Phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O↑ + H2O
1. Phương trình phản ứng Al tác dụng HNO3 loãng
8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O
2. Chi tiết quá trình cân bằng Al tác dụng với HNO3 loãng
Xác định sự thay đổi số oxi hóa
Al0 + HN+5O3→ Al+3(NO3)3 + N+42O + H2O.
Ta có quá trình cho – nhận e:
8 × || Al → Al3+ + 3e
3 × || 2N+5 + 8e → 2N+4 (N2O)
⇒ Điền hệ số vào phương trình, chú ý không điền vào HNO3
(vì N+5 ngoài vai trò oxi hóa còn giữ lại làm môi trường NO3):
8Al + HNO3 —–> 8Al(NO3)3 + 3N2O + H2O.
Bảo toàn nguyên tố Nitơ ⇒ hệ số của HNO3 là 30.
Bảo toàn nguyên tố Hidro ⇒ hệ số của H2O là 15.
⇒ 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
3. Điều kiện phản ứng xảy ra giữa Al và HNO3 loãng
Cho Al tác dụng với HNO3 loãng ở Nhiệt độ thường.
4. Bản chất của các chất tham gia phản ứng
4.1. Bản chất của Al (Nhôm)
– Trong phản ứng trên Al là chất khử.
– Al tác dụng với các axit có tính oxi hoá mạnh như dung dịch HNO3 loãng, HNO3 đặc, nóng và H2SO4 đặc, nóng. (Chú ý: Al bị thụ động hoá trong dung dịch HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc nguội)
4.2. Bản chất của HNO3 (Axit nitric)
– Trong phản ứng trên HNO3 là chất oxi hoá.
– Đây là một monoaxit mạnh, có tính oxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ.
5. Tính chất hóa học của nhôm
5.1. Tác dụng với oxi và một số phi kim
4Al + 3O2→ 2Al2O3
Ở điều kiện thường, nhôm phản ứng với oxi tạo thành lớp Al2O3 mỏng bền vững, lớp oxit này bảo vệ đồ vật bằng nhôm, không cho nhôm tác dụng oxi trong không khí, nước.
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
5.2. Nhôm tác dụng với axit (HCl, H2SO4 loãng,..)
- Tác dụng với axit (HCl, H2SO4 loãng,..)
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Chú ý: Nhôm không tác dụng với H2SO4, HNO3 đặc, nguội
- Tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc
Al + 4HNO3→ Al(NO3)3 + NO + 2H2O
Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
5.3. Tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn
AI + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag
2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe
5.4. Tính chất hóa học riêng của nhôm
Do lớp oxit nhôm bị hòa tan trong kiềm nên nhôm phản ứng với dung dịch kiềm.
2Al + 2H2O + 2NaOH → 2NaAlO2+ 3H2↑
5.5. Phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng hóa học toả nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở nhiệt độ cao.
Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng nhiệt nhôm giữa oxit sắt III và nhôm:
Fe2O3+ 2Al → 2Fe + Al2O3
5.6. Ứng dụng
Máy cắt rất dễ kiếm và các bộ phận trong nhà máy sản xuất được làm bằng Al. Với đặc tính sáng và không rỉ sét, Al dần trở thành vật liệu không thể thiếu đối với mọi nhà máy. Một số mặt hàng được làm bằng Al, chẳng hạn như: Khung xe máy, khung xe hơi, thùng xe tải, các chi tiết tản nhiệt…
Đặc biệt, Al được sử dụng trong sản xuất trong ngành hàng không vũ trụ. Thân máy bay và cánh được làm bằng nhôm. Các ứng dụng dựa vào trọng lượng riêng nhẹ và bền của nhôm là rất cần thiết để tiết kiệm tối đa trọng lượng trong không khí.
6. Tính chất hóa học của HNO3
– Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có công thức hóa học HNO3 . Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2.
– Axit nitric là một monoproton chỉ có một sự phân ly nên trong dung dịch, nó bị điện ly hoàn toàn thành các ion nitrat NO3− và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđroni.
H3O+ HNO3 + H2O → H3O+ + NO3-
– Axit nitric có tính chất của một axit bình thường nên nó làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
– Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat tạo thành các muối nitrat
2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O
2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O
2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2
– Axit nitric tác dụng với kim loại: Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước .
Kim loại + HNO3 đặc → muối nitrat + NO + H2O ( to)
Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 loãng lạnh → muối nitrat + H2
Mg(rắn) + 2HNO3 loãng lạnh → Mg(NO3)2 + H2 (khí)
– Nhôm, sắt, crom thụ động với axit nitric đặc nguội do lớp oxit kim loại được tạo ra bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
– Tác dụng với phi kim (các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen) tạo thành nito dioxit nếu là axit nitric đặc và oxit nito với axit loãng và nước, oxit của phi kim.
C + 4HNO3 đặc → 4NO2 + 2H2O + CO2
P + 5HNO3 đặc → 5NO2 + H2O + H3PO4
3C + 4HNO3 loãng → 3CO2 + 4NO + 2H2O
– Tác dụng với oxit bazo, bazo, muối mà kim loại trong hợp chất này chưa lên hóa trị cao nhất:
FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
FeCO3 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2
– Tác dụng với hợp chất:
3H2S + 2HNO3 (>5%) → 3Skết tủa + 2NO + 4H2O
PbS + 8HNO3 đặc → PbSO4 kết tủa + 8NO2 + 4H2O
Ag3PO4 tan trong HNO3, HgS không tác dụng với HNO3.
– Tác dụng với nhiều hợp chất hữu cơ: Axit nitric có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ, nên sẽ rất nguy hiểm nếu để axit này tiếp xúc với cơ thể người.
7. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Cho phản ứng: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O + H2O
Trong phương trình phản ứng trên, khi hệ số của Al là 8 thì hệ số của HNO3 là
A. 24
B. 30
C. 26
D. 15
Lời giải:
Phương trình phản ứng: 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
Trong phương trình phản ứng trên, khi hệ số của Al là 8 thì hệ số của HNO3 là 30
Câu 2. Có các mệnh đề sau :
(1) Các muối nitrat đều tan trong nước và đều là chất điện li mạnh.
(2) Ion NO có tính oxi hóa trong môi trường axit.
(3) Khi nhiệt phâm muối nitrat rắn ta đều thu được khí NO2
(4) Hầu hết muối nitrat đều bền nhiệt.
(5) Bạc bị thụ động trong axit nitric đặc nguội
Trong các mệnh đề trên số mệnh đề đúng là
A. 1.
B. 2.
C. 3
D. 4
Lời giải:
(1) Các muối nitrat đều tan trong nước và đều là chất điện li mạnh.
(2) Ion NO có tính oxi hóa trong môi trường axit.
Câu 3. Hòa tan ba muối X, Y, Z vào nước thu được dung dịch chứa: 0,40 mol K+; 0,20 mol Al3+: 0,2 mol SO42- và a mol Cl–. Ba muối X, Y, Z là
A. KCl, K2SO4, AlCl3.
B. KCl, K2SO4, Al2(SO4)3.
C. KCl, AlCl3, Al2(SO4)3.
D. K2SO4, AlCl3, Al2(SO4)3.
Lời giải:
Câu 4. Trong phản ứng: Al + HNO3 (loãng) → Al(NO3)3 + N2O + H2O, tỉ lệ giữa số nguyên tử Al bị oxi hoá và số phân tử HNO3 bị khử (các số nguyên, tối giản) là:
A. 8 và 6.
B. 4 và 15.
C. 4 và 3.
D. 8 và 30.
Lời giải:
Phương trình phản ứng: 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
Tỉ lệ giữa số nguyên tử Al bị oxi hoá và số phân tử HNO3 bị khử (các số nguyên, tối giản) là 8 và 30
Câu 5. Nhúng thanh Al vào dung dịch HNO3 loãng, không thấy có khí thoát ra. Kết luận nào sao đây là đúng:
A. Al không phản ứng với dd HNO3 loãng
B. Al bị thụ động hóa trong dd HNO3 loãng
C. Al phản ứng với HNO3 tạo ra muối amoni
D. Cả A và B đều đúng
Lời giải:
Al tan hết trong HNO3 loãng nhưng không có khí sinh ra cho nên sản phần khử mà muối NH4NO3
Phương trình hóa học:
8Al + 30HNO3→ 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
Câu 6. Hòa tan hoàn toàn hh X gồm 8,1 gam Al và 29,25 gam Zn bằng dung dịch HNO3 12,6% (vừa đủ) thu được V lit N2O (đktc, khí duy nhất) và dd Y chứa 154,95 gam muối tan. Giá trị của V là:
A. 3,36
B. 5,04
C. 4,48
D. 6,72
Lời giải:
mAl(NO3)3= 8,1.21327 = 63,9 gam
mZn(NO3)3 = 29,25.18965 = 85,05 gam
mY= mAl(NO3)3 + mZn(NO3)3 + mNH4NO3
=> mNH4NO3 = 6 gam => nNH4NO3 = 0,075 mol
nN2O = 0,3.3+0,45.2-0,075.88 = 0,15 mol
=> V = 0,15.22,4 = 3,36 lít
Câu 7. Criolit (còn gọi là băng thạch) có công thức phân tử Na3AlF6, được thêm vào Al2O3 trong quá trình điện phân Al2O3 nóng chảy để sản xuất nhôm. Criolit không có tác dụng nào sau đây?
A. Làm tăng độ dẫn điện của Al2O3 nóng chảy
B. Làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3
C.Tạo lớp ngăn cách để bảo vệ Al nóng chảy
D. Bảo vệ điện cực khỏi bị ăn mòn
Lời giải:
Criolit (còn gọi là băng thạch) có công thức phân tử Na3AlF6, được thêm vào Al2O3 trong quá trình điện phân Al2O3 nóng chảy để sản xuất nhôm vai trò của Criolit là làm tăng độ dẫn điện của Al2O3 nóng chảy, giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3, tạo bởi lớp ngăn để bảo vệ Al nóng chảy
Câu 8. Trộn bột kim loại X với bột sắt oxit (gọi là hỗn hợp tecmit) để thực hiên phản ứng nhiệt nhôm dùng để hàn đường ray tàu hỏa. Kim loại X là:
A. Ag
B. Fe
C. Al
D. Cu
Lời giải:
Dùng bột nhôm với bột oxit sắt phản ứng nhiệt nhôm sinh ra lượng nhiệt lớn để hàn đường ra
Câu 9. Cho a gam Al vào 200 ml dung dịch gồm Cu(NO3)2 0,3M và AgNO3 0,3M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được b gam chất rắn R. Nếu cho b gam R tác dụng với lượng dư dung dịch HCl thì thu được 0,672 lít khí ở (đktc). Giá trị của a và b lần lượt là:
A. 2,16 và 10,86
B. 1,08 và 5,43
C. 8,10 và 5,43
D. 1,08 và 5,16
Lời giải:
Vì R tác dụng với HCl có khí thoát ra nên Al còn dư.
Gọi x là số mol Al tác dụng với 2 muối
Al → Al3+ + 3e
x → 3x
Ag+ + 1e → Ag
0,06 → 0,06 → 0,06
Cu2+ + 2e → Cu
0,06→ 0,12→ 0,06
=> 3x = 0,18 => x = 0,06 mol
Al + 3H+→ Al3+ + 32H2
0,02 → 0,03
=> b = (108 + 64). 0,06 + 27.0,02 = 10,86 gam
=> a = 27.(0,06 + 0,02) = 2,16 gam
Câu 10. M là hỗn hợp kim loại Ca và Al. Hòa tan a gam M vào lượng dư nước thu được 8,96 lít H2 (đktc). Cũng hòa tan m gam X vào dung dịch KOH dư thì thu được 12,32 lít khí H2 (đktc). Giá trị của m là:
A. 12,1
B. 21,8
C. 13,7
D. 24,2
Lời giải:
M hỗn hợp gồm 2 kim loại Ba, Al
Thí nghiệm 1 : M + H2O →
Thí nghiệm 2 :M + KOH
Có nH2TN2 > nH2 TN1 => TN1 Al dư
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2(1)
Al + OH– + H2O → AlO2– + 32 H2 (2)
Gọi x = nBa
Thí nghiệm 1:
(1) nH2 = nCa(OH)2 = nCa= x mol
(2) nH2 = 32 . nOH– = 32. 2x = 3x mol
=> Tổng nH2 TN1 = 4x = 8,9622,4=> x = 0,1 mol
Thí nghiệm 2:
(1) nH2 = nCa = x mol
Tổng nH2 TN2= 12,3222,4 = 0,55 mol
=> nH2 (2) = 0,45 mol
(2) nAl = 23 . nH2 = 0,3 mol
=> mAl = 8,1 gam
=> a = mAl + mCa = 8,1 + 0,1.40 = 12,1 gam
Câu 11. Hoà tan hoàn toàn 6,21 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được dung dịch X và 0,672 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là
A. 38,34 gam
B. 34,08 gam
C. 106,38 gam
D. 53,19 gam
Lời giải:
nAl= 0,23 mol, nY= 0,03 mol
Gọi x, y lần lượt là số mol của N2, N2O
Theo đề bài ta có hệ phương trình sau
x + y = 0,03
28x + 44y = 0,03.18.2
Giải hệ phương trình (1), (2) ta có
x = 0,015, y = 0,015
Quá trình cho nhận electron
Al → Al+3 + 3e
0,23 → 0,69
2N+5 + 10e → N2+2
0,15 ← 0,015
2N+5 + 8e → N+12O
0,12 ← 0,015
Ta thấy 3nAl> (8nN2O + 10nN2) => có muối amoni NH4NO3
Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:
3nAl= 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4+
=> nNH4+ = 0,23.3-0,278 = 0,0525 mol
=> m = mAl(NO3)3 + mNH4NO3 = 0,23.213 + 0,0525.80 = 53,19 gam
Câu 12. Cho 1,62 gam Al tác dụng với 1000 ml dung dịch X chứa Fe(NO3)2 0,1M và Cu(NO3)2 0,09M. Sau khi phản ứng kết thúc thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là:
A. 2,88.
B. 2,68.
C. 5,76.
D. 5,68.
Lời giải:
nAl= 0,06 mol;
nFe(NO3)2 = 0,1 mol;
nCu(NO3)2 = 0,09 mol
Nhận thấy: ne Al cho tối đa = 0,06.3 = 0,18 mol = nCu2+ nhận e
=> Al phản ứng vừa đủ với Cu(NO3)2; còn Fe(NO3)2 chưa phản ứng
=> chất rắn thu được chỉ là Cu
nCu= nCu(NO3)2 = 0,09 mol => m = 5,76 gam
Câu 13. Thí nghiệm nào sau đây có hiện tượng sinh ra kết tủa trắng và bọt khí thoát ra khỏi dung dịch?
A. Nhỏ từ từ dung dịch HCl vào ống nghiệm đựng dung dịch Na2CO3.
B. Nhỏ từ từ dung dịch CaCl2 vào ống nghiệm đựng dung dịch AgNO3.
C. Nhỏ từng giọt dung dịch NaOH vào ống nghiệm đựng dung dịch CuCl2.
D. Nhỏ từ từ dung dịch H2SO4 vào ống nghiệm có sẵn một mẫu BaCO3.
Lời giải:
+) 2NaOH + CuCl2 → Cu(OH)2 + 2NaCl. Hiện tượng sau phản ứng: có kết tủa màu xanh tạo thành.
+) H2SO4 + BaCO3 → BaSO4 + CO2 + H2O. Hiện tượng sau phản ứng: có kết tủa trắng và bọt khí thoát ra khỏi dung dịch.
+) CaCl2 + AgNO3 → Ba(NO3)2 + 2AgCl. Hiện tượng sau phản ứng: có kết tủa trắng tạo thành.
+) 2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 + H2O. Hiện tượng sau phản ứng: có khí thoát ra khỏi dung dịch.
Vậy thí nghiệm ứng với đề bài là: “Nhỏ từ từ dung dịch H2SO4 vào ống nghiệm có sẵn một mẫu BaCO3”.
Câu 14. Thực hiện các thí nghiệm sau:
(a) Cho dung dịch Ca(OH)2 tới dư vào dung dịch FeCl2.
(b) Cho dung dịch KHSO4 vào dung dịch CaCl2
(c) Cho dung dịch Na2S vào dung dịch Fe2(SO4)3.
(d) Sục khí CO2 tới dư vào dung dịch NaAlO2.
(e) Cho kim loại Zn vào lượng dư dung dịch FeCl3.
(f) Sục khí SO2 vào lượng dư dung dịch Ca(OH)2.
(g) Sục khí NH3 dư vào dung dịch CuSO4.
Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, số thí nghiệm thu được kết tủa là
Lời giải:
(a) Ca(OH)2 + FeCl2 → Fe(OH)2↓ + BaCl2
(b) 2KHSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + K2SO4 + 2HCl
(c) 3Na2S + Fe2(SO4)3+ 6H2O → 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4 + 3H2S↑
(d) CO2 dư + H2O + NaAlO2 → Al(OH)3↓ + NaHCO3
(e) Zn + 2FeCl3 → ZnCl2 + 2FeCl2
(f) SO2 + Ca(OH)2 dư → BaSO3↓ + H2O
(g) 6NH3 dư + CuSO4 + 2H2O → [Cu(NH3)4](OH)2 + (NH4)2SO4
→ có 5 thí nghiệm thu được kết tủa là (a), (b), (c), (d), (f)
Xem thêm các phương trình hóa học khác:
Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2 + H2O
Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O
Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + H2O
Al2O3 + NaOH → NaAlO2 + H2O
Al2O3 + HCl → AlCl3 + H2O
Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết tại Giải Bài Tập. Mời các bạn cùng xem các nội dung giải trí học tập và các kiến thức thú vị khác tại đây.
