Banner background

Al + HNO3 | Phương trình phản ứng, điều kiện và cách cân bằng

Al + HNO3 phản ứng như thế nào? Tổng hợp phương trình Al tác dụng HNO3 loãng, đặc tạo N2O, N2, NO, NO2, NH4NO3 và cách cân bằng chi tiết.
al hno3 phuong trinh phan ung dieu kien va cach can bang

Key takeaways

  • Al + HNO3 là phản ứng oxi hóa – khử, tạo Al(NO3)3 và các sản phẩm khử khác nhau của nitrogen.

  • Tùy điều kiện, HNO3 có thể bị khử thành NO, NO2, N2O, N2 hoặc NH4NO3.

  • HNO3 đặc nguội làm Al bị thụ động hóa.

  • Cân bằng phản ứng chủ yếu dựa trên phương pháp thăng bằng electron và bảo toàn electron.

Nhôm (Al) là kim loại có tính khử mạnh, dễ nhường electron để chuyển từ số oxi hóa 0 lên +3. Khi Al + HNO3 xảy ra phản ứng, sản phẩm không chỉ gồm muối nhôm nitrat Al(NO3)3 mà còn có thể xuất hiện nhiều sản phẩm khử khác nhau của nitrogen như NO, NO2, N2O, N2 hoặc NH4NO3. Vì vậy, các trường hợp Al + HNO3 loãng, Al + HNO3 đặc nóng hay Al + HNO3 đặc nguội có đặc điểm và sản phẩm phản ứng khác nhau.

Trong bài học này, học sinh sẽ tìm hiểu các phương trình như Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O + H2O, Al + HNO3 ra NO, NO2, N2, NH4NO3; đồng thời xác định điều kiện phản ứng, sản phẩm khử và cân bằng Al + HNO3 bằng phương pháp thăng bằng electron để vận dụng vào các bài toán oxi hóa – khử.

Tổng quan về phản ứng Al + HNO3

Phản ứng giữa nhôm và axit nitric là phản ứng oxi hóa – khử. Trong phản ứng này, Al đóng vai trò là chất khử vì nhường electron:

Al → Al³⁺ + 3e

Số oxi hóa của Al tăng từ 0 lên +3. Ion Al³⁺ sau đó kết hợp với ion NO₃⁻ trong môi trường tạo thành muối Al(NO₃)₃.

Tổng quan về phản ứng Al + HNO3
Tổng quan về phản ứng Al + HNO3

Ngược lại, nitrogen trong HNO₃ có số oxi hóa +5. Đây là trạng thái oxi hóa cao của nitrogen nên trong nhiều phản ứng HNO₃ có thể nhận electron và bị khử xuống các mức oxi hóa thấp hơn. Tùy trường hợp, nitrogen có thể tạo thành:

  • NO: N có số oxi hóa +2.

  • NO₂: N có số oxi hóa +4.

  • N₂O: nitrogen có số oxi hóa trung bình +1.

  • N₂: N có số oxi hóa 0.

  • NH₄⁺ trong NH₄NO₃: N có số oxi hóa −3.

Như vậy, từ N(+5), nitrogen có thể nhận số electron khác nhau. Chính sự khác nhau về mức độ nhận electron này làm cho phương trình phản ứng giữa Al và HNO₃ có nhiều dạng.

HNO₃ vừa là một acid mạnh vừa có tính oxi hóa. Khác với HCl hoặc H₂SO₄ loãng, khi HNO₃ phản ứng với nhiều kim loại, ion H⁺ không phải là chất nhận electron duy nhất. Phần nitrogen trong HNO₃ có thể nhận electron và tạo thành các sản phẩm khử khác nhau.

Có thể hình dung quá trình như sau:

N(+5) → N(+4) → N(+2) → N(+1) → N(0) → N(−3)

Mức giảm số oxi hóa càng lớn thì nitrogen càng nhận nhiều electron.

Ví dụ:

  • N(+5) → N(+4) trong NO₂: nhận 1e cho mỗi nguyên tử N.

  • N(+5) → N(+2) trong NO: nhận 3e.

  • N(+5) → N(+1) trung bình trong N₂O: nhận 4e cho mỗi nguyên tử N.

  • N(+5) → N(0) trong N₂: nhận 5e.

  • N(+5) → N(−3) trong NH₄⁺: nhận 8e.

Do đó, khi biết sản phẩm khử, ta có thể xác định ngay số electron mà nitrogen đã nhận. Đây là cơ sở quan trọng để cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron.

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + sản phẩm khử + H₂O

Điều kiện thường gặp

Sản phẩm khử có thể gặp

Mức oxi hóa của N

HNO₃ loãng

NO

+2

HNO₃ loãng, một số điều kiện

N₂O

+1

HNO₃ loãng, điều kiện thích hợp

N₂

0

HNO₃ rất loãng

NH₄NO₃

−3

HNO₃ đặc, nóng

NO₂

+4

Điều kiện đặc biệt

Hỗn hợp N₂O, N₂ hoặc sản phẩm khác

—

HNO₃ đặc, nguội

Al bị thụ động hóa

Không có phản ứng đáng kể

Lưu ý: Không nên coi nồng độ axit là yếu tố duy nhất quyết định sản phẩm. Điều kiện thực tế của phản ứng cũng ảnh hưởng đến sản phẩm khử.

Bảng tổng hợp nhanh các trường hợp Al + HNO3

Tùy nồng độ và điều kiện phản ứng, Al + HNO3 có thể tạo các sản phẩm khử khác nhau. Bảng dưới đây tóm tắt những trường hợp thường gặp:

Điều kiện phản ứng

Sản phẩm khử

Phương trình tiêu biểu

HNO3 loãng

NO

Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O

HNO3 loãng, điều kiện thích hợp

N2O

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

HNO3 loãng, điều kiện thích hợp

N2

10Al + 36HNO3 → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O

HNO3 rất loãng

NH4NO3

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

HNO3 đặc, nóng

NO2

Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

HNO3 đặc, nguội

Không xét sản phẩm khử

Al bị thụ động hóa

Lưu ý: Trong phản ứng Al + HNO3, không phải toàn bộ HNO3 đều bị khử. Một phần ion NO3− tham gia tạo muối Al(NO3)3, phần còn lại đóng vai trò chất oxi hóa và tạo các sản phẩm khử như NO, NO2, N2O, N2 hoặc NH4NO3.

Các phương trình Al + HNO3 theo từng sản phẩm khử

Tùy điều kiện phản ứng, Al + HNO3 có thể tạo Al(NO3)3 cùng các sản phẩm khử như NO, NO2, N2O, N2 hoặc NH4NO3. Với mỗi sản phẩm khử, hệ số của phương trình và số electron nitrogen nhận sẽ khác nhau.

Để cân bằng Al + HNO3, có thể sử dụng phương pháp thăng bằng electron dựa trên quá trình Al → Al³⁺ và sự thay đổi số oxi hóa của nitrogen.

Để cân bằng các phương trình dạng này, phương pháp thuận tiện nhất là phương pháp thăng bằng electron.

Các bước cơ bản:

Bước 1: Xác định nguyên tố thay đổi số oxi hóa.

Al luôn chuyển:

Al⁰ → Al³⁺ + 3e

Bước 2: Xác định nitrogen trong HNO₃ bị khử thành sản phẩm nào.

Bước 3: Tính số electron nitrogen nhận.

Bước 4: Quy đồng tổng số electron nhường và nhận.

Bước 5: Đặt hệ số cho Al và sản phẩm khử.

Bước 6: Cân bằng N, H và O.

Một điểm rất dễ nhầm là không phải toàn bộ nitrogen trong HNO₃ đều bị khử. Một phần ion NO₃⁻ vẫn tồn tại trong muối Al(NO₃)₃. Vì vậy, sau khi cân bằng electron cần tiếp tục bảo toàn nguyên tố nitrogen để tìm hệ số HNO₃.

Al + HNO3 ra NO

Al + HNO3 ra NO
Al + HNO3 ra NO

Khi sản phẩm khử là NO, nitrogen chuyển từ số oxi hóa +5 xuống +2:

N(+5) + 3e → N(+2)

Trong khi đó:

Al → Al³⁺ + 3e

Hai quá trình trao đổi cùng 3 electron nên tỉ lệ mol Al : NO có thể là 1 : 1.

Ta bắt đầu với:

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + H₂O

Do một Al nhường 3 electron và một N trong NO nhận 3 electron nên hệ số của Al và NO đều bằng 1:

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + H₂O

Bây giờ cân bằng nitrogen.

Ở vế phải:

  • Al(NO₃)₃ chứa 3 nguyên tử N.

  • NO chứa 1 nguyên tử N.

Tổng cộng có 4 nguyên tử N, vì vậy cần 4HNO₃:

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + H₂O

Có 4 H ở vế trái nên cần 2H₂O:

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Kiểm tra oxygen:

  • Vế trái: 4 × 3 = 12 O.

  • Vế phải: Al(NO₃)₃ có 9 O, NO có 1 O, 2H₂O có 2 O.

  • Tổng: 9 + 1 + 2 = 12 O.

Phương trình hoàn chỉnh:

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Đây là một trong những phương trình cơ bản cần ghi nhớ khi học phản ứng của kim loại với HNO₃ loãng.

Al + HNO3 đặc nóng ra NO2

Khi Al + HNO3 đặc nóng, sản phẩm khử thường được xét trong chương trình phổ thông là NO2.

Nitrogen trong HNO3 bị khử từ số oxi hóa +5 xuống +4:

N(+5) + 1e → N(+4)

Trong khi đó, Al bị oxi hóa:

Al → Al³⁺ + 3e

Một nguyên tử Al nhường 3 electron nên cần 3 nguyên tử N(+5) nhận tổng cộng 3 electron:

3N(+5) + 3e → 3N(+4)

Do đó tỉ lệ Al : NO2 là 1 : 3. Tiếp tục cân bằng N, H và O thu được:

Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

Kiểm tra oxygen: vế trái có 18 nguyên tử O; vế phải có 9 O trong Al(NO3)3, 6 O trong 3NO2 và 3 O trong 3H2O, tổng cộng 18 O. Phương trình đã cân bằng.

Al + HNO3 đặc nóng ra NO2
Al + HNO3 đặc nóng ra NO2

Al + HNO3 loãng ra N2O

Trong một số điều kiện với HNO₃ loãng, sản phẩm khử có thể là N₂O.

Trong N₂O, số oxi hóa trung bình của nitrogen là +1. Vì vậy, mỗi nguyên tử N giảm từ +5 xuống +1 và nhận 4 electron.

Có thể biểu diễn:

N(+5) + 4e → N(+1)

Do N₂O chứa hai nguyên tử nitrogen nên một phân tử N₂O tương ứng với:

2 × 4 = 8e

Al nhường 3e:

Al → Al³⁺ + 3e

Bội chung nhỏ nhất của 3 và 8 là 24.

Vì vậy:

  • 8Al nhường 24e.

  • 3N₂O nhận 24e.

Đặt:

8Al + HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + H₂O

Bảo toàn nitrogen:

  • 8Al(NO₃)₃ chứa 24 N.

  • 3N₂O chứa 6 N.

Tổng cộng 30 N.

Do đó cần 30HNO₃:

8Al + 30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + H₂O

Bảo toàn hydrogen:

30 H tương ứng với 15H₂O.

Phương trình:

8Al + 30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O↑ + 15H₂O

Điểm cần nhớ:

1 mol N₂O tương ứng với 8 mol electron nhận.

Vì vậy trong bài toán bảo toàn electron:

3nAl = 8nN₂O

Công thức này rất hữu ích khi đề bài cho trực tiếp số mol Al và yêu cầu tính lượng N₂O.

Al + HNO3 loãng ra N2O
Al + HNO3 loãng ra N2O

Al + HNO3 ra N2

Trường hợp tạo N₂

Trong N₂, nitrogen có số oxi hóa 0.

Mỗi nguyên tử N:

N(+5) + 5e → N⁰

Một phân tử N₂ chứa hai nguyên tử N nên nhận:

2 × 5 = 10e

Al nhường 3e.

Bội chung nhỏ nhất của 3 và 10 là 30:

  • 10Al nhường 30e.

  • 3N₂ nhận 30e.

Đặt:

10Al + HNO₃ → 10Al(NO₃)₃ + 3N₂ + H₂O

Bảo toàn N:

  • 10Al(NO₃)₃ có 30 N.

  • 3N₂ có 6 N.

Tổng cộng 36 N.

Do đó cần 36HNO₃:

10Al + 36HNO₃ → 10Al(NO₃)₃ + 3N₂ + H₂O

Bảo toàn H:

36 H → 18H₂O.

Phương trình:

10Al + 36HNO₃ → 10Al(NO₃)₃ + 3N₂↑ + 18H₂O

Từ đó:

3nAl = 10nN₂

Al + HNO3 ra N2
Al + HNO3 ra N2

Al + HNO3 tạo hỗn hợp N2 và N2O

Đây là dạng bài cần chú ý khi đề bài cho tỉ lệ mol giữa hai sản phẩm khử.

Mỗi mol N₂O nhận 8 mol electron, còn mỗi mol N₂ nhận 10 mol electron.

Do đó phương trình bảo toàn electron tổng quát là:

3nAl = 8nN₂O + 10nN₂

Đây là công thức rất quan trọng.

Ví dụ, nếu đề bài cho:

nN₂O : nN₂ = 1 : 1

Có thể chọn:

nN₂O = nN₂ = 1 mol

Tổng electron nitrogen nhận:

8 + 10 = 18 mol electron

Do mỗi mol Al nhường 3 mol electron:

nAl = 18 : 3 = 6 mol

Khi đó phương trình có dạng:

6Al + HNO₃ → 6Al(NO₃)₃ + N₂O + N₂ + H₂O

Bảo toàn N:

  • 6Al(NO₃)₃ có 18 N.

  • N₂O có 2 N.

  • N₂ có 2 N.

Tổng cộng 22 N.

Do đó:

6Al + 22HNO₃ → 6Al(NO₃)₃ + N₂O + N₂ + H₂O

Bảo toàn H:

22H → 11H₂O.

Vậy:

6Al + 22HNO₃ → 6Al(NO₃)₃ + N₂O↑ + N₂↑ + 11H₂O

Nếu tỉ lệ mol N₂O : N₂ khác 1 : 1, cần thay tỉ lệ đó vào phương trình bảo toàn electron:

3nAl = 8nN₂O + 10nN₂

Sau đó cân bằng N, H và O.

Cách làm này tốt hơn việc cố gắng ghi nhớ hàng loạt phương trình hỗn hợp.

Al + HNO3 tạo hỗn hợp N2 và N2O
Al + HNO3 tạo hỗn hợp N2 và N2O

Al + HNO3 ra NH4NO3

Trong HNO₃ rất loãng và với điều kiện thích hợp, nitrogen có thể bị khử sâu từ +5 xuống −3 trong ion NH₄⁺.

Quá trình khử:

N(+5) + 8e → N(−3)

Trong khi:

Al → Al³⁺ + 3e

Bội chung nhỏ nhất của 8 và 3 là 24:

  • 8Al nhường 24e.

  • 3N nhận 24e.

Do đó đặt:

8Al + HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + H₂O

Bảo toàn N:

  • 8Al(NO₃)₃ chứa 24 N.

  • 3NH₄NO₃ chứa 6 N.

Tổng cộng 30 N.

Cần 30HNO₃:

8Al + 30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + H₂O

Bảo toàn H:

30 H ở vế trái.

Trong 3NH₄NO₃ có 12 H, còn lại 18 H tạo thành 9H₂O.

Phương trình:

8Al + 30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

Điểm đặc biệt của trường hợp này là không có khí thoát ra vì sản phẩm khử nitrogen nằm trong dung dịch dưới dạng NH₄NO₃.

Al tác dụng với HNO₃ tạo ra NH₄NO₃
Al tác dụng với HNO₃ tạo ra NH₄NO₃

Al + HNO3 đặc nguội và hiện tượng thụ động hóa

Một đặc điểm rất quan trọng khi học phản ứng giữa Al và HNO₃ là hiện tượng thụ động hóa.

Nhôm vốn là kim loại có tính khử mạnh, nhưng khi tiếp xúc với HNO₃ đặc, nguội, phản ứng không diễn ra theo cách thông thường. Bề mặt nhôm hình thành một lớp màng oxit rất mỏng, bền và khá kín, có tác dụng ngăn cách kim loại bên trong với môi trường axit.

Lớp màng này làm giảm mạnh khả năng tiếp xúc giữa Al và HNO₃. Vì vậy, ở điều kiện HNO₃ đặc, nguội, có thể xem nhôm bị thụ động hóa, không tiếp tục phản ứng đáng kể trong điều kiện thí nghiệm thông thường.

Đây là điểm rất dễ nhầm với phản ứng của Al với HNO₃ loãng hoặc HNO₃ đặc, nóng.

Có thể phân biệt:

Điều kiện

Hiện tượng chính

HNO₃ đặc, nguội

Al bị thụ động hóa

HNO₃ loãng

Al có thể phản ứng, tạo sản phẩm khử của N

HNO₃ đặc, nóng

Al phản ứng và thường xét tạo NO₂

Vì vậy, nếu đề bài cho cụm từ “HNO₃ đặc nguội”, cần kiểm tra ngay khả năng thụ động hóa trước khi viết phương trình.

Ngược lại, không nên áp dụng hiện tượng thụ động hóa cho mọi trường hợp có HNO₃ đặc. Khi có nhiệt độ cao hoặc điều kiện làm phá vỡ lớp bảo vệ, Al có thể tiếp tục phản ứng.

Hiện tượng khi Al + HNO3

Hiện tượng phụ thuộc trực tiếp vào điều kiện phản ứng và sản phẩm khử.

Nếu Al phản ứng với HNO₃ trong điều kiện không bị thụ động hóa, chất rắn nhôm có thể tan dần trong dung dịch. Đồng thời, nếu sản phẩm khử là chất khí, có thể quan sát thấy khí thoát ra.

Khi tạo ra NO có phương trình:

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

NO là khí không màu khi mới sinh ra. Tuy nhiên, NO dễ phản ứng với oxygen trong không khí tạo NO₂:

2NO + O₂ → 2NO₂

NO₂ có màu nâu đỏ nên trong không khí có thể xuất hiện khói hoặc khí màu nâu đỏ. Đây là lý do hiện tượng quan sát thực tế đôi khi không hoàn toàn giống màu sắc của sản phẩm NO ban đầu.

Phương trình:

Al + 6HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O

NO₂ là khí có màu nâu đỏ, có mùi hắc và độc. Vì vậy khi mô tả hiện tượng thí nghiệm cần tránh thao tác trực tiếp với khí này.

Khi tạo N₂O hoặc N₂

Các sản phẩm N₂O và N₂ đều không có màu đặc trưng. Do đó hiện tượng chủ yếu là có khí thoát ra, nhưng không thể chỉ dựa vào màu sắc để xác định chính xác khí nào được tạo thành.

Khi tạo NH₄NO₃

Phương trình:

8Al + 30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

Cách giải bài tập Al + HNO3 bằng bảo toàn electron

Điểm quan trọng nhất khi giải bài toán Al tác dụng với HNO₃ là bảo toàn electron.

Al luôn bị oxi hóa: Al → Al³⁺ + 3e

Do đó:

nₑ nhường = 3nAl

Sau đó xác định sản phẩm khử để tính số electron mà nitrogen nhận.

Sản phẩm khử

N trong sản phẩm

Electron nhận

NO₂

+4

1e/mol N

NO

+2

3e/mol N

N₂O

+1 trung bình

8e/mol N₂O

N₂

0

10e/mol N₂

NH₄⁺

−3

8e/mol NH₄⁺

Vì vậy:

NO₂:
3nAl = nNO₂

NO:
3nAl = 3nNO

N₂O:
3nAl = 8nN₂O

N₂:
3nAl = 10nN₂

NH₄NO₃:
3nAl = 8nNH₄NO₃

Nếu có nhiều sản phẩm khử:

3nAl = nNO₂ + 3nNO + 8nN₂O + 10nN₂ + 8nNH₄NO₃

Cách giải bài tập Al + HNO3 bằng bảo toàn electron
Cách giải bài tập Al + HNO3 bằng bảo toàn electron

Bảng hệ thống sản phẩm khử khi Al tác dụng với HNO3

Có thể ghi nhớ theo mức độ giảm số oxi hóa của nitrogen:

NO₂ → NO → N₂O → N₂ → NH₄⁺

Số oxi hóa của N:

+4 → +2 → +1 → 0 → −3

Mức độ nhận electron tăng dần:

1e → 3e → 8e/mol N₂O → 10e/mol N₂ → 8e/mol NH₄⁺

Tuy nhiên, với N₂O và NH₄⁺ cần đặc biệt chú ý cách tính electron:

  • 1 mol N₂O chứa 2 nguyên tử N, mỗi nguyên tử nhận 4e → tổng cộng 8e.

  • 1 mol NH₄⁺ chứa 1 nguyên tử N chuyển từ +5 xuống −3 → nhận 8e.

  • 1 mol N₂ chứa 2 nguyên tử N, mỗi nguyên tử nhận 5e → tổng cộng 10e.

Một bảng tóm tắt có thể dùng khi làm bài:

Sản phẩm

Số oxi hóa N

Electron nhận

Quan hệ với Al

NO₂

+4

1e

3nAl = nNO₂

NO

+2

3e

3nAl = 3nNO

N₂O

+1

8e/mol

3nAl = 8nN₂O

N₂

0

10e/mol

3nAl = 10nN₂

NH₄NO₃

−3 trong NH₄⁺

8e/mol

3nAl = 8nNH₄NO₃

Ví dụ minh họa

Cho 5,4 g Al phản ứng hoàn toàn với HNO₃ loãng, sản phẩm khử duy nhất là NO. Tính thể tích NO ở điều kiện tiêu chuẩn, lấy thể tích mol khí là 24,79 L/mol.

Bước 1: Tính số mol Al

M(Al) = 27 g/mol.

nAl = 5,4 / 27 = 0,2 mol

Bước 2: Viết quá trình electron

Al → Al³⁺ + 3e

Vậy:

nₑ = 3 × 0,2 = 0,6 mol

NO nhận 3 electron cho mỗi mol:

N(+5) + 3e → N(+2)

Do đó:

3nNO = 0,6

Suy ra:

nNO = 0,2 mol

Bước 3: Tính thể tích khí

Ở điều kiện đã cho:

VNO = 0,2 × 24,79 = 4,958 L

Vậy thể tích NO thu được là:

4,958 L

Cách giải này không nhất thiết phải viết đầy đủ phương trình phản ứng ngay từ đầu. Chỉ cần xác định chính xác sản phẩm khử và áp dụng bảo toàn electron là có thể giải nhanh nhiều bài toán.

Phương pháp bảo toàn electron cũng được sử dụng rộng rãi trong các bài toán kim loại tác dụng với HNO₃ và các acid có tính oxi hóa.

Bài tập Al + HNO3 có lời giải

Bài 1. Xác định sản phẩm khử

Cho Al tác dụng với HNO₃ loãng, thu được khí không màu, khí này hóa nâu trong không khí. Xác định sản phẩm khử.

Đáp án: NO.

Giải thích: NO là khí không màu và dễ bị oxygen trong không khí oxi hóa thành NO₂ có màu nâu đỏ:

2NO + O₂ → 2NO₂

Bài 2. Cân bằng phương trình tạo NO

Hoàn thành:

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + H₂O

Đáp án:

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Giải thích: Al nhường 3e, N(+5) trong HNO₃ nhận 3e để tạo N(+2) trong NO.

Bài 3. Cân bằng phương trình tạo NO₂

Hoàn thành phương trình khi Al tác dụng với HNO₃ đặc, nóng:

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO₂ + H₂O

Đáp án:

Al + 6HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O

Giải thích: Mỗi N(+5) trong HNO₃ chỉ nhận 1e để chuyển thành N(+4) trong NO₂. Một Al nhường 3e nên tạo 3NO₂.

Bài 4. Tính thể tích N₂O

Cho 8,1 g Al tác dụng hoàn toàn với HNO₃ loãng, sản phẩm khử duy nhất là N₂O. Tính số mol N₂O.

Ta có:

nAl = 8,1 / 27 = 0,3 mol

Bảo toàn electron:

3nAl = 8nN₂O

3 × 0,3 = 8nN₂O

Suy ra:

nN₂O = 0,1125 mol

Nếu lấy thể tích mol khí 24,79 L/mol:

VN₂O = 0,1125 × 24,79 ≈ 2,79 L

Bài 5. Tính thể tích N₂

Cho 5,4 g Al phản ứng tạo N₂ là sản phẩm khử duy nhất. Tính thể tích N₂ ở điều kiện tiêu chuẩn 24,79 L/mol.

nAl = 5,4 / 27 = 0,2 mol

Bảo toàn electron:

3nAl = 10nN₂

3 × 0,2 = 10nN₂

nN₂ = 0,06 mol

Do đó:

VN₂ = 0,06 × 24,79 ≈ 1,487 L

Bài 6. Hỗn hợp N₂O và N₂

Cho Al tác dụng với HNO₃ tạo đồng thời N₂O và N₂. Biết:

nN₂O : nN₂ = 1 : 1

Hỏi cần bao nhiêu mol Al để tạo 0,1 mol N₂O và 0,1 mol N₂?

Bảo toàn electron:

3nAl = 8nN₂O + 10nN₂

Thay số:

3nAl = 8 × 0,1 + 10 × 0,1

3nAl = 1,8

Suy ra:

nAl = 0,6 mol

Bài 7. Trường hợp không sinh khí

Cho Al phản ứng hoàn toàn với HNO₃ rất loãng, không quan sát thấy khí thoát ra. Một sản phẩm của phản ứng là NH₄NO₃. Viết phương trình.

Đáp án:

8Al + 30HNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

Giải thích: Nitrogen chuyển từ +5 xuống −3, nhận 8 electron cho mỗi nguyên tử N. Tám Al nhường tổng cộng 24 electron, tương ứng với ba nguyên tử N tạo thành 3NH₄NO₃.

Bài 8. Nhận biết hiện tượng thụ động hóa

Một học sinh cho Al vào HNO₃ đặc nguội nhưng không thấy Al tan đáng kể. Hãy giải thích.

Đáp án: Al bị thụ động hóa.

Giải thích: Trong HNO₃ đặc, nguội, trên bề mặt Al hình thành lớp màng bảo vệ bền, ngăn cản sự tiếp xúc tiếp tục giữa Al và acid. Vì vậy phản ứng bị hạn chế mạnh.

Không được kết luận rằng “Al không phản ứng với HNO₃”. Cần ghi rõ:

Al bị thụ động hóa trong HNO₃ đặc, nguội.

Phản ứng Al + HNO3 là phản ứng oxi hóa – khử, trong đó Al bị oxi hóa từ 0 lên +3, còn nitrogen trong HNO3 bị khử thành các sản phẩm như NO2, NO, N2O, N2 hoặc NH4NO3 tùy điều kiện phản ứng. Khi cân bằng Al + HNO3, học sinh cần xác định đúng sản phẩm khử, số electron nhường – nhận và áp dụng phương pháp thăng bằng electron. Đồng thời, cần phân biệt trường hợp Al + HNO3 loãng, Al + HNO3 đặc nóng và hiện tượng Al bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội. Nắm vững các trường hợp phản ứng và cách vận dụng bảo toàn electron sẽ giúp học sinh giải chính xác các bài tập về Al tác dụng với HNO3 trong Hóa học 11.

Để tìm hiểu thêm các kiến thức liên quan và củng cố nội dung Hóa học 11, người học có thể tham khảo chuyên mục Bài giảng Hóa học 11 tại ZIM Academy.

Nguồn tham khảo

Đánh giá

(0)

Gửi đánh giá

0

Bình luận - Hỏi đáp

Bạn cần để có thể bình luận và đánh giá.
Đang tải bình luận...