Phản ứng giữa Magie (Mg) và axit nitric loãng (HNO3) tạo ra khí nitơ (N2) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng, cơ chế, và các bài tập vận dụng để hiểu rõ hơn về phản ứng “Mg Hno3 Ra N2”.
Phương trình hóa học của phản ứng Mg + HNO3 loãng tạo N2
Phương trình hóa học cân bằng của phản ứng magie tác dụng với axit nitric loãng tạo ra khí nitơ là:
5Mg + 12HNO3 (loãng) → 5Mg(NO3)2 + N2 + 6H2OCân bằng phương trình phản ứng
Để cân bằng phương trình này, chúng ta thực hiện các bước sau:
-
Xác định chất oxi hóa và chất khử:
- Mg là chất khử (số oxi hóa tăng từ 0 lên +2).
- HNO3 là chất oxi hóa (số oxi hóa của N giảm từ +5 xuống 0 trong N2).
-
Viết quá trình oxi hóa và khử:
- Oxi hóa: Mg0 → Mg+2 + 2e
- Khử: 2N+5 + 10e → N20
-
Cân bằng electron:
Nhân quá trình oxi hóa với 5 và quá trình khử với 1 để cân bằng số electron trao đổi.
-
Điền hệ số vào phương trình:
Dựa vào quá trình oxi hóa khử đã cân bằng, điền hệ số vào phương trình phản ứng.
Điều kiện phản ứng Mg + HNO3 tạo N2
Phản ứng giữa magie và axit nitric loãng diễn ra ở điều kiện thường. Không cần đun nóng hay sử dụng chất xúc tác.
Tiến hành thí nghiệm Mg + HNO3 tạo N2
- Chuẩn bị: Ống nghiệm, dung dịch HNO3 loãng, và một mảnh magie kim loại.
- Thực hiện: Cho mảnh magie vào ống nghiệm, sau đó nhỏ từ từ dung dịch axit HNO3 loãng vào ống nghiệm.
Hiện tượng phản ứng Mg + HNO3 tạo N2
Khi magie tác dụng với axit nitric loãng, sẽ quan sát được các hiện tượng sau:
- Magie (Mg) tan dần trong dung dịch.
- Xuất hiện bọt khí không màu, không mùi, đó chính là khí nitơ (N2).
Kiến thức mở rộng về HNO3
Để hiểu rõ hơn về phản ứng “mg hno3 ra n2”, chúng ta cần nắm vững kiến thức về axit nitric (HNO3).
Cấu tạo phân tử HNO3
Công thức cấu tạo của axit nitric:
Alt text: Công thức cấu tạo của axit nitric (HNO3) với liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử, thể hiện rõ nhóm OH và liên kết cho nhận giữa N và O.
Trong phân tử HNO3, nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5.
Tính chất vật lý của HNO3
- Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm.
- Kém bền, dễ bị phân hủy bởi ánh sáng tạo thành khí NO2, làm dung dịch có màu vàng.
- Tan vô hạn trong nước. Dung dịch HNO3 đặc thường có nồng độ 68%.
Tính chất hóa học của HNO3
Tính axit
Axit nitric là một trong các axit mạnh, phân li hoàn toàn trong dung dịch:
HNO3 → H+ + NO3–
Dung dịch HNO3 có đầy đủ tính chất của một axit:
- Làm đỏ quỳ tím.
- Tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối của axit yếu hơn.
Ví dụ:
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O
CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2OTính oxi hóa mạnh
HNO3 là một chất oxi hóa mạnh, có thể oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt), phi kim và hợp chất. Mức độ oxi hóa phụ thuộc vào nồng độ axit và tính khử của chất phản ứng.
-
Tác dụng với kim loại:
-
Với kim loại có tính khử yếu (Cu, Ag,…):
Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O -
Với kim loại có tính khử mạnh (Mg, Zn, Al,…), HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2 hoặc NH4NO3. Chính vì vậy, phản ứng “mg hno3 ra n2” có thể xảy ra.
8Al + 30HNO3 (loãng) → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O 4Zn + 10HNO3 (loãng) → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O -
Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong HNO3 đặc, nguội.
-
-
Tác dụng với phi kim:
Khi đun nóng, HNO3 đặc có thể tác dụng với phi kim (C, P, S,… trừ N2 và halogen).
Ví dụ:
S + 6HNO3 (đ) → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O -
Tác dụng với hợp chất:
3FeO + 10HNO3 (đ) → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O 3H2S + 2HNO3 (đ) → 3S↓ + 2NO↑ + 4H2O
Ứng dụng của HNO3
- Sản xuất phân đạm (NH4NO3,…).
- Sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm,…
Điều chế HNO3
Trong phòng thí nghiệm
HNO3 được điều chế bằng cách cho muối nitrate (NaNO3 hoặc KNO3) tác dụng với H2SO4 đặc, nóng:
NaNO3 (rắn) + H2SO4 (đặc) → HNO3 + NaHSO4Alt text: Sơ đồ điều chế axit nitric (HNO3) trong phòng thí nghiệm bằng cách đun nóng hỗn hợp natri nitrat (NaNO3) rắn và axit sulfuric đặc (H2SO4) trong bình cầu.
Trong công nghiệp
Điều chế từ NH3 qua 3 giai đoạn:
-
Oxi hóa NH3 thành NO:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 850-900°C) -
Oxi hóa NO thành NO2:
2NO + O2 → 2NO2 -
Chuyển hóa NO2 thành HNO3:
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Bài tập vận dụng liên quan đến Mg và HNO3
Câu 1: Cho 2,4 gam Mg tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được V lít khí N2 (đktc). Giá trị của V là?
Hướng dẫn giải:
Số mol Mg: nMg = 2,4/24 = 0,1 mol
Theo phương trình phản ứng:
5Mg + 12HNO3 → 5Mg(NO3)2 + N2 + 6H2O
=> nN2 = nMg / 5 = 0,1 / 5 = 0,02 mol
=> V = 0,02 * 22,4 = 0,448 lít
Câu 2: Hòa tan hoàn toàn m gam Mg vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được 0,448 lít khí N2 duy nhất (đktc). Giá trị của m là?
Hướng dẫn giải:
nN2 = 0,448/22,4 = 0,02 mol
Theo phương trình phản ứng: 5Mg + 12HNO3 → 5Mg(NO3)2 + N2 + 6H2O
=> nMg = 5 nN2 = 5 0,02 = 0,1 mol
=> m = 0,1 * 24 = 2,4 gam
Câu 3: Cho 11,2 gam Fe tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V là?
Hướng dẫn giải:
nFe = 11,2/56 = 0,2 mol
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
=> nNO = nFe = 0,2 mol
=> V = 0,2 * 22,4 = 4,48 lít
Câu 4: Cho 6,4 gam Cu tác dụng với 120 ml dung dịch HNO3 1M, thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính V?
Hướng dẫn giải:
nCu = 6,4/64 = 0,1 mol
nHNO3 = 0,12 * 1 = 0,12 mol
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Ta thấy Cu dư, HNO3 hết.
nNO = 2/8 nHNO3 = 2/8 0,12 = 0,03 mol
V = 0,03 * 22,4 = 0,672 lít
Câu 5: Cho m gam Al tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 0,336 lít khí N2O (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là?
Hướng dẫn giải:
nN2O = 0,336 / 22,4 = 0,015 mol
8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
nAl = 8/3 nN2O = 8/3 0,015 = 0,04 mol
m = 0,04 * 27 = 1,08 gam
Bài viết đã cung cấp đầy đủ thông tin về phản ứng “mg hno3 ra n2”, từ phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng, tính chất của HNO3 đến các bài tập vận dụng. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về phản ứng này.
