Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2 + N2O + H2O cân bằng

Trả lời nhanh

Với tỉ lệ mol N₂ : N₂O = 1 : 1, phương trình cân bằng là: 6Al + 22HNO₃ → 6Al(NO₃)₃ + N₂O + N₂ + 11H₂O. Đề không cho tỉ lệ khác thì lấy 1 : 1. Nếu tỉ lệ khí đổi, tổng số electron nhận đổi theo và các hệ số phải tính lại.

Phương trình phản ứng

Nhôm là kim loại mạnh, khử được N⁺⁵ trong HNO₃ loãng xuống nhiều mức oxi hoá. Khi sản phẩm khử gồm cả N₂ và N₂O, ta có:

6Al + 22HNO₃ → 6Al(NO₃)₃ + N₂O↑ + N₂↑ + 11H₂O

Điều kiện: dung dịch HNO₃ loãng, thường đun nhẹ hoặc để phản ứng tự xảy ra.
Hiện tượng: nhôm tan dần, dung dịch thu được không màu, có khí không màu thoát ra (N₂ và N₂O).

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định số oxi hoá thay đổi

Al⁰ tăng lên Al⁺³. Nitơ từ +5 giảm xuống +1 (trong N₂O) và 0 (trong N₂).

Bước 2: Viết các quá trình cho – nhận electron

Quá trình oxi hoá: Al → Al³⁺ + 3e
Quá trình khử 1: 2N⁺⁵ + 8e → 2N⁺¹ (tạo 1 phân tử N₂O)
Quá trình khử 2: 2N⁺⁵ + 10e → N₂⁰ (tạo 1 phân tử N₂)

Lưu ý: mỗi phân tử khí có 2 nguyên tử N, nên phải nhân đôi ngay từ đầu để không sai số electron.

Bước 3: Cân bằng electron

Tạo 1 N₂O và 1 N₂ nhận 8 + 10 = 18 electron. Một Al nhường 3 electron nên cần 18 : 3 = 6 nguyên tử Al.

Bước 4: Cân bằng các nguyên tố còn lại

Đặt 6 trước Al và 6 trước Al(NO₃)₃.
Số N trong HNO₃ = 6 × 3 (muối) + 2 (N₂O) + 2 (N₂) = 22 → hệ số HNO₃ là 22.
Số H: 22 → tạo 11 H₂O.
Kiểm tra O: vế trái 22 × 3 = 66; vế phải 6 × 9 + 1 + 11 = 66. Cân bằng đúng.

Bảng vai trò các chất

Chất	Vai trò
Al	Chất khử (nhường 3e)
HNO₃	Chất oxi hoá (tạo N₂, N₂O) và môi trường (tạo muối nitrat)
Al(NO₃)₃	Muối tạo thành

Khi tỉ lệ khí khác 1 : 1 thì làm thế nào?

Phương trình trên chỉ là một trường hợp. Số electron nhận = 8 × n(N₂O) + 10 × n(N₂), nên hệ số phụ thuộc tỉ lệ hai khí. Ví dụ tự đặt: N₂O : N₂ = 1 : 2.

Electron nhận cho 1 N₂O + 2 N₂ là 8 + 20 = 28, không chia hết cho 3.
Nhân cả hai vế với 3: 3N₂O + 6N₂ nhận 84e → cần 28 Al.
N trong HNO₃ = 28 × 3 + 6 + 12 = 102; H₂O = 51.

28Al + 102HNO₃ → 28Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 6N₂ + 51H₂O (kiểm tra O: 306 = 252 + 3 + 51).

Mẹo và lỗi thường gặp

Quên nhân đôi N: viết 5e → N₂O thay vì 8e cho 2 nguyên tử N là lỗi phổ biến nhất.
Đếm thiếu N làm môi trường: HNO₃ = 3 × n(Al) + số N trong khí. Tức là nhớ công thức n(HNO₃) = 4n(NO) + 10n(N₂O) + 12n(N₂) + 10n(NH₄NO₃) khi kim loại khử; dùng để kiểm tra nhanh.
Kiểm tra O cuối cùng: đếm O ở hai vế là cách kiểm tra chắc chắn nhất.
Al bị thụ động trong HNO₃ đặc, nguội nên phản ứng này chỉ xảy ra với axit loãng (hoặc đun nóng).

Bài luyện tập

Bài 1. Hoà tan hoàn toàn 0,6 mol Al trong dung dịch HNO₃ loãng, thu được hỗn hợp N₂ và N₂O có số mol bằng nhau (không có NH₄NO₃). Tính thể tích khí ở đktc và số mol HNO₃ đã phản ứng.

Đáp án: Theo phương trình 6Al tạo 1 N₂O + 1 N₂, nên 0,6 mol Al tạo 0,1 mol N₂O và 0,1 mol N₂. Tổng khí 0,2 mol, V = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít. n(HNO₃) = 0,6 × 22 : 6 = 2,2 mol.

Bài 2. Tổng hệ số (số nguyên tối giản) của phương trình ở tỉ lệ 1 : 1 là bao nhiêu?

Đáp án: 6 + 22 + 6 + 1 + 1 + 11 = 47.

Bài 3. Tính số mol electron Al nhường khi 5,4 gam Al tan hết.

Đáp án: n(Al) = 0,2 mol, nhường 0,2 × 3 = 0,6 mol electron.

Câu hỏi thường gặp

Phương trình Al + HNO3 tạo N2 và N2O cân bằng thế nào?

Với tỉ lệ mol N2 : N2O = 1 : 1: 6Al + 22HNO3 → 6Al(NO3)3 + N2O + N2 + 11H2O. Hệ số có thể thay đổi nếu đề cho tỉ lệ hai khí khác.

Vì sao hệ số của phản ứng này không cố định?

Vì phản ứng có hai sản phẩm khử, số electron nhận phụ thuộc tỉ lệ N2 và N2O. Mỗi tỉ lệ khác nhau cho một bộ hệ số cân bằng khác nhau.

Hiện tượng của phản ứng Al với HNO3 loãng tạo N2 và N2O là gì?

Nhôm tan dần, dung dịch không màu và có khí không màu thoát ra.

Al có tác dụng với HNO3 đặc nguội không?

Không. Nhôm bị thụ động hoá trong HNO3 đặc nguội do tạo màng oxit bền bảo vệ.