Bài toán hòa tan nhôm (Al) trong dung dịch axit nitric (HNO3) loãng là một dạng bài tập hóa học phổ biến, thường gặp trong các kỳ thi. Để giải quyết các bài toán này, cần nắm vững các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố và kỹ năng lập hệ phương trình. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết cách giải một bài toán điển hình liên quan đến việc Hòa Tan Hoàn Toàn M Gam Al trong HNO3 loãng.
Đề bài:
Hòa tan hoàn toàn m gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng thu được 5,376 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm N2, N2O và dung dịch chứa 8m gam muối. Tỉ khối của hỗn hợp khí X so với H2 bằng 18. Giá trị của m là bao nhiêu?
Phân tích bài toán:
Đây là một bài toán phức tạp, đòi hỏi phải xác định được các chất khí tạo thành, số mol của chúng, và áp dụng các định luật bảo toàn để thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng. Điểm mấu chốt là xác định sản phẩm khử của HNO3 ngoài N2 và N2O có thể có NH4NO3 hay không.
Lời giải chi tiết:
-
Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí X:
MX = 18 × 2 = 36 g/mol
-
Tính số mol của hỗn hợp khí X:
nX = V/22.4 = 5.376/22.4 = 0.24 mol
=> mX = 0.24 * 36 = 8.64 gam. -
Xác định thành phần hỗn hợp khí:
Gọi số mol N2 là x, số mol N2O là y. Ta có hệ phương trình:
- x + y = 0.24
- 28x + 44y = 8.64
Giải hệ phương trình, ta được: x = 0.12 mol và y = 0.12 mol. Vậy nN2O = nN2 = 0,12 mol.
Alt: Sơ đồ minh họa quá trình Al tác dụng với HNO3 loãng tạo ra các sản phẩm khí N2 và N2O, đồng thời tạo ra muối nhôm nitrat trong dung dịch.
-
Xác định sự có mặt của NH4NO3 trong dung dịch:
Đặt nAl = x mol. Giả sử có tạo thành NH4NO3. Bảo toàn electron ta có:
3nAl = 8nNH4NO3 + 10nN2 + 8nN2O
=> 3x = 8nNH4NO3 + 100.12 + 80.12
=> nNH4NO3 = (3x – 2.16)/8 = 0.375x – 0.27
-
Tính khối lượng muối tạo thành:
mMuối = mAl(NO3)3 + mNH4NO3 = 213x + 80×(0,375x – 0,27) = 243x – 21,6.
-
Thiết lập phương trình và giải:
Theo đề bài, mMuối = 8mAl, suy ra:
243x – 21,6 = 8 × 27x
Giải phương trình trên, ta được x = 0,8 mol.
-
Tính giá trị của m:
m = 27 × 0,8 = 21,6 gam.
Kết luận:
Giá trị của m là 21,6 gam. Đáp án D là đáp án chính xác.
Lưu ý khi giải bài tập dạng này:
- Luôn kiểm tra sự có mặt của NH4NO3 trong dung dịch sau phản ứng.
- Sử dụng thành thạo các định luật bảo toàn.
- Kiểm tra lại kết quả để đảm bảo tính chính xác.
Hy vọng với lời giải chi tiết này, các bạn học sinh sẽ nắm vững hơn cách giải các bài toán liên quan đến “hòa tan hoàn toàn m gam Al” trong dung dịch HNO3 loãng. Chúc các bạn học tốt!
