P + HNO3 Đặc: Phản Ứng, Điều Kiện và Bài Tập Áp Dụng

Phản ứng giữa photpho (P) và axit nitric đặc (HNO3 đặc) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng trong hóa học. Sản phẩm của phản ứng này là axit photphoric (H3PO4), khí nitơ đioxit (NO2) và nước (H2O). Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình, điều kiện, hiện tượng và các bài tập vận dụng.

Phương Trình Phản Ứng P + HNO3 Đặc

Phương trình hóa học cân bằng của phản ứng giữa P và HNO3 đặc như sau:

P + 5HNO3 (đặc) → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O

Trong đó, khí NO2 là chất khí màu nâu đỏ, dễ nhận biết.

Điều Kiện Phản Ứng

Để phản ứng xảy ra, cần có các điều kiện sau:

• Axit nitric phải ở trạng thái đậm đặc.
• Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường hoặc đun nóng nhẹ.

Hiện Tượng Phản Ứng

Khi cho photpho tác dụng với HNO3 đặc, ta quan sát được các hiện tượng sau:

• Photpho tan dần trong dung dịch axit.
• Có khí màu nâu đỏ (NO2) thoát ra.

Hình ảnh minh họa khí NO2 màu nâu đỏ thoát ra từ phản ứng giữa photpho và HNO3 đặc.

Cân Bằng Phản Ứng Oxi Hóa Khử

Để cân bằng phản ứng, ta xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng:

• P⁰ → P⁺⁵ + 5e (quá trình oxi hóa)
• N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴ (quá trình khử)

Nhân hệ số để số electron cho bằng số electron nhận, ta được phương trình cân bằng:

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

Tính Chất Hóa Học Của Photpho

Photpho là một phi kim có nhiều dạng thù hình, trong đó quan trọng nhất là photpho trắng và photpho đỏ. Photpho thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử.

Tính Oxi Hóa

Photpho thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các kim loại hoạt động, tạo thành photphua kim loại. Ví dụ:

2P + 3Ca → Ca3P2

Tính Khử

Photpho thể hiện tính khử khi tác dụng với các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh và các chất oxi hóa mạnh như HNO3 đặc, KClO3, KMnO4.

• Với oxi:

  • Thiếu oxi: 4P + 3O2 → 2P2O3
  • Dư oxi: 4P + 5O2 → 2P2O5

• Với clo:

  • Thiếu clo: 2P + 3Cl2 → 2PCl3
  • Dư clo: 2P + 5Cl2 → 2PCl5

• Với hợp chất:

  6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl

Hình ảnh minh họa phản ứng đốt cháy photpho trong oxi tạo ra khói trắng P2O5, thể hiện tính khử của photpho.

Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến Phản Ứng P + HNO3 đặc

Câu 1: Cho 6,2 gam photpho tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 đặc, nóng dư. Thể tích khí NO2 (đktc) thu được là bao nhiêu?

Giải:

Số mol P: nP = 6,2/31 = 0,2 mol

Theo phương trình phản ứng: P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

=> nNO2 = 5nP = 5 * 0,2 = 1 mol

Thể tích NO2 (đktc): VNO2 = 1 * 22,4 = 22,4 lít.

Câu 2: Viết phương trình phản ứng khi cho P tác dụng với HNO3 đặc, H2SO4 đặc, KClO3. Nêu rõ vai trò của P trong các phản ứng này.

Giải:

• P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O (P là chất khử)
• 2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O (P là chất khử)
• 6P + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl (P là chất khử)

Câu 3: Cho m gam P tác dụng với 200ml dung dịch HNO3 5M thu được dung dịch X và 22,4 lít khí NO2 (đktc). Tính m.

Giải:

nNO2 = 22,4/22,4 = 1 mol

nHNO3 = 0,2 * 5 = 1 mol

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

=> nP = 1/5 nNO2 = 1/5 1 = 0.2 mol

=> m = 0,2 * 31 = 6,2 gam.

Câu 4: Để điều chế 19,6 gam H3PO4 cần dùng tối thiểu bao nhiêu gam P? Biết hiệu suất phản ứng là 80%.

Giải:

nH3PO4 = 19,6/98 = 0,2 mol

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

=> nP (lý thuyết) = nH3PO4 = 0,2 mol

Do hiệu suất 80% => nP (thực tế) = 0,2/0,8 = 0,25 mol

mP = 0,25 * 31 = 7,75 gam.

Câu 5: Cho 3,1 gam P tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 thu được H3PO4 và V lít khí NO2 (đktc). Tính V.

Giải:

nP = 3,1/31 = 0,1 mol

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

=> nNO2 = 5nP = 5*0,1 = 0,5 mol

VNO2 = 0,5 * 22,4 = 11,2 lít.

Kết luận

Phản ứng giữa P và HNO3 đặc là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực tế và trong phòng thí nghiệm. Việc nắm vững phương trình, điều kiện phản ứng, hiện tượng và các bài tập vận dụng sẽ giúp học sinh hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của photpho và axit nitric.