BÀI TOÁN TẠO MUỐI AMONI NH4NO3 TRONG PHẢN ỨNG VỚI HNO3 ÔN THI THPT QG NĂM 2020
1. Sơ lược về muối amoni:
Thời xa xưa, trên các ốc đảo phồn vinh thuộc sa mạc Libi hiện lên những đền thờ thần Mặt trời cổ Ai Cập là thần Amôn. Những người thổ dân ở đây, khi chưng cất phân lạc đà đã thu được một loại muối trắng có các tính chất kì lạ: nó biến mất ở chỗ đun nóng và xuất hiện chỗ cách đó không xa; khi rắc muối này lên bề mặt những sản phẩm bằng kim loại đang nóng thì bề mặt kim loại trở nên sạch và sáng bóng; khi thêm muối này vào axit nitric thì thu được "nước vua" có khả năng hoà tan được cả vàng – vua kim loại. Vì những tính chất đặc biệt đó nên người ta gọi nó là muối thần Amôn. Đó chính là muối NH4Cl và ngày nay amoni được dùng để chỉ tất cả các muối có chứa ion NH4+.
Ion NH4+ có cấu tạo tứ diện đều với 4 nguyên tử H ở đỉnh và nguyên tử N ở trung tâm. Về bán kính ion NH4+ khá giống với K+ và Rb+, tính tan tương tự như các muối của kim loại kiềm.. Điểm khác biệt là:
- Muối amoni bị thủy phân tạo môi trường axit, có những muối bị thủy phân hoàn toàn như (NH4)2S.
- Kém bền nhiệt, tùy thuộc vào bản chất của axit tạo muối, phản ứng nhiệt phân xảy ra một cách khác nhau. Muối của axit có tính oxh như HNO2, HNO3 ...khi được đun nóng, axit được giải phóng sẽ oxh NH3 thành N2 hay oxit của nitơ.
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4NO3 → N2O + 2H2O
Muối của axit dễ bay hơi khi đung nóng sẽ phân hủy theo quá trình ngược với phản ứng kết hợp. Ví dụ: NH4Cl → NH3+ HCl
Các muối (NH4)2CO3, NH4HCO3 phân hủy ngay ở nhiệt độ thường, trong thực tế NH4HCO3 thường dùng để gây xốp cho các loại bánh.
Muối amoni của axit khó bay hơi và nhiều nấc, khi đun nóng biến thành muối axit và giải phóng NH3. Ví dụ: (NH4)2SO4 → NH4HSO4 + NH3. Nếu tiếp tục đun nóng NH4HSO4 phân hủy tạo SO2 + N2 + H2O
Muối amoni trong thực tế ứng dụng làm phân đạm. Quan trọng hơn hết là các muối NH4Cl, (NH4)2SO4, NH4NO3. NH4Cl còn được dùng tạo khói mù trong chiến tranh, đánh sạch bề mặt kim loại trước khi hàn, dùng làm chất điện li trong pin khô và dùng trong công nghiệp nhuộm vải.
Các muối amoni thường được điều chế bằng cách cho NH3 đi qua dung dịch axit tương ứng.
2. Sự tạo thành NH4NO3 trong phản ứng của chất khử với HNO3.
Chất khử tác dụng với dung dịch HNO3 thì sản phẩm N+5 có thể là NO2, NO, N2O, N2 hoặc NH4+ tùy thuộc vào bản chất chất khử, nồng độ axit và nhiệt độ. Thông thường chất khử càng mạnh và nồng độ axit càng loảng thì N+5 bị khử về mức oxi hóa càng thấp. Trong chương trình hóa học ở bậc THPT ta thường gặp trường hợp chất khử mạnh như Mg, Al, Zn có khả năng khử HNO3 về NH4NO3. Từ đây nếu khéo léo dấu đi sản phẩm NH4NO3 trong bài toán thì sẽ tạo ra sự nhầm lẫn hoặc mất phương hướng giải quyết ở người học. Chỉ khi nào chứng minh được sự tồn tại của muối amoni thì mâu thuẩn mới được giải quyết và người học mới có cơ hội hoàn thành được bài toán. Sau đây tôi xin trình bày một số dạng toán về muối amoni, đặc biệt chú trọng bài toán chứng minh sự có mặt của muối amoni khi cho chất khử tác dụng với HNO3.
3. Các dạng bài toán về muối amoni.
Dạng 1. Bài toán về ứng dụng của muối amoni.
Bài toán: Hãy giải thích vì sao khi bón các loại phân đạm NH4NO3, (NH4)2SO4 thì độ chua của đất tăng lên. Giải thích tại sao khi urê dùng làm phân đạm ảnh hưởng không đáng kể lên độ chua của đất?
Bài giải:
Do muối NH4NO3 gồm NH4+ có tính axit và NO3- có tính trung tính. Giải thích tương tự cho muối (NH4)2SO4 .
Urê: (NH2)2+ 2H2O → (NH4)2CO3 .Muối (NH4)2CO3 gồm NH4+ có tính axit yếu và CO32- có tính bazơ yếu, nên muối này gần như trung tính, không làm thay đổi đáng kể độ chua của đất.
Dạng 2. Tìm công thức của muối amoni.
Bài toán 1: Khi nhiệt phân 1 muối vô cơ X thu được các chất ở trạng thái khí và hơi khác nhau, mỗi chất đều có 1 mol. Xác định công thức phân tử của X biết rằng nhiệt độ dùng phân hủy không cao và phản ứng xẩy ra hoàn toàn. Khối lượng mol phân tử của X là 79 g/mol. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xẩy ra?
Bài giải:
Một muối nhiệt phân khong cho chất rắn chỉ có thể là muối của thủy ngân hoặc muối amoni. Ta loại ngay muổi của thủy ngân do không phù hợp về mặt khối lượng mol.
Anion của gốc axit dễ bị nhiệt phân phải có gốc HCO3-, hoặc CO32- hoặc SO32- hoặc HSO3-. Khi nhiệt phân các sản phẩm có số mol bằng 1, vậy NH4+ phải kết hợp với các anion có hóa trị 1, nếu anion có hóa trị 2 sẽ tạo ra 2 mol NH3.
Muối có công thức: NH4SO3 M = 99 ( loại)
NH4HCO3 M = 79 ( thỏa mãn)
Bài toán 2: Hoà tan 9,875 gam một muối hiđrocacbonat (Muối A) vào trong nước và cho tác dụng một lượng H2SO4 vừa đủ,rồi đem cô cạn cẩn thận được 8,25 gam một muối sunfat trung hoà khan.
Xác định công thức phân tử và gọi tên muối A
Bài giải:
Gọi công thức của muối A là M(HCO3)n, ta có phương trình hóa học của phản ứng
2M(HCO3)n + nH2SO4 → M2(SO4)n + 2nCO2 + 2nH2O
Từ quan hệ số mol M(HCO3)n gấp đôi số mol M2(SO4)n ta suy ra M = 18n
n =1, 2, 3 ta chọn nghiệm thích hợp là n = 1, M = 18 => Muối A là NH4HCO3
Dạng 3: Chứng minh sự có mặt của muối amoni trong bài toán chất khử tác dụng với dung dịch HNO3.
A. Bài toán đơn giản
Bài toán 1 : Cho vụn Zn vào dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và hỗn hợp khí N2, N2O. Rót dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch A thấy có khí thoát ra. Giải thích thí nghiệm, viết phương trình hóa học của các phản ứng.
Bài giải :
Vì A tác dụng với dung dịch NaOH dư có khí thoát ra chứng tỏ A chứa muối amoni.
Phương trình hóa học :
4Zn+ 10HNO3 →4Zn(NO3)2 + N2O +5H2O
5Zn+ 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 +6H2O
4Zn+ 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 +3H2O
Dung dịch A chứa Zn(NO3)2, NH4NO3 và có thể có HNO3 dư
HNO3 + NaOH → NaOH + H2O
NH4NO3 + NaOH → NaNO3 + NH3+ H2O
Zn(NO3)2 + 2NaOH → Zn(NO)2 + NaNO3
2NaOH + Zn(OH)2 → Na2ZnO2 + 2H2O
B. Bài toán phức tạp :
Bài toán 2: Hòa tan hoàn toàn 1,68gam kim loại Mg vào V lít dung dịch HNO3 0,25M vừa đủ thu được dung dịch X và 0.448 lít (đktc) một chất khí Y duy nhất, nguyên chất. Cô cạn dung dịch X được 11,16g muối khan (quá trình cô cạn không làm muối phân hủy). Tìm công thức phân tử của khí Y và tính V.
Bài giải:
nMg = 1,68 : 24 = 0,07mol ; nY = 0,448 : 22,4 = 0,02mol
Sau cô cạn dung dịch X chắc chắn sản phẩm có Mg(NO3)2 0,07mol
=> mMg (NO3)2 = 0,07.148 = 10,36g < 11,16g
Vậy trong X còn có NH4NO3 với khối lượng 11,16 – 10,36 = 0,8g
=> số mol NH4NO3 = 0,8 : 80 = 0,01mol
Quá trình oxi hóa : Mg → Mg2+ + 2e
0,07 → 0,14(mol)
Quá trình khử : NO3- + 10H+ + 8e → NH4+ + 3H2O
0,1 0,08 0,01 (mol)
xNO3- + (6x – 2y)H+ + (5x-2y)e → NxOy + (3x-y)H2O
0,02(6x-2y) 0,02(5x-2y) → 0,02(mol)
Theo định luật bảo toàn e ta có: 0,14 = 0,08 + 0,02(5x-2y)
5x-2y =2. Nghiệm hợp lí là x=y=1 . Vậy sản phẩm là NO
số mol HNO3 = số mol H+ = 0,1+ 0,08 = 0,18 mol → V= 0,72 lít
Bài toán 3: Cho 1,68gam Mg tác dụng vừa đủ với 500 ml dung dịch HNO3 aM thu được dung dịch Y và 0,448 lít (đktc) khí NO duy nhất. Tính a và khối lượng muối thu được.
Bài giải:
Số mol Mg = 0,07 mol; số mol NO = 0,02 mol
Quá trình oxh:
Mg → Mg2+ + 2e
0,07 0,14(mol)
Quá trình khử :
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
0,08 0,06 0,02 (mol)
Ta thấy số mol e do chât khử nhường lớn hơn số mol e do chất oxh nhận . Do vậy còn có một qúa trình khử N+5 tạo sản phẩm khử trong dung dịch X đó là NH4NO3
NO3- + 10H+ + 8e → NH4+ + 3H2O
0,1 0,08 0,01 (mol)
Ta có : Số mol HNO3 = số mol H+ =0,18 mol → a= 0,36 M
Khối lượng muối = 0,07.148 + 0,01.80 = 11.16 gam
Phức tạp hơn nữa khi chất khử là một hỗn hợp.
Ta xét tiếp ví dụ sau:
Bài toán 4: Cho hỗn hợp X gồm 0,15 mol Mg, 0,35 mol Fe phản ứng với V lít dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch Y và hỗn hợp khí gồm 0,035 mol N2O; 0,1 mol NO và còn lại 2,8 gam kim loại. Tìm V?
Bài giải:
Khi phản ứng với HNO3 Mg sẽ phản ứng trước.
Khối lượng Fe ban đầu = 0,35.56 = 19,6 gam > 2,8 gam → sau phản ứng Fe dư và muối trong dung dịch là muối sắt (II).
Số mol Fe phản ứng = 0,35 –(2,8 : 56) =0,3 mol
Quá trình oxh:
Fe → Fe2+ + 2e
0,3 0,6mol
Mg → Mg2+ + 2e
0,15 → 0,3(mol)
Quá trình khử:
NO3- + 10H+ + 8e → N2O + 5H2O
0,35 → 0,28 → 0,035 (mol)
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
0,4 → 0,3 →0,1 (mol)
0,9 mol = ne nhường > ne nhận =0,58 mol => sản phẩm khử còn có NH4NO3
Số mol e do N+5 nhận tạo ra NH4NO3 là: 0,9 – 0,58 = 0,32 mol
NO3- + 10H+ + 8e → NH4+ + 5H2O
0,4 0,32 → 0,04 (mol)
Số mol HNO3 = số mol H+ = 1,15 mol → V= 1,15 lít
----(Để xem phần còn lại của tài liệu vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---
Trên đây là toàn bộ dung Bài toán tạo muối amoni NH4NO3 trong phản ứng với HNO3 - Ôn thi THPT QG năm 2020 môn Hóa học để xem thêm nhiều tài liệu hay, bổ ích các em vui lòng đăng nhập vào hệ thống Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy.
Ngoài ra các em có thể thử sức với hình thức trắc nghiệm online với nhiều đề thi sau:
- 40 câu hỏi trắc nghiệm Chuyên đề Hợp chất của Photpho Hóa học 11
- 40 câu hỏi trắc nghiệm Chuyên đề Hợp chất của Nitơ Hóa học 11
- Đề kiểm tra trắc nghiệm Chương 2 Nitơ - Photpho môn Hóa học 11
Chúc các em làm bài tốt, đạt kết quả thật cao!
