Vt pthh Cu + HNO3 đặc nguội

Kính chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về phản ứng của kim loại với axit nitric, một chủ đề rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10.

Đề bài: Viết phương trình hóa học của phản ứng Cu + HNO₃ đặc nguội

Để giải bài tập này, chúng ta sẽ đi từng bước một, áp dụng phương pháp thăng bằng electron mà chúng ta đã học.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Phân tích đề bài và xác định tính chất hóa học

Axit nitric (HNO₃) là một axit mạnh và đặc biệt có tính oxi hóa mạnh, nhất là HNO₃ đặc. Kim loại đồng (Cu) là kim loại có khả năng nhường electron.
Thông thường, HNO₃ đặc sẽ tạo ra khí nitơ đioxit (NO₂).

Về trạng thái “nguội”: Trong chương trình Hóa học lớp 10, các em đã biết một số kim loại như Sắt (Fe) và Nhôm (Al) sẽ bị thụ động hóa (tức là không phản ứng) khi tiếp xúc với HNO₃ đặc nguội hoặc H₂SO₄ đặc nguội. Tuy nhiên, đối với Đồng (Cu), tính chất này không xảy ra. Đồng vẫn phản ứng được với HNO₃ đặc, dù ở nhiệt độ thường hay nguội, chỉ là tốc độ phản ứng có thể chậm hơn một chút. Do đó, chúng ta sẽ viết phản ứng như khi Cu tác dụng với HNO₃ đặc nói chung.

Bước 2: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi và viết sơ đồ phản ứng

Trong phản ứng này, Đồng (Cu) từ số oxi hóa 0 lên +2, đóng vai trò là chất khử.
Nitơ (N) trong HNO₃ từ số oxi hóa +5 xuống +4 (trong NO₂), đóng vai trò là chất oxi hóa.

Sơ đồ phản ứng chưa cân bằng:

$\mathrm{Cu}+\mathrm{HNO}{3}_{\left(\mathrm{đặc}\right)}\to \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2+\mathrm{NO}{2}_{\left(\mathrm{khí}\right)}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Bước 3: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử

Quá trình oxi hóa (Cu nhường electron):

${\mathrm{Cu}}^0\to {\mathrm{Cu}}^{+2}+2\mathrm{e}$

(Đồng nhường 2 electron)

Quá trình khử (N⁺⁵ nhận electron):

${\mathrm{N}}^{+5}+1\mathrm{e}\to {\mathrm{N}}^{+4}$

(Nitơ nhận 1 electron)

Bước 4: Cân bằng số electron nhường và nhận

Để số electron nhường bằng số electron nhận, chúng ta cần nhân quá trình khử với 2.

${\mathrm{Cu}}^0\to {\mathrm{Cu}}^{+2}+2\mathrm{e}$

$2\to 2*({\mathrm{N}}^{+5}+1\mathrm{e}\to {\mathrm{N}}^{+4})$

Tức là:

${\mathrm{Cu}}^0\to {\mathrm{Cu}}^{+2}+2\mathrm{e}$

$2{\mathrm{N}}^{+5}+2\mathrm{e}\to 2{\mathrm{N}}^{+4}$

Bước 5: Đặt hệ số vào phương trình hóa học

Từ các quá trình trên, ta có hệ số cho Cu là 1 và cho NO₂ là 2.

$1\mathrm{Cu}+\mathrm{HNO}{3}_{\left(\mathrm{đặc}\right)}\to 1\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2+2\mathrm{NO}{2}_{\left(\mathrm{khí}\right)}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Bước 6: Cân bằng các nguyên tố còn lại (Nitơ, Hiđro và Oxi)

• Cân bằng Nitơ:
  
  Trong $\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2$ có $1*2=2$ nguyên tử N.
  
  Trong $2\mathrm{NO}2$ có $2*1=2$ nguyên tử N.
  
  Tổng số nguyên tử N ở vế phải là $2+2=4$.
  
  Vậy, ta cần 4 phân tử HNO₃ ở vế trái.
  
  $\mathrm{Cu}+4\mathrm{HNO}{3}_{\left(\mathrm{đặc}\right)}\to \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2+2\mathrm{NO}{2}_{\left(\mathrm{khí}\right)}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
• Cân bằng Hiđro:
  
  Ở vế trái có 4 nguyên tử H (trong 4HNO₃).
  
  Vậy, ta cần 2 phân tử H₂O ở vế phải ($2*2=4$ nguyên tử H).
  
  $\mathrm{Cu}+4\mathrm{HNO}{3}_{\left(\mathrm{đặc}\right)}\to \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2+2\mathrm{NO}{2}_{\left(\mathrm{khí}\right)}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
• Kiểm tra Oxi:
  
  Vế trái: $4*3=12$ nguyên tử O.
  
  Vế phải: Trong $\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2$ có $2*3=6$ nguyên tử O.
  
  Trong $2\mathrm{NO}2$ có $2*2=4$ nguyên tử O.
  
  Trong $2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ có $2*1=2$ nguyên tử O.
  
  Tổng số nguyên tử O ở vế phải là $6+4+2=12$.
  
  Số nguyên tử O đã cân bằng.

Bước 7: Viết phương trình hóa học hoàn chỉnh

$\mathrm{Cu}+4\mathrm{HNO}{3}_{\left(\mathrm{đặc}\right)}\to \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2+2\mathrm{NO}{2}_{\left(\mathrm{khí}\right)}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Giải thích lý do áp dụng phương pháp:

Chúng ta áp dụng phương pháp thăng bằng electron (còn gọi là phương pháp oxi hóa – khử) vì đây là một phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố, tức là có sự chuyển dịch electron. Phương pháp này giúp chúng ta cân bằng chính xác số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố và đảm bảo định luật bảo toàn electron được tuân thủ.

Nhận xét về sản phẩm:

Trong phản ứng này, Đồng (Cu) phản ứng với axit nitric đặc tạo ra muối đồng(II) nitrat ($\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{NO}3\right)}_2$ – dung dịch màu xanh), khí nitơ đioxit ($\mathrm{NO}2$ – khí có màu nâu đỏ, mùi hắc) và nước (${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$).

Hy vọng qua lời giải chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về cách cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử và tính chất của axit nitric. Chúc các em học tốt!