CHỦ ĐỀ 2. NITROGEN VÀ SULFUR

BÀI 5. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NITROGEN   

(20 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1: Tại sao ammonia tan nhiều trong nước?

Giải:

Các liên kết N-H là liên kết cộng hóa trị phân cực nên các phân tử ammonia dễ tạo liên kết hydrogen với nhau và với phân tử nước. Vì tạo được liên kết hydrogen với nước nên ammonia tan nhiều trong nước.

Câu 2: Tại sao dung dịch ammonia lại làm quỳ tím hóa xanh?

Giải:

Cặp electron hóa trị riêng trên nguyên tử nitrogen là nguyên nhân gây nên tính base của ammonia. Khi tan trong nước, ammonia nhận H+ của nước tạo thành ion  theo phương trình

NH₃(g) + H₂O(l) ⇌ (aq) + OH^-(aq)

 Do vậy, dung dịch ammonia có tính base yếu, làm quỳ tím hóa xanh.

Câu 3: Vì sao ammonia là một base theo thuyết Brosted-Lowry?

Giải:

Sự hình thành ion ammonium là do sự tạo thành liên kết cho – nhận giữa nguyên tử nitrogen của phân tử ammonia với H+ (proton) của acid.

NH₃ + H⁺ →

Vì vậy, ammonia là một base theo thuyết Brosted-Lowry.

2. THÔNG HIỂU (5 câu)

Câu 1: Bạn Nam nói để phân biệt các dung dịch riêng biệt đựng trong các lọ mất nhãn gồm NH₄­NO₃, (NH₄)₂CO₃, ZnCl₂, BaCl₂, FeCl₂ chỉ cần dùng 1 thuốc thử là NaOH. Em hãy nêu các bước tiến hành, hiện tượng và viết phương trình phản ứng (nếu có).

Giải:

Cho dung dịch NaOH vào các dung dịch trên:

-Dung dịch nào làm xuất hiện chất khí có mùi khai thì đó là NH₄NO₃ và (NH₄)₂CO₃

NaOH + NH₄NO₃ → NaNO₃+ NH₃+ H₂O

2NaOH + (NH₄)₂CO₃ → Na₂CO₃+ 2NH₃+ 2H₂O

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa trắng sau đó tan trong kiềm dư thì đó là ZnCl₂

ZnCl₂+ 2NaOH → Zn(OH)₂ ↓ + 2NaCl

Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂ZnO₂+ 2H₂O

-Dung dịch nào xuất hiện kết tủa trắng xanh sau đó hóa nâu ngoài không khí thì đó là FeCl₂

FeCl₂+ 2NaOH → Fe(OH)₂ ↓ + 2NaCl

-Dung dịch nào không có hiện tượng gì thì đó là BaCl₂

Lấy dung dịch BaCl₂ vừa nhận được ở trên vào NH₄NO₃ và (NH₄)₂CO₃:

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa trắng thì đó là (NH₄)₂CO₃

(NH₄)₂CO₃+ BaCl₂ → BaCO₃ ↓ + 2NH₄Cl

-Dung dịch nào không có hiện tượng gì thì đó là NH₄NO₃

Câu 2: Hãy nêu cách dùng NH₃ để nhận biết các dung dịch (NH₄)₂SO₄, AlCl₃, FeCl₃, CuCl₂, ZnCl₂?

Giải:

Cho dung dịch NH₃ dư lần lượt vào các dung dịch trên ta có:

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa trắng thì đó là AlCl₃

AlCl₃+ 3NH­₃+ 3H₂O → Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa nâu đỏ thì đó là FeCl₃

FeCl₃+ 3NH­₃+ 3H₂O → Fe(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa xanh lam sau đó tan trong NH₃ dư tạo dung dịch xanh thẫm thì đó là CuCl₂

CuCl₂+ 2NH₃+ 2H₂O → Cu(OH)₂ ↓ + 2NH₄Cl

Cu(OH)₂+ 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄](OH)₂

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa trắng sau đó tan trong NH₃ dư tạo dung dịch trong suốt thì đó là ZnCl₂

ZnCl₂+ 2NH₃+ 2H₂O → Zn(OH)₂ ↓ + 2NH₄Cl

Zn(OH)₂+ 4NH₃ → [Zn(NH₃)₄](OH)₂

Câu 3: Dùng dung dịch Ba(OH)₂ để phân biệt các dung dịch (NH₄)₂SO₄, NH₄Cl; Al(NO₃)₃; Fe(NO₃)₂; Cu(NO₃)₂.

Giải:

Cho dung dịch Ba(OH)₂ vào 5 dung dịch trên:

-Dung dịch làm xuất hiện kết tủa trắng và khí có mùi khai thì đó là (NH₄)₂SO₄

(NH₄)₂SO₄+ Ba(OH)₂ → BaSO_4↓+ 2NH_3↑+ 2H₂O

-Dung dịch nào xuất hiện chất khí mùi khai thì đó là NH₄Cl

2NH₄Cl + Ba(OH)₂ → BaCl₂+ 2NH_3↑ + 2H₂O

-Dung dịch nào xuất hiện kết tủa keo trắng sau đó tan trong kiềm dư thì đó là Al(NO₃)₃

2Al(NO₃)₃+ 3Ba(OH)₂→ 3Ba(NO₃)₂+ 2Al(OH)₃↓

2Al(OH)₃+ Ba(OH)₂ → Ba(AlO₂)₂+ 4H₂O

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa màu xanh thì đó là Cu(NO₃)₂

Cu(NO₃)₂+ Ba(OH)₂→ Ba(NO₃)₂+ Cu(OH)₂↓

-Dung dịch nào làm xuất hiện kết tủa trắng xanh sau đó hóa nâu ngoài không khí thì đó là Fe(NO₃)₂

Fe(NO₃)₂+ Ba(OH)₂→ Ba(NO₃)₂+ Fe(OH)₂↓

Câu 4: Cho hỗn hợp khí X gồm N2,Cl2,SO2,CO2,H2 qua dung dịch NaOH dư. Xác định các khí thoát ra, khí bị giữ lại trong dung dịch, viết phương trình phản ứng (nếu có)

Giải:

Các khí bị giữ lại trong dung dịch NaOH là: Cl2,SO2,CO2

2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H₂O

2NaOH + SO2 → Na₂SO₃ + H₂O

2NaOH + CO2 → Na₂CO₃ + H₂O

=> 2 khí thoát ra là N2 và H2

Câu 5: Cho các chất H₂SO₄ đặc, CaO, P₂O₅, CuSO₄. Chất nào có thể làm khô khí NH₃? Giải thích.

Giải:

+ Loại H2SO4 đặc vì H2SO4 đặc phản ứng với NH3

H2SO4+ 2NH3→ (NH4)2SO4

+ Loại P2O5 vì P2O5 phản ứng với NH3

P2O5+ 3H2O → 2H3PO4

3NH3+ H3PO4→ (NH4)3PO4

+ Loại CuSO₄ vì tạo Cu(OH)2 sau đó Cu(OH)2 phản ứng với NH3

CuSO₄ + 2NH₃ + 2H₂O → Cu(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄

Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄](OH)₂

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1: Cho 0,05 mol NH3 đi qua bình đựng 16 gam CuO nung nóng thu được chất rắn X. Sau phản ứng còn lại chất rắn X (các phản ứng xảy ra hoàn toàn). Thể tích HCl 0,5M cần để phản ứng hoàn toàn với X là?

Giải:

n_CuO =  =  = 0,2 mol

2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ +3H₂O

Ban đầu                0,05    0,2                       (mol)

Phản ứng               0,05    0,075     0,075       (mol)

Sau phản ứng         0         0,125      0,075     (mol)

Sau phản ứng, chất rắn gồm:

⇒ Chỉ có CuO tác dụng với HCl

CuO  + 2HCl  → CuCl₂  + H₂O

0,125    0,25          (mol)

=> V_HCl =  = 0,5 lít  = 500ml 

Câu 2: Cho hỗn hợp gồm 0,14 mol Mg và 0,01 mol MgO phản ứng vừa đủ với dung dịch HNO₃ thu  được 0,02 mol khí N₂ và dung dịch X. Khối lượng muối trong X là bao nhiêu?

Giải:

Bảo toàn nguyên tố Mg ta có : n_Mg(NO3)2= n_Mg+ n_MgO=0,15 mol

n_{khí N2}=0,02 mol.

Quá trình cho e:

Mg→ Mg²⁺+ 2e  (1)

0,14→         0,28 mol

Quá trình nhận e:

2NO₃^-+ 10e+ 12H⁺ → N₂ + 6H₂O (2)

             0,2     ←     0,02 mol

Nểu chỉ có 1 quá trình nhận e (2) thì số mol e cho khác số mol e nhận

Do đó phải có quá trình nhận e (3) và số mol e nhận ở (3) bằng:

0,28- 0,2=0,08 mol

NO₃^-+ 8e+ 10H⁺ → NH₄⁺+ 3H₂O (3)

           0,08     →     0,01 mol

Muối trong X gồm 0,15 mol Mg(NO₃)₂ và 0,01 mol NH₄NO₃

→ m_muối= 0,15.148+ 0,01.80=23 gam

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 2,44 gam hỗn hợp bột X gồm Fe_xO_y và Cu bằng dung dịch HNO₃ đặc nóng (dư). Sau phản ứng thu được 0,015 mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) và dung dịch chứa 7,93 gam hỗn hợp muối nitrate. Tính phần trăm khối lượng của Cu trong X.

Giải:

Quy hỗn hợp X gồm có a mol Fe, b mol Cu và c mol O

Ta có 56a + 64b + 16c= 2,44

Bảo toàn nguyên tố Fe và Cu có n_Fe(NO3)3= n_Fe= a mol; n_Cu(NO3)2= n_Cu= b mol

Khối lượng muối nitrate là

m_muối= m_Fe(NO3)3+ m_Cu(NO3)2=242a  + 188b= 7,93 gam

Quá trình cho e:

Fe → Fe³⁺+ 3e

a                3amol

Cu → Cu²⁺+ 2e

b                  2b

Quá trình nhận e :

O+  2e→ O^-2

c       2c

N⁺⁵ +   3e →   NO

         0,045←   0,015

Theo định luật bảo toàn electron thì: n_{e cho}= n_{e nhận} 

⇒ 3a+ 2b= 2c+ 0,045 (3)

Giải hệ gồm (1), (2) và (3) có a= 0,025; b= 0,01 và c= 0,025

→%m_Cu=  = 26,23%

Câu 4: Khi cho m gam hỗn hợp gồm 3 kim loại Al, Mg, Cu tan vừa hết trong dung dịch HNO₃ loãng, thu được 0,15 mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được khối lượng muối nitrate tính theo m là bao nhiêu?

Giải:

Ta có n_NO= 0,15 mol

Quá trình nhận e:

NO₃^-+ 3e + 4H⁺ → NO + 2H₂O

Ta có n_{NO3- trong muối}= n_e= 3.n_NO= 3.0,15= 0,45 mol

→m_{muối nitrate}= m_{kim loại}+ m_{NO3-trong muối}= m+ 0,45.62= m+27,9 (gam)

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm S, FeS, FeS₂ trong HNO₃ dư được 0,48 mol NO₂ và dung dịch X. Cho dung dịch Ba(OH)₂ dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là bao nhiêu?

Giải:

Gọi x, y lần lượt là tổng số mol Fe và S trong hỗn hợp (cũng có thể coi x, y là số mol Fe và S đã tham gia phản ứng với nhau tạo ra hỗn hợp trên)

Ta có: 56x + 32y = 3,76

Mặt khác: 

n_{e (cho)} = 3x + 6y = 0,48 = n_{e (nhận)} (vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo muối Fe³⁺ và H₂SO₄)

Từ đó có: x = 0,03; y = 0,065

Khi thêm Ba(OH)₂ dư kết tủa thu được có: Fe(OH)₃ (0,03 mol) và BaSO₄ (0,065 mol).

Sau khi nung chất rắn có: Fe₂O₃ (0,015 mol) và BaSO₄ (0,065 mol).

⇒ m_{chất rắn} = 160.0,015 + 233.0,065 = 17,545 (gam)

Câu 6: Thực hiện 2 thí nghiệm như sau

TN 1: Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO3 1,0M thoát ra a lít NO.

TN2: Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80ml dung dịch chứa HNO3 1,0M và H2SO4 0,5M thoát b lít NO.

Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng điều kiện. Quan hệ giữa a và b là?

Giải:

(*) TN₁ :

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

 0,06    0,08                             0,02 mol

(*) TN₂ :

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

0,06    0,16     0,08                 0,04 mol

→ b= 2a

Câu 7: Cho m gam hỗn hợp Cu, Fe, Al tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ loãng dư thu được (m+31) gam muối nitrate. Nếu cũng cho m gam hỗn hợp trên tác dụng với oxygen thu được các oxide CuO, Fe₂O₃, Al₂O₃ thì khối lượng oxide là bao nhiêu?

Giải:

Ta có: m_NO3-= m_{muối nitrate}- m_{kim loại}= (m+31)-m= 31 gam

→ n_NO3-= 0,5 mol

Ta thấy số oxi hóa của Cu, Fe, Al trong muối nitrate và trong các oxide tương ứng là bằng nhau

→n_NO3-= n_{điện tích dương của cation}= 2.n_O2- → n_O2-= 0,25 mol

→ m_oxit= m_{kim loại}+ m_O2-= m+ 0,25.16= m+ 4 (gam)

4. VẬN DỤNG CAO (5 câu)

Câu 1: Nhiệt phân hoàn toàn hỗn hợp X gồm NH₄NO₃, NH₄HCO₃ thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ là 18,625. Dẫn hỗn hợp Y qua dung dịch Ca(OH)₂ dư thấy thu được 10 gam kết tủa. Hàm lượng % của nguyên tố N trong hỗn hợp X là?

Giải:

Gọi số mol NH₄NO₃ là x mol

NH₄NO₃  N₂O + 2H₂O (1)

X              x                      (mol)

NH₄HCO₃  NH₃ + CO₂ + H₂O (2)

0,1              0,1       0,1               (mol)

Khi cho Y qua dung dịch Ca(OH)₂ dư thì:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O (3)

0,1               ←      0,1 mol

→  =  = 0,1 mol

Hỗn hợp Y gồm

Ta có: M_Y = 18,625.2 = 37,25 g/mol

⇒ m_Y = n_Y.M_Y

⇒ (x + 0,1 + 0,1).37,25 = 44x + 0,1.17 + 0,1.44

⇒ x = 0,2 mol ⇒ m_X = 0,2.80 + 0,1.79 = 23,9 (gam)

n_N = 2  +  = 2.0,2 + 0,1 = 0,5 mol

⇒ m_N = 7 (gam)

⇒ %m_N =

Câu 2: Lấy V ml dung dịch HNO₃ 67% (d=1,4 g/ml) pha loãng bằng nước được dung dịch mới hòa tan vừa đủ 4,5 gam Al và giải phóng hỗn hợp khí X gồm NO và N₂O (sản phẩm khử duy nhất) có tỉ khối so với H₂ bằng 16,75. Thể tích khí đo ở đktc. Giá trị của V bằng bao nhiêu?

Giải:

Ta có: n_Al =  mol.

Đặt .

Quá trình cho e:

Al → Al³⁺ +3e

                  0,5 mol

Quá trình nhận e:

 + 3e + 4H⁺ → NO + 2H₂O

           3x     4x  ←   x     mol

2  + 8e + 10H⁺ → N₂O + 5H₂O

          8y      10y    ←  y

Áp dụng định luật bảo toàn electron: 0,5 = 3x + 8y (1)

M_X = 16,75.2 = 33,5 =

⇒ 3,5x - 10,5y = 0 (2)

Từ (1) và (2) suy ra

Ta có:  mol =

⇒  =  gam

⇒ = 60,843 gam

⇒ V_dd =  = 43,46 ml.

Câu 3: Cho 3,76 gam hỗn hợp X gồm Mg và MgO có tỉ lệ mol tương ứng là 14:1 tác dụng hết với dung dịch HNO₃ thì thu được 0,02 mol một khí duy nhất và dung dịch Y. Cô cạn cẩn thận dung dịch Y thu được 23 gam chất rắn khan T. Xác định số mol HNO₃ đã phản ứng.

Giải:

Đặt số mol Mg là 14x mol và MgO là x mol

→ m_hỗn hợp=14x.24 + 40x = 3,76 gam

→ x=0,01 mol

Bảo toàn nguyên tố Mg ta có : n_Mg(NO3)2= n_Mg+ n_MgO= 14x + x = 0,15 mol

→ m_Mg(NO3)2=22,2 gam <m_T → T phải chứa NH₄NO₃

→ m_NH4NO3 = 23-22,2 = 0,8 gam → n_NH4NO3=0,01 mol

n_khí=0,02 mol.  

Giả sử số oxi hóa của N trong sản phẩm khí là a

Quá trình cho e:

Mg→ Mg²⁺+ 2e  (1)

0,14→         0,28 mol

Quá trình nhận e:

NO₃^-+ 8e+ 10H⁺ → NH₄⁺ + 3H₂O (2)

          0,08  0,1     0,01 mol

-Nếu khí có 1 nguyên tử N:

N⁺⁵ + (5-a) e→ N^+a

       (5-a).0,02  0,02

Theo ĐL bảo toàn electron có: 0,28= 0,08 + 0,02. (5-a) → a= -5 loại

-Nếu khí có 2 nguyên tử N:

2N⁺⁵ + 2(5-a) e→ N₂^+a

          (5-a).0,04     0,02

Theo ĐL bảo toàn electron có: 0,28= 0,08 + 0,04. (5-a)→ a= 0 → Khí là N₂

2NO₃^-+ 10e+12H⁺→ N₂+ 6H₂O (3)

                    0,24    0,02

Theo PT (2) và (3):

n_H+= 10n_NH4++ 12n_N2= 0,1+0,24= 0,34 mol= n_{HNO3 pứ với Mg}

MgO + 2HNO₃→ Mg(NO₃)₂+H₂O

0,01    0,02

Vậy tổng số mol HNO₃ phản ứng là 0,34+ 0,02= 0,36 mol

Câu 4: Cho 9,55 gam hỗn hợp gồm Mg, Al và Zn tác dụng vừa đủ với 870ml dung dịch HNO₃ 1M thu được dung dịch chứa m gam muối và 0,06 mol hỗn hợp khí N₂ và N₂O. Tỉ khối của hỗn hợp khí so với H₂ là 20,667. Xác định giá trị của m.

Giải:

n_HNO3pu= 0,87 mol

Đặt số mol N₂ là x mol; số mol N₂O là y mol

→x+y=0,06

m_{hỗn hợp}= 28x+44y= 0,06.20,667.2=2,48 gam

Giải hệ trên được x=0,01 ; y= 0,05

2NO₃^-+ 8e+ 10H⁺ → N₂O + 5H₂O (1)

            0,4   0,5   ← 0,05 mol

2NO₃^-+ 10e + 12H⁺→ N₂+ 6H₂O (2)

                    0,12← 0,01

Theo PT (1), (2): n_H+= 0,5+0,12= 0,62 mol= n_HNO3

Mà đề cho n_HNO3pu= 0,87 mol

→Có phản ứng tiếp :

NO₃^-+ 8e+ 10H⁺ → NH₄⁺ + 3H₂O (3)

          0,2    0,25     0,025 mol

n_{H+ pứ 3}= 0,87- 0,62= 0,25 mol

bảo toàn nguyên tố H: n_{H (HNO3)} = n_H(NH4NO3) + n_H(H2O)

→0,87= 0,025.4+ 2.n_H2O→ n_H2O=0,385 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

m_{kim loại}+ m_HNO3 =  m + m_khí +  m_H2O

↔ 9,55+ 0,87.63 = m+2,48 + 0,385.18 → m=54,95 gam

Câu 5: Cho 0,87 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu và Al vào bình đựng 300ml dung dịch H₂SO₄ 0,1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,32 gam chất rắn và có 0,02 mol khí thoát ra. Thêm tiếp vào bình 0,425 gam NaNO₃, khi các phản ứng kết thúc thì thể tích khí NO (đkc, sản phẩm khử duy nhất) tạo thành và khối lượng muối trong dung dịch là

Giải:

Cho 0,87 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu và Al vào dung dịch H₂SO₄

→ Chất rắn không tan là Cu, m_Cu= 0,32 gam, n_Cu=0,005 mol

2Al+ 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃+ 3H₂

Fe+ H₂SO₄ → FeSO₄+ H₂

Ta có m_Fe + m_Al = 0,87 - 0,32 = 0,55 gam
 Đặt n_Fe= x mol, n_Al= y mol → 56x + 27y= 0,55

n_H2= 1,5.x+ y= 0,448/22,4= 0,02 mol
=> x = 0,005; y= 0,01

ta có n_{H2SO4 ban đầu}= 0,3.0,1=0,03 mol, n_H2= 0,448/22,4=0,02 mol
n_{H+ còn lại} = n_{H+ ban đầu}- n_{H+ pứ}= 2.n_H2SO4- 2.n_H2= 2. 0,03- 2.0,02= 0,02 mol
n_NO3- =n_NaNO3= 0,005 mol
Ta có các bán phản ứng sau
Fe²⁺ →         Fe³⁺ + 1e
0,005                    0,005
Cu⁰ →          Cu²⁺ + 2e
0,005                      0,01

=> n_e cho = 0,015 mol= n_e nhận
4H⁺   + NO₃^- +   3e →    NO + 2H₂O (3)
0,02    0,005     0,015    0,005
V = 0,005.24,79  0,124 lít

Theo bán phản ứng (3) thì cả H⁺ và NO₃^-  đều hết

⇒ Khối lượng muối = Khối lượng kim loại + m_Na+ + m_SO4 

 = 0,87 + 0,005.23 + 0,03.96 = 3,865 gam