Bài tập về kim loại không tác dụng với HNO3 đặc nguội

1. Bài tập về kim loại không tác dụng với HNO3 đặc nguội:

Bài 1: Khi axit nitric HNO3 phản ứng với kim loại thì không thấy khí hiđro vì

A. Hiđrua kim loại được hình thành.

B. Hydro bị oxy hóa bởi axit nitric.

C. Kim loại phản ứng yếu với axit nitric.

D. Hydro bị khử bởi axit nitric.

Đáp án: B. Hydro bị oxy hóa bởi axit nitric.

Giải thích:

Khi axit nitric HNO3 phản ứng với kim loại thì không thấy khí hiđro vì hydro bị oxy hóa bởi axit nitric. Axit nitric là một chất oxy hóa mạnh, có thể oxy hóa hydro thành nước hoặc các oxit khác như NO, NO2, N2O. Do đó, khi kim loại phản ứng với axit nitric, không có khí hiđro thoát ra mà chỉ có các sản phẩm khác như muối kim loại và các oxit của nitơ. Các phương án A, C và D đều sai vì hiđrua kim loại không được hình thành, kim loại phản ứng mạnh với axit nitric và hydro không bị khử bởi axit nitric.

Bài 2: Khi axit nitric HNO3 phản ứng với kim loại thì không thấy khí hiđro vì

A. Hiđrua kim loại được hình thành.

B. Hydro bị oxy hóa bởi axit nitric.

C. Kim loại phản ứng yếu với axit nitric.

D. Hydro bị khử bởi axit nitric.

Đáp án: B. Hydro bị oxy hóa bởi axit nitric.

Giải thích: Phần lớn kim loại không phản ứng được với HNO3 vì nó là chất oxi hóa mạnh. Vì hydro là chất khử nên axit nitric oxy hóa hydro tạo thành nước và bản thân nó cũng bị khử để tạo thành N2O, NO, NO2, N2 và HN3. Do đó, khi tác dụng kim loại (trừ Mn và Mg) với axit nitric, khí hydro không thoát ra.

Bài 3: Tại sao chỉ có magie và kim loại mangan cho khí Hydro khi tác dụng với Axit nitric?

Đáp án:

Về mặt kỹ thuật, kim loại + axit → muối kim loại + nước.

Nhưng khi chúng ta nhìn vào HNO3, nó có xu hướng tạo thành H2O chứ không phải H2 khi phản ứng với kim loại.

Tuy nhiên, Magiê và Mangenese là hai kim loại theo truyền thống giải phóng H2 chứ không phải H2O khi chúng phản ứng với HNO3. Điều này là do, khi phản ứng ban đầu, chúng tạo thành H2O, nhưng kim loại Mg hoặc Mn là chất khử mạnh và do đó chúng khử H2O và tự oxy hóa. Điều này khiến chúng chỉ còn khí H2 thay vì H2O.

Do đó, khi Mg/Mn phản ứng với axit Nitric tạo thành muối và H2O, nhưng H2O bị khử nhanh chóng (gần như ngay lập tức) và chuyển thành khí H2.

Bài 4: Sản phẩm nào được hình thành khi mangan được xử lý bằng axit nitric 1%?

A. H2

B. Mn(NO3)2

C. NO2

D. H2O

Đáp án: A. H2 và B. Mn(NO3)2

Giải thích: Một trong những phản ứng quan trọng của mangan là phản ứng với axit nitric. Khi mangan được xử lý bằng axit nitric 1%, sản phẩm chính được hình thành là muối mangan nitrat (Mn(NO3)2). Phản ứng này có thể được viết như sau:

Mn + 2HNO3 → Mn(NO3)2 + H2

Trong phản ứng này, mangan bị oxi hóa từ trạng thái ôxi hóa +2 lên +4, còn axit nitric bị khử từ trạng thái ôxi hóa +5 xuống +1. Phản ứng này cũng giải phóng khí hydro (H2), là một sản phẩm phụ. Không có khí nitơ điôxít (NO2) được tạo ra trong phản ứng này, vì nồng độ axit nitric quá thấp. Nếu nồng độ axit nitric cao hơn, ví dụ 10%, thì sẽ có khí NO2 được tạo ra, và muối mangan nitrat sẽ có trạng thái ôxi hóa cao hơn, là Mn(NO3)4.

Vì vậy, đáp án đúng cho câu hỏi là A. H2 và B. Mn(NO3)2.

Bài 5: Khi kẽm tác dụng với axit nitric loãng thì khí tạo thành là ______.

A. N2O2

B. N2O

C. NO2

D. Không có chất nào

Đáp án: B. N2O

Giải thích: Khi kẽm tác dụng với axit nitric loãng thì khí tạo thành là N2O. Đây là phương trình phản ứng:

Zn + 2HNO3 -> Zn(NO3)2 + N2O + H2O

Trong phương trình này, kẽm là chất khử, axit nitric là chất oxi hóa. Khi kẽm tác dụng với axit nitric loãng, nó sẽ giải phóng khí N2O, còn gọi là khí cười. Khí này có mùi hắc, không màu và có tính chất oxi hóa yếu. Khí này được sử dụng trong y tế và nha khoa để gây tê cục bộ và giảm đau.

Bài 6: Viết phương trình cân bằng và gọi tên các sản phẩm tạo thành khi:

(a) natri hydrocacbonat được thêm vào axit nitric.

(b) oxit cupric phản ứng với axit nitric.

(c) kẽm phản ứng với axit nitric loãng.

(d) axit nitric đậm đặc được đun nóng.

Đáp án: 

Phương trình cân bằng và tên các sản phẩm tạo thành khi:

(a) natri hydrocacbonat được thêm vào axit nitric là:

NaHCO3 + HNO3 -> NaNO3 + H2O + CO2

Sản phẩm tạo thành là natri nitrat, nước và khí cacbonic.

(b) oxit cupric phản ứng với axit nitric là:

CuO + 2HNO3 -> Cu(NO3)2 + H2O

Sản phẩm tạo thành là cupric nitrat và nước.

(c) kẽm phản ứng với axit nitric loãng là:

Zn + 2HNO3 -> Zn(NO3)2 + H2

Sản phẩm tạo thành là kẽm nitrat và khí hiđro.

(d) axit nitric đậm đặc được đun nóng là:

4HNO3 -> 2H2O + 4NO2 + O2

Sản phẩm tạo thành là nước, khí nitơ điôxit và khí oxy.

2. Tại sao hầu hết kim loại không tác dụng với HNO3 đặc nguội:

Các kim loại không tác dụng với HNO3 đặc nguội là những kim loại có độ hoạt động thấp hơn so với hidro. Điều này có nghĩa là các kim loại này không thể thay thế hidro trong phân tử HNO3 để tạo ra muối và khí hidro. Ví dụ, các kim loại thuộc nhóm IIA (như magiê, canxi, stronti, bari) và nhóm IIIA (như nhôm, gali) không phản ứng với HNO3 đặc nguội. Các kim loại quý như vàng, bạc, platin cũng không tác dụng với HNO3 đặc nguội. 

– Nhôm (Al): Nhôm có khả năng tạo ra một lớp oxide Al2O3 bảo vệ bề mặt khi tiếp xúc với không khí, và lớp phim này rất bền và giúp bảo vệ nhôm khỏi sự ăn mòn của axit nitric.

– Vàng (Au) và Platina (Pt): Vàng và Platina là các kim loại rất bền và không phản ứng với HNO3 đặc nguội. Đây là do tính khử yếu của chúng, không thể khử HNO3 đặc nguội thành NO hay NO2.

– Sắt (Fe) và Crom (Cr): Sắt và Crom cũng có khả năng tạo ra một lớp oxide bảo vệ bề mặt khi tiếp xúc với HNO3 đặc nguội. Lớp oxide này ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa axit và kim loại, và do đó ngăn chặn phản ứng giữa HNO3 và kim loại.

Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của HNO3 được tăng lên hoặc nồng độ của HNO3 được giảm xuống, một số kim loại có thể phản ứng với HNO3 theo các phương trình sau:

Mg + 2HNO3 -> Mg(NO3)2 + H2

2Al + 6HNO3 -> 2Al(NO3)3 + 3H2

Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Ag + 2HNO3 -> AgNO3 + NO + H2O

Au + 6HNO3 + 4HCl -> AuCl4- + 4NO + 4H2O

Các phản ứng này cho thấy rằng HNO3 có tính oxi hóa mạnh và có thể oxi hóa các kim loại thành các oxit hoặc nitơ oxit. Do đó, để xác định các kim loại không tác dụng với HNO3 đặc nguội, ta cần biết vị trí của chúng trong dãy hoạt động của kim loại và tính chất của HNO3.

3. Phản ứng hóa học giữa kim loại và axit:

Phản ứng hóa học giữa kim loại và axit là một loại phản ứng oxi hóa khử, trong đó kim loại bị oxi hóa (nhường điện tử) và axit bị khử (nhận điện tử). Kết quả của phản ứng là một muối và khí hiđrô. Tuy nhiên, không phải tất cả các kim loại đều phản ứng với axit. Một số kim loại có hoạt tính thấp hơn hiđrô, nên không thể thay thế hiđrô trong phân tử axit. Một số kim loại có hoạt tính cao hơn hiđrô, nhưng lại bị bao phủ bởi một lớp oxit bảo vệ, nên không tiếp xúc trực tiếp với axit. Một số axit có tính oxi hóa mạnh, nên không chỉ khử hiđrô mà còn oxi hóa kim loại thành các ion có hoá trị cao hơn.

Một số ví dụ về phản ứng hóa học giữa kim loại và axit:

– Kim loại phản ứng với axit loại 1: là các axit có tính oxi hóa do H+ gây ra, như HCl, H2SO4 loãng… Chỉ các kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học mới phản ứng với các axit này, tạo ra muối có hoá trị thấp (đối với kim loại có nhiều hoá trị) và khí H2.

VD: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

– Kim loại phản ứng với axit loại 2: là các axit có tính oxi hóa do anion gây ra, như HNO3, H2SO4 đặc nóng… Phản ứng xảy ra với tất cả các kim loại (trừ Au, Pt) tạo ra muối có hoá trị cao nhất (đối với kim loại có nhiều hoá trị), sản phẩm khử và nước.

VD: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Fe + H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2