Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra V lít khí NO2

Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra V lít khí NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra? là bài tập cơ bản điển hình cho chuyên đề axit nitric. Giúp các bạn nắm được kiến thức đã học vận dụng làm bài tập, tiền đề cho các bài hóa nâng cao Hóa học lớp 11.

1. Axit nitric đặc tác dụng với kim loại

Axit nitric tác dụng với kim loại trừ Au và Pt tạo muối và nhiều sản phẩm oxi hóa khác nhau như NO2, NO, N2O ,N2, NH4NO3

Sản phẩm khử của N+5 sinh ra tùy thuộc vào độ mạnh yếu của kim loại và nồng độ của dung dịch axit, thông thường thì:

  • Dung dịch HNO3 đặc tác dụng với kim loại → NO2;
  • Dung dịch HNO3 loãng tác dụng với kim loại khử yếu (như: Cu, Pb, Ag,..) → NO;
  • Dung dịch HNO3 loãng tác dụng với kim loại mạnh (như: Al, Mg, Zn,...) thì N bị khử xuống mức càng sâu → (N2, N2O, NH4NO3).

Cách phân biệt các khí sản phẩm sinh ra

  • N2O là khí gây cười
  • N2 không duy trì sự sống, sự cháy
  • NO2 có màu nâu đỏ
  • NO khí không màu nhưng bị oxit hóa thành NO2 màu nâu đỏ
  • NH4NO3 không sinh ra ở dạng khí, khi cho kiềm vào kim loại thấy có mùi khai amoniac NH3

NH4NO3 + NaOH → NaNO3 +NH3 + H2O

Ví dụ:

  • 8Fe + 30HNO3 → 8Fe(NO3)3 + 3N2O + 15H2O (1)
  • Fe + 6HNO3đặc nóng → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (2)
  • Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (3)

Khi giải bài tập về phần axit nitric đặc nóng thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố.

Chú ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội.

2. Axit nitric đặc tác dụng với phi kim

C + 4HNO3đặc nóng → CO2 + 4NO2 + 2H2O

3. Axit nitric đặc tác dụng với các chất khử khác

4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O + CO2

4. Nguyên tắc giải bài tập

Dùng định luật bảo toàn e

Mo → Mn+ + ne                         => ne nhường = ne nhận

N+5 + (5-x)e → N+5

Đặc biệt:

+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử N thì ne nhường = Σne nhận

+ Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng Σne nhường = ne 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

Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn các quá trình.

+ Đặc biệt trong trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO3 ta có:

nHNO3 (pư) = 2nNO2 = 4nNO = 10 nN2O = 12nN2 = 10nNH4NO3

nNO3- (trong muối) = nNO2 = 3nNO = 8nN2O = 10nN2 = 8nNH4NO3

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)

4. Bài tập trắc nghiệm minh họa  

Ví dụ 1: Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư). Sau phản ứng sinh ra V lít khí NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra?

A. 6,72 lít          B. 13,44 lít              C. 3,36 lít              D. 10,08 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

Fe+ 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

nFe= 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ nNO2 = 3nFe=0,1 x 0,3= 0,3 mol

→ V = 0,3 x 22,4 = 6,72 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (2)

Ví dụ 2. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư). Sau phản ứng sinh ra V lít khí N2O (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra?

A. 2,24 lít         B. 1,68 lít         C. 3,36 lít         D. 0,84 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

8Fe + 30HNO3 → 8Fe(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

nFe = 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ nN2O = 3/8nFe= 0,1 x 3/8 = 0,0375 mol

→ V = 0,0375 x 22,4 = 0,84 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (1)

Ví dụ 3. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư). Sau phản ứng sản phẩm sinh ra NO sản phẩm khử duy nhất. Tính khối lương muối thu được?

A. 2,24 lít          B. 3,36 lít           C. 4,48 lít          D. 6,78 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

nFe = 5,6/56 = 0,1 mol

Theo phương trình

→ nNO = nFe= 0,1 x 1 = 0,1 mol

→ V = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

Lưu ý: Xem phương trình số (3)

Ví dụ 4. Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO3 được dung dịch Y và 2,24 lit khí NO (đktc). Y tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH 2M 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

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

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 )2 = nCuO = 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, nCu2+ = nCu(OH)2 = 0,25 mol => mCu(NO3)2 = 188.0,25 = 47 g
Cu → Cu2+ + 2e

0,25 mol 0,5 mol

Mà: N+5 + 3e → N+2

0,3 mol 0,1 mol

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

ne (Cu nhường) = Σne nhận = 0,5 mol => ne nhận N+5 →N-3  = 0,5 – 0,3 = 0,2 mol
N+5 + 8e → N-3

0,2 mol    0,025 mol

nNH4NO3 = 0,025 mol => mNH4NO3 = 80.0,025 = 2 g

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

n HNO3 pư = nN (trong Cu(NO3)2 ) + nN (trong NO) + nN (trong NH4NO3)

= 2nCu(NO3)2 + nNO + 2nNH4NO3 = 0,65 mol

Nếu sử dụng công thức tính nhanh ở trên ta có:

nHNO3 pư = 4.nNO + 10.nNH4NO3 = 4.0,1 + 10.0,25 = 0,65 mol

mHNO3 = 63.0,65 = 40,95 g => C% = 40,95/800.100% = 5,12%

Ví dụ 5. Cho m gam Mg, Zn, Al, Cu tác dụng hết với HNO3 thu được 16,8 lít hỗn hợp khí Z: NO, NO2 ,N2, N2O (không tạo muối amoni). Số mol NO và N2O bằng nhau. Tỉ khối của Z so với H2 là 18,5. Số mol HNO3 phản ứng

Đáp án hướng dẫn giải 

NO và N2O có số mol bằng nhau => quy đổi 2 khí này thành: NO2, N2

Hỗn hợp khí Z coi như gồm N2 (x mol), NO2 (y mol)

MZ = 18,5.2=  37

nZ = V/22,4 = 0,75 mol

Bài tập kim loại tác dụng HNO3

nN2/nNO2= 9/9 = 1/1

=> nN2 = nNO2 = 0,75/2 = 0,375 mol

Gọi công thức chung của hỗn hợp kim loại là M, hóa trị n

M0 → +ne

a na

2N+5 + 10e → N20

0,75 ← 3,75 ← 0,375

N+5 +1e → N+4

0,375 ← 0,375 ← 0,375

Bảo toàn e: na = 3,75 + 0,375= 4,125 => na = 4,125

nHNO3 = n. nFe(NO3)n + nNO2 + 2nN2 = 4,125 + 0,375 +2.0,375 = 5,25 mol

Ví dụ 6. Thể tích dung dịch HNO3 1M loãng ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn 9 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là (biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)

A.1,0 lít         B. 0,6 lít            C.0,8 lít              D.0,4 lít

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Gọi nFe = nCu = a mol. Theo đầu bài ta có

=> 56a + 64a = 9

=> a = 0,075 mol

Do thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất, nên sắt sẽ bị hòa tan hết bởi HNO3 vừa đủ tạo muối Fe3+, Cu tác dụng vừa đủ với Fe3+ tạo muối Cu2+ và Fe2+ => sau phản ứng chỉ thu được hai muối Cu(NO3)2 và Fe(NO3)2

Fe → Fe2+ + 2e

0,075 → 0,15

Cu → Cu2+ + 2e

0,075 → 0,15

=> ∑ne cho = 2.(0,075 + 0,075) = 0,3 mol

=> ne nhận = 3.nNO = 0,3 => nNO = 0,1 mol

Ta có:nNO − 3nNO3− = ne cho = 0,3 mol

Bảo toàn nguyên tố N:

nHNO3 = nNO3− + nNO= 0,3 + 0,1 = 0,4 mol

=> VHNO3 = 0,4/1 = 0,4 lít

Ví dụ 7. Hoà tan hết hỗn hợp A gồm Zn và ZnO trong dung dịch HNO3 loãng dư thấy không có khí bay ra và trong dung dịch chứa 56,7gam Zn(NO3)2 và 4 gam NH4NO3. Phần trăm khối lượng Zn trong A là

A. 33,33%        B. 66,67%        C. 61,61%              D. 50,00%

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Theo đề bài ta có:

nZn(NO3)2 = 0,3 mol;

nNH4NO3 = 0,05 mol

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

Bảo toàn e: 2.nZn = 8.nNH4NO3 => nZn = 4.0,05 = 0,2 mol

Bảo toàn nguyên tố Zn: nZn(NO3)2 = nZn + nZnO => nZnO = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

%mZn = (0,2.65)/(0,2.65 + 0,1.81).100% = 61,61%

5. Bài tập vận dụng Fe tác dụng HNO3

Câu hỏi trắc nghiệm 

Câu 1. HNO3 tác dụng được với tất cả các chất trong dãy nào sau đây:

A. NaHCO3, CO2, FeS, Fe2O3

B. K2SO3, K2O, Cu, Fe(NO3)3

C. FeO, Fe2(SO4)3, FeCO3, Na2O

D. CuSO4, CuO, Mg3(PO4)2.

Câu 2. Axit nitric đặc nguội có thể phản ứng được với các chất nào sau đây?

A. Al, CuO, Na2CO3

B. CuO, Ag, Al(OH)3

C. P, Fe, FeO

D. C, Ag, BaCl2

Câu 3. 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. CuB. FeC. ZnD. Al

Câu 4. Cho các chất FeO, Fe2O3, Fe(NO3)2, CuO, FeS. Số chất tác dụng được với HNO3 giải phóng khí NO là:

A. 3B. 4C. 5D. 6

Câu 5. Dung dịch nào sau đây không hòa tan được Cu kim loại:

A. Dung dịch HNO3

B. Dung dịch hỗn hợp NaNO3 + HCl

C. Dung dịch FeCl3

D. Dung dịch FeCl2

Câu 6. Để điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm, hóa chất nào sau đây được chọn làm nguyên liệu chính:

A. NaNO3, H2SO4 đặc

B. N2 và H2

C. NaNO3, N2, H2 và HCl

D. AgNO3 và HCl

Câu 7. Cho Fe(III) oxit tác dụng với axit nitric thì sản phẩm thu được là:

A. Fe(NO3)2, NO và H2O

B. Fe(NO3)2, NO2 và H2O

C. Fe(NO3)2, N2

D. Fe(NO3)3 và H2O

Câu 8. 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 9. Cho HNO3 đậm đặc vào than nung đỏ có khí bay ra là:

A. CO2

B. NO2

C. Hỗn hợp CO2 và NO2

D. Không có khí bay ra

Câu 10. Cho từng chất: Fe, FeO, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Fe3O4, Fe2O3, Fe(NO3)2, Fe(NO3)3, FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCO3 lần lượt phản ứng với HNO3 đặc, nóng. Số phản ứng thuộc loại phản ứng oxi hóa - khử là:

A. 8.B. 5.C. 7.D. 6.

Đáp án câu hỏi trắc nghiệm kim loại tác dụng axit nitrat

1C2C3D4C5D
6A7D8A9C10C

Câu hỏi bài tập tự luận kim loại tác dụng axit nitric

Câu 1. Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO3 được dung dịch Y và 4,48 lit khí NO (đktc). Tính m?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có: nNO = 4,48/22,4 = 0,2 mol

Quá trình cho e:

Cu → Cu2+ + 2e

0,3 mol 0,3 mol 0,6 mol

Quá trình nhận e:

N5+ + 3e → N2+

0,6 mol 0,6 mol 0,2 mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron: nCu = 0,3 mol; mCu = 0,3.64 = 19,2 gam.

Câu 2. 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. Khối lượng (g) của Al và Fe trong hỗn hợp đầu?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol

N+5 + 3e → N+2

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 mol          3x mol

Fe → Fe+3 + 3e

y mol 3y 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; y = 0,1 => mAl = 5,4; mFe = 5,6 gam

Câu 3. Cho 6 g hợp kim Mg và Al vào dung dịch HNO3 đặc, nguội lấy dư thấy có 4,48 lít khí NO2 bay ra (đktc). Thành phần % về khối lượng của hợp kim là?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Trong hỗn hợp chỉ có Mg phản ứng với dung dịch HNO3 đặc, nguội .

Mg → Mg2+ + 2e

x                      2x

N5+ + 3e → N+4O2

0,2          0,2

n = 4,48/22,4 = 0,2 mol => ne nhận = n = 0,2 mol

Bảo toàn e

ne cho = ne nhận => nMg = 0,1 mol => mMg = 24.0,1 = 2,4 g

%mMg = 40%

=> %mAl = 100% - 40% = 60%

Bài 4. Cho m(g) Al tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 thấy tạo ra 11,2 lít (đktc) hỗn hợp 3 khí NO, N2O, N2 với tỉ lệ mol tương ứng là 1:2:1. Tìm m

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có n hỗn hợp khí =0,5 mol

→ nNO =nN2 =0,125 mol; nN2O=0,25 mol.

Bảo toàn e:

3nAl = 3nNO +8nN2O +10nN2 = 3.0,125 + 8.0,25 + 10.0,125 = 3,625 mol → nAl = 29/24

→ m = 32,625 gam.

Bài 5. Cho m gam Mg tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3, phản ứng làm giải phóng ra khí N2O (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch sau phản ứng tăng 3,9 gam. Tính m?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Mg(0) → Mg(+2) + 2e

4x------------------------8x

2N(+5) + 8e → N(+1)

8x---------x

Khi cho Mg vào dung dịch HNO3 thì có khí thoát ra, thấy khối lượng dung dịch tăng 3,9 gam nghĩa là m(Mg) – m(N2O) = 3,9

Hay: 4x. 24 – x. 44 = 3,9 nên x = 0,075 mol

Vậy m(Mg) = 4. 0,075. 24 = 7,2 (g)

............................................

Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra V lít khí NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra? được VnDoc biên soạn trong bộ bài tập Nitric nhằm củng cố bài tập trên lớp cho các bạn nắm vững lí thuyết trên lớp

Để có kết quả cao hơn trong học tập, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Toán 11, Giải bài tập Vật Lí 11, Giải bài tập Sinh học 11, Giải bài tập Hóa học 11, Tài liệu học tập lớp 11 mà VnDoc tổng hợp và đăng tải.

Ngoài ra, VnDoc.com đã thành lập group chia sẻ tài liệu học tập THPT miễn phí trên Facebook: Tài liệu học tập lớp 11. Mời các bạn học sinh tham gia nhóm, để có thể nhận được những tài liệu mới nhất.

Đánh giá bài viết
6 36.782
0 Bình luận
Sắp xếp theo
Chuyên đề Hóa học 11 Xem thêm