Phản ứng giữa magie (Mg) và axit nitric (HNO3) tạo ra magie nitrat (Mg(NO3)2), amoni nitrat (NH4NO3) và nước (H2O) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng trong hóa học. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, cách cân bằng phương trình và các bài tập vận dụng liên quan.
Phương trình hóa học của phản ứng Mg tác dụng với HNO3
Phương trình hóa học đầy đủ và cân bằng của phản ứng là:
4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Điều kiện phản ứng Mg + HNO3 tạo NH4NO3
Phản ứng giữa magie và axit nitric loãng có thể xảy ra ở điều kiện nhiệt độ thường. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng có thể tăng lên khi tăng nồng độ axit hoặc nhiệt độ.
Cách tiến hành thí nghiệm
Để thực hiện phản ứng, bạn có thể nhỏ từ từ dung dịch axit HNO3 vào ống nghiệm chứa sẵn các mảnh magie kim loại. Phản ứng sẽ diễn ra, có thể kèm theo hiện tượng sủi bọt khí.
Cân bằng phương trình phản ứng Mg + HNO3 tạo NH4NO3
Để cân bằng phương trình hóa học của phản ứng, ta thực hiện theo các bước sau:
-
Bước 1: Xác định chất oxi hóa và chất khử.
Trong phản ứng này, magie (Mg) là chất khử (bị oxi hóa), và axit nitric (HNO3) là chất oxi hóa (bị khử). Số oxi hóa của Mg tăng từ 0 lên +2, trong khi số oxi hóa của N trong HNO3 giảm từ +5 xuống -3 trong NH4NO3.
-
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử.
- Quá trình oxi hóa: Mg0 → Mg+2 + 2e
- Quá trình khử: N+5 + 8e → N-3
-
Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi.
Nhân quá trình oxi hóa với 4 để số electron nhường bằng số electron nhận:
- 4 x (Mg0 → Mg+2 + 2e)
- N+5 + 8e → N-3
-
Bước 4: Lập phương trình hóa học hoàn chỉnh.
Kết hợp các quá trình trên, ta được phương trình cân bằng:
4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Phản ứng giữa magie và axit nitric loãng tạo ra khí không màu, minh họa quá trình thí nghiệm trong ống nghiệm.
Mở rộng về tính chất hóa học của HNO3
Axit nitric (HNO3) là một axit mạnh và có tính oxi hóa cao, thể hiện qua các tính chất sau:
Tính axit
HNO3 là một axit mạnh, tan hoàn toàn trong nước và phân li thành ion H+ và NO3–. Do đó, nó có đầy đủ tính chất của một axit, như làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng với bazơ, oxit bazơ và muối của các axit yếu hơn.
Ví dụ:
- MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
- Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O
- BaCO3 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + CO2 + H2O
Tính oxi hóa mạnh
HNO3 là một trong những axit có tính oxi hóa mạnh nhất. Tùy thuộc vào nồng độ và độ mạnh của chất khử, HNO3 có thể bị khử thành các sản phẩm khác nhau của nitơ, bao gồm NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3.
-
Tác dụng với kim loại:
HNO3 có thể phản ứng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo thành muối nitrat, nước và sản phẩm khử của nitơ.
Ví dụ:
- Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- Fe + 4HNO3 (loãng) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
Với các kim loại có tính khử mạnh như Mg, Al, Zn, HNO3 loãng có thể bị khử sâu hơn thành N2O, N2 hoặc NH4NO3.
-
Tác dụng với phi kim:
HNO3 có khả năng oxi hóa nhiều phi kim như S, C, P.
Ví dụ:
- S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
- C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O
-
Tác dụng với hợp chất:
HNO3 đặc có thể oxi hóa các hợp chất vô cơ và hữu cơ, gây ra sự phá hủy hoặc bốc cháy.
Ví dụ:
- 4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
Phản ứng giữa HNO3 đặc và đồng (Cu) tạo ra dung dịch màu xanh đặc trưng và khí nitơ đioxit (NO2) màu nâu đỏ.
Bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng Mg + HNO3
Câu 1: Cho 12 gam Mg tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được dung dịch X và 2,24 lít khí N2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Tính khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch X.
Hướng dẫn giải:
nMg = 12/24 = 0,5 mol
nN2 = 2,24/22,4 = 0,1 mol
Quá trình khử: 2N+5 + 10e → N20
Áp dụng định luật bảo toàn electron:
2nMg = 10nN2 + 8nNH4NO3 (Nếu có tạo thành NH4NO3)
=> nNH4NO3 = (20,5 – 100,1)/8 = 0
Vậy, muối thu được chỉ có Mg(NO3)2
=> nMg(NO3)2 = nMg = 0,5 mol
=> mMg(NO3)2 = 0,5*148 = 74 gam
Câu 2: Cho 2,4 gam Mg tác dụng với 200 ml dung dịch HNO3 2M, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được V lít khí NO (đktc) và dung dịch X. Tính V và nồng độ mol của các chất trong dung dịch X.
Hướng dẫn giải:
nMg = 2,4/24 = 0,1 mol
nHNO3 = 0,2*2 = 0,4 mol
3Mg + 8HNO3 → 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O
0,1 –> 0,4 => Phản ứng vừa đủ.
=> nNO = (2/3)nMg = (2/3)0,1 = 0,067 mol
VNO = 0,067*22,4 = 1,5 lít
nMg(NO3)2 = nMg = 0,1 mol
=> CM Mg(NO3)2 = 0,1/0,2 = 0,5M
Dung dịch magie nitrat (Mg(NO3)2) là sản phẩm chính tạo thành sau phản ứng giữa magie và axit nitric.
Câu 3: Cho 6,4 gam Cu tác dụng với 100 ml dung dịch HNO3 aM, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 1,12 lít khí NO (đktc) và dung dịch X. Tính a và nồng độ mol của các chất trong dung dịch X.
Hướng dẫn giải:
nCu = 6,4/64 = 0,1 mol
nNO = 1,12/22,4 = 0,05 mol
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
0,1 –> 0,267
=> nHNO3 đã dùng = (8/3)*nCu = 0,267 mol
=> a = CM HNO3 = 0,267/0,1 = 2,67M
nCu(NO3)2 = nCu = 0,1 mol
=> CM Cu(NO3)2 = 0,1/0,1 = 1M
Phản ứng Mg + Hno3 → Mg(no3)2 + Nh4no3 + H2o là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng với nhiều ứng dụng trong hóa học. Việc nắm vững phương trình, điều kiện phản ứng, cách cân bằng và các bài tập vận dụng sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về phản ứng này.
