Bài tập nitric acid

n_NO = 0,2 mol

Quá trình cho – nhận e:

$\overset{0}{\mathop{M}}\,\to \overset{+n}{\mathop{M}}\,\,+\,ne~~~~~~\,\,\,\,\,\,\,\,~~~\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 3}e\to \overset{+2}{\mathop{\,N}}\,O$

$\frac{0,6}{n}$          ←       0,6                      0,6   ←   0,2

$=>\,\,\frac{19,2}{M}=\frac{0,6}{n}\,\,=>\,\,M=32n$

Với n = 2 => M = 64 => M là Cu

Gọi n_NO = x mol; n_NO2 =  y mol

=> n_{hỗn hợp khí} = x + y = 0,4 mol  (1)

$\bar{M}=\frac{30x+46y}{x+y}=21.2$   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,1;  y = 0,3

Quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& \overset{0}{\mathop{M}}\,\to \overset{+n}{\mathop{M}}\,\,+\,ne;\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 3}e\to \overset{+2}{\mathop{\,N}}\,O \\ &                \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 1}e\to \overset{+4}     {\mathop{\,N}}\,{{O}_{2}} \\ \end{align}$

Bảo toàn e: n_{e cho}  = n_{e nhận} = 3.n_NO + n_NO2 = 0,6

$=>\,\,\frac{5,4}{M}.n=0,6\,\,=>\,\,M=9n$

Với n = 3 => M = 27 => M là Al

Gọi số mol của Al và Fe lần lượt là x và y mol

=> m_{hỗn hợp} = 27x + 56y = 11   (1)

Quá trình cho – nhận e:

\(\begin{align}& Al\to \overset{+3}{\mathop{Al}}\,\,\,\,+\,\,\,3e~~~~~~\,\,\,\,\,\,\,\,~~\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 3}e\to \overset{+2}{\mathop{\,N}}\,O \\ & Fe\,\to \overset{+3}{\mathop{\,Fe}}\,\,\,+\,\,\,3e \\ \end{align}\)

Bảo toàn e: 3.n_Al + 3.n_Fe = 3.n_NO => x + y = 0,3   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,2;  y = 0,1

=> m_Al = 0,2.27 = 5,4 gam;  m_Fe = 0,1.56 = 5,6 gam

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& Al\to \overset{+3}{\mathop{Al}}\,\,+\,3e~~~~~~\,\,\,\,\,~~\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 3}e\to \overset{+2}{\mathop{\,N}}\,O \\ & \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{2N}}\,\,\,+\text{ 8}e\to \overset{+1}{\mathop{\,{{N}_{2}}}}\,O \\ \end{align}$

Bảo toàn e: 3.n_Al = 3.n_NO + 8.n_N2O => n_Al  = (3.0,01 + 8.0,015) / 3 = 0,05 mol

=> m = 0,05.27 = 1,35 gam

n_Cu = 0,1 mol

Gọi số mol của NO và NO₂ lần lượt là x và y mol

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& Cu\to \overset{+2}{\mathop{Cu}}\,\,+\,2e~~~~~~\,\,\,\,~~\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 3}e\to \overset{+2}{\mathop{\,N}}\,O \\ & \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 1}e\to \overset{+4}{\mathop{\,N}}\,{{O}_{2}} \\ \end{align}$

Bảo toàn e: 2.n_Cu = 3.n_NO + n_NO2 => 3x + y = 0,2   (1)

\({\bar M_X} = \dfrac{{30x + 46y}}{{x + y}} = 18.2\,\,\,\,(2)\)

Từ (1) và (2) => x = 1/18 mol;  y = 1/30 mol

Bảo toàn nguyên tố N: n_{HNO3 phản ứng} = n_{NO3 (trong muối)} + n_NO + n_NO2 = 0,1.2 + 1/18 + 1/30 = 13/45 mol

=> C_{M HNO3} = 13/9 M

Bước 1: Tính n_{e cho}

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận} = 3.n_NO + n_NO2 = 3.0,01 + 0,04 = 0,07 mol

Bước 2: Tính m_muối­

- n_{NO3 (trong muối)} = n_{e cho} = 0,07 mol

 ⟹ m_NO3 = 62.0,07 = 4,34 gam

- m_muối = m_{kim loại} + m_NO3 = 1,35 + 4,34 = 5,69 gam

n_N2O = 0,045 mol

Gọi số mol của Mg và Zn lần lượt là x và y mol => m_{hỗn hợp} = 24x + 65y = 8,9   (1)

Giả sử trong X chứa muối NH₄NO₃ (a mol)

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& Mg\to \overset{+2}{\mathop{Mg}}\,\,+\,2e~~~~~~\,\,\,\,\,\,\,\,~~\overset{+5}{\mathop{2N}}\,\,\,+\text{ 8}e\to {{\overset{+1}{\mathop{\,N}}\,}_{2}}O \\ & Zn\to \overset{+2}{\mathop{Zn}}\,\,+\,2e\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+8e\to \overset{-3}{\mathop{\,N}}\,{{H}_{4}} \\ \end{align}$

Bảo toàn e: 2.n_Mg + 2.n_Zn = 8.n_N2O + 8.n_NH4NO3 => 2x + 2y = 0,36 + 8a   (2)

n_{NO3 (trong muối)} = n_{e cho} = 2x + 2y mol

Bảo toàn nguyên tố N:  n_HNO3 = n_{NO3 (trong muối)} + 2.n_N2O + 2.n_NH4NO3

=> 0,5 = 2x + 2y + 2.0,045 + 2a   (3)

Từ (1), (2) và (3) => x = 0,1;  y = 0,1;  a = 0,005

=> m_muối = m_{kim loại}  + m_{NO3 (trong muối KL)} + m_NH4NO3 = 8,9 + 62.(2.0,1 + 2.0,1) + 80.0,005 = 34,1 gam

n_Zn(NO3)2 = 0,6 mol;  n_NH4NO3 = 0,1 mol

ZnO tác dụng với HNO₃ không sinh ra sản phẩm khử vì đã đạt số oxi hóa tối đa

Bảo toàn e: 2.n_Zn = 8.n_NH4NO3 => n_Zn = 4.0,1 = 0,4 mol

Bảo toàn nguyên tố Zn: n_Zn(NO3)2 = n_Zn + n_ZnO => n_ZnO = 0,6 – 0,4 = 0,2 mol

\( =  > \,\,\% {m_{Zn}} = \frac{{0,4.65}}{{0,4.65 + 0,2.81}}.100\%  = 61,61\% \)

n_Mg = 0,28 mol;  n_MgO = 0,02 mol

MgO tác dụng với HNO₃ không sinh ra sản phẩm khử vì đã đạt số oxi hóa tối đa

Ta có: n_Mg(NO3)2 = n_Mg + n_MgO = 0,28 + 0,02 = 0,3 mol => m_Mg(NO3)2 = 44,4 gam < 46

=> muối khan chứa Mg(NO₃)₂ và NH₄NO₃

=> n_NH4NO3 = 0,02 mol

Quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& \overset{0}{\mathop{M}}\,g\to \overset{+2}{\mathop{Mg}}\,\,+\,2e~~~~~~\,\,\,~~\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ n}e\to X \\ & \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\text{ 8}e\to \overset{-3}{\mathop{\,N}}\,{{H}_{4}} \\ \end{align}$

Bảo toàn e: 2.n_Mg = n.n_X + 8.n_NH4NO3  => 2.0,28 = 0,04.n + 8.0,02  => n = 10

=> X là N₂

Muối thu được là Fe(NO₃)₃ 0,27 mol

Coi hỗn hợp ban đầu gồm Fe và O

Bảo toàn nguyên tố Fe: n_Fe(NO3)3 = n_Fe = 0,27 mol

=> m_O = 20,88 – 0,27.56 = 5,76 gam => n_O = 0,36 mol

=> n_Fe : n_O = 0,27 : 0,36 = 3 : 4 => oxit sắt là Fe₃O₄

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& Fe\to \overset{+3}{\mathop{Fe}}\,\,+\,3e~~~~~~\,\,\,\,~~\overset{+5}{\mathop{\,\,N}}\,\,\,+\text{ n}e\to X \\ & \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{0}{\mathop{O}}\,\,\,+\text{ 2}e\to \overset{-2}{\mathop{O}}\, \\ \end{align}$

Bảo toàn e: 3.n_Fe = n.n_X + 2.n_O => 3.0,27 = n.0,03 + 2.0,36 => n = 3

=> X là NO

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}& Fe{{S}_{2}}\to \,\,F{{e}^{3+}}+\,\,2\overset{+6}{\mathop{S}}\,\,\,+\,\,15e\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\overset{+5}{\mathop{N}}\,\,\,+\,\,1e\,\,\to \,\,\overset{+4}{\mathop{N}}\,{{O}_{2}} \\ & 0,1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1,5\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,1,5\,\,\,\,\to \,\,\,\,1,5 \\ \end{align}$

=> V_NO2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít

n_Cu = 0,3 mol;  n_NaNO3 = 0,5 mol;  n_HCl = 1 mol

3Cu  +  8H⁺  +  2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

Xét \(\dfrac{{{n_{Cu}}}}{3} = \dfrac{{0,3}}{3} = 0,1;\,\,\,\,\dfrac{{{n_{{H^ + }}}}}{8} = \dfrac{1}{8} = 0,125;\,\,\,\,\dfrac{{{n_{NO_3^ - }}}}{2} = \dfrac{{0,5}}{2} = 0,25\)

=> Cu hết, H⁺ và NO₃^- còn dư

=> n_NO = 2/3.n_Cu = 0,2 mol => V_NO = 4,48 lít

- n_S = 0,15 mol;  n_HNO3 = 1 mol

   S + 6HNO₃ → 6NO₂ + H₂SO₄ + 2H₂O

0,15 → 0,9          →          0,15

=> dung dịch sau phản ứng gồm H₂SO₄ 0,15 mol và HNO₃ 0,1 mol

=> n_H+ = 0,4 mol;  n_NO3- = 0,1 mol

- Cu  +  4H⁺  +  2NO₃^- → Cu²⁺ + 2NO₂ + 2H₂O

  0,05 ← 0,2 ←  0,1

=> m_Cu = 3,2 gam

  3Cu  +  8H⁺  +  2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

TN1: n_Cu = 0,1 mol; n_HNO3 = 0,12 mol

Xét \(\frac{{{n_{Cu}}}}{3} = \frac{{0,1}}{3};\,\,\,\,\frac{{{n_{{H^ + }}}}}{8} = \frac{{0,12}}{8} = 0,015;\,\,\,\,\frac{{{n_{NO_3^ - }}}}{2} = \frac{{0,12}}{2} = 0,06\)

=> H⁺ hết, Cu và NO₃^- dư => phản ứng tính theo H⁺

n_{NO (1)} = 1/4.n_H+ = 1/4.0,12 = 0,03 mol

TN2: n_Cu = 0,1 mol;  n_H+ = 0,24 mol;  n_NO3- = 0,12 mol

Xét \(\frac{{{n_{Cu}}}}{3} = \frac{{0,1}}{3};\,\,\,\,\frac{{{n_{{H^ + }}}}}{8} = \frac{{0,24}}{8} = 0,03;\,\,\,\,\frac{{{n_{NO_3^ - }}}}{2} = \frac{{0,12}}{2} = 0,06\)

=> H⁺ hết, Cu và NO₃^- dư => phản ứng tính theo H⁺  

n_{NO (2)} = 1/4.n_H+ = 1/4.0,24 = 0,06 mol

=> n_{NO (2)}  = 2.n_{NO (1)}  => b = 2a

Gọi n_NO = a mol; n_N2O = b mol => n_X = a + b = 0,25 mol (1)

\({\bar M_X} = \frac{{30a + 44b}}{{a + b}} = 16,4.2\) (2)

Từ (1) và (2) => a = 0,2; b = 0,05

Giả sử phản ứng tạo ra NH₄NO₃ x mol

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận} = 3.n_NO + 8.n_N2O + 8.n_NH4NO3 = 3.0,2 + 8.0,05 + 8a

=> n_{NO3 (trong muối)} = n_{e cho} = 1 + 8a

Bảo toàn nguyên tố N: n_HNO3 = n_NO + 2.n_N2O + n_{NO3 (trong muối)} + 2.n_NH4NO3

=> 1,425 = 0,2 + 2.0,05 + 1 + 8a + 2a => a = 0,0125 mol

=> m_muối = m_{kim loại} + m_{NO3 (trong muối)} + m_NH4NO3 = 29 + (1 + 8.0,0125).62 + 0,0125.80 = 98,2 gam

Al + 0,62 mol HNO₃ → Al(NO₃)₃ + khí  X

Nếu muối chỉ có m_Al(NO3)3 =  < 8m → muối có cả NH₄NO₃

Al(NO₃)₃ + 4NaOH → NaAlO₂ + NaNO₃ + 2H₂O

NH₄NO₃ + NaOH → NaNO₃ + NH₃ + H₂O

Ta có n_NaOH  = 0,646 =  \(\dfrac{m}{{27}}.4 + \dfrac{{8m - 7,89m}}{{80}}\) → m =4,32 g → Al: 0,16 mol và NH₄NO₃: 0,006 mol

Al  → Al⁺³ + 3e                            N⁺⁵ +8e → N^-3

N⁺⁵ + (5-x) e → N^+X

Bảo toàn e có 3.n_Al = 8n_NH4 + (5-x).n_N(+x) → 0,48 = 8.0,006 + (5-x).n_N(+x)

Bảo toàn N có n_N(+x) + 2n_NH4NO3 + 3n_Al = n_HNO3 → n_N(+x) = 0,62 – 2.0,006 – 3.0,16 = 0,128

→ x = 1,625

A sai vì cả 2 khí N đều có số oxh > 1,625

B sai vì tạo khí H₂

C đúng

D sai vì cả 2 khí đều có số oxh nhỏ hơn 1,625

Xét hỗn hợp khí Y có N₂O : x mol và H₂ : y mol

Có n_Y = 0,25 = x + y mol

Và m_Y = M_Y . n_Y = 13,6.2.0,25 = 6,8 g = 44x + 2y

Nên x = 0,15 mol và y = 0,1 mol

Xét phản ứng Mg tác dụng với NaNO₃ và NaHSO₄ thì

4Mg + 10H⁺ + 2NO₃^- →  4Mg⁺²  + 5H₂O + N₂O

Mg +2H⁺ → Mg⁺²  + H₂                                         

Ta có 4n_N2O + n_H2 = 4.0,15 + 0,1 = 0,7 mol  < n_Mg = 0,9 nên phản ứng có tạo ra NH₄⁺ :

4Mg + 10H⁺ + NO₃^- →  4Mg⁺²  + 3H₂O + NH₄⁺

nên n_NH4+ = (0,9 – 0,7 ) : 4 =0,05 mol

Bảo toàn nguyên tố N có n_NaNO3 = 2n_N2O + n_NH4 =2.0,15 + 0,05 = 0,35 mol

Bảo toàn nguyên tố H có n_NaHSO4 = 10n_N2O + 2n_H2 + 10n_NH4 = 10.0,15 + 0,1.2 + 0,05.10 = 2,2 mol

Sau phản ứng dung dịch X thu được có Mg⁺² : 0,9 mol; NH₄⁺ : 0,05 mol; Na⁺ : 2,55 mol và SO₄^2-  : 2,2 mol

=> m_muối = m_ion = 0,9.24 + 0,05.18 + 2,55.23 + 2,2.96 = 292,35

Khi cho dung dịch Z tác dụng với BaCl₂ dư thì kết tủa thu được là BaSO₄

\( \to {n_{BaS{O_4}}} = \dfrac{{166,595}}{{233}} = 0,715\,\,mol\)

Bảo toàn gốc \(SO_4^{2 - } \to {n_{{H_2}S{O_4}}} = 0,715\,\,mol\)

Khi cho Z tác dụng với NaOH vừa đủ thu được khí là NH₃

\({n_{N{H_3}}} = \dfrac{{0,56}}{{22,4}} = 0,025\,\,mol \to {n_{NH_4^ + }} = 0,025\,\,mol\)

Bảo toàn điện tích cho dung dịch Z: \(2{n_{M{g^{2 + }}}} + 2{n_{F{e^{2 + }}}} + 3{n_{F{e^{3 + }}}} + {n_{NH_4^ + }} + {n_{N{a^ + }}} = 2{n_{SO_4^{2 - }}}\)

Mà \({n_{NaOH}} = 2{n_{M{g^{2 + }}}} + 2{n_{F{e^{2 + }}}} + 3{n_{F{e^{3 + }}}} + {n_{NH_4^ + }} = 1,285\,\,mol\)

\( \to 1,285 + {n_{N{a^ + }}} = 2.0,715 \to {n_{N{a^ + }}} = 0,145\,\,mol\)

Ta có: \({n_{O{H^ - }\,\,(trong\,\,hidroxit)}} + {n_{NH_4^ + }} = {n_{NaOH}} \to {n_{O{H^ - }\,\,(trong\,\,hidroxit)}} = 1,285 - 0,025 = 1,26\,\,mol\)

Bảo toàn khối lượng: \({m_{Fe}} + {m_{Mg}} + {m_{O{H^ - }\,\,(trong\,\,hidroxit)}} = 43,34 \to {m_{Fe}} + {m_{Mg}} + 1,26.17 = 43,34\)

\( \to {m_{Fe}} + {m_{Mg}} = 21,92g\)

Bảo toàn khối lượng cho dung dịch Z: \({m_{Mg}} + {m_{Fe}} + {m_{Na}} + {m_{NH_4^ + }} + {m_{SO_4^{2 - }}} = 21,92 + 0,145.23 + 0,025.18 + 0,715.96 = 94,345g\)

Bảo toàn khối lượng cho phản ứng: \({m_X} + {m_{{H_2}S{O_4}}} + {m_{NaN{O_3}}} = {m_Z} + {m_Y} + {m_{{H_2}O}}\)

\( \to 28,16 + 0,715.98 + 0,145.85 = 94,345 + 5,14 + {m_{{H_2}O}}\)

\( \to \) \({m_{{H_2}O}} = 14,07g \to {n_{{H_2}O}} = 0,615\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố H : \(2{n_{{H_2}S{O_4}}} = 2{n_{{H_2}}} + 4{n_{NH_4^ + }} + 2{n_{{H_2}O}}\)

\( \to 2.0,715 = 2{n_{{H_2}}} + 4.0,025 + 2.0,615 \to {n_{{H_2}}} = 0,05\,\,mol\)

Đặt số mol của CO₂, NO và N₂ lần lượt là x, y, z

\( \to x + y + z + 0,05 = 0,2 \to x + y + z = 0,15\) (*)

Tổng khối lượng Y là 5,14 \( \to 44x + 30y + 28z + 0,05.2 = 5,14\)

\( \to 44x + 30y + 28z = 5,04\) (**)

Bảo toàn nguyên tố N : \({n_{NaN{O_3}}} = {n_{NO}} + 2{n_{{N_2}}} + {n_{NH_4^ + }} \to 0,145 = y + 2z + 0,025\)

\( \to y + 2z = 0,12\)  (***)

Từ (*), (**) và (***) \( \to \) x = 0,04; y = 0,01; z = 0,04

\( \to {n_{FeC{O_3}}} = 0,04\,\,mol\)

Gọi số mol của Mg và Fe₃O₄ lần lượt là a và b

\( \to 24a + 232b + 116.0,04 = 28,16 \to 24a + 232b = 23,52\) (1)

Vì tổng khối lượng của Mg và Fe trong hỗn hợp X là 21,92g

\( \to 24a + 56.(3b + 0,04) = 21,92 \to 24a + 168b = 19,68\) (2)

Từ (1) và (2) \( \to \) a = 0,4; b = 0,06

\( \to \% {m_{Mg}} = \dfrac{{0.4.24}}{{28,16}}.100\%  = 34,09\% \)

PT ion rút gọn: 3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O

ban đầu:                      0,24       0,6                                             (mol)

pư:                   0,09←0,24  →0,06                                            (mol)

sau:                  0,09                 0,54                                            (mol)

PT ion rút gọn:  Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺

                          0,1 ← 0,2 (mol)

=> ∑ n_Cu = 0,09 + 0,1 = 0,19 (mol)

=> m_Cu = 0,19.64 = 12,16 (g)

X + HNO₃ → Muối + NO + H₂O

BTKL: m_H2O = m_X + m_HNO3 - m _muối - m_NO = 18,6 + 0,98.63 - 68,88 - 0,1.30 = 8,46 gam

=> n_H2O = 0,47 mol

BTNT "H": n_HNO3 = 4n_NH4+ + 2n_H2O => 0,98 = 4n_NH4+ + 2.0,47 => n_NH4+ = 0,01 mol

BTNT "N": n_HNO3 = n_NO3- + n_NH4+ + n_NO => 0,98 = n_NO3- + 0,01 + 0,1 => n_NO3- = 0,87 mol

BTNT "O": n_O(X) + 3n_HNO3 = 3n_NO3- + n_NO + n_H2O

=> n_O(X) + 3.0,98 = 3.0,87 + 0,1 + 0,47 => n_O(X) = 0,24 mol

=> m = m_KL = m_X - m_O(X) = 18,6 - 0,24.16 = 14,76 gam