Bài toán hóa học về phản ứng của kim loại Magie (Mg) với axit nitric (HNO3) là một dạng bài tập phổ biến trong chương trình THPT. Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần nắm vững các kiến thức về phản ứng oxi hóa khử, bảo toàn nguyên tố và các định luật hóa học cơ bản. Dưới đây là một bài toán điển hình và phương pháp giải chi tiết, tập trung vào trường hợp sử dụng 9,6 gam Mg.
Đề bài: Cho 9,6 gam Mg tác dụng với dung dịch chứa 1,2 mol HNO3, thu được dung dịch X và m gam hỗn hợp khí. Thêm 500 ml dung dịch NaOH 2M vào X, thu được dung dịch Y, kết tủa và 1,12 lít khí Z (đktc). Lọc bỏ kết tủa, cô cạn Y thu được chất rắn T. Nung T đến khối lượng không đổi, thu được 67,55 gam chất rắn. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là bao nhiêu?
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ đi từng bước, phân tích các dữ kiện và áp dụng các định luật bảo toàn.
Phân tích bài toán:
- 9,6 gam Mg: Đây là lượng chất ban đầu của Magie, chúng ta có thể tính được số mol của Mg.
- 1,2 mol HNO3: Lượng axit nitric tham gia phản ứng.
- Dung dịch X: Dung dịch chứa các sản phẩm sau phản ứng của Mg và HNO3.
- m gam hỗn hợp khí: Các khí được tạo thành trong quá trình phản ứng (có thể là NO, N2O, N2, NH4NO3,…).
- 500 ml NaOH 2M: Lượng NaOH được thêm vào để trung hòa axit dư và tạo kết tủa.
- Dung dịch Y: Dung dịch sau khi thêm NaOH và lọc bỏ kết tủa.
- Khí Z: Khí thoát ra sau khi thêm NaOH (thường là NH3 do NH4+ phản ứng với OH-).
- Chất rắn T: Hỗn hợp các muối sau khi cô cạn dung dịch Y.
- 67,55 gam chất rắn: Khối lượng chất rắn sau khi nung T đến khối lượng không đổi.
Phương pháp giải:
-
Tính số mol các chất:
- nMg = 9,6 / 24 = 0,4 mol
- nNaOH = 0,5 * 2 = 1 mol
- nZ = nNH3 = 1,12 / 22,4 = 0,05 mol
-
Xác định thành phần dung dịch Y:
Dung dịch Y chứa NaNO3 và có thể có NaOH dư. Vì khi nung chất rắn T thu được chất rắn có khối lượng nhỏ hơn khối lượng NaNO3 tạo ra từ 1 mol NaOH, nên NaOH dư.
-
Gọi x là số mol NaNO3 và y là số mol NaOH dư trong Y.
-
Ta có hệ phương trình:
- x + y = 1 (bảo toàn Na)
- 69x + 40y = 67,55 (khối lượng chất rắn sau khi nung)
-
Giải hệ phương trình, ta được: x = 0,95 mol và y = 0,05 mol.
Ảnh minh họa quá trình phản ứng giữa kim loại Magie và Axit Nitric, tạo thành dung dịch chứa các ion và hợp chất khác nhau.
-
-
Tính số mol NH4NO3:
- nNH4NO3 = nNH3 = 0,05 mol (do NH4+ trong X phản ứng với NaOH tạo NH3)
-
Bảo toàn nguyên tố N:
- nN trong HNO3 = nN trong NaNO3 + nN trong NH4NO3 + nN trong khí
- 1,2 = 0,95 + 0,05 + nN trong khí
- => nN trong khí = 0,2 mol
-
Tính số mol Oxi phản ứng:
Áp dụng bảo toàn điện tích và bảo toàn nguyên tố H, ta tính được số mol Oxi phản ứng là 0.3 mol.
-
Tính khối lượng hỗn hợp khí:
- Khối lượng hỗn hợp khí m = mN + mO = 0,2 14 + 0,3 16 = 7,6 gam
Kết luận:
Giá trị của m (khối lượng hỗn hợp khí) là 7,6 gam.
Lưu ý khi giải các bài toán tương tự:
- Nắm vững các phản ứng oxi hóa khử: Xác định rõ chất oxi hóa, chất khử, quá trình cho và nhận electron.
- Sử dụng thành thạo các định luật bảo toàn: Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích.
- Phân tích kỹ đề bài: Xác định rõ các dữ kiện đã cho và yêu cầu của bài toán.
- Linh hoạt trong việc áp dụng các phương pháp giải: Không có một khuôn mẫu cố định cho mọi bài toán, cần phải linh hoạt và sáng tạo.
- Kiểm tra lại kết quả: Đảm bảo kết quả phù hợp với các dữ kiện đã cho và có tính logic.
Hy vọng với hướng dẫn chi tiết này, bạn có thể tự tin giải quyết các bài toán hóa học liên quan đến phản ứng của 9,6 gam Mg với HNO3 và các dạng bài tương tự. Chúc bạn thành công!
