Kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 loãng

Table of Contents

Axit nitric HNO3 là một axit vô cơ mạnh được tạo thành từ 1 nguyên tử hidro và 1 gốc nitrat , tạo ra từ sự hòa tan của khí nito dioxit [NO2] trong nước dưới sự có mặt của khí oxi

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 

[Nito dioxit NO2 , là một khí độc màu nâu đỏ này có mùi gắt đặc trưng, nặng hơn không khí và gây ô nhiễm]

Axit nitric HNO3 là chất lỏng không màu, dễ bắt lửa, có tính ăn mòn cao . Dung dịch axit HNO3  không màu,tuy nhiên thường có màu vàng hơi đỏ do khí NO2  hòa tàn. 

Axit nitric tinh khiết 100% có tỷ trọng 1.51 g/cm³, 

Nhiệt độ nóng chảy -42 °C 

Nhiệt độ sôi 83 °C 

Dễ bị phân hủy tạo thành khí nito dioxit và oxi

Các tính chất hóa học của HNO3 là:

Dung dịch HNO3 có đầy đủ tính chất của một axit mạnh

1. Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

Tương tự các axit mạnh khác, dung dịch axit nitric có thể làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

2. HNO3 tác dụng với kim loại

HNO3 tác dụng kim loại đứng trước H tạo thành muối và khí hidro.

 Fe + 2HNO3 → Fe[NO3]2 + H2↑

6HNO3 + 2Al →  2Al[NO3]3 + 3H2↑

2HNO3 + Mg → Mg[NO3]2 + H2↑

3. HNO3 tác dụng với oxit kim loại 

HNO3 tác dụng oxit kim loại tạo thành muối và nước.

6HNO3 + Al2O3 →2Al[NO3]3 + 3H2O

 Fe3O4 + 8HNO3 → 4H2O + Fe[NO3]2+ 2Fe[NO3]3

2HNO3 + CuO → Cu[NO3]2 + H2O

4. HNO3 tác dụng với bazơ.

HNO3 tác dụng bazơ dung dịch hoặc bazơ rắn tạo thành muối và nước

3HNO3 + Al[OH]3 → Al[NO3]3 + 3H2O

2HNO3 + 2NaOH → 2NaNO3 + H2O

2HNO3 + Ca[OH]2 → Ca[NO3]2 + 2H2O

2HNO3 + Fe[OH]2 → Fe[NO3]2 + 2H2O

5. HNO3 tác dụng với muối 

HNO3 tác dụng muối tạo thành muối và axit mới

*Điều kiện: tạo kết tủa, khí bay lên hoặc axit mới yếu hơn

K2CO­3 + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O + CO2↑

2HNO3 + BaS → Ba[NO3]2 +  H2S↑

CaCO­3 + 2HNO3 → Ca[NO3]2 + H2O + CO2↑

Axit nitric đặc 

Axit nitric đặc tác dụng với kim loại

Axit nitric tác dụng với kim loại  trừ Au và Pt tạo muối và nhiều sản phẩm oxi hóa khác nhau như NO2, NO, N2O ,N2, NH4NO3

Sản phẩm khử của N+5 là tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại và nồng độ của dung dịch axit, thông thường thì:

• Dung dịch HNO3 đặc tác dụng với kim loại → NO2;
• Dung dịch HNO3 loãng tác dụng với kim loại khử yếu [như: Cu, Pb, Ag,..] → NO;
• Dung dịch HNO3 loãng tác dụng với kim loại mạnh [như: Al, Mg, Zn,...] thì N bị khử xuống mức càng sâu → [N2, N2O, NH4NO3].

**Lưu ý: Các phân biệt đơn giản các loại khí sản phẩm khử

N2O là khí gây cười

N2 không duy trì sự sống, sự cháy

NO2 có màu nâu đỏ

NO khí không màu nhưng bị oxit hóa thành NO2 màu nâu đỏ

NH4NO3 không sinh ra ở dạng khí, khi cho kiềm vào kim loại thấy có mùi khai amoniac NH3

NH4NO3 + NaOH → NaNO3 +NH3 + H2O

Ví dụ:

8Al + 30HNO3 →8Al[NO3]3 + 3NH4NO3 + 9H2O

Cu + 4HNO3 → Cu[NO3]2 + 2NO2 + 2H2O

Fe + 6HNO3đặc nóng → Fe[NO3]3 + 3NO2 + 3H2O

10Cr + 36HNO3đặc nóng → 10Cr[NO3]3 + 3N2 + 18H2O

Khi giải bài tập về phần axit nitric đặc nóng thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố.

*Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội 

Axit nitric đặc tác dụng với phi kim

C + 4HNO3đặc nóng → CO2 + 4NO2 + 2H2O

S + 4HNO3 đặc nóng → SO2 + 4NO2 + 2H2O

Axit nitric đặc tác dụng với các chất khử khác

2HI + 2HNO3đặc nóng → I2 + 2NO2 + 2H2O

4HNO3 + FeO → Fe[NO3]3 + NO2↑ + 2H2O

 4HNO3 + FeCO3 → Fe[NO3]3 + NO2↑ + 2H2O + CO2↑

Ứng dụng của axit nitric

• HNO3 được dùng để điều chế thuốc nổ
• HNO3 được dùng trong sản xuất phân bón
• HNO3 được dùng trong điều chế các muối nitrat trong phòng thí nghiệm
• HNO3 được dùng phổ biến trong ngành xi mạ, luyện kim
• HNO3 được dùng trong nhà máy để tẩy rửa các đường ống, tẩy rửa bề mặt kim loại
• HNO3 được dùng để chế tạo thuốc nhuộm vải, len, sợi,…
• HNO3 được dùng trong xỷ lý nước để loại bỏ một số tạp chất, cân bằng lại độ tiêu chuẩn của nước.
• HNO3 được dùng làm chất khử màu và để phân biệt một số chất.
• Ngoài ra còn dùng để điều chế và sản xuất ra các hóa chất khác.

Axit nitric là hóa chất quan trọng trong nhiều ngành sản xuất. Hi vọng những kiến thức về tính chất hóa học của HNO3 và ứng dụng của axit nitric của chúng tôi giúp ích các bạn trong việc học tập.

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng giới thiệu phần PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG AXIT NITRIC nhằm hổ trợ cho các bạn có thêm tư liệu học tập. Chúc các bạn học tốt môn học này.

I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1. Phương trình tổng quát

 - Kim loại + HNO3 đặc, nóng → muối nitrat + NO2 + H2O.

    M + 2nHNO3 → M[NO3]n + nNO2 + nH2O

 - Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O. 

   3M + 4nHNO3 → 3M[NO3]n + nNO + 2nH2O

* Lưu ý: 

 - Axit nitric tác dụng với hầu hết các kim loại [trừ Au và Pt].

 - Một số kim loại [Fe, Al, Cr, . . .] không tan trong axit HNO3 đặc, nguội do bị thụ động hóa.

 - Axit nitric loãng khi tác dụng với kim loại có tính khử mạnh như Mg, Al , Zn... thì sản phẩm khử tạo thành có thể NO, N2O, N2, NH4NO3.

M + HNO3 → M[NO3]n + [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3] + H2O

Tùy điều kiện phản ứng mà sản phẩm tạo thành có thể là một khí hoặc nhiều khí [đặc biệt khi giải bài tập cần lưu ý đến NH4NO3].

 - Kim loại tác dụng với HNO3 dù trong bất kì điều kiện nào cũng không tạo ra khí H2.

 - Với kim loại có nhiều hóa trị [như Fe, Cr], nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3 của kim loại [Fe3+, Cr3+]; nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2 [Fe2+, Cr2+], hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối.

2. Phương pháp giải bài tập

a. 1 kim loại + HNO3 → 1 sản phẩm khử [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3]

 * Nhận xét: Với dạng bài tập này khá đơn giản thì chúng ta dùng phương trình phân tử hoặc bán phương trình đều được.

Ví dụ: Hoà tan hoàn toàn m g bột Cu trong 800 g dung dịch HNO3 dư thu được dung dịch 2,24 lit khí NO [đktc]. Tìm m?

Gợi ý

Số mol NO = 0,1 mol

Phương trình hóa học

3Cu + 8HNO3 → 3Cu[NO3]2 + 2NO + 4H2O

  x = 0,1.3/2 = 0,15 mol

→ m = 0,15 .64 = 9,6g

* Lưu ý: Fe và Cr khi tác dụng với dung dịch HNO3 nếu có thêm từ dung dịch axit tối thiểu hoặc có kim loại dư thì sản phẩm tạo thành là Fe [II] và Cr [II].

Ví dụ: Cho mg Fe vào dung dịch HNO3 thu được 3,36 lit khí NO [là sản phẩm khử duy nhất ở đktc]. Tìm m [Biết HNO3 cần dùng với một lượng tối thiểu]

 * Nhận xét: Fe tác dụng với HNO3 tạo ra Fe[III] sau đó tác dụng lại với Fe dư tạo thành Fe[II].

  Gợi ý

   Số mol NO = 0,15 mol

   3Fe + 8HNO3 → 3Fe[NO3]2 + 2NO + 4H2O

    x = 0,15.3/2 = 0,225 mol

 → m = 0,225 .56 = 12,6g

b. 2 hay nhiều kim loại + HNO3 → 1 sản phẩm khử [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3]

 * Nhận xét: Với dạng bài tập này chúng ta nên viết bán phương trình sẽ tiện hơn nhiều so với phương trình phân tử. Sau đó, dựa vào ĐLBT electron:

   Tổng e cho = tổng e nhận 

Ví dụ: Cho 11 g hỗn hợp hai kim loại Al và Fe vào dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 6,72 lit khí NO [đktc] duy nhất. Tính khối lượng [g] của Al và Fe trong hỗn hợp đầu?

Gợi ý

nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol

Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp đầu

Ta có:  27x + 56y = 11      [1]      

    Al    →  Al+3 +  3e

     x                        3x mol

     Fe   →  Fe+3 +  3e

     y                        3y mol

    N+5   +  3e  →  N+2

               0,9       0,3 mol

Theo định luật bảo toàn e: ne [KL nhường]   =  ne  [N nhận] = 0,9 mol

    hay:   3x + 3y = 0,9      [2]

Từ [1] và [2] ta có:

 → x = 0,2 mol và y = 0,1 

 → mAl = 5,4g và mFe = 5,6g

c. 1 kim loại + HNO3 → 2 sản phẩm khử [NO2; NO; N2O; N2; NH4NO3]

 * Nhận xét: Với dạng bài tập này chúng ta nên viết bán phương trình sẽ tiện hơn nhiều so với phương trình phân tử. Sau đó, dựa vào ĐLBT electron:

Tổng e cho = tổng e nhận 

Ví dụ: Cho 16g Cu vào dung dịch HNO3 sau phản ứng thu được 6,72 lit hỗn hợp khí X[gồm NO và NO2] [đktc]. Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp X?

Gợi ý

   Số mol X = 0,3 mol

   Số mol Cu = 0,25 mol

Gọi x, y là số mol của NO2 và NO

   Ta có: x + y = 0,3 [1]

   Cu → Cu+2 + 2e

   0,25              0,5 mol

   N+5 + 1e → N+4

              x        x mol

   N+5 + 3e → N+2

             3y       y mol

Theo ĐLBT e:

   x + 3y = 0,5 [2]

Từ [1] và [2] ta có:

  → x = 0,2 mol và y = 0,1mol

%VNO2 = 66,7% và %VNO = 33,3% 

* Lưu ý: Đối với Mg, Al, Zn khi tác  dụng với HNO3. Nếu không có sản phẩm khử duy nhất hãy cẩn thận có muối NH4NO3 tạo thành.

Ví dụ: Cho 37,8g Al vào dung dịch axit HNO3 loãng dư thu được dung dịch X và V lit khí N2 [đktc]. Sau khi cô cạn dung dịch X thu được 310,2g chất rắn khan. Tìm V

Gợi ý

Số mol Al = 1,4 mol

Nhận xét: Nếu muối khan chỉ chứa Al[NO3]3 = 310,2/213 = 1,45 > 1,4 mol [loại] 

→ có muối NH4NO3 tạo thành với khối lượng mNH4NO3 = 310,2 - 1,4.213 = 12g [ứng với 0,15 mol]

   Al  → Al+3 + 3e

   1,4                  4,2 mol

   2N+5 + 10e  → N2

               10x      x mol

   N+5 + 8e  → N-3

            1,2       0,15 mol

Theo ĐLBT e: 10x + 1,2 = 4,2 → x = 0,3 mol

  → V = 6,72 lit

* Lưu ý: Khi kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HNO3 với HCl [hoặc H2SO4 loãng] 

→ tổng số mol H+ = số mol HCl + số mol HNO3

                               = 2 số mol H2SO4 + số mol HNO3

Phương trình

  M → M+n + ne

  NO3- + 3e + 4H+ → NO + 2H2O

Ví dụ: Cho 5,76g Cu tác dụng hết với 120 ml dung dịch A gồm HNO3 1 M, H2SO4 0,5 M thu được V lit NO [ở đktc]. Tìm V?

Gợi ý

nHNO3 = 0,12.1 = 0,12 mol 

nH2SO4 = 0,12.0,5 = 0,06 mol

 Tổng số mol H+ = 0,12 + 2.0,06 = 0,24 mol

 nCu = 0,09 mol

Phương trình:        

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

  0,09     0,24                                      x = 0,09.2/3 = 0,06 mol

→ VNO = 1,344 lit 

  * Nhận xét: Khi sử dụng bán phương trình thì tổng số mol H+ được tính bằng

  nH+ = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2 + 8nNH4NO3

II. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1: Hoà tan hoàn toàn 0,9 g kim loại X vào dung dịch HNO3 thu được 0,28 lít khí N2O [đktc]. Vậy X có thể là

   A. Cu                                     

   B.  Fe                                     

   C. Zn                                      

   D. Al

Câu 2: Hoà tan m gam Fe vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu được 0,448 lit khí NO duy nhất [đktc]. Giá trị của m là:

   A. 1,12 gam.                          

   B. 11,2 gam.                           

   C. 0,56 gam.               

   D. 5,6 gam.

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng [dư], thu được dung dịch X và 1,344 lít [ở đktc] hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là:

   A. 97,98.                                

   B. 106,38.                              

   C. 38,34.                                

   D. 34,08.

Câu 4: Hoà tan hoàn toàn 0,1 mol Fe và 0,2 mol Al vào dung dịch HNO3 dư thu được hỗn hợp khí A gồm NO và NO2 có tỉ lệ mol tương ứng là 2:1. Thể tích của hỗn hợp khí A [ở đktc] là

   A. 86,4 lít                               

   B. 8,64 lít                               

   C. 19,28 lít                 

   D. 192,8 lít

Câu 5: Hoà tan hoàn toàn a gam Al trong dung dịch HNO3 loãng thấy thoát ra 44,8 lít hỗn hợp 3 khí NO, N2O và N2 có tỉ lệ mol tương ứng là 1:2:2. Giá trị của a là           

   A. 140,4 gam                         

   B. 70,2 gam                            

   C. 35,1 gam                

   D. 45,3 gam

Câu 6: Hoà tan hoàn toàn 12,8 gam Cu trong dung dịch HNO3 thấy thoát ra V lít hỗn hợp khí A gồm NO, NO2 [đktc]. Biết  tỉ khối hơi của A so với H2 là 19. Giá trị của V là

   A. 4,48 lít                               

   B. 2,24 lít                               

   C. 0,448 lít                 

   D. Kết quả khác

Câu 7: Cho 8 gam Cu tác dụng với 120 ml dung dịch X gồm HNO3 1 M và H2SO4 0,5 M thu được V lit khi NO [đkc]. Tính V?

   A. 1,244 lit                             

   B. 1,68 lit                               

   C. 1,344 lit                             

   D. 1,12 lit

Câu 8: Cho 1,86 gam hợp kim Mg và Al vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được 560 ml [đktc] khí N2O duy nhất khối lượng của Mg trong hỗn hợp là:            

   A. 1,62 gam                           

   B. 0,22 gam                            

   C. 1,64 gam                

   D. 0,24 gam.

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng
 

LIÊN HỆ NGAY VỚI CHÚNG TÔI ĐỂ BIẾT THÊM THÔNG TIN CHI TIẾT

ĐÀO TẠO NTIC  

Địa chỉ: Đường nguyễn lương bằng, P.Hoà Khánh Bắc, Q.Liêu Chiểu, Tp.Đà Nẵng
Hotline: 0905540067 - 0778494857 

Email: