Cân bằng phản ứng sau: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO2 + H2O
1. Nhôm và các tính chất của nhôm
Nhôm là một nguyên tố hoá học có trong bảng tuần hoàn nguyên tố, ký hiệu là Al, nguyên tử khối là 27. Là
kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất, Nhôm chiếm 8% khối lớp rắn của Trái Đất. Trong tự nhiên, để tìm
được nguồn khoáng sản nhôm nguyên chất là vô cùng khó bởi nó chủ yếu tồn tại ở dạng hợp kim. Nhôm là
vật chất có nhiều tính chất độc đáo và linh hoạt, cụ thể bao gồm các tính chất sau đây :
- Tính chất vật lý của nhôm :
+ Nhôm có màu trắng bạc, bề ngoài bóng, có khối lượng riêng thấp, chỉ khoảng 2.7g/cm3. Chính điều này
làm cho nó trở thành một trong những kim loại nhẹ nhất sử dụng rộng rãi.
+ Nhôm có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, cho phép nó truyền dòng điện và truyền nhiệt một cách nhanh
chóng, hiệu quả. Tuy nhiên, khả năng này thấp hơn so với nhiều kim loại khác như đồng. Khả năng chịu
nhiệt độ cao của nhôm sẽ hỗ trợ trong cải thiện hiệu suất máy bay và tiết kiệm nhiên liệu. Khả năng dẫn
điện của nhôm được sử dụng trong sản xuất các thành phần điện tử như dây cáp, mạch in và các bộ phận khác.
+ Nhôm có khả năng phản xạ ánh sáng và tia cực tím, làm cho nó phổ biến trong các ứng dụng như gương và bề mặt phản xạ.
- Tính chất hóa học của nhôm :
+ Khả năng tương tác với không khí : Nhôm có khả năng tự tạo ra một lớp màng oxit bảo vệ bề mặt, ngăn
chặn quá trình oxi hóa tiếp diễn, giúp bảo vệ khỏi quá trình ăn mòn. Điều này làm cho nó không bị hoen gỉ.
+ Tác dụng với axit : nhôm phản ứng với nhiều axit
- Tính chất cơ học của nhôm :
+ Độ bền kéo và nén : nhôm có độ bền kéo tương đối cao nhưng không bằng các kim loại như thép. Tuy
nhiên, độ bền kéo của bóng đèn có thể tăng lên thông qua các quá trình xử lý cơ học.
+ Tính dẻo dai : nhôm có tính dẻo dai, cho phép nó được gia công, chế tạo thành các dạng phức tạp một cách dễ dàng.
- Tính chất hạt nhân : nhôm có 13 proton trong hạt nhân làm cho nó nằm trong nguyên tố kim loại nhẹ và
khối lượng nguyên tử tương đối thấp.
Một số ứng dụng trong thực tiễn của nhôm : nhôm được sử dụng rộng rãi trong xây dựng như vật liệu làm
mái, vách ngăn, cửa sổ, khung cửa hoặc được sử dụng để làm các bộ phận như động cơ, hộp số trong ngành ô tô.
2. Axit nitric HNO3 là gì ?
Axit nitric HNO3 là một axit mạnh có khả năng oxi hóa và ăn mòn các chất hữu cơ và không hữu cơ. Axit
nitric thường được sản xuất công nghiệp để sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm sản xuất phân bón,
dược phẩm, mỏ vàng và trong quy trình sản xuất mạch điện tử. Một số tính chất đáng chú ý của axit nitric:
- Tính chất vật lý :
+ Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm. Dung dịch có hơn 86%
axit nitric được gọi là axit nitric bốc khói. Chúng có thể bốc khói trắng và khói đỏ tùy thuộc vào nồng độ của
nitơ đioxit. Axit nitric cũng có thể tồn tại ở dạng khí, không màu. Trong môi trường tự nhiên, do sự tích tụ
của nitơ nên axit nitric có màu vàng nhạt.
+ Axit nitric là một chất axit độc có khả năng ăn mòn và dễ gây cháy.
+ Axit nitric HNO3 kém bền ngay cả ở điều kiện thường. Dung dịch HNO3 đặc phân hủy một phần giải
phóng NO2 - khí này tan trong dung dịch axit khiến dung dịch chuyển vàng. Đây là lý do cần bảo quản axit
nitric trong các chai, lọ tối màu, tránh ánh sáng và đảm bảo nhiệt độ dưới 0 độ C.
- Tính chất hóa học :
+ Tính axit : Axit nitric là một trong các axit mạnh và dung dịch axit nitric làm quỳ tín chuyển màu đỏ. Axit
nitric phân li hoàn toàn thành các ion H+ và NO3- trong dung dịch loãng.
Axit nitric có tính oxi hóa mạnh. Nó có thể bị khử đến các sản phẩm khác nhau của nitơ, phụ thuộc vào
nồng độ axit mạnh hay yếu của chất khử. Tác dụng được với oxit bazo, bazo, muối của axit yếu hơn.
+ Tác dụng với kim loại : Axit nitric có khả năng oxi hóa hầu hết các kim loại tạo ra muối nitrat, ngay cả các
kim loại có tính khử yếu như Cu, Ag; ngoại trừ Pt và Au. Lúc này, kim loại bị oxi hóa đến mức cao nhất. Sản
phẩm sau khi phản ứng xảy ra là NO2 đối với HNO3 đặc và NO đối với HNO3 loãng. Nhôm là kim loại thụ
động với axit nitric đặc nguội vì lớp màng oxit bền được tạo ra bảo vệ chúng không bị oxi hóa tiếp. Đây cũng
là lý do mà thực tiễn hay dùng bình nhôm hoặc sắt để đựng HNO3 đặc.
Phương trình phản ứng :
Kim loại + HNO3 đặc, nhiệt độ -> muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 loãng -> muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 loãng lạnh -> muối nitrat + H2
Mg(rắn) + 2HNO3 loãng lạnh -> Mg(NO3)2 + H2(khí)
+ Tác dụng với phi kim : khi được đun nóng, HNO3 đặc có khả năng oxi hóa được các phi kim như S, C, P...
( các nguyên tố á kim, trừ halogen và silic). Nếu là axit nitric đặc thì sản phẩm tạo thành là nito dioxit, còn là
axit loãng và nước thì là oxit nito.
+ Tác dụng với hợp chất : là một trong các axit mạnh, axit nitric đặc có khả năng oxi hóa - phá hủy nhiều
hợp chất vô cơ, hữu cơ khác nhau. Vải, mùn cưa, giấy,... đều bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với
HNO3 đặc. Vì vậy, nếu để axit nitric tiếp xúc với cơ thể người thì sẽ vô cùng nguy hiểm.
3. Cân bằng phản ứng : Al + HNO3 -> Al(NO3)3 + NO2 + H2O
Phương trình hóa học : Al + 6HNO3 -> Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Điều kiện để Al tác dụng với HNO3 cho ra NO2 là HNO3 đặc, nóng.
Cách tiến hành thí nghiệm của phản ứng Al tác dụng với HNO3 : cho mảnh nhôm vào ống nghiệm đã đựng sẵn HNO3, đun nóng.
Cách lập phương trình và cân bằng phương trình hóa học phản ứng Al tác dụng với HNO3 :
Bước 1 : Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa - chất khử:
Al0 + HNO3+5 -> Al+3(NO3)3 + N+4O2 + H2O
Chất khử : Al, chất oxi hóa : HNO3
Bước 2 : Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử
- Quá trình oxi hóa : Al0 -> Al+3 + 3e
- Quá trình khử : N+5 + 1e -> N+4
Bước 3 : Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa 1x3xAl0 -> Al+3 + 3e N+5 + 1e -> N+4
Bước 4 : Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử
của các nguyên tố ở hai vế
Hiện tượng xảy ra khi cho nhôm tác dụng HNO3 : Chất rắn màu trắng là nhôm (Al) tan dần dần trong dung
dịch axit HNO3, tạo ra muối nitrat và xuất hiện khí nito dioxit NO2 có màu đỏ.
Bản chất của các chất khi tham gia phản ứng : Nhôm đóng vai trò là chất khử, axit nitric đóng vai trò là chất
oxi hóa. Nhôm tác động với các axit có tính oxi hóa mạnh, ngoài các dung dịch như H2SO4, HCl, HNO3
loãng thì còn có dung dịch HNO3 đặc nóng, H2SO4 đặc nóng. Còn HNO3 là một hợp chất có tính oxi hóa
mạnh, có khả năng tác dụng với nhiều chất thành muối nitrat.