Trả lời nhanh
Với HNO3 loãng: 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO↑. Với HNO3 đặc, nóng: P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O. Cả hai trường hợp photpho đều bị oxi hoá từ số oxi hoá 0 lên +5, còn HNO3 đóng vai trò chất oxi hoá mạnh.
Phản ứng P + HNO3 loãng
Photpho (đỏ hoặc trắng) là phi kim có tính khử. Khi gặp axit nitric, nó bị oxi hoá thành axit photphoric. Axit nitric loãng bị khử chủ yếu thành khí NO không màu, hoá nâu ngoài không khí.
3P + 5HNO3 (loãng) + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO↑ (đun nóng nhẹ)
- Điều kiện: đun nóng.
- Hiện tượng: photpho rắn tan dần, có khí không màu thoát ra rồi hoá nâu đỏ khi tiếp xúc với không khí (2NO + O2 → 2NO2).
- Lưu ý: nước xuất hiện ở vế trái, là chất tham gia. Đây là chỗ học sinh hay quên.
Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
Bước 1. Xác định số oxi hoá thay đổi: P: 0 → +5; N: +5 → +2.
Bước 2. Viết các quá trình cho – nhận electron:
- Chất khử: P0 → P+5 + 5e
- Chất oxi hoá: N+5 + 3e → N+2
Bước 3. Nhân hệ số để số electron cho bằng số electron nhận: 3 × (P cho 5e) và 5 × (N nhận 3e), cùng là 15e. Vậy 3P và 5HNO3 bị khử (tạo 5NO), cùng 3H3PO4.
Bước 4. Cân bằng H và O bằng H2O: vế phải có 9 nguyên tử H (3H3PO4), vế trái có 5 H trong HNO3, cần thêm 4 H, tức 2H2O. Kiểm tra O: vế trái 15 + 2 = 17; vế phải 12 + 5 = 17. ✓
Mẹo: trong phản ứng này toàn bộ gốc nitrat đều bị khử (không tạo muối), nên số HNO3 bằng số N trong sản phẩm khử, dễ kiểm tra.
Phản ứng P + HNO3 đặc: sản phẩm khác thế nào?
Slug của bài này là phản ứng tạo H3PO4, NO2 và H2O, tức trường hợp axit đặc:
P + 5HNO3 (đặc) → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O (đun nóng)
Ở đây N+5 chỉ nhận 1e thành N+4, còn P cho 5e, nên cần 5 phân tử HNO3 cho mỗi nguyên tử P. Hiện tượng: có khí màu nâu đỏ thoát ra ngay.
| Tiêu chí | HNO3 loãng | HNO3 đặc, nóng |
|---|---|---|
| Sản phẩm khử | NO (không màu) | NO2 (nâu đỏ) |
| Số e N nhận | 3 | 1 |
| Tỉ lệ P : HNO3 | 3 : 5 | 1 : 5 |
| Nước | Chất tham gia | Sản phẩm |
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là H3PO3 hoặc P2O5. Với axit nitric dư, P luôn lên mức oxi hoá cao nhất +5, tạo H3PO4.
- Viết muối photphat. Photpho không tạo muối nitrat vì là phi kim, nên không có gốc NO3– “đi theo” sản phẩm.
- Quên H2O ở vế trái khi dùng axit loãng.
- Nhầm loãng/đặc: khí nâu đỏ là NO2 (axit đặc), khí không màu hoá nâu trong không khí là NO (axit loãng).
Bài tập vận dụng
Bài 1. Cho 3,1 g photpho tác dụng hết với HNO3 đặc, nóng, dư. Tính thể tích NO2 (đktc).
Giải: n(P) = 3,1 : 31 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(NO2) = 5 × 0,1 = 0,5 mol, V = 0,5 × 22,4 = 11,2 lít.
Bài 2. Cũng 3,1 g P, nhưng dùng HNO3 loãng, dư. Tính thể tích NO (đktc).
Giải: 3P → 5NO nên n(NO) = 0,1 × 5/3 ≈ 0,1667 mol; V ≈ 0,1667 × 22,4 ≈ 3,73 lít. Cùng lượng P nhưng thể tích khí khác nhau vì số electron N nhận khác nhau.
Bài 3. Cần bao nhiêu mol HNO3 loãng để oxi hoá vừa hết 0,3 mol P?
Giải: 3 mol P cần 5 mol HNO3 nên 0,3 mol P cần 0,3 × 5/3 = 0,5 mol.
Ghi nhớ
Quy tắc chung: P → H3PO4 (cho 5e); HNO3 loãng → NO (nhận 3e); HNO3 đặc → NO2 (nhận 1e). Nắm vững ba con số 5, 3, 1 là cân bằng được phản ứng trong vài giây.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài sau: NO2 + O2 + H2O → HNO3: cân bằng phương trình, hiện tượng và bài tập.
Câu hỏi thường gặp
P tác dụng với HNO3 loãng tạo sản phẩm gì?
Tạo axit photphoric H3PO4 và khí NO: 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO↑, phản ứng cần đun nóng.
P + HNO3 đặc tạo khí gì?
Tạo khí NO2 màu nâu đỏ: P + 5HNO3 (đặc) → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O khi đun nóng.
Vì sao P + HNO3 loãng cần thêm H2O ở vế trái?
Vì sau khi cân bằng electron, số nguyên tử H và O ở hai vế chưa bằng nhau; cần thêm 2H2O vào vế trái để cân bằng H và O.
P có tạo muối nitrat với HNO3 không?
Không. P là phi kim nên bị oxi hoá thành axit H3PO4, toàn bộ HNO3 phản ứng đóng vai trò chất oxi hoá.