Phản ứng giữa kim loại và axit nitric (HNO3): Tính chất và bài tập minh họa

Axit nitric (HNO3) là một axit mạnh đồng thời cũng là chất oxi hóa mạnh. Có khả năng phản ứng với hầu hết các kim loại. Tác dụng của kim loại với HNO3 tạo ra nhiều sản phẩm khí khác nhau như NO, NO2, N2O tùy thuộc vào nồng độ của HNO3 và điều kiện phản ứng. Những phản ứng này vừa giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của kim loại vừa được ứng dụng trong công nghiệp, sản xuất và nghiên cứu khoa học.

1. Kim loại tác dụng với HNO3

Axit nitric (HNO3) là một axit mạnh đồng thời cũng là một chất oxi hóa mạnh lại có khả năng phản ứng với nhiều kim loại khác nhau. Khi kim loại tác dụng với HNO3 sẽ tùy thuộc vào nồng độ của axit mà các sản phẩm khí sinh ra có thể là NO2, NO hoặc các sản phẩm khử khác như N2O, N2 và NH4NO3.

• Kim loại thường tác dụng với HNO3:
  Các kim loại như Fe, Cu, Zn, Mg, Al… đều phản ứng với HNO3 để tạo muối nitrat (M(NO3)x), nước và các sản phẩm khí.
• Kim loại không tác dụng với HNO3:
  Một số kim loại như Au, Pt không tác dụng với HNO3 do tính chất trơ về mặt hóa học.
• Phản ứng điển hình:
  • Với HNO3 loãng:Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
  • Với HNO3 đặc:Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

2. Bài tập liên quan đến kim loại và HNO3

Để hiểu rõ hơn về phản ứng giữa kim loại và HNO3 thì dưới đây là một số dạng bài tập thường gặp:

Dạng 1: Viết phương trình hóa học

• Đề bài: Viết phương trình hóa học giữa Fe với HNO3 đặc, đun nóng.Lời giải:Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Dạng 2: Tính khối lượng kim loại hoặc sản phẩm phản ứng

• Đề bài: Cho 6,5g Zn tác dụng hoàn toàn với HNO3 dư. Tính thể tích khí NO (đktc) sinh ra.Lời giải:Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO + 2H2OSố mol Zn = 6,5 / 65 = 0,1 molSố mol NO = 0,1 × 2 = 0,2 molThể tích NO = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít

Dạng 3: Xác định nồng độ dung dịch HNO3

• Đề bài: 1,12 lít khí NO2 (đktc) được sinh ra khi cho Cu tác dụng với HNO3 dư. Tính nồng độ mol của HNO3 trong phản ứng nếu thể tích dung dịch là 0,5 lít.Lời giải:Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2OSố mol NO2 = 1,12 / 22,4 = 0,05 molSố mol HNO3 = 0,05 × 4 = 0,2 molNồng độ HNO3 = 0,2 / 0,5 = 0,4M

3. Kim loại tác dụng với HNO3 loãng

Khi phản ứng với HNO3 loãng sản phẩm khử thường là NO hoặc N2O. Các phản ứng diễn ra nhẹ nhàng hơn so với HNO3 đặc.

• Ví dụ phản ứng:
  Fe + 2HNO3 → Fe(NO3)2 + H2
  Mg + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2
• Ứng dụng thực tiễn:
  Phản ứng giữa kim loại và HNO3 loãng thường được dùng để điều chế muối nitrat ngoài ra còn đồng thời nghiên cứu tính chất hóa học của các kim loại.

Phản ứng của kim loại với axit nitric (HNO3) không những là một minh chứng quan trọng về tính oxi hóa của axit lại còn mang lại nhiều ứng dụng thực tế trong tổng hợp hóa chất và xử lý kim loại. Thực hành các bài tập liên quan giúp học sinh, sinh viên nắm vững hơn lý thuyết và kỹ năng giải quyết vấn đề trong hóa học. Qua đó có thể áp dụng vào các lĩnh vực như phân tích hóa học, công nghiệp và bảo vệ môi trường.