Xin chào các em! Cô là giáo viên Hóa học. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập Hóa học lớp 10 khá thú vị liên quan đến phản ứng nhiệt phân muối nitrat. Các em hãy chú ý lắng nghe và ghi chép cẩn thận nhé.

Chúng ta sẽ đi từng bước một, bám sát kiến thức trong Sách giáo khoa để giải bài tập này.

Phân tích đề bài:

Đề bài cho chúng ta biết:
– Khối lượng hỗn hợp X gồm Zn(NO3)2 và NaNO3 là m gam.
– Nung nóng hỗn hợp X đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp khí Y.
– Thể tích hỗn hợp khí Y (đktc) là 8,96 lít.
– Cho khí Y hấp thụ vào nước, thu được 2 lít dung dịch Z và còn lại 3,36 lít khí không bị hấp thụ.
– Yêu cầu tính giá trị m và nồng độ mol của dung dịch Z.

Bước 1: Xác định các phản ứng hóa học xảy ra.

Chúng ta biết rằng, muối nitrat của kim loại đứng trước Mg (trừ các kim loại kiềm và kiềm thổ) thường có xu hướng nhiệt phân tạo ra oxit kim loại, khí NO2 và O2. Muối nitrat của kim loại kiềm (trừ Li) thì phân hủy tạo ra muối nitrit và O2.

Xét các muối trong hỗn hợp X:
1. Zn(NO3)2: Kẽm là kim loại đứng sau Mg. Khi bị nhiệt phân, nó sẽ tạo ra oxit kim loại, khí NO2 và O2.
Phản ứng: Zn(NO3)2 \( \xrightarrow{t^0} \) ZnO + 2NO2\( \uparrow \) + 1/2 O2\( \uparrow \)

2. NaNO3: Natri là kim loại kiềm. Khi bị nhiệt phân, nó sẽ tạo ra muối nitrit và O2.
Phản ứng: 2NaNO3 \( \xrightarrow{t^0} \) 2NaNO2 + O2\( \uparrow \)

Hỗn hợp khí Y thu được sau khi nung là tập hợp các khí sinh ra từ hai phản ứng trên, bao gồm NO2 và O2.

Bước 2: Tính toán số mol của các khí trong Y.

Đề bài cho biết tổng thể tích hỗn hợp khí Y (đktc) là 8,96 lít.
Số mol Y = Thể tích Y / 22,4 = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.

Khi cho khí Y hấp thụ vào nước, còn lại 3,36 lít khí không bị hấp thụ.
Khí không bị hấp thụ ở đây là khí O2, vì NO2 phản ứng với nước theo phương trình:
2NO2 + H2O \( \rightarrow \) HNO3 + HNO2

Vậy, thể tích khí O2 trong Y là 3,36 lít.
Số mol O2 = Thể tích O2 / 22,4 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol.

Số mol NO2 trong Y = Tổng số mol Y – Số mol O2 = 0,4 – 0,15 = 0,25 mol.

Bước 3: Tính toán số mol các chất trong hỗn hợp X dựa vào số mol các khí.

Chúng ta đã có số mol NO2 và O2. Bây giờ, chúng ta sẽ dùng các phương trình phản ứng ở Bước 1 để tính ngược lại số mol của Zn(NO3)2 và NaNO3.

Xét phản ứng nhiệt phân Zn(NO3)2:
Zn(NO3)2 \( \xrightarrow{t^0} \) ZnO + 2NO2\( \uparrow \) + 1/2 O2\( \uparrow \)
Từ tỉ lệ mol trong phương trình:
Số mol NO2 sinh ra từ Zn(NO3)2 là 0,25 mol.
Theo phương trình, cứ 1 mol Zn(NO3)2 sinh ra 2 mol NO2.
Vậy, số mol Zn(NO3)2 = Số mol NO2 / 2 = 0,25 / 2 = 0,125 mol.

Phản ứng nhiệt phân NaNO3:
2NaNO3 \( \xrightarrow{t^0} \) 2NaNO2 + O2\( \uparrow \)
Chúng ta cần xác định xem lượng O2 là 0,15 mol này là do Zn(NO3)2 sinh ra hay do NaNO3 sinh ra, hay cả hai.

Từ phản ứng nhiệt phân Zn(NO3)2, cứ 1 mol Zn(NO3)2 sinh ra 1/2 mol O2.
Vậy, số mol O2 sinh ra từ 0,125 mol Zn(NO3)2 là: 0,125 * (1/2) = 0,0625 mol.

Lượng O2 còn lại, không phải do Zn(NO3)2 sinh ra, sẽ là do NaNO3 sinh ra.
Số mol O2 do NaNO3 sinh ra = Tổng số mol O2 – Số mol O2 từ Zn(NO3)2 = 0,15 – 0,0625 = 0,0875 mol.

Theo phương trình nhiệt phân NaNO3: 2NaNO3 \( \xrightarrow{t^0} \) 2NaNO2 + O2\( \uparrow \)
Cứ 1 mol O2 sinh ra thì cần 2 mol NaNO3.
Vậy, số mol NaNO3 = Số mol O2 do NaNO3 sinh ra 2 = 0,0875 2 = 0,175 mol.

Bước 4: Tính khối lượng m của hỗn hợp X.

Khối lượng m của hỗn hợp X là tổng khối lượng của Zn(NO3)2 và NaNO3.
Khối lượng mol của Zn(NO3)2 là \(M_{Zn(NO_3)_2} = 65 + 2(14 + 3*16) = 65 + 2(14 + 48) = 65 + 2(62) = 65 + 124 = 189\) g/mol.
Khối lượng mol của NaNO3 là \(M_{NaNO_3} = 23 + 14 + 3*16 = 23 + 14 + 48 = 85\) g/mol.

Khối lượng Zn(NO3)2 = Số mol Zn(NO3)2 Khối lượng mol Zn(NO3)2 = 0,125 189 = 23,625 gam.
Khối lượng NaNO3 = Số mol NaNO3 Khối lượng mol NaNO3 = 0,175 85 = 14,875 gam.

Khối lượng m của hỗn hợp X = Khối lượng Zn(NO3)2 + Khối lượng NaNO3 = 23,625 + 14,875 = 38,5 gam.

Bước 5: Tính nồng độ mol của dung dịch Z.

Khi cho khí Y hấp thụ vào nước, NO2 phản ứng với nước theo phương trình:
2NO2 + H2O \( \rightarrow \) HNO3 + HNO2

Chúng ta đã có số mol NO2 là 0,25 mol.
Theo phương trình phản ứng, cứ 2 mol NO2 phản ứng thì sinh ra 1 mol HNO3 và 1 mol HNO2.
Vậy, số mol HNO3 sinh ra = Số mol NO2 / 2 = 0,25 / 2 = 0,125 mol.
Và số mol HNO2 sinh ra = Số mol NO2 / 2 = 0,25 / 2 = 0,125 mol.

Dung dịch Z chứa HNO3 và HNO2.
Thể tích dung dịch Z là 2 lít.

Nồng độ mol của HNO3 trong dung dịch Z là:
\(C_{M, HNO_3} = \frac{n_{HNO_3}}{V_{dd Z}} = \frac{0,125}{2} = 0,0625\) M.

Nồng độ mol của HNO2 trong dung dịch Z là:
\(C_{M, HNO_2} = \frac{n_{HNO_2}}{V_{dd Z}} = \frac{0,125}{2} = 0,0625\) M.

Tuy nhiên, đề bài chỉ yêu cầu tính “Cm dd Z”. Thông thường, khi nói đến nồng độ mol của dung dịch thu được sau phản ứng với nước, người ta hay đề cập đến nồng độ của axit tạo thành. Trong trường hợp này, có hai axit là HNO3 và HNO2. Nếu đề bài không hỏi rõ là nồng độ của axit nào, chúng ta có thể tính tổng nồng độ mol của các chất tan trong dung dịch.

Tổng số mol chất tan trong dung dịch Z (HNO3 và HNO2) = 0,125 + 0,125 = 0,25 mol.
Nồng độ mol tổng cộng của dung dịch Z = \(\frac{0,25}{2} = 0,125\) M.

Nếu đề bài muốn hỏi nồng độ mol của từng axit, thì chúng ta sẽ trả lời là 0,0625 M HNO3 và 0,0625 M HNO2. Tuy nhiên, cách diễn đạt “Cm dd Z” thường ám chỉ nồng độ tổng cộng hoặc nồng độ của chất chính tạo thành. Trong phản ứng này, cả hai đều là sản phẩm chính. Vì vậy, cô sẽ đưa ra cả hai cách hiểu.

Kết luận:

Vậy, khối lượng m của hỗn hợp X là 38,5 gam.
Nồng độ mol của dung dịch Z, tính trên tổng số mol axit, là 0,125 M.
Nếu tính riêng lẻ, dung dịch Z chứa 0,0625 M HNO3 và 0,0625 M HNO2.

Các em thấy đó, chỉ cần nắm vững các phương trình phản ứng và biết cách phân tích số liệu đề bài cho, chúng ta có thể giải quyết bài toán một cách logic và chính xác. Hãy ôn tập kỹ các dạng bài tương tự nhé. Chúc các em học tốt!