Phản ứng giữa đồng (Cu) và axit nitric (HNO3) là một trong những phản ứng hóa học quan trọng và thường gặp trong chương trình hóa học phổ thông và nâng cao. Đặc biệt, phản ứng với HNO3 đặc, nóng tạo ra khí NO2 là một ví dụ điển hình về phản ứng oxi hóa khử. Bài viết này sẽ đi sâu vào phản ứng “Cu Tác Dụng Hno3”, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng, và các bài tập vận dụng liên quan.
Cu + HNO3 (đặc, nóng) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
1. Phương trình hóa học của phản ứng Cu tác dụng với HNO3 đặc
Phương trình hóa học tổng quát cho phản ứng giữa đồng (Cu) và axit nitric đặc (HNO3) khi đun nóng là:
Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Cách lập phương trình hóa học:
Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa – khử:
Cu0 + H+5NO3 → Cu+2(NO3)2 + N+4O2 + H2O
Chất khử: Cu; chất oxi hóa: HNO3 đặc.
Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử
- Quá trình oxi hóa: Cu0 → Cu+2 + 2e
- Quá trình khử: N+5 + 1e → N+4
Bước 3: Cân bằng số electron cho và nhận
1 x (Cu0 → Cu+2 + 2e)
2 x (N+5 + 1e → N+4)
Bước 4: Điền hệ số vào phương trình và kiểm tra sự cân bằng
Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
2. Điều kiện để Cu tác dụng với HNO3 đặc
Hình ảnh minh họa phản ứng đồng tác dụng với axit nitric đặc, nóng, tạo ra khí nitơ đioxit màu nâu đỏ.
Phản ứng giữa đồng và HNO3 đặc diễn ra nhanh chóng và dễ dàng khi đun nóng. Nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ phản ứng và đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn.
3. Cách tiến hành thí nghiệm
- Lấy 1-2 ml dung dịch HNO3 đặc vào ống nghiệm.
- Thêm một mẩu nhỏ đồng kim loại vào ống nghiệm.
- Đun nóng nhẹ ống nghiệm và quan sát hiện tượng.
4. Hiện tượng phản ứng
- Kim loại đồng (Cu) màu đỏ tan dần trong dung dịch.
- Dung dịch chuyển sang màu xanh lam đặc trưng của ion Cu2+ (Cu(NO3)2).
- Khí màu nâu đỏ nitơ đioxit (NO2) thoát ra.
5. Mở rộng kiến thức về đồng (Cu)
5.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron nguyên tử
- Đồng (Cu) ở ô số 29, thuộc nhóm IB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn.
- Cấu hình electron của Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1 hay [Ar]3d104s1.
- Các số oxi hóa phổ biến của đồng trong hợp chất là +1 và +2.
5.2. Tính chất vật lí
Hình ảnh minh họa đồng kim loại có màu đỏ đặc trưng, dẻo và dẫn điện tốt.
- Đồng là kim loại có màu đỏ, khối lượng riêng lớn (8,98 g/cm3), nóng chảy ở 1083°C.
- Đồng có tính dẻo cao, dễ kéo sợi và dát mỏng.
- Đồng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, chỉ kém bạc.
5.3. Tính chất hóa học
Đồng là kim loại có tính khử yếu.
a. Tác dụng với phi kim
- Ở nhiệt độ thường, Cu tác dụng với clo, brom. Ví dụ:
Cu + Cl2 → CuCl2
- Khi đun nóng, Cu tác dụng với oxi, lưu huỳnh. Ví dụ:
2Cu + O2 → 2CuO
- Lưu ý: Đồng không tác dụng với hidro, nitơ, cacbon.
b. Tác dụng với axit
- Đồng không khử được ion H+ trong dung dịch HCl và H2SO4 loãng.
- Tác dụng với H2SO4 đặc, nóng và HNO3:
Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
6. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1: Tính chất nào sau đây không phải là tính chất vật lí của đồng?
(a) Màu đỏ
(b) Kim loại nhẹ
(c) Nóng chảy ở nhiệt độ cao
(d) Dẻo, dễ kéo dài và dát mỏng
(e) Dẫn điện tốt
(f) Dẫn nhiệt kém
A. b, f.
B. b, c.
C. a, d.
D. e, f.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Đồng là kim loại nặng và dẫn nhiệt tốt.
Câu 2: Để nhận biết ion nitrate (NO3-) trong dung dịch, người ta thường dùng Cu và dung dịch H2SO4 loãng, đun nóng vì:
A. Phản ứng tạo kết tủa vàng và dung dịch màu xanh.
B. Phản ứng tạo dung dịch màu xanh và khí không mùi làm xanh giấy quỳ ẩm.
C. Phản ứng tạo kết tủa xanh.
D. Phản ứng tạo dung dịch màu xanh và khí không màu hóa nâu trong không khí.
Hướng dẫn giải
Đáp án D
Phản ứng tạo ra Cu2+ có màu xanh và khí NO không màu hóa nâu trong không khí.
3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
Câu 3: Cho Cu (Z = 29), vị trí của Cu trong bảng tuần hoàn là:
A. Ô 29, chu kỳ 4, nhóm IB.
B. Ô 29, chu kỳ 4, nhóm IA.
C. Ô 29, chu kỳ 4, nhóm VIIIB.
D. Ô 29, chu kỳ 4, nhóm IIB.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Cấu hình electron của Cu: [Ar]3d104s1.
Câu 4: Trong các hợp chất, đồng có số oxi hóa phổ biến là:
A. +1.
B. +2.
C. -2.
D. +1 và +2.
Hướng dẫn giải
Đáp án D
Câu 5: Hợp kim Cu – Zn (45% Zn) được gọi là:
A. Đồng thau.
B. Đồng thanh.
C. Đồng bạch.
D. Đuyra.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Đồng thau là hợp kim của Cu và Zn.
Câu 6: Cho 3,2 gam Cu tác dụng với 100 ml dung dịch hỗn hợp (HNO3 0,8M + H2SO4 0,2M), sản phẩm khử duy nhất của HNO3 là NO. Thể tích khí NO (đktc) là:
A. 0,672 lít.
B. 0,336 lít.
C. 0,747 lít.
D. 1,792 lít.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron để giải bài toán.
Câu 7: Đồng thuộc ô 29 trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron của Cu+ và Cu2+ lần lượt là:
A. [Ar]3d10; [Ar]3d9.
B. [Ar]3d94s1; [Ar]3d84s1.
C. [Ar]3d94s1; [Ar]3d9.
D. [Ar]3d84s2; [Ar]3d84s1.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Câu 8: Tổng hệ số tối giản của tất cả các chất trong phản ứng Cu với HNO3 đặc, nóng là:
A. 8.
B. 10.
C. 11.
D. 9.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Tổng hệ số = 1 + 4 + 1 + 2 + 2 = 10.
Câu 9: Phát biểu nào sau đây là sai?
A. Đồng dẻo, dễ kéo sợi.
B. Đồng là kim loại màu đen.
C. Đồng có thể dát mỏng hơn giấy viết 5-6 lần.
D. Đồng dẫn điện, nhiệt tốt.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Đồng có màu đỏ.
Câu 10: Cho Cu và dung dịch H2SO4 loãng tác dụng với chất X, thấy thoát ra khí không màu hóa nâu trong không khí. Mặt khác, khi X tác dụng với NaOH thì có khí mùi khai thoát ra. Chất X là:
A. Amophot.
B. Ure.
C. Natri nitrate.
D. Amoni nitrate.
Hướng dẫn giải
Đáp án D
Dựa vào tính chất của các ion NO3- và NH4+ để xác định.
Câu 11: Nhúng thanh Cu vào dung dịch AgNO3, sau một thời gian lấy ra, rửa sạch, sấy khô, cân lại, khối lượng thanh đồng sẽ:
A. Tăng.
B. Giảm.
C. Không đổi.
D. Không xác định được.
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Khối lượng Ag bám vào nhiều hơn khối lượng Cu tan ra.
Câu 12: Cho Cu tác dụng với các dung dịch: HCl (1), HNO3 (2), AgNO3 (3), Fe(NO3)2 (4), Fe(NO3)3 (5), Na2S (6). Cu phản ứng được với:
A. 2, 3, 5, 6.
B. 2, 3, 5.
C. 1, 2, 3.
D. 2, 3.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Câu 13: Hòa tan hết 3,04 gam hỗn hợp Fe và Cu trong dung dịch HNO3 loãng thu được 0,896 lít khí NO (đktc). Phần trăm của Fe và Cu trong hỗn hợp lần lượt là:
A. 63,2% và 36,8%.
B. 36,8% và 63,2%.
C. 50% và 50%.
D. 36,2% và 63,8%.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Sử dụng phương pháp bảo toàn electron kết hợp giải hệ phương trình.
Câu 14: Cho m gam hỗn hợp X gồm Al, Cu vào dung dịch HCl dư, sinh ra 3,36 lít khí (đktc). Nếu cho m gam hỗn hợp X trên vào lượng dư nitric acid đặc, nguội, sinh ra 6,72 lít khí NO2 (đktc). Giá trị của m là:
A. 10,5.
B. 11,5.
C. 12,3.
D. 15,6.
Hướng dẫn giải
Đáp án C
Câu 15: Trong tự nhiên, nguyên tố đồng có hai đồng vị là 63Cu và 65Cu. Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Phần trăm tổng số nguyên tử của đồng vị 65Cu là:
A. 73%.
B. 27%.
C. 54%.
D. 50%.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Câu 16: Kim loại Cu phản ứng được với dung dịch:
A. FeSO4.
B. AgNO3.
C. KNO3.
D. HCl.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Hình ảnh minh họa thí nghiệm đồng tác dụng với dung dịch bạc nitrat tạo thành dung dịch màu xanh và kim loại bạc.
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
Hy vọng bài viết này cung cấp đầy đủ thông tin và giúp bạn hiểu rõ hơn về phản ứng Cu tác dụng HNO3, cũng như các kiến thức liên quan đến kim loại đồng.