Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + N2 + H2O: cân bằng

Trả lời nhanh

Phương trình đã cân bằng: 5Mg + 12HNO₃ → 5Mg(NO₃)₂ + N₂↑ + 6H₂O. Mg là kim loại khử mạnh nên khi tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng có thể khử N⁺⁵ xuống N₂. Hiện tượng: Mg tan dần, có bọt khí không màu thoát ra, dung dịch không màu.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Xác định số oxi hóa thay đổi. Mg: 0 → +2 (nhường 2e). N: +5 → 0 trong N₂.
Viết các quá trình.
Mg⁰ → Mg⁺² + 2e
2N⁺⁵ + 10e → N₂⁰
Cân bằng electron. Nhân quá trình oxi hóa với 5 và quá trình khử với 1: 5Mg → 5Mg⁺² + 10e; 2N⁺⁵ + 10e → N₂.
Đặt hệ số. 5Mg + HNO₃ → 5Mg(NO₃)₂ + N₂ + H₂O. Số N trong HNO₃ gồm 10 (tạo muối) + 2 (tạo N₂) = 12.
Cân bằng H và O. 12HNO₃ cho 12H nên có 6H₂O. Kiểm tra O: 36 = 30 + 6.

Kết quả: 5Mg + 12HNO₃ → 5Mg(NO₃)₂ + N₂↑ + 6H₂O. Vai trò: Mg là chất khử; HNO₃ vừa là chất oxi hóa (2 trong 12 phân tử), vừa là môi trường tạo muối (10 trong 12 phân tử).

Sản phẩm khử phụ thuộc nồng độ acid

HNO₃ có thể bị khử đến nhiều dạng khác nhau. Với Mg, kim loại khử mạnh, tùy nồng độ acid và nhiệt độ mà sản phẩm khử có thể thay đổi:

Điều kiện	Phương trình
HNO₃ đặc	Mg + 4HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
HNO₃ loãng (sinh NO)	3Mg + 8HNO₃ → 3Mg(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
HNO₃ loãng hơn (sinh N₂O)	4Mg + 10HNO₃ → 4Mg(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O
HNO₃ rất loãng (sinh N₂)	5Mg + 12HNO₃ → 5Mg(NO₃)₂ + N₂↑ + 6H₂O
HNO₃ rất loãng (sinh NH₄NO₃)	4Mg + 10HNO₃ → 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Quy luật chung: acid càng loãng và kim loại càng mạnh thì N⁺⁵ càng bị khử sâu (NO₂ → NO → N₂O → N₂ → NH₄⁺). Đề thường nói rõ sản phẩm khử nên bạn chỉ cần viết đúng theo đề.

Hiện tượng nhận biết

Mẩu Mg tan dần.
Khí N₂ không màu, không mùi thoát ra, ít tan trong nước.
Dung dịch thu được trong suốt, không màu do chứa Mg(NO₃)₂.

Chú ý: nếu sản phẩm là NO thì khí không màu hóa nâu trong không khí; nếu là NO₂ thì khí màu nâu đỏ ngay từ đầu.

Vai trò của HNO₃ và bảo toàn electron

Trong 12 phân tử HNO₃ tham gia, chỉ có 2 phân tử đóng vai trò chất oxi hóa (tạo N₂), 10 phân tử còn lại giữ nguyên số oxi hóa +5 để tạo ion NO₃⁻ trong muối. Khi giải bài tập, ta có hai công thức hay dùng:

Số mol electron kim loại nhường = số mol electron mà N⁺⁵ nhận: với Mg là 2·n(Mg), với N₂ là 10·n(N₂).
Số mol HNO₃ phản ứng = số mol NO₃⁻ tạo muối + số mol N trong sản phẩm khử. Với phản ứng này: 2·n(Mg) + 2·n(N₂).

Nếu số mol electron kim loại nhường lớn hơn số mol electron mà các khí thu được nhận, hãy nghĩ ngay tới sản phẩm khử thứ ba là NH₄NO₃ (mỗi phân tử nhận 8 electron). Đây là điểm bẫy rất quen thuộc ở các đề có kim loại mạnh như Mg, Al, Zn.

Lỗi sai thường gặp

Cho rằng HNO₃ chỉ đóng vai trò chất oxi hóa, quên phần tạo muối nitrate.
Quên rằng HNO₃ đặc nguội chỉ làm thụ động Al, Fe, Cr; Mg không bị thụ động.
Nhầm hệ số khi có đồng thời nhiều sản phẩm khử, cần dùng định luật bảo toàn electron.

Luyện tập

Hòa tan hoàn toàn 1,2 gam Mg trong dung dịch HNO₃ loãng chỉ thu được N₂. Tính thể tích N₂ (điều kiện tiêu chuẩn). Đáp án: n(Mg) = 0,05 mol, cho 0,1 mol electron; n(N₂) = 0,1 : 10 = 0,01 mol; V = 0,224 lít.
Tính số mol HNO₃ đã phản ứng ở câu 1. Đáp án: 0,05 × 12 : 5 = 0,12 mol.
Xác định chất khử và chất oxi hóa trong phản ứng. Đáp án: chất khử là Mg, chất oxi hóa là HNO₃.
Cho 4,8 gam Mg tan hoàn toàn trong dung dịch HNO₃ loãng, thu được 0,672 lít N₂ (đktc) và dung dịch X. Tính khối lượng muối trong X. Đáp án: n(Mg) = 0,2 mol cho 0,4 mol electron; N₂ (0,03 mol) nhận 0,3 mol electron, vậy còn 0,1 mol electron do NH₄NO₃ nhận: n(NH₄NO₃) = 0,1 : 8 = 0,0125 mol. Khối lượng muối = 0,2 × 148 + 0,0125 × 80 = 30,6 gam.

Câu hỏi thường gặp

Phương trình Mg + HNO3 tạo N2 được cân bằng thế nào?

5Mg + 12HNO3 → 5Mg(NO3)2 + N2 + 6H2O, dùng phương pháp thăng bằng electron.

Mg có bị thụ động trong HNO3 đặc nguội không?

Không. Chỉ Al, Fe, Cr bị thụ động trong HNO3 đặc nguội; Mg vẫn phản ứng.

Mg tác dụng với HNO3 có thể tạo những sản phẩm khử nào?

Tùy nồng độ acid: NO2, NO, N2O, N2 hoặc NH4NO3.

Trong phản ứng, HNO3 đóng vai trò gì?

Vừa là chất oxi hóa (phần tạo N2) vừa là môi trường tạo muối nitrate (phần tạo Mg(NO3)2).