|
|
$I$. Phản ứng tổng hợp , phân hủy $NH_3$
PTPU : $N_2 + 3H_2$ $\leftrightharpoons $ $2NH_3$
- Hằng số của PƯ thuận $K_c$ = $\frac{[NH_3]^2}{[N_2].[H_2]^3}$
PP giải :
Bước $1$ : Tính tỉ lệ mol của $N_2$ và $H_2$ trong hỗn hợp ( nếu đề cho biết khối lượng mol TB của chúng). Từ đó suy ra số mol hoặc thể tích của $N_2$ và $H_2$ tham gia PƯ . Nếu đề không cho số mol hay thể tích thì ta tự chọn lượng chất PƯ bằng đúng tỉ lệ mol của $N_2$ va $H_2$
Bước $2$ : Căn cứ vào tỉ lệ mol của $N_2$ và $H_2$ để xác định hiệu suất xem hiệu suất tính theo chất nào ( tính theo chất thiếu ) . Viết PTPU căn cứ vào PT suy ra số mol các chất đã tham gia PƯ
Bước $3$ : Tính tổng số mol hoặc thể tích trước và sau PƯ . Lập biểu thức liên quan giữa sô mol khí, áp suất và nhiệt độ trước và sau PƯ => các kết quả mà đề bài yêu cầu
$\begin{cases}n_1 = p_1.V/R.T_1 \\ n_2 = p_2.V/R.T_2 \end{cases}$
Ví dụ $1$ : Trong một bình kín chứa $10$ lít nito và $10$ lít Hidro ở nhiệt đô $0^o$C và $10$ atm. Sau khi PƯ tổng hợp $NH_3$ , lại đưa bình về $0^o$C. Biết rằng có $60$% Hidro tham gia PƯ , áp suất trong bình sau PƯ là :
A. $10$ atm B. $8$ atm C. $9$ atm D. $8,5$ atm
Giải : $N_2 + 3H_2$ $\leftrightharpoons $ $2NH_3$
Theo PT tổng hợp NH3 thì $n_{H_2}$/$n_{N_2}$ = $3/1$
Thể tích $H_2$ PƯ là $6$ lit => $V_{N_2}$ = $2$ lit . Tổng thể tích khí PƯ là $8$ lit . Sau PƯ thể tích khí giảm băng $1/2$ thể tích khí PƯ
=> $V_{giảm}$ = $4$ lit
=> $V_{sau PƯ}$ = $10 + 10 - 4 = 16$ lit
$\frac{V_1}{V_2}$ = $\frac{n_1}{n_2}$ = $\frac{p_1}{p_2}$ => $\frac{20}{16}$ = $\frac{10}{p_2}$ => $p = 8$ atm
=> Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Một bình kín có thể tích là $0,5$ lit chứa $0,5$ mol $H_2$ và $0,5$ mol $N_2$ , ở nhiệt độ $t^o$ C . Khi ở trạng thái cân bằng có $0,2$ mol $NH_3$ tạo thành . Hằng số cân bằng $K_c$ của PƯ tổng hợp $NH_3$ là
A. $1,278$ B. $3,125$ C. $4,125$ D. $6,75$
Giải : Theo giả thiết ban đầu ta thấy [$H_2$] = [$N_2$] = $1$M
Thực hiện PƯ tổng hợp $NH_3$ đến thời điểm cân bằng [$NH_3$] = $0,4$ M
$N_2 + 3H_2$ $\leftrightharpoons $ $2NH_3$ ($1$)
bđ : $1 1 0$
pư $0,2 0,6 0,4$
sau $0,8 0,4 0,4$
Theo ($1$) tại thời điểm cân bằng [$N_2$] = $0,8$ M , [$H_2$] = $0,4$M , [$NH_3$] = $0,4$M
=> $K_c$ = $\frac{[NH_3]^2}{[N_2].[H_2]^3}$ = $\frac{0,4^2}{0,8.0,4^3}$ = $3,125$
=> Đáp án $B$
$II$ . Các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập $HNO_3$ và muối Nitrat
Dạng $1$: $HNO_3$ tác dụng với chất khử ( kim loại , oxit kim loại, oxit phi kim ... )
Bước $1$ : lập sơ đồ PƯ biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất
Bước $2$ : Xác định đầy đủ , chính xác chất khử và chất oxi hóa , tang thái số oxi hóa của chất khử và chất oxi hóa trước và sau PƯ ( chỉ xét giai đoạn đầu và cuối)
Bước $3$ : Thiết lập phương trình toán học : tổng số mol electron chất khử nhường bằng tổng số mol mà chất oxi hóa nhận , kết hợp các dữ kiện khác để thiết lập hệ PT => đáp án
Chú ý : Trong PƯ của kim loại $Mg ,Al ,Zn$ với dung dịch $HNO_3$ loãng thì ngoài các sản phẩm khí là $NO, N_2O, N_2$ có thể có sản phẩm $NH_4NO_3$
Ví dụ $1$: Hòa tan hoàn toàn $m$ gam $Al$ trong dung dịch $HNO_3$ loãng thi được $1,12$ lít hôn hợp khí $X$ gồm $3$ khí $NO,N_2O,N_2$ có tỉ lệ mol là $1 : 2 : 2$ . Giá trị của $m$ là
A. $5,4$ gam B. $3,51$ gam C. $2,7$ gam D. $8,1$ gam
Giải :
$n_X$ = $1,12/22,4 = 0,05$ mol
theo đề tỉ lệ mol của $3$ khí là $1 : 2 : 2$ => $n_{NO} = 0,01$ mol , $n_{N_2O} = 0,02$ mol , $n_{N_2} = 0,02$ mol
$Al$ $\rightarrow $ $Al^{3+}$ + $3$e
$N^{+5}$ + $3$e $\rightarrow $ $N^{+2}$ ($NO$)
$2N^{+5}$ + $8$e $\rightarrow $ $N^{+1}$ ($N_2O$)
$2N^{+5}$ + $10$e $\rightarrow $ $N_2$
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có
$3n_{Al} = 10n_{N_2} + 8n_{N_2O} + 3n_{NO}$ => $n_{Al} = 0,13$ mol => $m_{Al} = 3,51$ gam => Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Hòa tan một hỗn hợp $X$ gồm $2$ kim loại $A$ và $B$ trong dung dịch $HNO_3$ loãng . Kết thúc PƯ thu được hỗn hợp khí $Y$ gồm $0,1$ mol $NO$ , $0,15$ mol $NO_2$ và $0,05$ mol $N_2O$. Biết rằng không có PƯ tạo $NH_4NO_3$ . Số mol $HNO_3$ đã PƯ là :
A. $0,95$ B. $0,105$ C. $1,2$ D. $1,3$
Giải : Ta có thể tính số mol $HNO_3$ dựa vào công thức
$n_{HNO_3}$ = $n_{electron trao đổi} + n_{N có trong các khí}$ = $0,1.3 + 0,15 + 0,05.8 + 0,05.2 + 0,1 + 0,15 = 1,2$ mol
=> Đáp án $C$
Chứng minh công thức : $n_{HNO_3} = n_{NO_3^- tạo muối} + n_{N có trong các khí}$
$n_{NO_3^-tạo muối} = n_{electron trao đổi}$
Ví dụ $3$ : Cho hỗn hợp $A$ gồm $0,2$ mol $Al$ và $0,35$ mol $Fe$ phản ứng hết với $V$ lít dung dịch $HNO_3$ $1$M thu được dung dịch $B$, hỗn hợp $G$ gồm $0,05$ mol $N_2O$ , $0,04$ mol $N_2$ và còn $2,8$ gam kim loại . Giá trị cảu $V$ là
A. $1,2$ B. $1,48$ C. $1,605$ D. $1,855$
Giải :
Nhận thấy $2,8$ gam kim loại dư là $Fe$ vì vậy dung dịch muối là muối $Fe^{2+}$
$n_{Fe(PƯ)} = 0,35 - 0,05 = 0,3$ mol
$n_{e cho} = 0,2.3 + 0,3.2 = 1,2$ mol ; $n_{e nhận} = 0,05.8 + 0,04.10 = 0,8 < 1,2$ => có muối $NH_4NO_3$ tạo thành
$n_{NH_4NO_3}$ = $\frac{1,2 - 0,8}{8}$ = $0,05$ mol
=> $n_{HNO_3}$ = $n_{e trao đổi} + n_{N trong sản phẩm khử} = 1,2 + 0,05.2 + 0,04.2 + 0,05.2 = 1,48$ mol
=> $V_{HNO_3} = 1,48$ lít => Đáp án $B$
Dạng $2$ : Xác định tên kim loại ; công thức sản phẩm khử trong PƯ của kim loại với $HNO_3$
Phương pháp giải :
Bước $1$ : Xác định các chất oxi hóa - khử và trạng thái số oxi hóa của chất khử và chất oxi hóa
Bước $2$ : Thiết lập PT toán học : Tổng số mol electron nhường bằng tổng số mol electron nhận
Bước $3$ : Lập biểu thức liên quan giữa nguyên tử khối của kim loại ($M$) và hóa trị của kim loại ($n$) . Thử $n$ = {$1,2,3$} => Đáp án
Ví dụ : Hòa tan hoàn toàn $8,862$ gam hỗn hợp gồm $Al$ và $Mg$ vào dung dịch $HNO_3$ loãng , thu được dung dịch $X$ và $3,136$ lít khí (đktc) hỗn hợp $Y$ gồm $2$ khí không màu trong đó có $1$ khí hóa nâu trong không khí. Khối lượng của $Y$ là $5,18$ gam . Cho dung dịch $NaOH$( dư) vào $X$ và đun nóng , không có khí mùi khai thoát ra . Phần trăm khối lượng của $Al$ trong hỗn hợp ban đầu là :
A. $19,53$% B. $12,8$% C. $10,52$% D. $15,25$%
Giải :
Theo giả thiết $Y$ gồm $2$ khí không màu có $1$ khí hóa nâu trong không khí => $Y$ gồm $NO$ và $1$ khí còn lại là $N_2O$ hoặc $N_2$
$n_Y$ = $\frac{3,136}{22,4}$ = $0,14$ mol => $M_Y$ = $\frac{m_Y}{n_Y}$ = $\frac{5,18}{0,14}$ = $37$ gam/mol => $Y$ gồm $NO$ và $N_2O$
gọi số mol của $NO$ và $N_2O$ là $a,b$ ta có
$\left\{ \begin{array}{l} a + b =0,14\\ 30a + 44b = 5,18\end{array} \right.$ => $\left\{ \begin{array}{l} a = 0,07\\ b = 0,07 \end{array} \right.$
gọi số mol của $Al$ và $Mg$ lần lượt là $x, y$ ta có
$\left\{ \begin{array}{l} 3x + 2y = 0,07.3 + 0,07.8\\ 27x + 24y = 8,862 \end{array} \right.$ => $\left\{ \begin{array}{l} x = 0,042\\ y = 0,322 \end{array} \right.$
=> %$Al$ = $\frac{0,042.27}{8,862}$ . $100$% = $12,8$% => Đáp án $B$
Dạng $3$ : Tính oxi hóa của ion $NO_3^-$ trong môi trường axit và môi trường kiềm
- Tính chất :
+ Trong môi trường Axit $NO_3^-$ có tính oxi hóa như $HNO_3$
+ Trong môi trường kiềm $NO_3^-$ có tính oxi hóa và có khả năng oxi hóa được $1$ số kim loại như $Al$ và $Zn$
Ví dụ $1$ : Thực hiện $2$ thí nghiệm :
$1$. Cho $3,84$ gam $Cu$ phản ứng với $80$ ml dung dịch $HNO_3$ $1$M thoát ra $V_1$ lít $NO$
$2$. Cho $3,84$ gam $Cu$ phản ứng với $80$ ml dung dịch $HNO_3$ $1$M và $H_2SO_4$ $0,5$M thoát ra $V_2$ lít $NO$
Biết $NO$ là sản phẩm khử duy nhất , các thể tích khí đo ở cùng điều kiện . Quan hệ giữa $V_1$ và $V_2$ là
A. $V_1 = V_2$ B. $V_2 = 2V_1$ C. $V_2 = 2,5V_1$ D. $V_2 = 1,5V_1$
Giải :
TN$1$ : $\left\{ \begin{array}{l} n_{Cu} = 3,84/64 = 0,06\\ n_{HNO_3} = 0,08 \end{array} \right.$ => $\left\{ \begin{array}{l} n_{H^+} = 0,08\\ n_{NO_3^-} = 0,08 \end{array} \right.$
PTPU : $3Cu + 8H^+ + 2NO_3^- => 3Cu^{2+} + 2NO + 4H_2O$
bđ $0,06 0,08 0,08$
Pư $0,03 0,08 0,02 0,02$
TN$2$ :
$n_{Cu} = 0,06$ mol , $n_{HNO_3} = 0,08$ mol , $n_{H_2SO_4} = 0,04$ mol
$n_{H^+} = 0,16$ mol ; $n_{NO_3^-} = 0,08$ mol
PTPU : $3Cu + 8H^+ + 2NO_3^- => 3Cu^{2+} + 2NO + 4H_2O$
bđ $0,06 0,16 0,08$
pư $0,06 0,16 0,04 0,04$
Theo kết quả trên => $V_2 = 2V_1$ => Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Ion $NO_3^-$ oxi hóa được $Zn$ trong dung dịch kiềm tạo $NH_3$ , $ZnO_2^{2-}$ , và $H_2O$. Hòa tan hết $6,5$ gam $Zn$ vào $200$ml dung dịch gồm $KNO_3$ $0,1$M và $NaOH$ $1$M. Kết thúc PƯ thu được $V$ lít hỗn hợp khí (đktc). Giá trị $V$ là
A. $0,448$ B. $0,784$ C. $0,896$ D. $1,12$
Giải :
$n_{Zn} = 0,1$ mol ; $n_{NO_3^-} = n_{KNO_3} = 0,02$ mol ; $n_{OH^-} = n_{NaOH} = 0,2$ mol
PTPU : $4Zn + NO_3^- + 7OH^- => 4ZnO_2^{2-} + NH_3 + H_2O$ ($1$)
$0,08 0,02 0,14 0,02$
$Zn + 2OH^- => ZnO_2^{2-} + H_2$ ($2$)
$0,02 0,04 0,02$
Nhận thấy PƯ ($1$) và ($2$) là vừa đủ . hỗn hợp khí gồm $NH_3$ và $H_2$
$V_{khí} = (0,02 + 0,02).22,4 = 0,896$ lit => Đáp án $C$
Dạng $4$ : Nhiệt phân muối Nitrat
$a$. Muối nitrat của kim loại hoạt động ( trước $Mg$)
Nitrat $\overset{t}{\rightarrow}$ nitit + $O_2$
$2KNO_3$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $2KNO_2 + O_2$
$b$. Muối Nitrat của kim loại từ $Mg$ => $Cu$
Nitrat $\overset{t}{\rightarrow}$ oxit kim loại + $NO_2 + O_2$
$2Cu(NO_3)_2$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $2CuO + 4NO_2 + O_2$
$c$. Muối của những kim loại yếu (sau $Cu$ )
Nitrat $\overset{t}{\rightarrow}$ kim loại + $NO_2 + O_2$
$2AgNO_3$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $2Ag + 2NO_2 + O_2$
Giải bài tập loại này thường dùng tăng giảm khối lượng
Ví dụ : Nung $6,58$ gam $Cu(NO_3)_2$ trong bình kín không chứa không khí , sau một thời gian thu được $4,96$ gam chất rắn và hỗn hợp khí $X$ . Hấp thu hoàn toàn $X$ vào nước để được $300$ml dung dịch $Y$ . Dung dịch $Y$ có $pH$ là :
A. $2$ B. $3$ C. $4$ D. $1$
Giải :
$2Cu(NO_3)_2$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $2CuO + 4NO_2 + O_2$ ($1$)
$x x 2x x/2$
Theo ($1$) và giả thiết ta thấy sau PƯ khối lượng chất rắn giảm
$188x - 80x = 6,58 - 4,96$ => $x = 0,015$
Hỗn hợp $X$ gồm $NO_2$ và $O_2$ với số mol là $0,03$ và $0,0075$ mol
$4NO_2 + O_2 + H_2O$ => $4HNO_3$ ($2$)
$0,03 0,0075 0,03$
Theo ($2$) $n_{HNO_3} = n_{NO_2} = 0,03$ mol => [$HNO_3$] = $0,1$M => $pH = 1$
=> Đáp án $D$
$III$ . BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu $1$ : Thực hiện phản ứng tổng hợp Amoniac $N_2 + H_2$ $\leftrightharpoons $ $2NH_3$ . Nồng độ mol ban đầu các chất : [$N_2$] = $1$M, [$H_2$] = $1,2$M. Khi PƯ đạt cân bằng [$NH_3$] = $0,2$M. Hiệu suất PƯ tổng hợp là
A. $43$% B. $10$% C. $30$% D. $25$%
Câu $2$ : Hỗn hợp $X$ gồm $N_2$ và $H_2$ có tỉ khối so với $He$ là $1,8$ . Đun nóng $X$ một thời gian trong bình kín có bột $Fe$ làm xt , thu được hỗn hợp $Y$ có tỉ khối so với $He$ là $2$ . Hiệu suất pư tổng hợp là
A. $50$% B. $36$% C. $40$% D. $25$%
Câu $3$ : Một bình kín có thể tích là $0,5$ lít chứa $0,5$ mol $H_2$ và $0,5$ mol $N_2$ ở nhiệt độ $t^o$ C. Khi ở trạng thái cân bằng có $0,2$ mol $NH_3$ tạo thành . Hằng số cân bằng $K_c$ của pư tổng hơp là
A. $1,278$ B. $3,125$ C. $4,125$ D. $6,75$
Câu $4$ : Cho dung dịch $NH_4NO_3$ tác dụng với dung dịch kiềm của $1$ kim loại hóa trị $II$ thu được $4,48$ lít khí ở đktc và $26,1$ gam muối. Kim loại đó là
A. $Ca$ B. $Mg$ C. $Cu$ D. $Ba$
Câu $5$ : Hòa tan hết $1,84$ gam hỗn hợp $Cu$ và $Fe$ trong dung dịch $HNO_3$ dư, thu được $0,01$ mol $NO$ và $0,04$ mol $NO_2$. Số mol của $Fe$ và $Cu$ trong hỗn hợp là
A. $0,02$ và $0,03$ B. $0,01$ và $0,02$ C. $0,01$ và $0,03$ D. $0,02$ và $0,04$
Câu $6$ : Cho $3$ kim loại $Al , Fe, Cu$ phản ứng vừa đủ với $2$ lít $HNO_3$ , thu được $1,792$ lít hỗn hợp khí $X$ (đktc) gồm $N_2$ và $NO_2$ có tỉ khối so với $He$ là $9,25$ . Biết rằng pư không tạo $NH_4NO_3$ . Nồng độ mol của $HNO_3$ là
A. $0,28$M B. $1,4$M C. $1,7$M D. $1,2$M
Câu $7$ : Hòa tan hoàn toàn $10,4$ gam hỗn hợp $A$ gồm $Fe$ và kim loại $R$( hóa trị ko đổi) bằng dung dịch $HCl$ thu được $6,72$ lít khí $H_2$ (đktc). Mặt khác , nếu cho $A$ tác dụng hoàn toàn với dung dịch $HNO_3$ loãng , dư thì thu được $1,96$ lít $N_2O$ là sản phẩm khử duy nhất. Kim loại $R$ là
A. $Al$ B. $Mg$ C. $Zn$ D. $Ca$
Câu $8$ : Cho $2,16$ gam $Mg$ tác dụng với $HNO_3$ dư . Sau khi các pư xảy ra hoàn toàn , thu được $0,896$ lít khí $NO$ ở đktc và dung dịch $X$ . Khối lượng muối khan thu được khi làm bay hơi dung dịch $X$ là :
A. $13,32$ B. $6,52$ C. $13,92$ D. $8,88$
Câu $9$ : Khi hòa tan cùng $1$ lượng kim loại $R$ vào dung dịch $HNO_3$ đặc nóng và vào dung dịch $H_2SO_4$ loãng thì thể tích $NO_2$ thu được gấp $3$ lần thể tích $H_2$ ở cùng điều kiện . Khối lượng muối sunfat thu được bằng $62,81$% khối lượng muối nitrat tạo thành . Kim loại $R$ là
A. $Al$ B. $Cr$ C. $Fe$ D. $Zn$
Câu $10$ : Nhiệt phân hoàn toàn $41,125$ gam muối nitrat của kim loại $R$ thu được $17,5$ gam chât rắn . Công thức của muối nitrat là :
A. $Al(NO_3)_3$ B. $Cu(NO_3)_2$ C. $AgNO_3$ D. $KNO_3$
Đáp án : $1D 2D 3B 4D 5B 6A 7B 8C 9C 10B$
|