CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP ĐIỂN HINH VỀ HNO3 VÀ ION NO3- TRONG MÔI TRƯỜNG H+

DẠNG 1: BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH HNO₃

- HNO₃ là axit có tính oxi hóa mạnh vì số oxi hóa tối đa của N là +5 và phân tử kém bền, thể hiện cả khi loãng.
- HNO₃ dư tác dụng với kim loại ( trừ Au, Pt) cho muối nitrat kim loại có số oxi hóa tối đa

Chú ý:

* Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc nguội
* Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng:

m_muối= m_KL + ${{m}_{NO_{3}^{-}}}$_{(muối của kim loại)}+ ${{m}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}$

_{${{n}_{NO_{3}^{-}}}$(muối của kim loại)}= n _{e nhường} = n_nhận

* Tính số mol axit phản ứng:

Cách 1: Áp dụng bảo toàn nguyên tố N: ${{n}_{HN{{O}_{3}}}}=\sum{{{n}_{NO_{3}^{-}}}+\sum{{{n}_{N}}}}$_{(sản phẩm khử)}

Cách 2: ${{n}_{HN{{O}_{3}}}}=2.{{n}_{N{{O}_{2}}}}+4.{{n}_{NO}}+10.{{n}_{{{N}_{2}}O}}+12.{{n}_{{{N}_{2}}}}+10.{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}$

- Dấu hiệu nhận biết 1 số sản phẩm khử:

* $N{{O}_{2}}$ là chất khí màu nâu đỏ, M = 46 đvC.
$2N{{O}_{2}}+2NaOH\to NaN{{O}_{2}}+NaN{{O}_{3}}+{{H}_{2}}O$
$2N{{O}_{2}}\rightleftharpoons {{N}_{2}}{{O}_{4}}$

* $NO$ là chất khí không màu, bị hóa nâu ngoài không khí
$NO+\frac{1}{2}{{O}_{2}}\to N{{O}_{2}}$

* Dung dịch muối sau phản ứng thu được nhỏ dung dịch chứa $O{{H}^{-}}$ thấy có khí thoát ra đều đó chứng tỏ dung dịch thu được có $N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}$
$NH_{4}^{+}+O{{H}^{-}}\to N{{H}_{3}}\uparrow +{{H}_{2}}O$

VÍ DỤ

Câu 1: Cho 29 gam hỗn hợp Al, Cu và Ag tác dụng vừa đủ với 950 mol dung dịch HNO₃ 1,5M thu được dung dịch chứa m gam muối và 5,6 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO và N₂O. Tỉ khối của X so với H₂ là 16,4. Giá trị của m là
A. 97,20. B. 98,75. C. 98,20. D. 91,00.
HD: Đáp án C

Đặt x, y lần lượt là số mol$NO$và${{N}_{2}}O$

$\Rightarrow$Có${{n}_{HN{{O}_{3}}}}$=n_eTraođổi+${{n}_{NO}}+2{{n}_{{{N}_{2}}O}}+2{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}$

= $3x+8y+8.{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}+x+2y+2.{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}$

= $4.0,2+10.0,05+10.{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}=0,95.1,5$

$\Rightarrow {{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}=0,0125$mol

$\Rightarrow $m_muối= m_{kim loại} + 62.n_{e trao đổi} + ${{m}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}$

$=29+62.(3.0,2+8.0,05)+8.0,0125=98,2$gam

Câu 2: Hòa tan hết 6 gam hỗn hợp X gồm Mg, Al, Zn trong dung dịch HNO₃ vừa đủ, sau khi phản ứng hoàn toan thu được dung dịch Y và hỗn hợp khí gồm 0,02 mol NO và 0,02 N₂O. Làm bay hơi dung dịch Y thu được 25,4 gam muối khan. Tổng số mol ion nitrat bị khử trong các phản ứng trên là:
A. 0,07 mol B. 0,05 mol C. 0,06 mol D. 0,09 mol
HD: Đáp án A
Khi cho hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch HNO₃ thu được dung dịch Y và các sản phẩm khử của N Trong dung dịch có thể tồn tại $N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}$

* Đặt mol $N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}$là a mol

$\Rightarrow $ Tổng số mol electron nhận: ${{n}_{e(+)}}=3.{{n}_{NO}}+8.{{n}_{{{N}_{2}}O}}+8.{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{2}}}}=0,22+8a$

Ta có: ${{n}_{NO_{3}^{-}}}$_{muối kim loại} = n_{e nhận} = n _{e nhường} = 0,22 + 8a

m_muối = m _{kim loại}+ ${{n}_{NO_{3}^{-}}}$_{muối kim loại} + ${{m}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}$ = 6 + (0,22 + 8a).62 + 80.a =25,4 mol

Tổng số mol ion nitrat bị khử là: ${{n}_{{{N}^{+5}}}}$_{bị khử}= 0,02 + 0,02.2 + 0,01 = 0,07 mol

Câu 3: Cho 5,04 gam hỗn hợp Mg và Al có tỉ lệ mol tương ứng là 3:2 tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng, dư thu được dung dịch X và 0,896 lít (đktc) hỗn hợp hai khí không màu, không hóa nâu trong không khí có tỉ khối hơi so với H₂ bằng 18. Số mol HNO₃ bị khử trong quá trình trên là
A. 0.095 mol B. 0,11mol C. 0,1 mol D. 0,08 mol
HD: Đáp án A

Hai khí thu được không hóa nâu trong không khí
Mà M_X = 18.2 = 36 suy ra 2 khí là N₂O và N₂

Có 2.0,12 + 3.0,08 = 0,48 mol > 8.0,02 + 10.0,02 = 0,36 mol

$\Rightarrow $ Chứng tỏ sản phẩm khử còn có NH₄NO₃ : ${{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}=\frac{0,48-0,36}{8}=0,015$ mol

$\Rightarrow $ Số mol HNO₃bị khử = $2.{{n}_{{{N}_{2}}O}}+2.{{n}_{{{N}_{2}}}}+{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}=0,095$mol

DẠNG 2: HỢP CHẤT TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH HNO₃

VÍ DỤ

Câu 1: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm FeS₂ và Fe₃O₄ bằng 100 gam dung dịch HNO₃ a% (vừa đủ) thu được 15,344 lít hỗn hợp khí gồm NO và NO₂có khối lượng 31,35 gam và dung dịch chỉ chứa 30,15 gam hỗn hợp muối. Giá trị của a gần nhất với ?

A. 63 B. 57 C. 43 D. 46
HD: Đáp án B
Đặt a, b lần lượt là số mol của NO và NO₂

Đặt x, y lần lượt là số mol FeS₂ và Fe₃O₄

Áp dụng bảo toàn số mol $\Rightarrow $ 15x + y = 3a + b = 0,705 mol (1)

Áp dụng bảo toàn nguyên tố có ${{n}_{SO_{4}^{2-}}}=2x\Rightarrow {{n}_{NO_{3}^{-}}}$_{trong muối}= 3x + 3.3y – 2.2x = 9y – x

$\Rightarrow $ m _muối= 56.(x + 3y) + 96.2x + 62.(9y – x) = 30,15 gam (2)

$\Rightarrow $ ${{n}_{HN{{O}_{3}}}}=9y-x+2+b=0,91mol$ $\Rightarrow a%=\frac{0,91.63}{100}.100%=57,33%$

Vậy a gần với giá trị 57 nhất.

Câu 2: Hòa tan hết hỗn hợp gồm 0,01 mol Cu₂S; 0,04 mol FeCO₃ và x mol FeS₂ bằng dung dịch HNO₃vừa đủ. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được V lít (đktc) hỗn hợp hai khí, trong đó có một khí nâu đỏ và dung dịch chỉ chứa muối của Cu²⁺, Fe³⁺ với một anion. Giá trị của V là ?
A. 51,072 B. 46,592 C. 47,488 D. 50,176
HD: Đáp án A
Sau phản ứng chỉ thu được muối của Cu²⁺, Fe³⁺với một anion +2 khí (có 1 khí màu nâu đỏ).

Anion là $SO_{4}^{2-}$ , 2 khí là NO₂và CO_{2 $\Rightarrow NO_{3}^{-}$} chuyển hết thành NO₂

$2Fe{{S}_{2}}+30HN{{O}_{3}}\to F{{e}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{3}}+30N{{O}_{2}}+{{H}_{2}}S{{O}_{4}}+14{{H}_{2}}O$

x 15x 0,5x

$2FeC{{O}_{3}}+2HN{{O}_{3}}+3{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\to F{{e}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{3}}+2N{{O}_{2}}+2C{{O}_{2}}+4{{H}_{2}}O$

0,04 0,06 0,04 0,04

$C{{u}_{2}}S+10HN{{O}_{3}}+{{H}_{2}}S{{O}_{4}}\to 2CuS{{O}_{4}}+10N{{O}_{2}}+6{{H}_{2}}O$

0,01 0,01 0,1

$\Rightarrow 0,5x=0,06+0,01\Rightarrow x=0,14$

$\Rightarrow \sum{({{n}_{N{{O}_{2}}}}+{{n}_{C{{O}_{2}}}}})=15.0,14+0,04+0,04+0,1=2,28mol\Rightarrow V=51,072$lít

Câu 3: Hỗn hợp X có khối lượng 15,44 gam gồm bột Cu và oxit sắt Fe_xO_y được chia thành hai phần bằng nhau:

Phần 1: Tác dụng với dung dịch HCl dư được m gam chất rắn không tan

Phần 2: Cho tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ đặc, nóng (dư), thu được dung dịch Y và 1,904 lít khí NO₂(đktc, sản phẩm khử duy nhất). Cô cạn Y được 23,79 gam hỗn hợp chất rắn khan. Giá trị của m
A. 1,92 B. 0,32 C. 1,6 D. 0.64
HD: Đáp án B
* Khối lượng mỗi phần $=\frac{15,44}{2}=7,72gam$

Quy đổi hỗn hợp X tương đương với hỗn hợp gồm a mol Cu, b mol Fe, c mol O.

$\Rightarrow 64a+56b+16c=7,72gam$ (1)

* Phần 1: HCl dư $\to $ m gam chất rắn không tan là Cu.

* Phần 2: HNO₃ dư $\to $ 23,79 gam chất rắn khan + 0,085 mol NO₂

Có m_{chất rắn khan} = 64a + 56b + 62.(2a + 3b) = 23.79 gam (2)

Áp dụng bảo toàn electron có: 2a + 3b = 2c + 0,085 (3)

$\Rightarrow $Oxit sắt là Fe₃O₄ $\Rightarrow $ ${{n}_{FeC{{l}_{3}}}}=2.{{n}_{F{{e}_{3}}{{O}_{4}}}}=0,005mol$

$\Rightarrow $ n_{Cu dư} $=a-\frac{1}{2}{{n}_{FeC{{l}_{3}}}}=0,03-\frac{0,05}{2}=0,005mol\Rightarrow m=64.0,005=0,32gam$

DẠNG 3: ION $\text{NO}_{3}^{-}$ TRONG MÔI TRƯỜNG H⁺

Câu 1: Cho 8,64 gam Mg vào dung dịch hỗn hợp X gồm NaNO₃ và H₂SO₄. Đun nhẹ đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch A; 1,792 lít hỗn hợp khí B có khối lượng 1,84 gam gồm 2 chất khí không màu trong đó có 1 khí hóa nâu ngoài không khí, còn lại 4,08 gam chất rắn không tan. Cô cạn cẩn thận dung dịch A thu được m gam muối khan. Tìm m
A. 29,8 gam B. 36,54 gam C. 29,72 gam D. 27,08 gam
HD: Đáp án A

Ta tính được ${{n}_{Mg}}=\frac{8,64}{24}=0,36$mol ; ${{n}_{B}}=\frac{1,792}{22,4}=0,08$mol

* Khi đó ${{M}_{B}}=\frac{1,84}{0,08}=23$. Do B có 1 khí hóa nâu ngoài không khí, do đó khí hóa nâu là khí NO (PTK = 30 > 23)

$\Rightarrow $ Phải có 1 khí có PTK < 23. Khi đó chỉ có thể là H₂

Rắn không tan chính là Mg $\to $ n_{Mg phản ứng}=$\frac{8,64-4,08}{24}=0,19(mol)$

Nhận thấy sản phẩm khử ngoài NO ; H₂ có thể có cả muối amoni $NH_{4}^{+}$ (cũng do đã tạo ra H₂, điều đó chứng tỏ trong dung dịch không còn ion$NO_{3}^{-}$)

$\Rightarrow $n _{e nhường}= 2.n_Mg= 2.0,19 = 0,38 mol

$\Rightarrow $n_{e nhận}= $3.{{n}_{NO}}+2.{{n}_{{{H}_{2}}}}+8.{{n}_{NH_{4}^{+}}}\Rightarrow {{n}_{NH_{4}^{+}}}=\frac{0,36-0,22}{8}=0,02(mol)$

Nhận thấy bảo toàn N ta có:

${{n}_{NaN{{O}_{3}}}}$ _{ban đầu}$={{n}_{NO}}+{{n}_{NH_{4}^{+}}}=0,06+0,02=0,08(mol)$.

Do trong dung dịch không còn ion $NO_{3}^{-}$ nên thành phần dung dịch A chỉ gồm muối sunfat.

$\Rightarrow $ m = m_{muối trong A}= 0,19.120 + 0,01.132 + 0,04.142 = 29,8 gam

Nhận xét:
Dung dịch X chứa NaNO₃ và H₂SO₄ $\Rightarrow $ Chứa các ion $({{H}^{+}};NO_{3}^{-})$và Na⁺. Dung dịch X có $({{H}^{+}};NO_{3}^{-})$ nên có tính oxi hóa tương tự như HNO₃.

Mg là kim loại hoạt động hóa học tương đối mạnh nên phản ứng với $({{H}^{+}};NO_{3}^{-})$ trước tạo ra các sản phẩm khử của N⁺⁵, sau đó nếu $NO_{3}^{-}$, hết mà ion H⁺ dư thì Mg sẽ phản ứng với ion H⁺ dư tạo ra khí H₂ $\Rightarrow $ điều đó có nghĩa là trong hệ môi trường axit (ion nitrat trong môi trường axit) nếu đã có H₂ sinh ra đồng nghĩa không tồn tại ion $NO_{3}^{-}$ nữa.

Một điểm chung ta cần lưu ý nữa là hệ môi trường axit có tính oxi hóa tương tự như HNO₃ khi tác dụng với kim loại có tính khử mạnh, tương đối mạnh phải lưu ý trường hợp tạo muối amoni nằm trong dung dịch thu được.

Câu 2: Hòa tan bột Fe vào 200 ml dung dịch chứa NaNO₃và H₂SO₄. Sau phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch A cà 6,72 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO và H₂ có tỉ lệ mol 2:1 và 3 gam chất rắn không tan. Biết dung dịch A không chứa muối amoni. Cô cạn dung dịch A thu được khối lượng muối khan là
A. 126 gam B. 75 gam C. 120,4 gam D. 70,4 gam

HD: Đáp án D
Đặt a, b lần lượt là số mol NO và H2

Sau phản ứng còn dư Fe $\Rightarrow $ Chứng tỏ trong dung dịch A chứa muối Fe (II), không còn muối Fe (III)

Áp dụng bảo toàn electron có 2.n_{Fe phản ứng}= 3a + 2b = 0,8 mol n_{Fe phản ứng} = 0,4 mol

Có khi H₂ thoát ra chứng tỏ NaNO₃ phản ứng hết ${{n}_{NaN{{O}_{3}}}}=a=0,2mol$

Áp dụng bảo toàn điện tích có:

$2.{{n}_{SO_{4}^{2-}}}={{n}_{N{{a}^{+}}}}+2.{{n}_{F{{e}^{2+}}}}=0,2+2.0,4=1mol\Rightarrow {{n}_{SO_{4}^{2-}}}=0,5mol$

$\Rightarrow $m_{muối khan} = 23.0,2 + 56.0,4 + 96.0,5 = 75 gam
Câu 3: Cho Zn tới dư vao dung dịch gồm HCl; 0.05 mol NaNO₃ và 0,1 mol KNO₃. Sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch X chứa m gam muối; 0,125 mol hỗn hợp khí Y gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí. Tỉ khối của Y so với H₂ là 12,2. Giá trị của m là
A. 61,375 B. 64,05 C. 57,975 D. 49,775
HD: Đáp án B

Theo đề bài ra ta tính là $\overline{{{M}_{Y}}}=12,2.2=22,4\to $ hỗn hợp Y sinh ra phải có khí H₂. Mặt khác Y gồm 2 khí không màu, có 1 khí hóa nâu ngoài không khí nên chứng tỏ có NO.

Gọi số mol H₂ và NO lần lượt là x và y.

Vì có khí H₂ và Zn còn dư nên chứng tỏ H⁺ và $NO_{3}^{-}$ hết. Ta có ${{n}_{NO_{3}^{-}}}>{{n}_{NO}}$ chứng tỏ có sinh ra ion $NH_{4}^{+}$

Bảo toàn nguyên tố N $\Rightarrow {{n}_{NH_{4}^{+}}}=0,15-0,1=0,05mol$

Theo định luật bảo toàn electron ta được

$2.{{n}_{Zn}}=2.{{n}_{NO}}+8.{{n}_{NH_{4}^{+}}}+2.{{n}_{{{H}_{2}}}}\Rightarrow {{n}_{Zn}}={{n}_{Z{{n}^{+}}}}=\frac{0,75}{2}=0,375mol$

Khối lượng muối thu được là:

$m={{m}_{ZnC{{l}_{2}}}}+{{m}_{N{{H}_{4}}Cl}}+{{m}_{NaCl}}+{{m}_{KCl}}=136.0,375+53,5.0,05+58,5.0.05+74,5.0,1=64,05gam$

CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN

Bài 1: Hỗn hợp X gồm Mg (0,1 mol), Al (0,04 mol) và Zn (0,15 mol). Cho X tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng (dư), sau phản ứng khối lượng dung dịch tăng 13,23 gam. Số mol HNO₃ tham gia phản ứng là

A. 0,6200 mol B. 1,2400 mol C. 0,6975 mol D. 0,7750 mol

Bài 2: Hỗn hợp X gồm: Mg (0,15 mol), Al (0,1 mol), Zn (0,12 mol). Cho X tác dụng với dung dịch HNO₃ (loãng, dư). Sau phản ứng hoàn toàn, thấy khối lượng dung dịch tăng 14,1 gam so với dung dịch HNO₃ ban đầu. Số mol HNO₃ đã tham gia phản ứng gần nhất với giá trị nào dưới đây ?

A. 0,98 B. 1,08 C. 1,17 D. 0,92

Bài 3: Cho 33,7 gam hỗn hợp X gồm Al₂O₃, CuO, Al, Cu (trong đó có 18,99% khối lượng oxi) vào trong dung dịch HCl dư thấy thu được 3,36 lít khí H₂ (đktc), lọc lấy phần chất rắn không tan cho vao dung dịch HNO₃ đặc, nóng (dư), thu được 8,96 lít khí NO₂ (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Phần trăm khối lượng của Al₂O₃ trong hỗn hợp X gần nhất với giá trị nào sau đây ?

A. 31,27% B. 13,93% C. 13,94% D. 30,27%

Bài 4: Hỗn hợp X gồm CuO và một oxit của kim loại M hóa tị II với tỉ lệ mol tương ứng là 1:2. Cho khí Co dư đi qua 2,4 gam X nung nóng, thu được hỗn hợp Y. Để hòa tan hết Y cần tối đa 40 ml dung dịch HNO₃ 2,5M và thu được khí NO là sản phẩm khử duy nhất. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Phần trăm khối lượng của CuO trong X gần nhất với giá trị nào sau đây ?

A. 14,71% B. 49,75% C. 41,67% D. 35,71%

Bài 5: Cho 17,9 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu và Al vào bình đựng 200 gam dung dịch H₂SO₄ 24,01%. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 9,6 gam chất rắn và có 5,6 lít khí (đktc) thoát ra. Thêm tiếp vào bình 10,2 gam NaNO₃, khi các phản ứng kết thúc thì thể tích khí NO (đktc) sản phẩm khử duy nhất tạo thành và khối lượng muối trong dung dịch là ?

A. 2,24 lít và 56,3 gam B. 2,688 lít và 66,74 gam

C. 2,688 lít và 64,94 gam C. 2,24 lít và 59,18 gam

Bài 6: Cho 5 gam bột Mg vào dung dịch hỗn hợp KNO₃ và H₂SO₄ , đun nhẹ, tỏng điều kiện thích hợp, đến khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch A chứa m gam muối; 1,792 lít hỗn hợp khí B (đktC) gồm 2 khí không màu, trng đó có một khí hóa nâu trong không khí và còn lại 0,44 gam chất rắn không tan. Biết tỉ khối của B so với H₂ là 11,5. Giá trị của m là ?

A. 36,04 B. 31,08 C. 29,34 D. 27,96