Kim loại tác dụng với HNO3 không tạo ra khí
I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
1. Phương trình tổng quát
- Kim loại + HNO3 đặc, nóng → muối nitrat + NO2 + H2O.
M + 2nHNO3 → M[NO3]n + nNO2 + nH2O
- Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O.
3M + 4nHNO3 → 3M[NO3]n + nNO + 2nH2O
* Lưu ý:
- Axit nitric tác dụng với hầu hết các kim loại [trừ Au và Pt].
- Một số kim loại [Fe, Al, Cr, . . .] không tan trong axit HNO3 đặc, nguội do bị thụ động hóa.
- Axit nitric loãng khi tác dụng với kim loại có tính khử mạnh như Mg, Al , Zn... thì sản phẩm khử tạo thành có thể NO, N2O, N2, NH4NO3.
M + HNO3 → M[NO3]n + [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3] + H2O
Tùy điều kiện phản ứng mà sản phẩm tạo thành có thể là một khí hoặc nhiều khí [đặc biệt khi giải bài tập cần lưu ý đến NH4NO3].
- Kim loại tác dụng với HNO3 dù trong bất kì điều kiện nào cũng không tạo ra khí H2.
- 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.
2. Phương pháp giải bài tập
a. 1 kim loại + HNO3 → 1 sản phẩm khử [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3]
* Nhận xét: Với dạng bài tập này khá đơn giản thì chúng ta dùng phương trình phân tử hoặc bán phương trình đều được.
Ví dụ: Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO3 dư thu được dung dịch 2,24 lit khí NO [đktc]. Tìm m?
Gợi ý
Số mol NO = 0,1 mol
Phương trình hóa học
3Cu + 8HNO3 → 3Cu[NO3]2 + 2NO + 4H2O
x = 0,1.3/2 = 0,15 mol
→ m = 0,15 .64 = 9,6g
* Lưu ý: Fe và Cr khi tác dụng với dung dịch HNO3 nếu có thêm từ dung dịch axit tối thiểu hoặc có kim loại dư thì sản phẩm tạo thành là Fe [II] và Cr [II].
Ví dụ: Cho mg Fe vào dung dịch HNO3 thu được 3,36 lit khí NO [là sản phẩm khử duy nhất ở đktc]. Tìm m [Biết HNO3 cần dùng với một lượng tối thiểu]
* Nhận xét: Fe tác dụng với HNO3 tạo ra Fe[III] sau đó tác dụng lại với Fe dư tạo thành Fe[II].
Gợi ý
Số mol NO = 0,15 mol
3Fe + 8HNO3 → 3Fe[NO3]2 + 2NO + 4H2O
x = 0,15.3/2 = 0,225 mol
→ m = 0,225 .56 = 12,6g
b. 2 hay nhiều kim loại + HNO3 → 1 sản phẩm khử [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3]
* Nhận xét: Với dạng bài tập này chúng ta nên viết bán phương trình sẽ tiện hơn nhiều so với phương trình phân tử. Sau đó, dựa vào ĐLBT electron:
Tổng e cho = tổng e nhận
Ví dụ: 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. Tính khối lượng [g] của Al và Fe trong hỗn hợp đầu?
Gợi ý
nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol
Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp đầu
Ta có: 27x + 56y = 11 [1]
Al → Al+3 + 3e
x 3x mol
Fe → Fe+3 + 3e
y 3y mol
N+5 + 3e → N+2
0,9 0,3 mol
Theo định luật bảo toàn e: ne [KL nhường] = ne [N nhận] = 0,9 mol
hay: 3x + 3y = 0,9 [2]
Từ [1] và [2] ta có:
→ x = 0,2 mol và y = 0,1
→ mAl = 5,4g và mFe = 5,6g
c. 1 kim loại + HNO3 → 2 sản phẩm khử [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3]
* Nhận xét: Với dạng bài tập này chúng ta nên viết bán phương trình sẽ tiện hơn nhiều so với phương trình phân tử. Sau đó, dựa vào ĐLBT electron:
Tổng e cho = tổng e nhận
Ví dụ: Cho 16g Cu vào dung dịch HNO3 sau phản ứng thu được 6,72 lit hỗn hợp khí X[gồm NO và NO2] [đktc]. Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp X?
Gợi ý
Số mol X = 0,3 mol
Số mol Cu = 0,25 mol
Gọi x, y là số mol của NO2 và NO
Ta có: x + y = 0,3 [1]
Cu → Cu+2 + 2e
0,25 0,5 mol
N+5 + 1e → N+4
x x mol
N+5 + 3e → N+2
3y y mol
Theo ĐLBT e:
x + 3y = 0,5 [2]
Từ [1] và [2] ta có:
→ x = 0,2 mol và y = 0,1mol
%VNO2 = 66,7% và %VNO = 33,3%
* Lưu ý: Đối với Mg, Al, Zn khi tác dụng với HNO3. Nếu không có sản phẩm khử duy nhất hãy cẩn thận có muối NH4NO3 tạo thành.
Ví dụ: Cho 37,8g Al vào dung dịch axit HNO3 loãng dư thu được dung dịch X và V lit khí N2 [đktc]. Sau khi cô cạn dung dịch X thu được 310,2g chất rắn khan. Tìm V
Gợi ý
Số mol Al = 1,4 mol
Nhận xét: Nếu muối khan chỉ chứa Al[NO3]3 = 310,2/213 = 1,45 > 1,4 mol [loại]
→ có muối NH4NO3 tạo thành với khối lượng mNH4NO3 = 310,2 - 1,4.213 = 12g [ứng với 0,15 mol]
Al → Al+3 + 3e
1,4 4,2 mol
2N+5 + 10e → N2
10x x mol
N+5 + 8e → N-3
1,2 0,15 mol
Theo ĐLBT e: 10x + 1,2 = 4,2 → x = 0,3 mol
→ V = 6,72 lit
* Lưu ý: Khi kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HNO3 với HCl [hoặc H2SO4 loãng]
→ tổng số mol H+ = số mol HCl + số mol HNO3
= 2 số mol H2SO4 + số mol HNO3
Phương trình
M → M+n + ne
NO3- + 3e + 4H+ → NO + 2H2O
Ví dụ: Cho 5,76g 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]. Tìm V?
Gợi ý
nHNO3 = 0,12.1 = 0,12 mol
nH2SO4 = 0,12.0,5 = 0,06 mol
Tổng số mol H+ = 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol
nCu = 0,09 mol
Phương trình:
3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu+2 + 2NO + 4H2O
0,09 0,24 x = 0,09.2/3 = 0,06 mol
→ VNO = 1,344 lit
* Nhận xét: Khi sử dụng bán phương trình thì tổng số mol H+ được tính bằng
nH+ = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2 + 8nNH4NO3
II. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Câu 1: Hoà tan hoàn toàn 0,9 g kim loại X vào dung dịch HNO3 thu được 0,28 lít khí N2O [đktc]. Vậy X có thể là
A. Cu
B. Fe
C. Zn
D. Al
Câu 2: Hoà tan m gam Fe vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu được 0,448 lit khí NO duy nhất [đktc]. Giá trị của m là:
A. 1,12 gam.
B. 11,2 gam.
C. 0,56 gam.
D. 5,6 gam.
Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng [dư], thu được dung dịch X và 1,344 lít [ở đktc] hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là:
A. 97,98.
B. 106,38.
C. 38,34.
D. 34,08.
Câu 4: Hoà tan hoàn toàn 0,1 mol Fe và 0,2 mol Al vào dung dịch HNO3 dư thu được hỗn hợp khí A gồm NO và NO2 có tỉ lệ mol tương ứng là 2:1. Thể tích của hỗn hợp khí A [ở đktc] là
A. 86,4 lít
B. 8,64 lít
C. 19,28 lít
D. 192,8 lít
Câu 5: Hoà tan hoàn toàn a gam Al trong dung dịch HNO3 loãng thấy thoát ra 44,8 lít hỗn hợp 3 khí NO, N2O và N2 có tỉ lệ mol tương ứng là 1:2:2. Giá trị của a là
A. 140,4 gam
B. 70,2 gam
C. 35,1 gam
D. 45,3 gam
Câu 6: Hoà tan hoàn toàn 12,8 gam Cu trong dung dịch HNO3 thấy thoát ra V lít hỗn hợp khí A gồm NO, NO2 [đktc]. Biết tỉ khối hơi của A so với H2 là 19. Giá trị của V là
A. 4,48 lít
B. 2,24 lít
C. 0,448 lít
D. Kết quả khác
Câu 7: Cho 8 gam Cu tác dụng với 120 ml dung dịch X gồm HNO3 1 M và H2SO4 0,5 M thu được V lit khi NO [đkc]. Tính V?
A. 1,244 lit
B. 1,68 lit
C. 1,344 lit
D. 1,12 lit
Câu 8: Cho 1,86 gam hợp kim Mg và Al vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được 560 ml [đktc] khí N2O duy nhất khối lượng của Mg trong hỗn hợp là:
A. 1,62 gam
B. 0,22 gam
C. 1,64 gam
D. 0,24 gam.