Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau ôn tập và hệ thống lại kiến thức về phản ứng của kim loại và oxit kim loại với axit nitric (HNO3). Đây là một phần kiến thức quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 11, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính oxi hóa mạnh của axit nitric.

Chúng ta sẽ lần lượt đi qua từng trường hợp: phản ứng với HNO3 loãng và phản ứng với HNO3 đặc nóng.

PHẦN 1: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI HNO3 LOÃNG

Nguyên tắc chung:
Axit nitric là một axit có tính oxi hóa mạnh. Khi tác dụng với kim loại, HNO3 sẽ thể hiện tính oxi hóa, còn bản thân kim loại sẽ thể hiện tính khử. Sản phẩm khử của HNO3 thường là các oxit của nitơ (N2O, NO, N2O3), muối amoni nitrat (NH4NO3) hoặc nitơ phân tử (N2).
Quan trọng nhất, HNO3 loãng không tác dụng với các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học (trừ Cu, Ag, Au có thể tác dụng với HNO3 đặc). Nói cách khác, hầu hết các kim loại mạnh hơn H sẽ tác dụng được với HNO3 loãng.

Các kim loại có thể tác dụng với HNO3 loãng:
Tất cả các kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học, trừ trường hợp đặc biệt của Fe, Al, Cr trong môi trường HNO3 đặc, nguội (chúng ta sẽ tìm hiểu ở phần sau).
Cụ thể, bao gồm:
* Kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
* Kim loại kiềm thổ (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)
* Các kim loại khác đứng trước H như: Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, …

Các phản ứng minh họa (chúng ta sẽ xét các kim loại điển hình):
1. Tác dụng với kim loại hoạt động mạnh (ví dụ Na):
Phản ứng có thể xảy ra theo hai giai đoạn. Tuy nhiên, khi viết gộp, chúng ta sẽ thấy tính oxi hóa của HNO3 thể hiện rõ.
Ví dụ:

2Na + 2HNO3 (loãng) -> 2NaNO3 + H2↑
(Tuy nhiên, trong môi trường axit, H2 không thường được tạo ra mà sẽ bị HNO3 oxi hóa tiếp)
Trong thực tế, với HNO3 loãng, sản phẩm khử thường là NO.

8Na + 10HNO3 (loãng) -> 8NaNO3 + N2O↑ + 5H2O (Nếu có khí N2O bay ra)

3Na + 4HNO3 (loãng) -> 3NaNO3 + NO↑ + 2H2O (Nếu có khí NO bay ra)

5Na + 6HNO3 (loãng) -> 5NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O (Nếu có NH4NO3 tạo thành)

2. Tác dụng với kim loại như Cu (đứng sau H):
Cu là kim loại đứng sau H, nên nó không tác dụng với HCl hay H2SO4 loãng. Tuy nhiên, do HNO3 có tính oxi hóa mạnh, Cu vẫn có thể tác dụng.

3Cu + 8HNO3 (loãng) -> 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

3. Trường hợp đặc biệt: Fe, Al, Cr với HNO3 loãng
Với HNO3 loãng, Fe, Al, Cr đều tác dụng theo quy tắc chung, thể hiện tính khử.

Fe + 4HNO3 (loãng) -> Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

Al + 4HNO3 (loãng) -> Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

Cr + 4HNO3 (loãng) -> Cr(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

PHẦN 2: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI HNO3 ĐẶC, NÓNG

Nguyên tắc chung:
Tương tự như HNO3 loãng, HNO3 đặc, nóng cũng là một axit có tính oxi hóa mạnh. Sản phẩm khử của HNO3 đặc, nóng thường là NO2.
Lưu ý quan trọng:
HNO3 đặc, nóng tác dụng được với tất cả các kim loại (trừ Au và Pt là các kim loại cực yếu không tác dụng với bất kỳ axit nào trừ nước cường thủy).
Trong trường hợp này, các kim loại thụ động với HNO3 đặc nguội (Fe, Al, Cr) sẽ bị oxi hóa bởi HNO3 đặc nóng.

Các kim loại có thể tác dụng với HNO3 đặc, nóng:
Tất cả các kim loại trừ Au và Pt.
Cụ thể, bao gồm:
* Kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
* Kim loại kiềm thổ (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)
* Các kim loại khác như: Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Hg, … (bao gồm cả Fe, Al, Cr lúc này đã không còn thụ động nữa).

Các phản ứng minh họa (chúng ta sẽ xét các kim loại điển hình):
1. Tác dụng với kim loại mạnh (ví dụ Na):

10Na + 12HNO3 (đặc, nóng) -> 10NaNO3 + N2O↑ + 6H2O (Đây là một khả năng, tùy điều kiện có thể ra các sản phẩm khác)
Hoặc phổ biến hơn là:

8Na + 10HNO3 (đặc, nóng) -> 8NaNO3 + N2↑ + 5H2O

2Na + 2HNO3 (đặc, nóng) -> 2NaNO3 + H2↑ (Khả năng tạo H2 rất thấp vì H2 sẽ bị oxi hóa bởi HNO3)

2. Tác dụng với kim loại đứng sau H (ví dụ Cu):

Cu + 4HNO3 (đặc, nóng) -> Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

3. Trường hợp Fe, Al, Cr với HNO3 đặc, nóng:
Lúc này, Fe, Al, Cr không còn thụ động mà sẽ tác dụng như các kim loại khác.

Fe + 4HNO3 (đặc, nóng) -> Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O

Al + 6HNO3 (đặc, nóng) -> Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

Cr + 6HNO3 (đặc, nóng) -> Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

PHẦN 3: OXIT KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI HNO3 LOÃNG VÀ HNO3 ĐẶC, NÓNG

Nguyên tắc chung:
Oxit kim loại khi tác dụng với axit (bao gồm cả HNO3) sẽ đóng vai trò là một bazơ oxit, phản ứng tạo thành muối và nước. Bản thân HNO3 vẫn giữ tính oxi hóa mạnh.
Do đó, các oxit kim loại cơ bản (trừ oxit của kim loại quý như Au, Pt) đều có thể tác dụng với HNO3.

Oxit kim loại có thể tác dụng với HNO3 loãng:
Hầu hết các oxit kim loại, trừ các oxit kim loại quý (Au, Pt).
Cụ thể:
* Oxit kim loại kiềm (Na2O, K2O, …)
* Oxit kim loại kiềm thổ (MgO, CaO, …)
* Các oxit kim loại khác như: Al2O3, ZnO, Fe2O3, CuO, …

Các phản ứng minh họa với HNO3 loãng:

Na2O + 2HNO3 (loãng) -> 2NaNO3 + H2O

MgO + 2HNO3 (loãng) -> Mg(NO3)2 + H2O

Al2O3 + 6HNO3 (loãng) -> 2Al(NO3)3 + 3H2O

ZnO + 2HNO3 (loãng) -> Zn(NO3)2 + H2O

CuO + 2HNO3 (loãng) -> Cu(NO3)2 + H2O

Fe2O3 + 6HNO3 (loãng) -> 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Lưu ý quan trọng:
Nếu oxit kim loại có thể tạo ra kim loại ở hóa trị cao hơn mà HNO3 có khả năng oxi hóa kim loại đó lên hóa trị cao nhất thì HNO3 sẽ thể hiện tính oxi hóa.
Ví dụ: FeO tác dụng với HNO3.
FeO là oxit bazơ, ban đầu sẽ phản ứng tạo muối sắt(II) nitrat. Tuy nhiên, Fe(II) có thể bị oxi hóa lên Fe(III). HNO3 sẽ oxi hóa Fe(II) thành Fe(III).

3FeO + 10HNO3 (loãng) -> 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O
Ở đây, HNO3 vừa đóng vai trò axit, vừa đóng vai trò chất oxi hóa.

Oxit kim loại có thể tác dụng với HNO3 đặc, nóng:
Tương tự như HNO3 loãng, hầu hết các oxit kim loại đều tác dụng được với HNO3 đặc, nóng.
Cụ thể:
* Oxit kim loại kiềm (Na2O, K2O, …)
* Oxit kim loại kiềm thổ (MgO, CaO, …)
* Các oxit kim loại khác như: Al2O3, ZnO, Fe2O3, CuO, …

Các phản ứng minh họa với HNO3 đặc, nóng:
Các phản ứng này về cơ bản giống với HNO3 loãng vì oxit kim loại chỉ thể hiện tính bazơ, còn tính oxi hóa của HNO3 lúc này không ảnh hưởng đến oxit kim loại mà chủ yếu là phản ứng axit-bazơ tạo muối và nước.

Na2O + 2HNO3 (đặc, nóng) -> 2NaNO3 + H2O

MgO + 2HNO3 (đặc, nóng) -> Mg(NO3)2 + H2O

Al2O3 + 6HNO3 (đặc, nóng) -> 2Al(NO3)3 + 3H2O

ZnO + 2HNO3 (đặc, nóng) -> Zn(NO3)2 + H2O

CuO + 2HNO3 (đặc, nóng) -> Cu(NO3)2 + H2O

Fe2O3 + 6HNO3 (đặc, nóng) -> 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Trường hợp FeO với HNO3 đặc, nóng:

3FeO + 10HNO3 (đặc, nóng) -> 3Fe(NO3)3 + NO2↑ + 5H2O
Ở đây, sản phẩm khử của HNO3 là NO2 do nồng độ đặc và nhiệt độ cao.

Tóm lại, chúng ta có thể hệ thống lại như sau:

A. Kim loại tác dụng với HNO3:

1. HNO3 loãng: Tác dụng với hầu hết các kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học. Sản phẩm khử của N thường là NO, N2O, N2, NH4NO3.

2. HNO3 đặc, nóng: Tác dụng với TẤT CẢ kim loại trừ Au, Pt. Sản phẩm khử của N thường là NO2.

B. Oxit kim loại tác dụng với HNO3:

1. HNO3 loãng: Hầu hết các oxit kim loại (trừ oxit Au, Pt). Phản ứng chủ yếu là axit-bazơ tạo muối và nước. Nếu oxit có kim loại ở hóa trị chưa cao nhất, HNO3 có thể thể hiện tính oxi hóa.

2. HNO3 đặc, nóng: Hầu hết các oxit kim loại (trừ oxit Au, Pt). Phản ứng chủ yếu là axit-bazơ tạo muối và nước. Nếu oxit có kim loại ở hóa trị chưa cao nhất, HNO3 có thể thể hiện tính oxi hóa (thường tạo NO2).

Các em hãy ghi chép lại cẩn thận và xem lại các ví dụ để nắm vững bài nhé. Có bất kỳ câu hỏi nào, các em cứ mạnh dạn hỏi thầy!