CHUYÊN ĐỀ: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ AXIT NITRIC

CHUYÊN ĐỀ: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
VỀ AXIT NITRIC
I. NỘI DUNG.
1. Nguyên tắc giải bài tập:
- Dùng định luật bảo toàn e.
 Nội dung của phương pháp:
0

M →

n+

M + ne

+5

+x

N + (5 – x)e → N

⇒ ne nhường = ne nhận

- 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 Fe 3O4) hoặc quy đổi theo
các nguyên tố thành phần tạo nên hỗn hợp.
* Đặc biệt
+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử của N thì ne nhường = Σne nhận
+ Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng Σne nhường = ne nhận

+ Tổng quát: Σne nhường = Σne 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 (khối lượng hoặc số
mol nguyên tử của nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau).
- Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn
các quá trình.
M → Mn+ + ne
4H+ + NO 3− + 3e → NO + 2H2O
+ Đặc biệt trong trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO3 ta có:
1


nHNO3 (pư) = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2 + 10nNH4NO3
nNO 3− (trong muối) = nNO2 + 3nNO + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3
Trong công thức trên, sản phẩm khử nào không có trong bài toán thì bỏ đi.
Nếu hỗn hợp gồm cả kim loại và oxit kim loại phản ứng với HNO3 (và giả sử tạo
ra khí NO) thì: nHNO3 (pư) = 4nNO + 2nO (trong oxit KL)
2. Các ví dụ bài tập sử dụng định luật bảo toàn electron.
Ví dụ 1: Cho 8 g hỗn hợp gồm Mg, Al, Fe, Cu đốt cháy ngoài không khí, thu được 12
g hỗn hợp chất rắn A. Hòa tan A trong dung dịch HNO 3 loãng, dư thu được 0,896 lít
(đktc) khí không màu, hóa nâu trong không khí (là sản phẩm khử duy nhất).
a) Tính số mol HNO3 đã phản ứng
b) Tính khối lượng muối nitrat tạo thành.
Giải:
Cách 1: Đặt số mol của Mg, Al, Fe, Cu có trong hỗn hợp lần lượt là x, y, z, t. Theo
bài ra ta có:
mhh = 24x + 27y + 56z + 64t = 8 (1)
- Các quá trình oxi hóa: Mg → Mg2+ + 2e
x

2x

Al → Al3+ +

3e

y

3y

Fe → Fe3+ +

3e

z

3z

Cu → Cu2+ + 2e
t

2t

 ne nhường = 2x + 3y +3z + 2t (2)
- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Khối lượng oxi phản ứng = 12 -8 = 4 g
2


 nO2 =

4
= 0,125 (mol)
32

- Khí không màu, hóa nâu trong không khí là khí NO
 nNO =

0,896
= 0,04 (mol)
22, 4

- Các quá trình khử: O2

+

0,125
N+5

→ 2O2-

4e
4.0,125

+

3e

→

3.0,04

N+2
0,04

 ne nhận = 4.0,125 + 3.0,04 = 0,62 (3)
- Từ (2) và (3), áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:
2x + 3y +3z + 2t = 0,62 (4)
a) mmuối = (24 + 62 . 2)x + (27 + 62 .3)y + (56 + 62 .3)z + (64 + 62 . 2)t
= (24x + 27y + 56z + 64t) + 62.( 2x + 3y +3z + 2t)
Kết hợp với (1) và (4) ta có: mmuối = 8 + 62 . 0,62 = 46,44 (g)
b) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N ta có:
nHNO3 (pư) = nN (trong muối) + nN (trong NO)
= 0,62 + 0,04 = 0,66 (mol)
Cách 2: Áp dụng công thức tính nhanh ta có:
nNO 3− (trong muối) = 4nO2 + 3nNO = 4.0,125 + 3.0.04 = 0.62 (mol)
 nHNO3 (pư) = 0,62 + 0,04 = 0,66 (mol)
 mmuối = 8 + 62 . 0,62 = 46,44 (g)
Hoặc tính số mol của HNO3 theo công thức:
nHNO3 (pư) = 4nNO + 2nO (trong oxit KL)
 nHNO3 = 4. 0,04 + 2.2.0,125 = 0,66 (mol)
Ví dụ 2: Cho 0,2 mol Mg; 0,2 mol Fe; 0,2 mol Al; 0,1 mol Zn tác dụng hết với HNO 3
dư thu được V(lít) khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Tính giá trị của V?
3


Giải:
Cách 1:
- Viết các PTHH xảy ra:
3Mg + 8HNO3

→

3Mg(NO3)2

+

+ 4HNO3

→

Fe(NO3)3

+

NO

0,2
Al +

+

4H2O (1)

0, 4
3

0,2
Fe

2NO

+

2H2O

(2)

0,2
4HNO3

→

Al(NO3)3

+

0,2

NO

+

2H2O (3)

+

4H2O (4)

0,2

3Zn + 8HNO3 →

3Zn(NO3)2

+

2NO
0, 2
3

0,1
- Từ các PTHH (1), (2), (3), (4), ta có:
V=(

0, 4
0, 2
+ 0,2 + 0,2 +
).22,4 = 15,68 (lít)
3
3

Cách 2: Áp dụng công thức:

Σne nhường = ne nhận

 0,2.2 + 0,2.3 + 0,2.3 + 0,1.2 = 3nNO  nNO = 0,7 (mol)
 VNO = 0,7.22,4 = 15,68 (lít)
Ví dụ 3: Nung 11,2 gam Fe với 12,8 gam S. Sau phản ứng hoàn toàn thu được chất
rắn A. Cho A tác dụng với HNO3 loãng dư, thu được V lít (đktc) khí NO (là sản phẩm

khử duy nhất). Tìm V.
Giải:
Cách 1:
- Ta có:

nFe =

11, 2
= 0,2 mol
56

ns =

12,8
= 0,4 mol
32

- Các PTHH xảy ra:
4


Fe

+

S →

0,2

FeS

0,2

(1)

0,2

 FeS : 0, 2mol 


Vậy chất rắn A gồm :  S : 0, 2mol 

S

+ 2HNO3

0,2

0,4

FeS

+

→

H2SO4

+

2NO
0,4

6HNO3

→

Fe(NO3)3

+

0,2

3NO +

2H2O +

H2SO4

0,6

 VNO = (0,4 +

0,6).22,4 = 22,4 lít

Cách 2: Áp dụng định luật bảo toàn electron:
0,2.3 + 0,4.6 = 3nNO  nNO = 1mol  VNO = 22,4 lít
* Các ví dụ sau đây chỉ trình bày theo cách làm nhanh
Ví dụ 4: Cho a mol Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO 3 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 HNO = 0,12.1 = 0,12 mol; n H SO
3

2

4

=

0,12.0,5 = 0,06 mol

⇒ n H = 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol; n NO = 0,12 mol
+

3

Ta có ptpư:

3Cu

+

−

8H+ + 2NO3- → 3Cu+2 + 2NO + 4H2O

Có thể xảy ra các trường hợp

+ Cu hết, H+ và NO3- dư
nNO =

2
2
2
nCu = a (mol) ⇒ V = 22,4. a = 14,93 (lit)
3
3
3

+ Cu đủ hoặc dư, H+ hết (NO3- luôn dư so với H+)
nNO =

1 +
n H = 0,06 mol ⇒ V = 22,4.0,06 = 13,44 (lit)
4
5


b. Khi Cu hết hoặc dư
3

n Cu(NO ) =. 8 n H = 0,09 ⇒ m Cu(NO ) = 188.0,09 = 16,92 (g)
+

3 2

3 2

Ví dụ 5: Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO 3 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 ⇒ nCu (OH ) = nCuO
2

= 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 Cu = nCu (OH ) = 0,25 mol ⇒ m Cu(NO ) = 188.0,25 = 47 g
2+

Cu →

2

Cu2+

+

0,25 mol
+5

Mà: N

+ 3e

3 2

2e
0,5 mol

+2

→ N

0,3 mol

0,1 mol

Vậy chứng tỏ phản ứng của Cu và HNO3 phải tạo ra NH4NO3.
+5

−3

ne (Cu nhường) = Σne nhận = 0,5 mol ⇒ ne nhận N →N = 0,5 – 0,3 = 0,2 mol
+5

N

+

8e

0,2 mol
⇒n

NH 4 NO3

−3

→ N

0,025 mol

= 0,025 mol ⇒ m NH NO = 80.0,025 = 2 g
4

3

6


Theo định luật bảo toàn nguyên tố:
n HNO pư = nN (trong
3

Cu(NO3 ) 2

) + nN (trong NO) + nN (trong NH NO )
4

3

= 2n Cu(NO ) + nNO + 2n NH NO = 0,65 mol
3 2

4

3

(Nếu sử dụng công thức tính nhanh ở trên ta có:
n HNO pư = 4.nNO + 10.n NH NO = 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol)
3

4

3

40,95
.100%
⇒ m HNO3 = 63.0,65 = 40,95 g ⇒ C% = 800
= 5,12%

Ví dụ 6: Hòa tan 4,8 gam Mg vào dung dịch HNO3 loãng (dư) thu được 2,24 lít khí
NO (ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam chất rắn. Tìm giá
trị của m.
Giải:
nMg =

4,8
= 0,2 mol

24
2, 24

nNO = 22, 4 = 0,1 mol
- Giả sử sản phẩm không có NH4NO3. Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:
2.0,2 = 3.0,1 (vô lí)
 Vậy sản phẩm khử phải tạo thành NH 4NO3 :x mol. Áp dụng định luật bảo toàn
electron ta có:
2.0,2 = 3.0,1 + 8x  x = 0,125 mol
 Mg ( NO3 ) 2 : 0, 2mol 

÷
NH 4 NO3 : 0, 0125mol 

Vậy chất rắn gồm
 m = 30,6 gam.

3. Các ví dụ bài tập sử dụng phương pháp qui đổi
Ví dụ 7. 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
7


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)
 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: 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:
m H = 56 x + 72 y = 12

3 x + y = 3.0,1

(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:
m H = 72 x + 160 y = 12

 x = 3.0,1

⇒ x = 0,3 ; y = -0,06

nFe (ban đầu) = nFe (trong FeO) + nFe (trong Fe2O3) = 0,18
⇒ mFe = 10,08 g

Ví dụ 8: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS 2 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:
A. 17,545 gam

B. 18,355 gam

C. 15,145 gam

Giải
8

D. 2,4 gam


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)

(vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo muối

Fe3+ và H2SO4)
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)
Ví dụ 9. Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu và Fe 3O4 tác dụng với dung dịch HNO 3
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 HNO 3 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)
4. Bài tập kết hợp định luật bảo toàn electron và phương pháp qui đổi
Ví dụ 10: Để m gam phoi sắt ngoài không khí, sau một thời gian sắt bị oxi hoá thành
hỗn hợp X gồm 4 chất có khối lượng 27,2g. Hoà tan hết X trong 300 ml dung dịch
9


HCl a mol/l thấy thoát ra 3,36 lit khí H2 (đkc) và dung dịch Y. Cho tiếp dung dịch
HNO3 tới dư vào dung dịch Y thu được dung dịch Z chứa hỗn hợp FeCl 3, Fe(NO3)3,
HNO3 dư và 2,24 lit khí NO duy nhất thoát ra (đkc). Giá trị của m và a lần lượt là:
A. 22,4g và 2M

B. 16,8g và 3M

C. 22,4g và 3M

D. 16,8g và 2M

Giải:

Qui đổi 27,2g X thành Fe (x) và O (y)
Lập hệ 2 phương trình : 56.Fe + 16.O = 27,2 và 3.Fe – 2.O = 2.H2 + 3.NO
→ khối lượng Fe (m = 22,4g)
Tìm được x và y 

Bảo toàn e cho dung dịch Y + HNO3
→ a = 0,15; b + 2c = 0,25; a + b = 0,3
Fe (a) ; FeO (b) ; Fe2O3 (c) 

→ b = 0,15; c = 0,05

→ nHCl = 2.0,15 + 2. 0,15 + 6 . 0,05 = 0,9 mol

→ CM = 0,9/0,3 = 3M

5. Các điểm cần lưu ý về việc tổ chức thực hiện chuyên đề.
5.1 Tính oxi hóa của HNO3
HNO3 thể hiện tính oxi hóa mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử như: Kim
loại, phi kim, các hợp chất Fe(II), hợp chất S2-, I-, . . . Thông thường:
+ Nếu axit đặc, nóng tạo ra sản phẩm NO2
+ Nếu 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.
+ NO2 là chất khí màu nâu đỏ. M = 46. ne nhận = nNO2
+ NO là chất khí không màu, bị hóa nâu ngoài không khí; M = 30;
ne nhận = 3nNO;
+ N2O là chất khí không màu, không bị hóa nâu ngoài không khí, nặng hơn không
khí;

M = 44

ne nhận = 8nN2O

+ N2 là chất khí không màu, không duy trì sự sống, sự cháy; M = 28; nhẹ hơn
không khí;

ne nhận = 10nN2

+ NH4NO3 là chất rắn tan tốt trong nước;
10

ne nhận = nNH4NO3


5.2. Chú ý:
- Một số kim loại (Fe, Al, Cr, . . .) không tan trong axit HNO 3 đặc, nguội do bị thụ
động hóa.
- 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.
- Khi axit HNO3 tác dụng với bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phản
ứng trung hòa.
- 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 (Fe 2+,
Cr2+), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối.
- Các chất khử phản ứng với muối NO 3- trong môi trường axit tương tự phản ứng
với HNO3. Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương trình ion.
5.3. Cần sử dụng phương pháp phù hợp với bài toán.
5.3.1. Phương pháp bảo toàn electron.

Chỉ áp dụng cho bài toán xảy ra các phản ứng oxi hoá khử.
Xác định và viết đầy đủ các quá trình khử, quá trình oxi hoá.
Định luật bảo toàn electron:

∑

e nhường =

∑

e nhận.

5.3.2. Pháp pháp qui đổi - Phạm vi áp dụng:
+ Kim loại, oxit kim loại tác dụng với dung dịch HNO3.
+ Kim loại và hợp chất kim loại với lưu huỳnh tác dụng với HNO3

11