Phản ứng giữa nhôm (Al) và axit nitric (HNO3) tạo ra amoni nitrat (NH4NO3) là một phản ứng oxy hóa khử thú vị và có nhiều ứng dụng thực tế. Hãy cùng Xe Tải Mỹ Đình tìm hiểu chi tiết về phản ứng này, từ phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, cách cân bằng, đến các ứng dụng và bài tập liên quan, giúp bạn nắm vững kiến thức và áp dụng hiệu quả.
Mục lục
1. Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng Al Tác Dụng Với HNO3
2. Điều Kiện Để Al Tác Dụng Với HNO3
3. Cách Lập Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng Al Tác Dụng Với HNO3
4. Tính Chất Hóa Học Của Nhôm
5. Tính Chất Hóa Học Của HNO3
6. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan
7. Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Phản Ứng Al + HNO3
1. Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng Al Tác Dụng Với HNO3
Phản ứng giữa nhôm (Al) và axit nitric (HNO3) loãng tạo ra nhôm nitrat (Al(NO3)3), amoni nitrat (NH4NO3) và nước (H2O). Phương trình hóa học cân bằng của phản ứng này như sau:
8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
Alt: Phản ứng hóa học giữa nhôm và axit nitric loãng tạo thành nhôm nitrat, amoni nitrat và nước.
2. Điều Kiện Để Al Tác Dụng Với HNO3
Để phản ứng giữa Al và HNO3 xảy ra hiệu quả, cần lưu ý các điều kiện sau:
- Nồng độ HNO3: Axit nitric cần ở dạng loãng. Nhôm không tác dụng với HNO3 đặc nguội do tạo lớp oxit bảo vệ.
- Nhiệt độ: Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường, nhưng có thể tăng tốc độ phản ứng bằng cách đun nóng nhẹ.
- Trạng thái của Al: Nhôm ở dạng bột hoặc lá mỏng sẽ phản ứng nhanh hơn so với nhôm khối.
3. Cách Lập Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng Al Tác Dụng Với HNO3
Để cân bằng phương trình phản ứng oxy hóa khử giữa Al và HNO3, ta thực hiện theo các bước sau:
- Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxy hóa, từ đó xác định chất oxy hóa – khử:
Al^0 + HN^(+5)O3 → Al^(+3)(NO3)3 + N^(-3)H4NO3 + H2O
Chất khử: Al; chất oxy hóa: HNO3.
-
Bước 2: Biểu diễn quá trình oxy hóa, quá trình khử:
- Quá trình oxy hóa: Al^0 → Al^(+3) + 3e
- Quá trình khử: N^(+5) + 8e → N^(-3)
-
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxy hóa:
8 x [Al^0 → Al^(+3) + 3e]
3 x [N^(+5) + 8e → N^(-3)]
- Bước 4: Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.
8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
4. Tính Chất Hóa Học Của Nhôm
Nhôm là một kim loại có nhiều tính chất hóa học quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống.
4.1. Tác Dụng Với Oxi Và Một Số Phi Kim
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 với oxi trong không khí, nước.
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Bột nhôm bốc cháy khi tiếp xúc với khí clo.
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
Alt: Hình ảnh minh họa nhôm tác dụng với oxi tạo thành lớp oxit Al2O3 bảo vệ.
4.2. Nhôm Tác Dụng Với Axit
- Tác dụng với axit (HCl, H2SO4 loãng,…) giải phóng khí H2.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 (loãng) → Al2(SO4)3 + 3H2
- Tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc …
Al + 4HNO3 (loãng) → Al(NO3)3 + NO + 2H2O
Al + 6HNO3 (đặc) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
2Al + 6H2SO4 (đặc) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Lưu ý: Nhôm không tác dụng với H2SO4 (đặc, nguội), HNO3 (đặc, nguội).
4.3. Tác Dụng Với Dung Dịch Muối Của Kim Loại Yếu Hơn
Nhôm có thể tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn để tạo thành muối mới và kim loại mới (đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối).
Al + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag
2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe
4.4. Tính Chất Hóa Học Riêng Của Nhôm
Al2O3 là oxit lưỡng tính nên lớp màng mỏng Al2O3 trên bề mặt nhôm tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra muối tan. Khi không còn màng oxit bảo vệ, nhôm sẽ tác dụng được với nước tạo ra Al(OH)3 và giải phóng H2; Al(OH)3 là hiđroxit lưỡng tính nên tác dụng trực tiếp với kiềm.
Phản ứng nhôm tác dụng với dung dịch kiềm được thể hiện đơn giản như sau:
2Al + 2H2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑
4.5. Phản Ứng Nhiệt Nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng hóa học tỏa nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở nhiệt độ cao. Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng nhiệt nhôm giữa sắt(III) oxit và nhôm:
Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra lớn làm sắt nóng chảy nên phản ứng này được dùng để điều chế một lượng nhỏ sắt nóng chảy khi hàn đường ray.
Một số phản ứng khác như:
3CuO + 2Al → Al2O3 + 3Cu
8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe
Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr
5. Tính Chất Hóa Học Của HNO3
Axit nitric (HNO3) là một hợp chất hóa học quan trọng, có nhiều tính chất đặc biệt và ứng dụng rộng rãi.
5.1. HNO3 Có Tính Axit
HNO3 là một trong các axit mạnh nhất, trong dung dịch loãng phân li hoàn toàn thành ion H+ và NO3-.
HNO3 mang đầy đủ các tính chất của 1 axit như: làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng bazơ, basic oxide và muối của axit yếu hơn tạo thành muối nitrate. Ví dụ:
MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O
BaCO3 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + CO2 + H2O
Alt: Hình ảnh minh họa axit nitric làm đổi màu quỳ tím thành đỏ, thể hiện tính axit.
5.2. HNO3 Có Tính Oxi Hóa Mạnh
Nitric acid là một trong những axit có tính oxi hóa mạnh. Tùy thuộc vào nồng độ của axit và độ mạnh yếu của chất khử, mà HNO3 có thể bị khử đến các sản phẩm khác nhau của nitơ.
a. Tác Dụng Với Kim Loại:
- HNO3 phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrate, H2O và sản phẩm khử của N^(+5) (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3).
- Thông thường: HNO3 loãng → NO, HNO3 đặc → NO2 .
- Với các kim loại có tính khử mạnh: Mg, Al, Zn,… HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2, NH4NO3.
Cu + 4HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
4Zn + 10HNO3 loãng → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Chú ý: Fe, Al, Cr bị thụ động trong dd HNO3 đặc, nguội do tạo màng oxit bền, bảo vệ kim loại khỏi tác dụng của axit, do đó có thể dùng bình Al hoặc Fe để đựng HNO3 đặc, nguội.
b. Tác Dụng Với Phi Kim:
HNO3 có thể oxi hóa được nhiều phi kim, như:
S + 6HNO3 →t^0 H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
C + 4HNO3 →t^0 CO2 + 4NO2 + 2H2O
5HNO3 + P →t^0 H3PO4 + 5NO2 + H2O
c. Tác Dụng Với Hợp Chất:
HNO3 đặc còn oxi hóa được hợp chất vô cơ và hữu cơ. Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông,… bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc.
4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2
Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O
6. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan
Để củng cố kiến thức về phản ứng giữa Al và HNO3, hãy cùng Xe Tải Mỹ Đình giải một số bài tập vận dụng sau:
Câu 1: Hòa tan m gam Al vào dung dịch NaOH dư. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 lít khí H2 (đktc). Giá trị của m là
A. 4,05.
B. 2,7.
C. 6,075.
D. 5,04.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: B
Bảo toàn e: 3nAl = 2nH2 → nAl = 0,1 mol
→ m = 2,7 gam
Câu 2: Quặng boxit được dùng để sản xuất kim loại nào sau đây?
A. Al.
B. Mg.
C. Cu.
D. Na.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
Quặng boxit dùng để sản xuất kim loại Al.
Câu 3: Cho m gam hỗn hợp X gồm Al, Zn, Mg tác dụng với oxi, thu được 19,35 gam chất rắn Y. Để hòa tan vừa hết Y cần dùng V ml dung dịch chứa HCl 1M, sau phản ứng thu được 0,56 lít khí H2 (dktc) và 43,125 gam muối trong dung dịch. Giá trị của m là
A. 12,95.
B. 16,00.
C. 13,75.
D. 14,75.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
Gọi số mol HCl là x mol
Bảo toàn nguyên tố H:
nHCl = 2nH2 + 2nH2O → nH2O = (x – 0,05)/2 mol
→ nO = nH2O = (x – 0,05)/2 mol
→ mX = 19,35 – 16 * (x – 0,05)/2 = 19,75 – 8x (g)
→ mmuối = 19,75 – 8x + 35,5x = 43,125 → x = 0,85
→ m = 19,35 – 8 * (0,85 – 0,05) = 12,95 gam.
Câu 4: Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Al(OH)3 là một bazơ lưỡng tính.
B. Al2O3 là oxit trung tính.
C. Nhôm là một kim loại lưỡng tính.
D. Al(OH)3 là hiđroxit lưỡng tính.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
Al(OH)3 là hidroxit lưỡng tính, Al2O3 là oxit lưỡng tính.
Câu 5: Cho m gam hỗn hợp X gồm Al, Fe, Mg tác dụng với oxi, thu được 22,4 gam chất rắn Y. Để hòa tan vừa hết Y cần dùng V ml dung dịch chứa HCl 2M và H2SO4 1M, sau phản ứng thu được 4,48 lít khí H2 (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 66,1 gam muối khan. Giá trị của m là
A. 16,0.
B. 15,5.
C. 15,0.
D. 14,5.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
nH2SO4 = x mol; nHCl = 2x mol, nH2 = 0,2 mol
Bảo toàn H → nH2O = 2x – 0,2 mol
→ mX = 22,4 – 16(2x – 0,2) = 25,6 – 32x (gam)
Mà mmuối = (25,6 – 32x) + 96x + 35,5.2x = 66,1
→ x = 0,3
→ mX = 16 gam.
Câu 6: Cho các phát biểu sau:
(a) Ở nhiệt độ cao, các kim loại kiềm tác dụng với oxi, đều thu được các oxit.
(b) Có thể sử dụng vôi để làm mềm nước có tính cứng tạm thời.
(c) Trong công nghiệp, Al được điều chế từ nguyên liệu là quặng boxit.
(d) Nhúng miếng Al vào dung dịch CuSO4 có xảy ra ăn mòn điện hóa học.
(e) Dùng dung dịch NaOH có thể phân biệt các chất rắn là MgO, Al2O3, Al.
Số phát biểu đúng là
A. 3.
B. 2.
C. 4.
D. 5.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: C
Những phát biểu đúng là: (b), (c), (d), (e).
(a) sai vì ngoài oxit còn thu được các chất khác như peoxit …
Câu 7. Dẫn khí CO dư qua hỗn hợp nung nóng Al, Al2O3, MgO, FeO. Sau khi phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn gồm
A. Al, Mg, Fe.
B. Fe.
C. Al, MgO, Fe.
D. Al, Al2O3, MgO, Fe.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
Khí CO chỉ khử được những kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại. Vậy sau phản ứng hỗn hợp kim loại gồm Al, Al2O3, MgO, Fe.
Câu 8. Cho một lá nhôm vào ống nghiệm chứa dung dịch Hg(NO3)2, thấy có một lớp thủy ngân bám trên bề mặt nhôm. Hiện tượng tiếp theo quan sát được là
A. khí hiđro thoát ra mạnh.
B. khí hiđro thoát ra sau đó dừng lại ngay.
C. lá nhôm bốc cháy.
D. lá nhôm tan ngay trong thủy ngân và không có phản ứng.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
Al sẽ tạo với Hg hỗn hống. Hỗn hống Al tác dụng với nước:
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
Câu 9. Phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp nào dưới đây không thuộc loại phản ứng nhiệt nhôm?
A. Al tác dụng với Fe2O3 nung nóng.
B. Al tác dụng với CuO nung nóng.
C. Al tác dụng với Fe3O4 nung nóng.
D. Al tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
Phản ứng của nhôm với oxit kim loại gọi là phản ứng nhiệt nhôm.
Vậy Al tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng không phải là phản ứng nhiệt nhôm.
Câu 10. Cho lá nhôm vào dung dịch HCl. Lấy vài giọt NaOH nhỏ vào dung dịch thu được, hiện tượng xảy ra là
A. Khí bay lên, xuất hiện kết tủa trắng.
B. Có kết tủa trắng xuất hiện.
C. Có khí bay lên.
D. Không có hiện tượng gì.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: A
Cho lá nhôm vào dung dịch HCl có khí bay lên:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Nhỏ vài giọt dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl3, có kết tủa keo trắng xuất hiện:
3NaOH + AlCl3 dư → Al(OH)3 ↓ + 3NaCl.
Câu 11. Nhận định không chính xác về nhôm là
A. Nhôm là kim loại nhẹ, dễ dát mỏng.
B. Nhôm là kim loại có tính khử tương đối mạnh.
C. Trong công nghiệp, nhôm được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy.
D. Nhôm có thể khử được các oxit của kim loại kiềm.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: D
Phát biểu D sai vì nhôm không thể khử được các oxit của kim loại kiềm.
Câu 12: Al có thể tan được trong dung dịch nào sau
A. KNO3.
B. K2SO4.
C. KOH.
D. HNO3 đậm đặc nguội.
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: C
2Al + 2KOH + 2H2O → 2KAlO2 + 3H2.
7. Các Câu Hỏi Thường Gặp Về Phản Ứng Al + HNO3
Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp liên quan đến phản ứng giữa nhôm và axit nitric, cùng với câu trả lời chi tiết từ Xe Tải Mỹ Đình:
Câu 1: Tại sao nhôm không phản ứng với HNO3 đặc nguội?
Nhôm không phản ứng với HNO3 đặc nguội vì tạo thành một lớp oxit Al2O3 bền vững trên bề mặt kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc giữa nhôm và axit. Hiện tượng này gọi là sự thụ động hóa.
Câu 2: Sản phẩm khử của HNO3 trong phản ứng với Al phụ thuộc vào yếu tố nào?
Sản phẩm khử của HNO3 phụ thuộc vào nồng độ axit và tính khử của kim loại. Với HNO3 loãng và kim loại có tính khử mạnh như Al, sản phẩm khử có thể là NH4NO3, N2O, N2 hoặc NO.
Câu 3: Phản ứng giữa Al và HNO3 có ứng dụng gì trong thực tế?
Phản ứng này không được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do tạo ra nhiều sản phẩm phụ và khó kiểm soát. Tuy nhiên, nó có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu tính chất hóa học của nhôm và axit nitric.
Câu 4: Làm thế nào để tăng tốc độ phản ứng giữa Al và HNO3 loãng?
Để tăng tốc độ phản ứng, có thể sử dụng nhôm ở dạng bột mịn, đun nóng nhẹ dung dịch và khuấy đều để tăng sự tiếp xúc giữa các chất phản ứng.
Câu 5: Có thể dùng vật liệu nào để đựng HNO3 đặc nguội?
Do nhôm và sắt bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội, có thể sử dụng bình chứa làm từ nhôm hoặc sắt để đựng axit này.
Câu 6: Điều gì xảy ra khi cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch Al(NO3)3?
Khi cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch Al(NO3)3, ban đầu sẽ tạo kết tủa trắng Al(OH)3. Nếu tiếp tục thêm NaOH, kết tủa này sẽ tan dần do Al(OH)3 là một hiđroxit lưỡng tính.
Câu 7: Tại sao cần cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử giữa Al và HNO3?
Cân bằng phương trình phản ứng giúp xác định đúng tỉ lệ mol giữa các chất tham gia và sản phẩm, từ đó tính toán chính xác lượng chất cần dùng và lượng sản phẩm tạo thành trong phản ứng.
Câu 8: Phản ứng nhiệt nhôm là gì và có ứng dụng gì?
Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng giữa nhôm và oxit kim loại ở nhiệt độ cao, tỏa nhiều nhiệt. Phản ứng này được dùng để điều chế kim loại, hàn đường ray và sản xuất pháo hoa.
Câu 9: Tại sao Al được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp?
Nhôm có nhiều ưu điểm như nhẹ, bền, dễ gia công, dẫn điện tốt và có khả năng chống ăn mòn. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất ô tô, máy bay, đồ gia dụng và nhiều lĩnh vực khác.
Câu 10: Sự khác biệt giữa HNO3 đặc và HNO3 loãng là gì?
HNO3 đặc có nồng độ cao (thường trên 65%), có tính oxi hóa rất mạnh và có khả năng phá hủy nhiều vật liệu. HNO3 loãng có nồng độ thấp hơn, tính oxi hóa yếu hơn và thường tạo ra các sản phẩm khử khác so với HNO3 đặc.
Hy vọng những thông tin chi tiết và bài tập vận dụng trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về phản ứng giữa Al và HNO3, cũng như các kiến thức liên quan đến nhôm và axit nitric. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào khác về xe tải và các vấn đề liên quan, đừng ngần ngại liên hệ với Xe Tải Mỹ Đình để được tư vấn và hỗ trợ tốt nhất.
Để tìm hiểu thêm về các loại xe tải và dịch vụ liên quan, hãy truy cập ngay XETAIMYDINH.EDU.VN hoặc liên hệ hotline 0247 309 9988. Địa chỉ của chúng tôi là Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội. Xe Tải Mỹ Đình luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn trên mọi nẻo đường.
