Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O (Mg ra NO2)

1. Phương trình phản ứng Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O:

Phương trình phản ứng Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O mô tả quá trình phản ứng giữa kim loại magiê (Mg) và axit nitric (HNO3) để tạo ra muối magiê nitrat (Mg(NO3)2), khí nitơ điôxít (NO2) và nước (H2O). Đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó Mg bị oxi hóa từ trạng thái ôxi hóa 0 lên +2, còn HNO3 bị khử từ trạng thái ôxi hóa +5 xuống +4. Phản ứng này có thể xảy ra trong môi trường axit loãng hoặc đặc. Trong môi trường axit đặc, magiê còn có thể tạo ra khí hiđrô, khi đó phương trình hóa học là Mg + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2. Tuy nhiên, trong điều kiện thực nghiệm, magiê thường tạo ra khí nitơ điôxít, vì khí này có tính oxi hóa mạnh và có thể oxy hóa khí hiđrô thành nước.

2. Các thông tin về phương trình phản ứng Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O:

2.1. Điều kiện xảy ra phương trình phản ứng Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O:

Phương trình phản ứng Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O là một phản ứng oxi hóa khử xảy ra giữa kim loại magiê và axit nitric đặc. Để phản ứng xảy ra, cần có điều kiện như sau:

– Nhiệt độ cao, khoảng 300°C

– Dung dịch HNO3 đặc, có nồng độ từ 65% trở lên

– Kim loại Mg dạng bột mịn hoặc dây

Khi phản ứng xảy ra, kim loại Mg bị oxi hóa từ số oxi hóa 0 lên +2, còn axit nitric bị khử từ số oxi hóa +5 xuống +4 (NO2) và +2 (NO). Sản phẩm của phản ứng là muối magiê nitrat, khí nitơ điôxit và khí nitơ monôxit.

2.2. Dấu hiệu nhận biết phản ứng Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O:

Có thể nhận biết phản ứng bằng hiện tượng:

– Kim loại Mg tan dần trong dung dịch HNO3 đặc, sinh ra nhiệt và khí

– Khí NO2 có màu nâu đỏ, khí NO không màu

– Dung dịch sau phản ứng có màu xanh nhạt do chứa muối magiê nitrat

2.3. Cách thực hiện thí nghiệm phản ứng hóa học Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O:

Để thực hiện thí nghiệm phản ứng hóa học Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O, bạn cần chuẩn bị những dụng cụ và chất sau: một ống nghiệm, một miếng kim loại magiê, dung dịch axit nitric đặc, một bình kính có nước vôi trong, một ống dẫn khí và một nguồn nhiệt. Các bước thực hiện như sau:

– Bỏ miếng magiê vào ống nghiệm và đổ dung dịch axit nitric đặc vào cho đủ ngập miếng magiê. Đậy kín ống nghiệm bằng nút cao su có ống dẫn khí.

– Nung nóng ống nghiệm bằng nguồn nhiệt cho đến khi phản ứng xảy ra. Lúc này, bạn sẽ thấy khí màu nâu thoát ra từ ống dẫn khí.

– Dẫn khí thoát ra vào bình kính có nước vôi trong. Bạn sẽ thấy dung dịch nước vôi trong đổi màu từ trong suốt sang đục do có kết tủa canxi nitrit tạo thành.

– Sau khi phản ứng kết thúc, bạn sẽ thấy trong ống nghiệm có chất rắn màu trắng là muối magiê nitrat và dung dịch không màu là nước.

2.4. Cân bằng phương trình hóa học Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O:

– Bước 1: Viết phương trình phản ứng chưa cân bằng, chỉ ghi các công thức hóa học của các chất tham gia và sản phẩm.

Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O

– Bước 2: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các chất tham gia và sản phẩm. Ghi số oxi hóa lên trên ký hiệu của nguyên tố.

Mg(0) + H(+1)N(+5)O(-2)3 → Mg(+2)(N(+5)O(-2))2 + N(+4)O(-2)2 + H(+1)O(-2)

– Bước 3: Xác định các nguyên tố bị oxi hóa và khử. Ghi dấu mũi tên chỉ chiều oxi hóa hoặc khử lên trên ký hiệu của nguyên tố.

Mg(0)↑ + H(+1)N(+5)↓O(-2)3 → Mg(+2)(N(+5)O(-2))2 + N(+4)↑O(-2)2 + H(+1)O(-2)

– Bước 4: Viết các phương trình nửa phản ứng cho quá trình oxi hóa và quá trình khử. Cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố bị oxi hóa hoặc khử bằng cách thêm hệ số.

Phương trình nửa phản ứng oxi hóa: Mg → Mg(+2) + 2e(-)

Phương trình nửa phản ứng khử: HNO3 + e(-) → NO2 + H2O

– Bước 5: Cân bằng số electron trong hai phương trình nửa phản ứng bằng cách nhân với số nguyên thích hợp. Sau đó, cộng hai phương trình nửa phản ứng lại với nhau để được phương trình phản ứng cân bằng.

Phương trình nửa phản ứng oxi hóa nhân với 2: 2Mg → 2Mg(+2) + 4e(-)

Phương trình nửa phản ứng khử nhân với 4: 4HNO3 + 4e(-) → 4NO2 + 4H2O

Phương trình phản ứng cân bằng: 2Mg + 4HNO3 → 2Mg(NO3)2 + 4NO2 + 4H2O

3. Bài tập vận dụng liên quan:

Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O là phương trình phản ứng oxi hóa khử xảy ra giữa kim loại magiê và axit nitric đặc. Để giải các dạng bài tập về phương trình này, ta cần thực hiện các bước sau:

– Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong phương trình và nhận biết chất oxi hóa, chất khử, số electron nhường và nhận.

– Viết phương trình ion electron của quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng số electron nhường và nhận.

– Cộng hai phương trình ion electron lại với nhau để được phương trình oxi hóa khử hoàn chỉnh, cân bằng số nguyên tử và số mol của các chất.

– Tính toán khối lượng, thể tích, nồng độ hoặc số mol của các chất tham gia và sản phẩm theo đề bài yêu cầu.

* Bài tập

Bài 1: Cho 12g magiê tác dụng với dung dịch axit nitric đặc. Tính thể tích khí NO2 (đktc) thu được.

Giải:

– Xác định số oxi hóa: Mg (0), H (+1), N (+5), O (-2). Chất oxi hóa là HNO3, chất khử là Mg, số electron nhường là 2, số electron nhận là 3.

– Viết phương trình ion electron:

  Mg → Mg2+ + 2e- (quá trình oxi hóa)

  2HNO3 + 6e- → NO2 + 2NO3- + 2H2O (quá trình khử)

– Cộng hai phương trình lại:

  Mg + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + NO2 + H2O

– Tính toán:

  Theo định luật bảo toàn khối lượng: m(Mg) = m(Mg(NO3)2) + m(NO2) + m(H2O)

  Theo định luật bảo toàn nguyên tố: n(Mg) = n(Mg(NO3)2) = n(NO2)

  Ta có: m(Mg) = 12g

  => n(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 12/24 = 0.5 mol

  => n(NO2) = n(Mg) = 0.5 mol

  => V(NO2) = n(NO2) x 22.4 (đktc) = 0.5 x 22.4 = 11.2 lít

Bài 2: Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư). Sau phản ứng sinh ra V lít khí NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích khí sinh ra?

Giải:

– Để giải bài toán này, ta cần áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn electron. Theo phương trình phản ứng, ta có:

Fe + HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

– Ta thấy rằng mỗi mol Fe tạo ra 1,5 mol NO2. Do đó, số mol NO2 sinh ra bằng:

n(NO2) = 1,5 * n(Fe) = 1,5 * m(Fe) / M(Fe) = 1,5 * 5,6 / 56 = 0,15 (mol)

– Theo định luật Avogadro, ta có:

V(NO2) = n(NO2) * Vm = 0,15 * 22,4 = 3,36 (lít)

Vậy thể tích khí NO2 sinh ra là 3,36 lít.

Bài 3: Hòa tan 38,4 gam Cu vào dung dịch HNO3 loãng dư, thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V là bao nhiêu?

Giải:

– Theo phương trình phản ứng, ta có:

Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO + 2H2O

– Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

nCu = nCu(NO3)2 = 38,4/64 = 0,6 (mol)

nNO = nCu x 2 = 0,6 x 2 = 1,2 (mol)

– Theo định luật bảo toàn electron, ta có:

nOxiHNO3 = nKhửCu + nKhửNO

4nHNO3 = nCu + nNO/2

nHNO3 = (0,6 + 1,2/2)/4 = 0,3 (mol)

– Vì dung dịch HNO3 dư, nên ta có thể tính được thể tích dung dịch HNO3 cần dùng là:

VHNO3 = nHNO3 x M

Trong đó M là nồng độ mol của dung dịch HNO3.

– Cuối cùng, ta có thể tính được thể tích khí NO thu được theo công thức:

VNO = nNO x 22,4

Với 22,4 là thể tích mol của khí ở điều kiện tiêu chuẩn.

Thay số vào công thức, ta được:

VNO = 1,2 x 22,4 = 26,88 (lít)

Đáp án: V = 26,88 lít