Cân bằng phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O và bài tập

Trong hóa học, việc cân bằng các phản ứng hóa học đóng vai trò quan trọng để xác định đúng sản phẩm và lượng chất tham gia. Một trong những phản ứng quan trọng và thường gặp là phản ứng giữa nhôm (Al) và axit nitric (HNO3), dẫn đến sản phẩm là Nitrate nhôm (Al(NO3)3), Amoni nitrate (NH4NO3) và Nước (H2O). Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về cách cân bằng phản ứng này và giải một số bài tập liên quan.

Bảng cân bằng phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Al + HNO3 (loãng) → Al(NO3)3 + N2O + H2O | Al ra Al(NO3)3 - Trường THCS Lê Quý Đôn

Phản ứng giữa nhôm và axit nitric có thể được biểu diễn bằng phương trình hóa học như sau:

Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Để cân bằng phương trình này, chúng ta cần xác định số nguyên tử các nguyên tố tham gia trên cả hai vế của phương trình.

Xác định số nguyên tử của các nguyên tố

  • Bên trái phương trình:
    • Al: 1 nguyên tử
    • H: 1 nguyên tử
    • N: 1 nguyên tử
    • O: 3 nguyên tử
  • Bên phải phương trình:
    • Al: 1 nguyên tử
    • N: 4 nguyên tử
    • O: 12 nguyên tử
    • H: 4 nguyên tử

Như vậy, phương trình chưa cân bằng và chúng ta cần tìm ra hệ số thích hợp để cân bằng.

Cân bằng phương trình

Để cân bằng phương trình, chúng ta cần điều chỉnh các hệ số như sau:

Al + 3HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + 3H2O

Trong đó:

  • Bên trái phương trình:
    • Al: 1 nguyên tử
    • H: 3 nguyên tử
    • N: 3 nguyên tử
    • O: 9 nguyên tử
  • Bên phải phương trình:
    • Al: 1 nguyên tử
    • N: 4 nguyên tử
    • O: 12 nguyên tử
    • H: 4 nguyên tử

Như vậy, phương trình đã được cân bằng về số nguyên tử các nguyên tố.

Ứng dụng của phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Phản ứng giữa nhôm và axit nitric có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và cuộc sống, cụ thể như sau:

Sản xuất muối nhôm nitrate

Muối nhôm nitrate (Al(NO3)3) là một trong những sản phẩm chính của phản ứng này. Muối này có nhiều ứng dụng như:

  • Làm chất oxy hóa trong thuốc nổ và pháo hoa.
  • Sử dụng trong sản xuất hóa chất, phân bón và các sản phẩm khác.
  • Là nguyên liệu trong các quá trình luyện kim và điện hóa.

Sản xuất phân bón amoni nitrate

Amoni nitrate (NH4NO3) cũng là một trong những sản phẩm chính của phản ứng. Đây là một loại phân bón quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp:

  • Cung cấp đồng thời nitrogen và nitơ cho cây trồng.
  • Có hiệu quả cao trong việc tăng năng suất cây trồng.
  • Dễ sử dụng, dễ hòa tan và dễ phân huỷ trong đất.

Sử dụng trong công nghiệp luyện kim

Phản ứng giữa nhôm và axit nitric còn được ứng dụng trong một số quy trình luyện kim:

  • Sử dụng để tách nhôm từ quặng bauxite.
  • Là một trong những phản ứng quan trọng trong quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại.
  • Được dùng để tẩy rửa và làm sạch bề mặt các sản phẩm bằng nhôm.

Ứng dụng trong hóa chất và công nghiệp

Ngoài các ứng dụng trên, phản ứng này còn có nhiều ứng dụng khác trong ngành hóa chất và công nghiệp:

  • Sử dụng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa nhóm nitro.
  • Là một trong những phản ứng quan trọng trong quá trình sản xuất các loại acid, kiềm và muối khác.
  • Ứng dụng trong sản xuất các loại pin, ắc quy và các thiết bị điện tử khác.

Giải bài tập cân bằng phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Để nắm vững cách cân bằng phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O, chúng ta sẽ giải một số bài tập điển hình.

Bài tập 1

Cho phản ứng: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Cân bằng phương trình này và tính:

  1. Số mol Al cần để phản ứng với 12 mol HNO3.
  2. Số mol Al(NO3)3 và NH4NO3 thu được.

Lời giải:

  1. Cân bằng phương trình: Al + 3HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + 3H2O

Từ phương trình cân bằng, ta thấy tỷ lệ mol của Al và HNO3 là 1:3.

Vậy số mol Al cần để phản ứng với 12 mol HNO3 là: Số mol Al = 12 mol HNO3 / 3 = 4 mol

  1. Số mol Al(NO3)3 và NH4NO3 thu được: Số mol Al(NO3)3 = Số mol Al = 4 mol Số mol NH4NO3 = Số mol Al = 4 mol

Bài tập 2

Cho phản ứng: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Nếu cho 8 g Al phản ứng hoàn toàn với axit HNO3, hãy tính:

  1. Số mol Al, HNO3, Al(NO3)3 và NH4NO3 tham gia phản ứng.
  2. Khối lượng của từng sản phẩm thu được.

Lời giải:

  1. Tính số mol Al tham gia phản ứng: Số mol Al = 8 g / 26,98 g/mol = 0,296 mol

Từ phương trình cân bằng, ta có: Số mol HNO3 = 3 × 0,296 mol = 0,888 mol Số mol Al(NO3)3 = 0,296 mol Số mol NH4NO3 = 0,296 mol

  1. Tính khối lượng của từng sản phẩm: Khối lượng Al(NO3)3 = 0,296 mol × 213 g/mol = 63,13 g Khối lượng NH4NO3 = 0,296 mol × 80 g/mol = 23,68 g

Bài tập 3

Cho phản ứng: Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Nếu có 50 g Al phản ứng với một lượng HNO3 dư, hãy tính:

  1. Khối lượng HNO3 cần thiết để phản ứng hoàn toàn.
  2. Khối lượng của từng sản phẩm thu được.

Lời giải:

  1. Tính số mol Al tham gia phản ứng: Số mol Al = 50 g / 26,98 g/mol = 1,85 mol

Từ phương trình cân bằng, ta có: Số mol HNO3 cần thiết = 3 × 1,85 mol = 5,55 mol Khối lượng HNO3 cần thiết = 5,55 mol × 63 g/mol = 349,65 g

  1. Tính khối lượng của từng sản phẩm: Khối lượng Al(NO3)3 = 1,85 mol × 213 g/mol = 393,55 g Khối lượng NH4NO3 = 1,85 mol × 80 g/mol = 148 g

Bài tập ứng dụng

Sau khi đã hiểu rõ về cách cân bằng phương trình phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O, chúng ta sẽ giải một số bài tập ứng dụng.

Bài tập 4

Trong một quy trình sản xuất, người ta cần tạo ra 500 kg muối nhôm nitrate (Al(NO3)3). Hãy tính:

  1. Số mol Al cần thiết.
  2. Số mol HNO3 cần thiết.
  3. Khối lượng NH4NO3 thu được.

Lời giải:

  1. Tính số mol Al cần thiết: Số mol Al(NO3)3 = 500 kg / 213 kg/mol = 2,35 mol Từ phương trình cân bằng, ta có: Số mol Al = Số mol Al(NO3)3 = 2,35 mol
  1. Tính số mol HNO3 cần thiết: Số mol HNO3 = 3 × Số mol Al = 3 × 2,35 mol = 7,05 mol
  1. Tính khối lượng NH4NO3 thu được: Số mol NH4NO3 = Số mol Al = 2,35 mol Khối lượng NH4NO3 = 2,35 mol × 80 g/mol = 188 kg

Bài tập 5

Trong một quy trình luyện kim, người ta cần tạo ra 100 kg nhôm kim loại bằng cách điện phân dung dịch muối nhôm nitrate (Al(NO3)3). Biết rằng hiệu suất của quá trình điện phân là 80%. Hãy tính:

  1. Số mol Al(NO3)3 cần thiết.
  2. Khối lượng HNO3 cần thiết để tạo ra số mol Al(NO3)3 trên.

Lời giải:

  1. Tính số mol Al cần thiết: Số mol Al = 100 kg / 26,98 kg/mol = 3,71 mol Với hiệu suất điện phân 80%, số mol Al(NO3)3 cần thiết là: Số mol Al(NO3)3 = 3,71 mol / 0,8 = 4,64 mol
  1. Tính khối lượng HNO3 cần thiết: Từ phương trình cân bằng, ta có: Số mol HNO3 = Số mol Al(NO3)3 / 3 = 4,64 mol / 3 = 1,55 mol Khối lượng HNO3 = 1,55 mol × 63 g/mol = 97,65 kg

Kết luận

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về cách cân bằng phản ứng giữa nhôm (Al) và axit nitric (HNO3), dẫn đến sản phẩm là Nitrate nhôm (Al(NO3)3), Amoni nitrate (NH4NO3) và Nước (H2O). Chúng ta đã làm rõ các bước cân bằng phương trình hóa học và tính toán số mol, khối lượng các chất tham gia và sản phẩm thu được. Bên cạnh đó, chúng ta cũng đã tìm hiểu về các ứng dụng quan trọng của phản ứng này trong công nghiệp và cuộc sống. Hy vọng rằng, những kiến thức và bài tập đã giúp các bạn nắm vững cách cân bằng phản ứng Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O.

Mọi thắc mắc quý khách hàng xin vui lòng gửi về số Hotline 1900.868644 hoặc địa chỉ email luathoanhut.vn@gmail.com để được giải đáp. Trân trọng!