Chuyên đề Axit Nitric Muối Nitrat

Chuyên đề: Axit Nitric - Muối Nitrat
A.Axit nitric HNO3
1.Tính chất vật lí
- Là chất lỏng, không màu, tan tốt trong nước (C < 65%).
- Trong điều kiện thường, dung dịch có màu hơi vàng do HNO 3 bị phân hủy
chậm:
4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2
→ phải đựng dung dịch HNO3 trong bình tối màu.
2. Tính chất hóa học
a. HNO3 là một axit mạnh
Trong dung dịch, HNO3 điện li hoàn toàn:
HNO3 → H+ + NO3- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.
- Tác dụng với bazơ, oxit bazơ, muối…
2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O
2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O
2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O
b. HNO3 là chất oxi hóa mạnh
• Tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối nitrat + H2O
và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3) và kim loại
bị oxi hóa với mức cao nhất.
Với Al, Fe, Cr , bị thụ động trong HNO3 đặc nguội.
Kim loại + HNO3 (đ) →(nhiệt độ) Muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 (l) →Muối nitrat + NO + H2O
• Tác dụng với phi kim → NO2 + H2O + oxit của phi kim.
C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O
P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O
• Tác dụng với các chất khử khác (oxit bazơ, bazơ và muối trong đó
kim loại chưa có hóa trị cao nhất...).
4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2
3. Điều chế

• Trong công nghiệp: NH3 → NO → NO2 → HNO3
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 8500C)
2NO + O2 → 2NO2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3


• Trong phòng thí nghiệm
H2SO4 đặc + NaNO3 tinh thể → HNO3 + NaHSO4
4. Nhận biết
• Làm đỏ quỳ tím.
• Tác dụng với kim loại đứng sau H tạo khí nâu đỏ.
5. Ứng dụng
Axit nitric là một trong những hóa chất cơ bản và quan trọng. Phần lớn
axit này được dùng để sản xuất phân đạm. Ngoài ra nó còn được dùng để sản
xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm...

Lưu ý:
Sản phẩm khử của N+5 là tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại và
nồng độ của dung dịch axit. Thông thường thì dung dịch đặc → NO2,
dung dịch loãng → NO; dung dịch axit càng loãng, kim loại càng mạnh
thì N bị khử xuống mức càng sâu.
1. Một số kim loại (Fe, Al, Cr, . . .) không tan trong axit HNO3 đặc,
nguội do bị thụ động hóa.
2. Trong một số bài toán ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra
các sản phẩm khác: NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu
ne cho > ne nhận để tạo khí) hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn
cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí thoát
ra) hoặc các hợp chất khí của Nitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn hợp đã
cho.
3. Khi axit HNO3 tác bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phản

ứng trung hòa.
4. 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.
5. Các chất khử phản ứng với muối NO3- trong môi trường axit tương
tự phản ứng với HNO3. Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương
trình ion.

B.Muối nitrat.
1.Tính chất vật lí
Tan hoàn toàn trong nước. chất điện li mạnh.


-Nhiệt phân:
M: K

Ca

M: Mg

Cu

M(NO2)n
M(NO3)n

+ n/2O2

M2On + 2nNO2 +

n/2O2

M: Sau Cu
M

+

nNO2

+ n/2O2

Nếu không xác định được muối nitrat thuộc khoảng nào thì phải xét cả
ba trường hợp.Trường hợp nào đúng thì sẽ cho ta một khoảng khối lượng
mol nguyên tử kim loại phù hợp với bảng tuần hoàn.
Chú ý:
Mt: H+ Có tính oxi hóa mạnh như HNO3 l
Anion NO3-

Mt: H2O

Không có tính oxi hóa

Mt: OH-

Bị Al, Zn khử đến NH3

• Nhận biết:
- trong môi trường trung tính, ion NO3 không có tính oxi hóa. Khi có mặt
thì NO3 có tính oxi hóa mạnh như HNO3. Vì vậy để nhận ra ion
NO3 người ta đun nóng nhẹ dung dịch chứa NO3với đồng kim loại và
H2SO4 loãng. 3Cu+ 8H+ + 2NO3→ 3Cu2+ +2NO + 4H2O

Màu xanh , ko màu
2NO + O2 2 NO2
Nâu đỏ
Phản ứng tạo dung dịch màu xanh, khí không màu bay ra thành nâu đỏ
ngoài không khí.

II.Phương pháp giải toán.
a)tính nhanh n HNO3 và n NO3 -:
HNO3 là một oxit mạnh và có tính oxi hóa mạnh nên khi phản ứng với
kim loại hay một hợp chất có tính oxi hóa mạnh (vd: FeO, Fe3O4, Fe(OH)2,
…) thì cho muối Nitrat của kim loại có tính oxi hóa cao và các sản phẩm
khử gồm: NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3 hay NH3.
+ Thông thường, Fe và các hợp chất của Fe và hầu hết các kim loại tác
dụng với :
HNO3 đặc: giải phóng NO2
HNO3 loãng: giải phóng NO
+ Trong TH sản phẩm khử là NH3: tạo muối NH4NO3 nên không có khí
thoát ra.


+ Nếu bài toán cho hỗn hợp nhiều chất khử tác dụng với dd HNO3 cho
nhiều sản phẩm khử khác nhau của N+5 thì nên sử dụng pp bảo toàn electron
hay pp ion-electron.
+ Cách tính nhanh số mol anion NO3- tạo muối HNO3 tham gia phản
ứng không phụ thuộc vào số lượng của các kim loại ta luôn có các phản ứng
khử:
2HNO3 + 1e → NO2 + H2O + NO3 2a
a
a
a

4HNO3 + 3e → NO + 2H2O + 3NO3 4b
3b
b
3b
10HNO3 + 8e → N2O + 5H2O + 8NO3 10e
8e
c
8e
12HNO3 + 10e → N2 + 6H2O + 10NO312d
10d
d
10d
10HNO3 + 8e → NH4NO3 + 3H2O + 8NO310x
8x
x
8x
 nNO3 tạo muối với cation kim loại = nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O
+ 10.nN2 + 8.nNH4NO3

M muối = mkl + 62(nNO2 + 3.nNO + 8.nN2O +
10.nN2 + 8.nNH4NO3) + 80.nNH4NO3

+

nHNO3 phản ứng = 2.nNO2
10.nNH4NO3

+

4.nNO +

10.nN2O +

12.nN2

Chú ý: -không sử dụng công thức trên để tính số mol axit phản ứng và
số mol anion tạo muối nếu hỗn hợp ban đầu không phải hoàn toàn kim loại.
-Nếu hỗn hợp ban đầu hoàn toàn không phải là kl thì quy hỗn
hợp ban đầu về các nguyên tố (hoặc đơn chất) rồi giải tương tự như trên.
b)Bảo toàn e và điện tích.

+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử của N thì ne nhường = ne nhận
+ Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng ne nhường = ne nhận


- Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện
tích (tổng điện tích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn
nguyên tố
- Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để
biểu diễn các quá trình.
M → Mn+ + ne
4H+ + NO3- + 3e →NO + 2H2O
c)Bảo toàn khối lượng N.
Trước và sau phản ứng, khối lượng N không thay đổi.
VD: Hòa tan kim loại M có trong dung dịch chứa a mol HNO3 vừa đủ thu
được x mol M(NO3)3 và y mol NxOy, z mol NO.
Giải: a = nx + ny + nz

2. Bài tập ứng dụng:
VD1. Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO3 được dung

dịch Y và 2,24 lit khí NO (đktc).Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch
NaOH 2 M được kết tủa R. Sau khi nung R đến khối lượng không đổi thu
được 20 g chất rắn.
a. Tính khối lượng Cu ban đầu.
b. Tính khối lượng các chất trong Y và nồng độ % của dung dịch HNO3 đã
dùng
Giải:
nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol; nNaOH = 0,3.0,2 = 0,06 mol
a. Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được kết tủa R chỉ chứa
Cu(OH)2. Chất rắn thu được khi nung là CuO
nCuO = 20/80 = 0,25 mol
= nCuO = 0,25 mol.
Theo định luật bảo toàn nguyên tố:
nCu (ban đầu) = nCu (trong CuO) = 0,25 mol

mCu = 0,25.64 = 16 g

b. Trong X, n = 0,25 mol →m= 188.0,25 = 47 g
Cu →

Cu2+

+

0, 25 mol
Mà : 0,25 < 0,3

2e
0,5 mol

→ phản ứng của Cu và HNO3 phải tạo ra NH4NO3.
ne (Cu nhường) = ne nhận = 0,5 mol  ne nhận= 0,5 – 0,3 = 0,2 mol
N+5 + 8e  N-3
0,025 mol

0,2 mol

 n = 0,025 mol  m= 80.0,025 = 2 g
Theo định luật bảo toàn nguyên tố:
npư = nN (trong ) + nN (trong NO) + nN (trong)
= 2n + nNO + 2n= 0,65 mol
(Nếu sử dụng công thức tính nhanh ở trên ta có: npư = 4.nNO + 10.n= 4.0,1
+ 10.0,25 = 0,65 mol)
 m= 63.0,65 = 40,95 g  C% = = 5,12%
VD2. 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. Khối lượng (g) của Al và Fe
trong hỗn hợp đầu là bao nhiêu?
Giải:
nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol
N+5 + 3e  N+2
0,9 mol

0,3 mol

Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp đầu
Ta có: 27x + 56y = 11
Al



(1)
Al+3

+

x mol
Fe

3e
3x mol



Fe+3

+

y mol

3e
3y mol

Theo định luật bảo toàn e: ne (KL nhường) = ne (N nhận) = 0,9 mol
hay: 3x + 3y = 0,9
Từ (1) và (2) ta có  5,4 và 5,6

(2)

VD3: Cho a mol 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
a. Tính V ( biện luận theo a)
b. Nếu Cu dư hoặc vừa đủ thì lượng muối thu được là bao nhiêu?
Giải:
a. n= 0,12.1 = 0,12 mol; n= 0,12.0,5 = 0,06 mol
 n= 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol; n= 0,12 mol
Ta có ptpư:

3Cu +

8H+ + 2NO3-  3Cu+2 + 2NO + 4H2O

Có thể xảy ra các trường hợp
+ Cu hết, H+ và NO3- dư
nNO = nCu = a (mol)  V = 22,4. a = 14,93 (lit)
+ Cu đủ hoặc dư, H+ hết (NO3- luôn dư so với H+ )
nNO = n = 0,06 mol  V = 22,4.0,06 = 13,44 (lit)
b. Khi Cu hết hoặc dư
n= 0,09  m= 188.0,09 = 16,92 (g)

• Một số dạng bài toán quen thuộc và cách
giải nhanh
1) Cho hỗn hợp gồm Fe và các oxit của Fe tác dụng với HNO3 hoặc hỗn
hợp gồm S và các hợp chất chứa S của Fe (hoặc của Cu) tác dụng với HNO3
2) Cho hỗn hợp oxit sắt có tính khử và Cu (hoặc Fe) tác dụng với dung
dịch HNO3
 Phương pháp giải:Dùng cách quy đổi.
 Nội dung của phương pháp: Với hỗn hợp nhiều chất ta có thể coi
hỗn hợp tương đương với 1 số chất (thường là 2) hoặc có thể chỉ là 1

chất (chẳng hạn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 có thể coi tương
đương FeO và Fe2O3 còn nếu biết FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau
có thể coi tương đương với duy nhất Fe3O4) hoặc quy đổi theo các
nguyên tố thành phần tạo nên hỗn hợp.


VD1. Để m gam Fe ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp
H có khối lượng 12 gam gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 và Fe. Hòa tan hết H vào
dung dịch HNO3 thu được 2,24 lít khí NO (đo ở đktc). Giá trị m gam là bao
nhiêu?
Giải
nNO = 2,24/22,4 = 0,1 mol
Gọi x là số mol Fe; y là tổng số mol nguyên tử O của không khí tham gia
phản ứng
Ta có: mH = 56x + 16y = 12

(1)

Trong toàn bộ quá trình phản ứng: ne (Fe cho) = ne(O nhận) + ne (N nhận)
ó 3x = 2y + 3.0,01

(2)

Từ (1) và (2) có được: x = 0,18; y = 0,12
Do đó: mFe = 56x = 10,08

Chú ý:
1. Ngoài cách quy đổi theo Fe và O như ở trên ta cũng có thể quy đổi hỗn
hợp theo Fe và Fe2O3 hoặc Fe và FeO hoặc FeO và Fe2O3, . . .
* Lưu ý: theo cách quy đổi các nghiệm tính được có thể là giá trị âm và ta

vẫn sử dụng để tính toán bình thường.
Chẳng hạn, nếu quy đổi theo Fe và FeO ta có hệ:
(với x = nFe; y = nFeO)
Tìm được x = 0,06; y = 0,12 → nFe (ban đầu) = nFe + nFe (trong FeO) =0,18
→ mFe = 10,08 g
Còn nếu quy đổi theo FeO (x mol) và Fe2O3 (y mol) ta có:
→ x = 0,3 ; y = 0,06
nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18 → mFe = 10,08 g
2. Dùng công thức giải nhanh
Gọi x là số mol Fe ban đầu; a là tổng số mol electron mà N+5 của axit
nhận vào; m’ là khối lượng hỗn hợp H
Áp dụng định luật bảo toàn e:

ne (Fe cho) = n(O nhận) + ne (axit nhận)
Mà: mO = mH – mFe = m’ – m


→ 3x = 2. + a → x = 0,1(m’/8 + a) hay mFe = 5,6(m’/8 + a)
Nếu dùng Cu thì: nCu = 0,1(m’/8 + a); mCu = 6,4(m’/8 + a)
3. Quy đổi gián tiếp
Giả sử trong quá trình thứ hai ta không dùng HNO3 mà thay bằng O2 để
oxi hóa hoàn toàn hỗn hợp H thành Fe2O3 thì từ việc bảo toàn e: nO (thêm) =
3/2nNO = 0,15 (mol)
→ moxit = 12 + 0,15.16 = 14,4 → nFe = 0,18 (mol)
VD2: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS2 trong
HNO3 dư được 0,48 mol NO2 và dung dịch X. Cho dung dịch Ba(OH)2 dư
vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu
được là bao nhiêu?
Giải:
Gọi x, y lần lượt là tổng số mol Fe và S trong hỗn hợp (cũng có thể coi x,

y là số mol Fe và S đã tham gia phản ứng với nhau tạo ra hỗn hợp trên)
Ta có: 56x + 32y = 3,76
Mặt khác: ne (cho) = 3x + 6y = 0,48 = ne (nhận)
muối Fe3+ và H2SO4)

(vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo

Từ đó có: x = 0,03; y = 0,065
Khi thêm Ba(OH)2 dư kết tủa thu được có: Fe(OH)3 (0,03 mol) và
BaSO4 (0,065 mol).
Sau khi nung chất rắn có: Fe2O3 (0,015 mol) và BaSO4 (0,065 mol).
mchất rắn = 160.0,015 + 233.0,065 = 17,545 (gam)
VD3. Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu và Fe3O4 tác dụng với dung dịch
HNO3 loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn
toàn, thu được 3,36 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc), dung dịch Y
và còn lại 2,4 gam kim loại. Cô cạn dung dịch Y, thu được m gam muối
khan. Xác định giá trị của m?
Giải
nNO = 0,15 (mol)
Gọi a là số mol Cu trong X đã phản ứng. Gọi b là số mol Fe3O4 trong X
Ta có: 64a + 232b = 61,2 – 2,4


Các nguyên tố Cu, Fe, O trong hỗn hợp X khi phản ứng với HNO3 chuyển
thành muối Cu2+, Fe2+ (vì dư kim loại), H2O do đó theo bảo toàn e: 2a +
2.3b – 2.4b = 3.0,15
Từ đó: a = 0,375; b = 0,15
Muối khan gồm có: Cu(NO3)2 (a = 0,375 mol) và Fe(NO3)2 (3b = 0,45
mol)
mmuối = 188.0,375 + 180.0,45 = 151,5 (gam)

Ví dụ khác:
Ví dụ 1: Cho 1,92 gam đồng vào 100 ml dung dịch chứa đồng thời KNO 3 0,16M và H2SO4 0,4M thấy sinh ra một chất khí có tỉ khối hơi so với H 2 là 15
và dung dịch A.
a) Viết phương trình ion thu gọn của phản ứng và tính thể tích khí sinh ra ở
đktc.
b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa toàn bộ ion
Cu2+ trong dung dịch A.
Giải
a)
nKNO3 = 0,16 × 0,1 = 0,16 mol
nH2SO4 = 0,4 × 0,1 = 0,4 mol
Vậy trong 100 ml dung dịch trên có 0,016 mol NO 3 và 0,08 mol H+
Khí sinh ra có M = 30 chỉ có thể là NO theo phương trình phản ứng sau:
3Cu + 8H+ + 2NO3 = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
Số mol b đầu 0,03

0

0

(1)

0,080

0,016

mol

Số mol p.ư

0,024 0,064

0,016

0,024

0,016

mol

Số mol c.lại

0,006 0,016

0

0,0024

0,016

mol

Vậy VNO(đktc) = 0,016×22,4 = 0,3584 lít.
b) Dung dịch A thu được sau cùng có chứa: 0,016 mol H + và 0,024 mol Cu2+.
Khi cho NaOH vào dung dịch A, trước hết xảy ra phản ứng:
NaOH
H2O

+

H+

→ Na+ +

(2)
0,016 mol

Sau đó xảy ra phản ứng:

0,016 mol


Cu2+ +

2NaOH → Cu(OH)2 + 2Na+

0,024 mol

(3)

0,048 mol

Vậy (cần) = 0,016 + 0,048 = 0,064 mol
VddNaOH 0,5M (tối thiểu cần)
Ví dụ 2: Tiến hành hai thí nghiệm sau:
* Thí nghiệm 1: Hoà tan 6,4 g Cu và 120 ml dung dịch HNO 3 1M.
* Thí nghiệm 2: Hoà tan 6,4 g Cu và 120 mol dung dịch hỗn hợp HNO 3 1M.
Hãy so sánh thể tích khí NO (duy nhất tạo thành) đo cùng điều kiện nhiệt độ và
áp suất, thoát ra ở hai thí nghiệm trên.

Giải:
* Thí nghiệm 1:
Phương trình phản ứng:
3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
Số mol b.đầu (mol): 0,1
Số mol p.ư (mol):

0,12

0,045

0,12

Số mol còn lại (mol): 0,055 0

0,12

0

(1)

0

0,03

0,045

0,03

0,09

0,045

0,03

* Thí nghiệm 2:
nCu = 0,1 mol
nHNO3 = 0,12 mol
nH2SO4 = 0,12 × 5 = 0,06 mol
Phương trình phản ứng:
3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
Số mol b.đầu (mol):
Số mol p.ư (mol):

0,1

0,24

0,09

0,24

0,06

0,06

0

0,06

0,06

Số mol còn lại (mol): 0,01

(1)

0,12

Vì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol giữa các khí đo cùng điều kiện nên lượng NO
là bằng nhau.
Ví dụ 3: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch hỗn hợp HNO 3 1M và
H2SO4 0,5M, kết thúc phản ứng thu được V lít (ở đktc) khí không màu duy nhất
thoát ra, hóa nâu ngoài không khí. V có giá trị là bao nhiêu?


Giải
nCu = 0,15 mol ; nNO3– = 0,18 mol ; Σ nH+ = 0,36 mol
3Cu +
8H+ +
2NO3– →
3Cu2+ +
4H2O
0,36

→

2NO +

0,09

Do → H+ hết ; Cu dư.

→ VNO = 0,09.22,4 = 2,016 lít

Ví dụ 4: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch
chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra
hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V
ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn
nhất. Giá trị tối thiểu của V là bao nhiêu?
Giải:
nFe = 0,02 mol ; nCu = 0,03 mol
→ Σ ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol ;
nH+ = 0,4 mol ; nNO3– = 0,08 mol (Ion NO3– trong môi trường H+ có tính oxi
hóa mạnh như HNO3)
- Bán phản ứng:
NO3– +

3e +

4H+ → NO + 2H2O

0,12→

0,16

Do → kim loại hết và H+ dư . → nH+ dư = 0,4 – 0,16 = 0,24 mol → Σ
nOH– (tạo kết tủa max) = 0,24 + 0,02.3 + 0,03.2 = 0,36 → V = 0,36 lít hay 360
ml.