Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + NO2 + H2O: cân bằng phương trình và bài tập
Lớp 11Hóa học

Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + NO2 + H2O: cân bằng phương trình và bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình đúng: Ca + 4HNO3 (đặc) → Ca(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O. Canxi là kim loại hoạt động mạnh, bị HNO3 đặc oxi hoá lên Ca2+, còn N+5 bị khử xuống N+4 trong khí NO2 màu nâu đỏ. Hệ số cân bằng là 1 : 4 : 1 : 2 : 2.

Phương trình phản ứng Ca tác dụng HNO3 đặc

Ca + 4HNO3 (đặc) → Ca(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

  • Điều kiện: dùng dung dịch HNO3 đặc, phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường.
  • Hiện tượng: mẩu canxi tan dần, sủi bọt mạnh, thoát ra khí màu nâu đỏ (NO2), phản ứng toả nhiệt nhiều; dung dịch thu được trong suốt chứa Ca(NO3)2.
  • Loại phản ứng: oxi hoá – khử; HNO3 vừa là chất oxi hoá vừa là môi trường tạo muối.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Ca0 → Ca+2; N+5 → N+4.
  2. Viết quá trình cho – nhận:

    Ca0 → Ca+2 + 2e (chất khử, bị oxi hoá)

    N+5 + 1e → N+4 (chất oxi hoá, bị khử)
  3. Cân bằng số electron: nhân quá trình nhận với 2, được 1 Ca ứng với 2 NO2.
  4. Đặt hệ số: Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + 2NO2 + H2O. Số N tạo muối là 2, số N bị khử là 2, nên cần 4HNO3.
  5. Cân bằng H và O: 4H ở vế trái nên có 2H2O ở vế phải.

Kiểm tra O: vế trái 4 × 3 = 12; vế phải 6 (trong Ca(NO3)2) + 4 (2NO2) + 2 (2H2O) = 12. Cân bằng đúng.

Vì sao 4 phân tử HNO3 chỉ có 2 phân tử bị khử?

Trong phản ứng của kim loại với HNO3, axit đóng hai vai trò. Một phần N+5 bị khử thành khí (ở đây là 2 phân tử), phần còn lại giữ nguyên số oxi hoá và đi vào gốc NO3– của muối (2 gốc cho 1 Ca2+). Nhớ nhanh: số mol HNO3 phản ứng = số mol NO3– trong muối + số mol N trong sản phẩm khử.

Ca + HNO3 loãng: sản phẩm khử thay đổi theo nồng độ

Canxi khử rất mạnh nên với HNO3 loãng, N+5 có thể bị khử sâu hơn. Tuỳ nồng độ axit, ta gặp các phương trình sau:

Sản phẩm khử Phương trình
NO2 (axit đặc) Ca + 4HNO3 → Ca(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
NO 3Ca + 8HNO3 → 3Ca(NO3)2 + 2NO + 4H2O
N2O 4Ca + 10HNO3 → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O
N2 5Ca + 12HNO3 → 5Ca(NO3)2 + N2 + 6H2O
NH4NO3 4Ca + 10HNO3 → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Quy luật: axit càng loãng và kim loại càng mạnh thì N càng bị khử xuống số oxi hoá thấp (+4 → +2 → +1 → 0 → –3). Ở bài thi, đề thường cho sẵn khí thoát ra để bạn chọn đúng phương trình.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là H2: HNO3 là axit có tính oxi hoá mạnh của N+5, không giải phóng H2 khi tác dụng với kim loại như HCl hay H2SO4 loãng.
  • Quên phần HNO3 làm môi trường: chỉ viết 2HNO3 rồi không cân bằng được N.
  • Không để ý nước: Ca cũng phản ứng được với nước, nhưng trong dung dịch axit thì phản ứng với axit chiếm ưu thế. Nếu axit hết mà còn Ca dư, Ca tiếp tục tác dụng với nước tạo Ca(OH)2 và H2.
  • Nhầm chất khử, chất oxi hoá: Ca là chất khử; HNO3 là chất oxi hoá.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Cho 4,0 gam Ca tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 đặc dư, sinh ra khí NO2 là sản phẩm khử duy nhất. Tính thể tích khí ở đktc và khối lượng muối.

Lời giải: nCa = 4,0 : 40 = 0,1 mol. Theo phương trình, nNO2 = 2nCa = 0,2 mol, nên V = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít. nCa(NO3)2 = 0,1 mol, M = 164 g/mol nên m = 16,4 gam.

Bài 2. Nếu cũng 0,1 mol Ca nhưng phản ứng với HNO3 loãng tạo N2O là sản phẩm khử duy nhất thì thu được bao nhiêu lít khí (đktc)?

Lời giải: Theo phương trình 4Ca → 1N2O, nên nN2O = 0,1 : 4 = 0,025 mol, V = 0,025 × 22,4 = 0,56 lít. Có thể kiểm tra bằng bảo toàn electron: Ca cho 0,2 mol e, mỗi N2O nhận 8e, nên 0,2 : 8 = 0,025 mol.

Bài 3. Hoàn thành và cân bằng: Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + N2 + H2O.

Đáp án: 5Ca + 12HNO3 → 5Ca(NO3)2 + N2 + 6H2O. (Ca cho 2e, 2N+5 nhận 10e nên nhân Ca với 5.)

Ghi nhớ

  • Với HNO3 đặc: Ca + 4HNO3 → Ca(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
  • Khí NO2 màu nâu đỏ, độc, cần làm trong tủ hút hoặc có biện pháp hấp thụ khí.
  • Kim loại mạnh như Ca, Mg, Al, Zn với HNO3 loãng có thể tạo N2O, N2 hoặc NH4NO3.

Câu hỏi thường gặp

Ca tác dụng với HNO3 đặc tạo sản phẩm gì?

Tạo canxi nitrat Ca(NO3)2, khí NO2 màu nâu đỏ và nước theo phương trình Ca + 4HNO3 → Ca(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

Hiện tượng khi cho Ca vào dung dịch HNO3 đặc là gì?

Mẩu Ca tan dần, sủi bọt mạnh, có khí màu nâu đỏ thoát ra và phản ứng toả nhiều nhiệt; dung dịch sau phản ứng trong suốt.

Ca tác dụng HNO3 loãng có tạo NO2 không?

Thường không. Với HNO3 loãng, Ca có thể khử N+5 xuống NO, N2O, N2 hoặc NH4NO3 tuỳ nồng độ axit; đề bài sẽ cho biết sản phẩm khử cụ thể.

Trong phản ứng Ca + HNO3, chất nào là chất khử, chất oxi hoá?

Ca là chất khử (Ca0 → Ca2+ + 2e), HNO3 là chất oxi hoá (N+5 + 1e → N+4 trong NO2).

Bài học liên quan