0,02.56) = 4,16 gam. Cách 2 : Sử dụng định luật bảo toàn electron Khi A phản ứng với dung dịch HNO 3 đặc, nguội sẽ xảy ra các quá trình oxi hóa - khử Cu  Cu +2 + 2e N +5 + 1e  N +4 mol: 0,015  0,03  0,03  0,03 Căn cứ vào các quá trình oxi hóa - khử và định luật bảo toàn electron ta có Cun0,015mol. Khi A phản ứng với dung dịch H 2 SO 4 loãng sẽ xảy ra các quá trình oxi hóa - khử : Fe o  Fe +2 + 2e 2H + + 2e  H 2 o mol: 0,02  0,04  0,04  0,02 Căn cứ vào các quá trình oxi hóa - khử và định luật bảo toàn electron ta có Fen0,02mol. Khối lượng của Cu và Fe trong A là : m = 2(0,015.64 + 0,02.56) = 4,16 gam. Đáp án C. Ví dụ 2: Hòa tan hết 0,02 mol Al và 0,03 mol Cu vào dung dịch HNO 3 , cô cạn dung dịch sau phản ứng và nung đến khối lượng không đổi thì thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là : A. 3,42 gam. B. 2,94 gam. C. 9,9 gam. D. 7,98 gam. Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng : 2Al 3HNO 2Al(NO 3 ) 3 ot Al 2 O 3 (1) mol: 0,02  0,02  0,01 Cu 3HNO Cu(NO 3 ) 2 ot CuO (2) mol: 0,03  0,03  0,03 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho sơ đồ (1), (2) ta thấy : 23AlOn0,01 mol ; CuOn0,03 mol. Vậy khối lượng chất rắn thu được là : 0,01.102 + 0,03.80 = 3,42 gam. Đáp án A. Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS 2 và y mol Cu 2 S vào axit HNO 3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sulfate) và khí duy nhất NO. Tỉ lệ x : y là : A. 1 : 3. B. 3 : 1. C. 1 : 2. D. 2 : 1. Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng :