Trả lời nhanh
Phương trình đúng là 2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Cu↓. Nhôm hoạt động hoá học mạnh hơn đồng nên khử ion Cu2+ trong dung dịch thành đồng kim loại màu đỏ bám lên thanh nhôm. Dung dịch xanh lam nhạt dần rồi trở nên không màu khi Cu(NO3)2 phản ứng hết.
Phương trình hoá học
2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Cu↓
Đây là phản ứng thế (đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử) giữa kim loại và dung dịch muối. Nhôm nhường electron, ion đồng(II) nhận electron.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: nhiệt độ thường, muối Cu(NO3)2 phải ở dạng dung dịch (tan trong nước).
- Hiện tượng: có lớp chất rắn màu đỏ (đồng) bám trên bề mặt nhôm; màu xanh lam của dung dịch nhạt dần, cuối cùng gần như không màu.
- Nếu nhôm mới lấy ra còn lớp Al2O3 mỏng, phản ứng có thể bắt đầu chậm. Chà sạch lớp oxit hoặc thêm một ít ion Cl– thì phản ứng xảy ra nhanh hơn.
Cách cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
Viết hai quá trình:
- Quá trình oxi hoá: Al → Al3+ + 3e
- Quá trình khử: Cu2+ + 2e → Cu
Bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6. Nhân quá trình oxi hoá với 2, quá trình khử với 3:
2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu
Đưa về dạng phân tử, mỗi Cu2+ đi kèm 2 NO3–, nên ta có hệ số 3 trước Cu(NO3)2 và 2 trước Al(NO3)3. Kiểm tra số nhóm NO3: vế trái 3 × 2 = 6, vế phải 2 × 3 = 6. Cân bằng đúng.
Vì sao phản ứng xảy ra?
Theo dãy điện hoá, cặp Al3+/Al có thế điện cực chuẩn khoảng –1,66 V, còn Cu2+/Cu khoảng +0,34 V. Cặp có thế thấp hơn thì dạng khử (Al) mạnh hơn; cặp có thế cao hơn thì dạng oxi hoá (Cu2+) mạnh hơn. Quy tắc α: chất khử mạnh phản ứng với chất oxi hoá mạnh để tạo chất khử yếu hơn và chất oxi hoá yếu hơn. Vì vậy Al khử được Cu2+.
Đây cũng là phản ứng xảy ra trong pin Al–Cu, với suất điện động chuẩn E° = 0,34 – (–1,66) = 2,00 V.
Tỉ lệ khối lượng
| Chất | Hệ số | Khối lượng (g) |
|---|---|---|
| Al | 2 | 2 × 27 = 54 |
| Cu(NO3)2 | 3 | 3 × 188 = 564 |
| Al(NO3)3 | 2 | 2 × 213 = 426 |
| Cu | 3 | 3 × 64 = 192 |
Tổng vế trái 54 + 564 = 618 g, tổng vế phải 426 + 192 = 618 g, thoả mãn định luật bảo toàn khối lượng.
Chú ý: cứ 54 g Al tan thì có 192 g Cu bám vào, nên thanh nhôm nhúng trong dung dịch muối đồng sẽ tăng khối lượng.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Al(NO3)2: sai, nhôm trong muối luôn có hoá trị III.
- Quên hệ số: viết Al + Cu(NO3)2 → Al(NO3)3 + Cu là chưa cân bằng.
- Nghĩ ngược chiều: Cu + Al(NO3)3 không phản ứng, vì Cu yếu hơn Al.
- Cho Al vào muối rắn khan: phản ứng không xảy ra rõ rệt, cần dung dịch.
Mẹo nhớ: kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối; số electron nhường bằng số electron nhận, nên hệ số Al : Cu = 2 : 3.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Nhúng thanh Al nặng 10 g vào dung dịch chứa 0,15 mol Cu(NO3)2 đến khi muối đồng phản ứng hết (giả sử toàn bộ Cu bám vào thanh). Tính khối lượng thanh sau phản ứng.
Giải: nAl pư = 0,15 × 2/3 = 0,1 mol, tức 2,7 g (Al ban đầu 10 g ≈ 0,37 mol nên còn dư). Cu sinh ra 0,15 mol = 9,6 g. Khối lượng thanh = 10 – 2,7 + 9,6 = 16,9 g.
Bài 2. Cho 0,2 mol Al vào dung dịch chứa 0,15 mol Cu(NO3)2. Sau phản ứng hoàn toàn, tính khối lượng chất rắn và khối lượng muối trong dung dịch.
Giải: Al phản ứng 0,1 mol, dư 0,1 mol (2,7 g). Cu tạo ra 0,15 mol = 9,6 g. Chất rắn gồm Al dư và Cu: 2,7 + 9,6 = 12,3 g. Muối là Al(NO3)3 0,1 mol, khối lượng 0,1 × 213 = 21,3 g.
Bài 3. Cho Al vào dung dịch chứa đồng thời AgNO3 và Cu(NO3)2. Kim loại nào xuất hiện trước?
Giải: Ion Ag+ có tính oxi hoá mạnh hơn Cu2+ nên bị Al khử trước, Ag bám vào trước; khi Ag+ hết, Al (nếu còn) mới khử Cu2+.
Câu hỏi thường gặp
Al tác dụng với Cu(NO3)2 tạo ra chất gì?
Tạo ra muối nhôm nitrat Al(NO3)3 và đồng kim loại Cu: 2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Cu.
Hiện tượng khi cho nhôm vào dung dịch Cu(NO3)2 là gì?
Có chất rắn màu đỏ (đồng) bám lên thanh nhôm, dung dịch xanh lam nhạt dần đến không màu khi muối đồng hết.
Cu có phản ứng với Al(NO3)3 không?
Không. Đồng hoạt động hoá học yếu hơn nhôm nên không đẩy được nhôm ra khỏi dung dịch muối.
Phản ứng Al + Cu(NO3)2 thuộc loại phản ứng nào?
Là phản ứng thế và là phản ứng oxi hoá – khử: Al bị oxi hoá thành Al3+, Cu2+ bị khử thành Cu.