Giải bài tập SGK Hóa 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

Viết công thức electron, công thức cấu tạo của axit nitric. Cho biết nguyên tố nitơ có hóa trị và số oxi hóa bao nhiêu?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm công thức electron và công thức cấu tạo của axit nitric.

Hướng dẫn giải

• Công thức electron của axit nitric

• Công thức cấu tạo phân tử

• Trong HNO₃, nitơ có số oxi hóa +5 và hóa trị là 4

Lập các phương trình hóa học:

a) Ag + HNO₃ (đặc) → NO₂  + ? + ?

b) Ag + HNO₃ (loãng) → NO + ? + ?

c) Al + HNO₃ → N₂O + ? + ?

d) Zn + HNO₃ → NH₄NO₃ + ? + ?

e) FeO + HNO₃ → NO + Fe(NO₃)₃ + ?

g) Fe₃O₄ + HNO₃ → NO + Fe(NO₃)₃ + ?

Phương pháp giải

Trước hết, căn cứ vào tính chất, điền công thức các chất còn thiếu ở chỗ có dấu (?). Sau đó, cân bằng PTHH theo phương pháp thăng bằng electron.

Hướng dẫn giải

Câu a

Ag + 2HNO₃ (đặc) → NO₂  + AgNO₃ + H₂O

Câu b

 3Ag + 4HNO₃ (loãng) → NO + 3AgNO₃ + 2H₂O

Câu c

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

Câu d

 4Zn + 10HNO₃ → NH₄NO₃ + 4Zn(NO₃)₂ + 3H₂O

Câu e

 3FeO + 10HNO₃ → NO + 3Fe(NO₃)₃ + 5H₂O

Câu g

3Fe₃O₄ + 28HNO₃ → NO + 9Fe(NO₃₎₃ + 14H₂O

Hãy chỉ ra những tính chất hóa học chung và khác biệt giữa axit nitric và axit sunfuric. Viết các phương trình hóa học để minh họa.

Phương pháp giải

Để chỉ ra tính chất hóa học chung của axit nitric và axit sunfuric ta cần ghi nhớ:

- Chỉ ra những tính chất chung: có tính axit mạnh.

- Tính chất riêng: HNO₃ và H₂SO₄ đặc có tính oxi hóa mạnh.

Hướng dẫn giải

Những tính chất chung của axit nitric và axit sunfuric

- Với axit H₂SO₄ (loãng) và axit HNO₃ đều có tính axit mạnh:

• Làm quỳ tím đổi sang màu đỏ
• Tác dụng với bazơ, oxit bazơ không có tính khử (các nguyên tố có số oxi hoá cao nhất)

2Fe(OH)₂ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(HNO₃)₃ + 3H₂O

HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑

H₂SO₄ + Na₂SO₃ → Na₂SO₄ + H₂O + SO₂↑

- Với axit H₂SO₄ (đặc) và axit HNO₃ đều có tính oxi hoá mạnh

• Tác dụng được với hầu hết các kim loại (kể cả kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học) và đưa kim loại lên số oxi hoá cao nhất.

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Cu + 2H₂SO₄(đặc) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

• Tác dụng với một số phi kim (đưa phi kim lên số oxi hoá cao nhất)

C + 2H₂SO₄(đặc) → CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

S + 2HNO₃ → H₂SO₄ + 2NO↑

• Tác dụng với hợp chất( có tính khử)

3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 5H₂O

2Fe(OH)₂ + 4H₂SO₄(đặc) → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + H₂O

- Cả hai axit khi làm đặc nguội đều làm Fe và Al bị thụ động hoá (có thể dùng bình làm bằng nhôm và sắt để đựng axit nitric và axit sunfuaric đặc)

Những tính chất khác biệt

• Với axit H₂SO₄ loãng có tính axit, còn H₂SO₄ đặc mới có tính oxi hoá mạnh, còn axit HNO₃ dù là axit đặc hay loãng đề có tính oxi hoá mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử.
• H₂SO₄ loãng không tác dụng được với các kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học như axit HNO₃.

Fe + H₂SO₄ (loãng) → FeSO₄ + H₂↑

Cu + H₂SO₄ (loãng): không có phản ứng

a) Trong phương trình hóa học của phản ứng nhiệt phân sắt (III) nitrat, tổng các hệ số bằng bao nhiêu? 

A. 5                        

B. 7                        

C. 9                        

D. 21

b) Trong phương trình hóa học của phản ứng nhiệt phân thủy ngân (II) nitrat, tổng các hệ số bằng bao nhiêu?

A. 5                        

B. 7                        

C. 9                         

D. 21

Phương pháp giải

Viết PTHH khi nhiệt phân 2 muối. Tính tổng hệ số của phản ứng.

Hướng dẫn giải

Câu a

Phương trình hóa học:

4Fe(NO₃)₃  → 2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

Vậy tổng hệ số là: 4 + 2 + 12 + 3 = 21

⇒ Đáp án D.

Câu b

Phương trình hóa học:

Hg(NO₃)₃ → Hg + 2NO₂ + O₂

Tổng hệ số là 1 + 1 + 2 + 1 = 5

→ Đáp án A.

Viết phương trình hóa học của các phản ứng thực hiện dãy chuyển hóa sau đây:

Phương pháp giải

Để viết phương trình hóa học của dãy chuyển hóa trên cần nắm rõ tính chất hóa học của đồng, axit nitric và hợp chất của chúng.

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học của các phản ứng:

(1) NO₂ + H₂O → HNO₃

(2) 3Cu +  8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

(3) Cu(NO₃)₂ + 2NaOH → 2NaNO₃ + Cu(OH)₂

(4) Cu(OH)₂ + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O

(5) 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂ 

(6) 

(7) 

Khi hòa tan 30,0 g hỗn hợp đồng và đồng (II) oxit trong 1,50 lít dung dịch axit nitric 1,00 M (loãng) thấy thoát ra 6,72 lít nitơ monoaxit (đktc). Xác định hàm lượng phần trăm của đồng (II) oxit trong hỗn hợp, nồng độ mol của đồng (II) nitrat và axit nitric trong dung dịch sau phản ứng, biết rằng thể tích dung dịch không thay đổi.

Phương pháp giải

• Bước 1: Tính số mol n_NO,  n_HNO3, viết phương trình hóa học
• Bước 2: Dựa vào phương trình tính mol của Cu, suy ra khối lượng CuO.
• Bước 3: Tính % khối lượng và nồng độ mol cần tìm.

Hướng dẫn giải

n_NO= 3,72/22,4 = 0,300 (mol)

 n_HNO3 = 1,00 x 1,5 = 1,5 (mol)

Phương trình hóa học:

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O  (1)

 0,45      1,2                        ←     0,3

n_{HNO3 phản ứng} = 1,2 mol

Theo (1) ta tính được n_Cu = 0,45 mol ⇒ m_Cu = 28,8 gam

m_CuO = 30 gam – 28,8 gam = 1,2 gam ⇒ n_CuO = 0,015 mol

CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O (2)

Theo (2) ta tính được n_HNO3 là 0,030 mol, n_Cu(NO3)2 là 0,015 mol

Phần trăm khối lượng CuO:

% m_CuO = \(\frac{{1,2}}{{30}}.100\%  = 4\% \) 

Từ (1) và (2) ta tính được số mol HNO₃ dư là 0,27 mol.

Nồng độ mol HNO₃ sau phản ứng: 0,27 / 1,5 = 0,18 M

Nồng độ mol của Cu(NO₃)₂: (0,45 + 0,015) / 1,5 = 0,31 M

Để điều chế 5,000 tấn axit nitric nồng độ 60,0 % cần dùng bao nhiêu tấn amoniac? Biết rằng sự hao hụt amoniac trong quá trình sản xuất là 3,8 %.

Phương pháp giải

• Bước 1: Viết phương trình hóa học, suy ra sơ đồ hợp thức.
• Bước 2: Tính khối lượng amoniac dựa vào lượng axit nitric.

Hướng dẫn giải

Các phương trình hóa học:

 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O  (1)

2NO + O₂ → 2NO₂ (2)

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃ (3)

Khối lượng HNO₃ nguyên chất là:  5.60 / 100 = 3 tấn

Từ các phương trình trên ta có sơ đồ hợp thức:

NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃  (4)

1 mol                             1 mol

17 gam                          63 gam

x tấn                              3 tấn

Theo sơ đồ điều chế n_HNO3 = n_NH3

→ m_NH3 = 3.17 / 63 = 0,809524 tấn

Khối lượng NH₃ hao hụt là 3,8% nghĩa là hiệu suất đạt 100 - 3,8 = 96,2%

Vậy khối lương amoniac cần dùng là: 0,809524 / 96,2%  = 0,8415 tấn.