Viết các phản ứng oxi hóa khử thường gặp (các chất oxi hóa, chất khử thường gặp)

Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 169 Chương trình Hóa học VẤN ĐỀ III HÓA VÔ CƠ VIẾT CÁC PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ THƯỜNG GẶP (CÁC CHẤT OXI HÓA, CHẤT KHỬ THƯỜNG GẶP) Để viết được các phản ứng oxi hóa khử thì chúng ta cần biết một số chất oxi hóa và một số chất khử thường gặp. Chất oxi hóa sau khi bị khử thì tạo thành chất khử liên hợp (chất khử tương ứng); Cũng như chất khử sau khi bị oxi hóa thì tạo thành chất khử liên hợp (chất khử tương ứng). Ta phải biết các chất khử và chất oxi hóa tương ứng thì mới viết được phản ứng oxi hóa khử. I. Các chất oxi hóa thường gặp I.1. Các hợp chất của mangan: KMnO4, K2MnO4, MnO2 (MnO4-, MnO42-, MnO2) +7 +6 +4 - KMnO4, K2MnO4, MnO2 trong môi trường axit (H+) thường bị khử thành muối +2 Mn2+ Thí dụ: +7 +2 +2 +3 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O Kali pemanganat Sắt (II) sunfat Mangan (II) sunfat Sắt (III) sunfat Thuốc tím (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 +3 +2 +5 2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2O Kali nitrit Kali nitrat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 +4 +2 +6 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O Kali sunfit Kali sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 +2 +2 +3 K2MnO4 + 4FeSO4 + 4H2SO4 → MnSO4 + 2Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O Kali manganat Sắt (II) sunfat Managan (II) sun fat Sắt (III) sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +4 -1 +2 0 MnO 2 + 4HCl(đ) → 0t MnCl2 + Cl2 + 2H2O Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 170 Mangan đioxit Axit clohđric (đặc) Mangan(II) clorua Khí clo (Chất oxi hóa) (Chất khử) +4 +2 +2 +3 MnO2 + 2FeSO4 + 2H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2O Mangan đioxit Sắt (II) sunfat Mangan (II) sunfat Sắt (III) sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 -1 +2 0 2KMnO4 + 10NaCl + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Cl2 + K2SO 4 + 5Na2SO4 + 8H2O Kali pemanganat Nat ri clorua Mangan (II) sunfat Khí clo (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 -1 +2 0 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O Kali pemanganat Axit clohđric Mangan (II) clorua Khí clo (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 +2 +2 +3 MnO 4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O Ion pemanganat Ion sắt (II) Ion mangan (II) Ion sắt (III) (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 -3 +2 +5 8KMnO4 + 5PH3 + 12H2SO4 → 8MnSO4 + 5H3PO4 + 4K2SO4 + 12H2O Kali pemanganat Photphin Mangan (II) sunfat Axit sunfuric (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 0 +2 +2 2KMnO4 + 5Zn + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5ZnSO4 + K2SO4 + 8H2O Kẽm +7 +3 +3 +2 +4 2KMnO4 + 5HOOC-COOH + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 10CO2 + K2SO4 + 8H2O Axit oxalic Khí cacbonic (Chất oxi hóa) (Chất khử) - KMnO4 trong môi trường trung tính (H2O) thường bị khử thành mangan đioxit (MnO2) Thí du: +7 +4 +4 +6 2KMnO4 + 4K2SO3 + H2O → MnO2 + K2SO4 + KOH Kali pemanganat Kali sunfit Man ganđioxit Kali sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 +2 +4 2KMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O → 5MnO2 + K2SO4 + 2H2SO4 Kali pemanganat Mangan (II) sunfat Mangan đioxit (Chất oxi hóa) (Chất khử) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 171 +7 -1 +4 0 2KMnO4 + 3H2O2 → 2MnO2 + 3O2 + 2KOH + 2H2O Hiđro peoxit Mangan đioxit Khí oxi (Chất oxi hóa) (Chất khử) - KMnO4 trong môi trường bazơ (OH-) thường bị khử tạo K2MnO4 Thí dụ: +7 +4 +6 +4 2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O Kali pemanganat Kali sunfit Kali manganat Kali sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 +3 +3 +6 +4 2KMnO4 + KOOC-COOK + 2KOH → 2K2MnO4 + 2KHCO3 Kali pemanganat Kali oxalat Kali manganat Kali cacbonat axit (Chất oxi hóa) (Chất khử) +7 -2 +6 0 2KMnO4 + 2KOH → 2K2MnO4 + 2 1 O2 + H2O Kali pemanganat Kali manganat Oxi (Chất oxi hóa cũng là chất khử) (Phản ứng oxi hóa khử nội phân tử) Ghi chú G.1. KMnO4 trong môi trường axit (thường là H2SO4) có tính oxi hóa rất mạnh, nên nó dễ bị mất màu tím bởi nhiều chất khử như: Fe2+; FeO; Fe3O4; SO2; SO32-; H2S; S2-; NaCl; HCl; KBr, HBr, HI; KI; Cl-; Br-; I-; NO2-; Anken; Ankin; Ankađien; Aren đồng đẳng benzen; … Thí dụ: +4 +7 +6 +2 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2H2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 Khí sunfurơ Kali pemanganat Axit sunfuric Mangan (II) sunfat (Chất khử) (Chất oxi hóa) Khí sunfurơ làm mất màu tím của dung dịch KMnO4 (dung dịch thuốc tím), trong đó SO2 đóng vai trò chất khử. Khí SO2 và CO2 đều làm đục nước vôi trong (vì có tạo chất không tan CaSO3, CaCO3), nhưng CO2 không làm mất màu dung dịch KMnO4. G.2. Để làm môi trường axit (H+) cho các chất oxi hóa thì người ta thường dùng H2SO4 hay H3PO4 mà không dùng các axit HCl, HBr, HI vì các axit này ngoài sự cung cấp H+, chúng còn đóng vai trò chất khử (Cl-, Br-, I-). Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 172 G.3. KMnO4 có thể đóng vai trò chất oxi hóa trong môi trường axit (H+), bazơ (OH-) hoặc trung tính (H2O). Còn K2MnO4, MnO2 chỉ có thể đóng vai trò chất oxi hóa trong môi trường axit. G.4. Người ta dùng KMnO4 trong dung dịch KOH đậm đặc để rửa dụng cụ thủy tinh. II.2. Hợp chất của crom: K2Cr2O7; K2CrO4 (Cr2O72-; CrO42-) K2Cr2O7 (Kali đicromat; Kali bicromat), K2CrO4 (Kali cromat) trong môi trường axit (H+) thường bị khử thành muối crom (III) (Cr3+) Thí dụ: +6 +2 +3 +3 K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O Kali đicromat Sắt (II) sunfat Crom (III) sunfat Sắt (III) sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 +4 +3 +6 K2Cr2O7 + 3K2SO3 + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 4H2O Kali đicromat Kali sunfit Crom (III) sunfat Kali sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 -1 +3 0 K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O Kali đicromat Kali iođua Crom (III) sunfat Iot (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 -2 +3 0 K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 7H2O Kali đicromat Hiđ ro sun fua Crom (III) sunfat Lưu huỳnh (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 -1 +3 0 K2Cr2O7 + 14HBr → 2CrBr3 + 3Br2 + 2KBr + 7H2O Kali đicromat Axit bromhđric Crom (III) bromua Brom Kali bromua (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 -1 +3 0 K2Cr2O7 + 14HCl → 2CrCl3 + 3Cl2 + 2KCl + 7H2O Kali đicromat Axit clohiđric Crom (III) clorua Clo Kali clorua (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 +2 +3 +4 K2Cr2O7 + 3SnCl2 + 14HCl → 2CrCl3 + 3SnCl4 + 2KCl + 7H2O Kali đicromat Thiếc (II) clorua Axit clohiđric Crom (III) clorua Thiếc (IV) clorua (Chất oxi hóa) (Chất khử) +6 -1 +3 +1 K2Cr2O7 + 3CH3CH2OH + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3CH3CHO + K2SO4 + 7H2O Kali đicromat Rượu etylic Crom (III) sunfat Anđehit axetic (Chất oxi hóa) (Chất khử) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 173 +6 +4 +3 +6 K2Cr2O7 + 3SO2 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Kali đicromat Khí sunfurơ Crom (III) sunfat Kali sunfat (Chất oxi hóa) (Chất khử) Ghi chú G.1. Trong các phản ứng trên, màu đỏ da cam của dung dịch K2Cr2O7 trở thành màu tím của ion Cr3+ trong nước. Do đó trong hóa phân tích, K2Cr2O7 trong môi trường axit thường được dùng làm chất oxi hóa để chuẩn độ các chất khử (Căn cứ sự mất màu vừa đủ dung dịch K2Cr2O7 sẽ biết được lượng K2Cr2O7 phản ứng vừa đủ và từ đó biết được nồng độ của dung dịch chất khử cần xác định) G.2. Người ta thường dùng hỗn hợp gồm hai thể tích bằng nhau của dung dịch axit sunfuric đậm đặc (H2SO4) và dung dịch bão hòa kali đicromat (K2Cr2O7), gọi là hỗn hợp sunfocromic hay hỗn hợp cromic, để súc các chai lọ thủy tinh. Dung dịch này tẩy mỡ, cũng như các chất hữu cơ bám vào thành thủy tinh, nhờ tính oxi hóa mạnh của dung dịch này. G.3. Trong môi trường trung tính, muối cromat (CrO42-) thường bị khử tạo crom (III) hiđroxit (Cr(OH)3) Thí dụ: +6 -2 +3 0 2KCrO4 + 3(NH4)2S + 2H2O → 2Cr(OH)3 + 3S + 6NH3 + 4KOH Kali cromat Amoni sunfua Crom (III) hiđroxit Lưu huỳnh (Chất oxi hóa) (Chất khử) G.4. Người ta dùng CrO3 (Crom (VI) oxit, Anhiđrit cromic, chất rắn có màu đỏ thẫm) trong dụng cụ thử độ cồn của tài xế. CrO3 oxi hóa hơi rượu etylic (CH3CH2OH) tạo anđehit axetic (CH3CHO), còn CrO3 bị khử tạo crom (III) oxit (Cr2O3, chất rắn có màu xanh thẫm). Căn cứ vào mức độ đổi màu hay không đổi màu của CrO3 mà cảnh sát giao thông biết được người lái xe đã uống rượu nhiều, ít hay không uống rượu. +6 -1 +3 +1 2CrO3 + 3CH3CH2OH → Cr2O3 + 3CH3CHO + 3H2O Anhiđrit cromic Etanol Crom (III) oxit Eta nal (Đỏ thẫm) (Xanh thẫm) (Chất oxi hóa) (Chất khử) G.4. Giữa đicromat (Cr2O72-, màu đỏ da cam) và cromat (CrO42-, có màu vàng tươi) trong dung dịch (nước, H2O) có sự cân bằng do sự thủy phân như sau: Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ Đicromat Cromat (màu đỏ da cam) (màu vàng) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 174 Do đó khi cho a xit (H+, như HCl) vào một dung dịch cromat (CrO42-, như K2CrO4) thì thấy dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ da cam. Nguyên nhân là khi thêm axit vào thì nồng độ ion H+ tăng lên, nên theo nguyên lý dịch chuyển cân bằng Le Châtelier, thì cân bằng dịch chuyển theo chiều làm hạ nồng độ ion H+ xuống, tức theo chiều ion H+ kết hợp ion cromat để tạo ion đicromat vì thế ta thấy dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ da cam. Còn khi thêm bazơ (OH-, như NaOH) vào dung dịch đicromat (Cr2O72-, như K2Cr2O7) thì thấy dung dịch chuyển từ màu đỏ da cam ra màu vàng. Nguyên nhân là khi thêm OH- vào thì ion OH- sẽ kết hợp ion H+ (tạo chất không điện ly H2O) khiến cho nồng độ ion H+ trong dung dịch giảm, nên theo nguyên lý dịch chuyển cân bằng, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự giảm ion H+, tức là chiều tạo ion H+, cũng là chiều tạo cromat, vì thế ta thấy dung dịch chuyển từ màu đỏ da cam ra màu vàng tươi. 2K2CrO4 + 2HCl → K2Cr2O7 + 2KCl + H2O (Màu đỏ da cam) (Màu vàng tươi) K2Cr2O7 + 2NaOH → K2CrO4 + Na2CrO4 + H2O (Màu đỏ da cam) Natri cromat (Màu vàng tươi) 2Na2CrO4 + H2SO4 → Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O Natri cromat Natri đicromat Na2Cr2O7 + 2KOH → Na2CrO4 + K2CrO4 + H2O G.5. Khi cho dung dịch muối bari (Ba2+, như BaCl2, Ba(NO3)2) vào dung dịch cromat (CrO42-) hay dung dịch đicromat (Cr2O72-) đều thu được kết tủa màu vàng bari cromat (BaCrO4). Không thu được bari đicromat (BaCr2O7) vì chất này tan trong nước. Và vì có tạo kết tủa BaCrO4, nên nồng độ CrO42- giảm, nên cân bằng dịch chuyển từ Cr2O72- thành CrO42- (nếu cho Ba2+ vào Cr2O72-, coi sự cân bằng giữa đicromat và cromat ở ghi chú 4 trên). BaCl2 + K2CrO4 → BaCrO4 + 2KCl Bari clorua Kali cromat Bari cromat Kali clorua BaCl2 + K2Cr2O7 + H2O → BaCrO4 + K2CrO4 + 2HCl Bari clorua Kali đicromat Bari cromat Kali cromat Axit clohiđric Ba(NO3)2 + Na2Cr2O7 + H2O → BaCrO4 + Na2CrO4 + 2HNO3 Bari nitrat Natri đicromat Bari cromat Natri cromat Axit nitric I.3. Axit nitric (HNO3), muối nitrat trong môi trường axit (NO3-/H+) +5 +4 - HNO3 đậm đặc thường bị khử tạo khí màu nâu nitơ đioxit NO2. Các chất khử thường bị HNO3 oxi hóa là: các kim loại, các oxit kim loại có số oxi hóa trung gian (FeO, Fe3O4), một số phi kim (C, S, P), một số hợp chất của phi kim có số oxi hóa thấp nhất Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 175 hay trung gian (H2S, SO2, SO32-, HI), một số hợp chất của kim loại trong đó kim loại có số oxi hóa trung gian (Fe2+, Fe(OH)2 Thí dụ: 0 +5 +3 +4 Fe + 6HNO3 (đ, nóng) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Sắt Axit ntric Sắt (III) nitrat Nitơ đioxit (Chất khử) (Chất oxi hóa) (Khí có mùi hắc, màu nâu) Trong 6 phân tử HNO3 trên thì chỉ có 3 phân tử là chất oxi hóa, còn 3 phân tử tạo môi trường axit, tạo muối nitrat. +2 +5 +3 +4 FeO + 4HNO3(đ) → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O Sắt (II) oxit +8/3 +5 +3 +4 Fe3O4 + 10HNO3(đ) → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O Sắt từ oxit (Chất khử) (Chất oxi hóa) (1 phân tử HNO3 là chất o xi hóa, 9 phân tử tham gia trao đổi) +2 +5 +3 +4 Fe(OH)2 + 4HNO3(đ) → Fe(NO3)3 + NO2 + 3H2O Sắt (II) hiđroxit Sắt (III) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) (1 phân tử HNO3 là chất oxi hóa, 3 phân tử trao đổi, tạo môi trường axit) 0 +5 +4 +4 C + 4HNO3(đ) → 0t CO2 + 4NO2 + 2H2O Cacbon Khí cacbonic Nitơ đioxit (Chất khử) (Chất oxi hóa) (Cho từng giọt dd HNO3 đậm đặc vào than nung nóng, than bùng cháy) 0 +5 +6 +4 S + 6HNO3(đ) → 0t H2SO4 + 6NO2 + 2H2O Lưu huỳnh Axit nitric Axit sunfuric Nitơ đioxit (Chất khử) (Chất oxi hóa) (Cho bột lưu huỳnh vào dd HNO3 đậm đặc đã được đun nhẹ, thấy bột lưu huỳnh tan nhanh và có khí màu nâu đỏ bay ra) 0 +5 +5 +4 P + 5HNO3(đ) → 0t H3PO4 + 5NO2 + H2O Photpho Axit photphoric (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +5 +1 +4 Ag + 2HNO3(đ) → AgNO3 + NO2 + H2O Bạc Bạc nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 176 0 +5 +2 +4 Cu + 4HNO3(đ) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Đồng Đồng (II) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +5 +2 +4 Pb + 4HNO3(đ) → Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Chì Chì (II) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) Al + 6HNO3(đ, nóng) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O +5 +2 - HNO3 loãng thường bị khử thành NO (khí nitơ oxit). Các chất khử thường gặp là: các kim loại, các oxit kim loại hay hợp chất kim loại có số oxi hóa trung gian (FeO, Fe(OH)2, Fe3O4, Fe2+), một số phi kim (S, C, P), một số hợp chất của phi kim trong đó phi kim có số oxi hoá thấp nhất có số oxi hóa trung gian (NO2-, SO32-). Thí dụ: 0 +5 +3 +2 Fe + 4HNO3(l) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O Bột sắt Axit nitric (loãng) Sắt (III) nitrat Nitơ oxit (Chất khử) (Chất oxi hóa) (Khí không có, không không có màu) +2 +5 +3 +2 3Fe(OH)2 + 10HNO3(l) → 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O Sắt (II) hiđroxit Sắt (III) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) +2 +5 +3 +2 3FeO + 10HNO3(l) → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O Sắt (II) oxit Sắt (III) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) +8/3 +5 +3 +2 3Fe3O4 + 28HNO3(l) → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O Sắt từ oxit (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +5 +3 +2 Cr + 4HNO3(l) → Cr(NO3)3 + NO + 2H2O Crom Crom (III) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +5 +2 +2 3Cu + 8HNO3(l) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Đồng Đồng (II) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 177 0 +5 +1 +2 3Ag + 4HNO3(l) → 3AgNO3 + NO + 2H2O Bạc Bạc nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +5 +2 +2 3Hg + 8HNO3(l) → 3Hg(NO3)2 + 2NO + 4H2O Thủy ngân Thủy ngân (II) nitrat (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +5 +6 +2 S + 2HNO3(l) → H2SO4 + 2NO Lưu huỳnh Axit nitric (loãng) Axit sunfuric Nitơ oxit 0 +5 +5 +2 3P + 5HNO3(l) + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO Photpho Axit nitric (loãng) Axit photphoric (Chất khử) (Chất oxi hóa) - Muối nitrat trong môi trường axit (NO3-/H+) giống như HNO3 loãng, nên nó oxi hóa được các kim loại tạo muối, NO3- bị khử tạo khí NO, đồng thời có sự tạo nước (H2O) Thí dụ: 0 +5 +2 +2 3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Đồng Muối nitrat trong môi trường axit Muối đồng (II) (Chất khử) (Chất oxi hóa) (Dung dịch có màu xanh lam) Khí NO không màu thoát ra kết hợp với O2 (của không khí) tạo khí NO2 có màu nâu đỏ 0 +5 +2 +2 3Cu + 2NaNO3 + 8HCl → 3CuCl2 + 2NO + 2NaCl + 4H2O 0 +5 +2 +2 3Cu + Cu(NO3)2 + 8HCl → 4CuCl2 + 2NO + 4H2O Chất khử Chất oxi hóa Ghi chú G.1. Ba kim loại sắt (Fe), nhôm (Al) và crom (Cr) không bị hòa tan trong dung dịch axit nitric đậm đặc nguội (HNO3 đ, nguội) cũng như trong dung dịch axit sunfuric đậm đặc nguội (H2SO4 đ, nguội) (bị thụ động hóa, bị trơ). Fe, Al, Cr HNO3(đ, nguội) Fe, Al, Cr H2SO4(đ, nguội) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 178 G.2. Để nhận biết muối nitrat, người ta cho vài giọt dung dịch axit thông thường (như H2SO4 loãng, HCl) vào, sau đó cho miếng kim loại đồng vào, nếu thấy tạo dung dịch màu xanh lam và có khí màu nâu bay ra thì chứng tỏ dung dịch lúc đầu có chứa muối nitrat ((NO3-). G.3. Các kim loại mạnh như magie (Mg), nhôm (Al), kẽm (Zn) không những khử +5 +4 +2 +1 0 -3 HNO3 tạo NO2, NO, mà có thể tạo N2O, N2, NH4NO3. Dung dịch HNO3 càng loãng thì bị khử tạo hợp chất của N hay đơn chất của N có số oxi hóa càng thấp. Thí dụ: Al + HNO3(đ, nguội) Al + 6HNO3(đ, nóng) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Al + 4HNO3(l) → Al(NO3)3 + NO + 2H2O 8Al + 30HNO3(khá loãng) → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O 10Al + 36HNO3(rất loãng) → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O 8Al + 30HNO3(quá loãng) → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O G.4. Dung dịch HNO3 rất loãng và lạnh có tác dụng như một axit thông thường (tác nhân oxi hóa là ion H+) Thí dụ: Al + 3HNO3(rất loãng) lạnh Al(NO3)3 + 2 3 H2 Fe + 2HNO3(rất loãng) lạnh Fe(NO3)2 + H2 G.5. Một kim loại tác dụng dung dịch HNO3 tạo các khí khác nhau, tổng quát mỗi khí ứng với một phản ứng riêng. Chỉ khi nào biết tỉ lệ số mol các khí này thì mới viết chung các khí trong cùng một phản ứng với tỉ lệ số mol khí tương ứng. Bài tập 80 Cho m gam bột kim loại kẽm hòa tan hết trong dung dịch HNO3, thu được 13,44 lít hỗn hợp ba khí là NO2, NO và N2O. Dẫn lượng khí trên qua dung dịch xút dư, có 11,2 lít hỗn hợp khí thoát ra. Cho lượng khí này trộn với không khí dư (coi không khí chỉ gồm oxi và nitơ) để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó cho hấp thụ lượng khí màu nâu thu được vào dung dịch KOH dư, thu được dung dịch D. Dung dịch D làm mất màu vừa đủ 100 ml dung dịch KMnO4 0,4M trong môi trường H2SO4 có dư. Thể tích các khí đo ở đktc. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 179 a. Viết phản ứng giữa kẽm với dung dịch HNO3 có hiện diện 3 khí trong phản ứng theo dữ kiện trên. b. Tính m. (Zn = 65) ĐS: 31Zn + 80HNO3 → 31Zn(NO3)2 + 2NO2 + 4NO + 6N2O + 40H2O m = 100,75 gam Bài tập 80’ Hòa tan hết m gam bột nhôm cần dùng V(ml) dung dịch HNO3 30% (khối lượng riêng 1,18 g/l), có 1,568 lít hỗn hợp A gồm ba khí NO, N2O và N2 thoát ra (ở 27,30C; 836 mmHg), đồng thời thu được dung dịch D (trong dung dịch D không có muối amoni). Cho lượng khí trên tiếp xúc không khí để khí NO chuyển hóa hết thành khí màu nâu NO2 , sau đó cho lượng khí nâu này hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch xút dư, thấy khối lượng bình tăng 0,92 gam. a. Xác định % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp A, biết rằng khối lượng riêng ở đktc của hỗn hợp A là 1,4796 g/l. b. Viết phản ứng giữa nhôm với dung dịch HNO3 theo dữ kiện đã cho. c. Xác định m và V. (N = 14; O = 16; H = 1; Al = 27) ĐS: a. 28,57% NO; 28,57% N2O; 42,86% N2 b. 52Al + 192HNO3 → 52Al(NO3)3 + 6NO + 6N2O + 9N2 + 96H2O c. m = 4,68g; V = 113,898 ml I.4. Axit sunfủric đậm đặc nóng, H2SO4(đ, nóng); Khí sunfurơ (SO2) +6 +4 - H2SO4(đ, nóng) thường bị khử tạo khí SO2. Các chất khử thường tác dụng với H2SO4(đ, nóng) là: các kim loại, các hợp chất của kim loại số oxi hóa trung gian (như FeO, Fe3O4), một số phi kim (như C, S, P), một số hợp chất của phi kim (như HI, HBr, H2S) Thí dụ: 0 +6 +2 +4 Cu + 2H2SO4(đ, nóng) → CuSO4 + SO2 + 2H2O Đồng Axit sunfuric (đặc, nóng) Đồng (II) sunfat Khí sunfurơ (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +6 +3 +4 2Fe + 6H2SO4(đ, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Sắt Sắt (III) sunfat 0 +6 +1 +4 2Ag + 2H2SO4(đ, nóng) → Ag2SO4 + SO2 + 2H2O Bạc Bạc sunfat +2 +6 +3 +4 2FeO + 4H2SO4(đ, nóng) → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O Sắt (II) oxit Sắt (III) sunfat (Chất khử) (Chất oxi hóa) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 180 +8/3 +6 +3 +4 2Fe3O4 + 10H2SO4(đ, nóng) → 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O Sắt từ oxit Sắt (III) sunfat Khí sunfurơ Fe2O3 + 3H2SO4(đ, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3H2O (phản ứng trao đổi) Sắt (III) oxit Sắt (III) sunfat 0 +6 +3 +4 Cr + H2SO4(đ, nóng) → Cr2(SO4)3 + SO2 + H2O Crom Crom (III) sunfat 0 +6 +4 S + 2H2SO4(đ, nóng) → 3SO2 + 2H2O Lưu huỳnh Axit sunfuric đậm đặc nóng Khí sunfurơ (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +6 +4 +4 C + 2H2SO4(đ, nóng) → CO2 + 2SO2 + 2H2O Cacbon (Chất khử) (Chất oxi hóa) 0 +6 +5 +4 2P + 5H2SO4(đ, nóng) → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O Photpho Axit photphoric (Chất khử) (Chất oxi hóa) -1 +6 0 +4 2HI + H2SO4(đ, nóng) → I2 + SO2 + 2H2O Axit iothiđric Iot Khí sunfurơ (Chất khử) (Chất oxi hóa) -1 +6 0 +4 2HBr + H2SO4(đ, nóng) → Br2 + SO2 + 2H2O Axit bromhiđric Brom Khí sunfurơ (Chất khử) (Chất oxi hóa) -2 +6 0 +4 H2S + H2SO4(đ, nóng) → S + SO2 + 2H2O Axit sun fuahiđric Lưu huỳnh Khí sunfurơ (Chất khử) (Chất oxi hóa) - Các kim loại mạnh như Mg, Al, Zn không những khử H2SO4 đậm đặc, nóng thành SO2 mà còn thành S, H2S. H2SO4 đậm đặc nhưng nếu loãng bớt thì sẽ bị khử tạo lưu huỳnh (S) hay hợp chất của lưu huỳnh có số oxi hóa thấp hơn (H2S). Nguyên nhân của tính chất trên là do kim loại mạnh nên dễ cho điện tử (để H2SO4 nhận nhiều điện tử) và do H2SO4 ít đậm đặc nên nó không oxi hóa tiếp S, H2S. Thí dụ: Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 181 Al + H2SO4(đ, nguội) 0 +6 +3 +4 2Al + 6H2SO4(đ, nóng) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Nhôm Khí sunfurơ 0 +6 +3 0 2Al + 4H2SO4(khá đặc, nóng) → Al2(SO4)3 + S + 4H2O Lưu huỳnh 0 +6 +3 -2 8Al + 15H2SO4(hơi đặc, nóng) → 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O Hiđro sunfua 0 +1 +3 0 2Al + 3H2SO4(loãng) → Al2(SO4)3 + 3H2 Hiđro - Khí sunfurơ (SO2) oxi hóa được các chất khử mạnh như các hợp chất của phi kim có số oxi hoá thấp (như H2S, CO), một số phi kim (như H2, C), các kim loại mạnh (như Na, K, Ca, Ba, Mg). Nếu SO2 là chất oxi hóa thì nó thường bị khử tạo S. +4 -2 0 SO2 + H2S → S + H2O Khí sunfurơ Khí hiđro sunfua Lưu huỳnh (Chất oxi hóa) (Chất khử) Khí mùi hắc Khí có mùi trứng thúi Chất rắn, màu vàng nhạt +4 +2 0 +4 SO2 + 2CO  → COAlXt 032 500)( S + CO2 (Chất oxi hóa) (Chất khử) +4 0 0 +2 SO2 + 2C  → C0800 S + 2CO (Chất oxi hóa) (Chất khử) +4 0 0 +1 SO2 + 2H2  → C0500 S + 2H2O (Chất oxi hóa) (Chất khử) +4 0 0 +2 SO2 + 2Mg → 0t S + 2MgO (Chất oxi hóa) (Chất khử) Ghi chú G.1. Khác với HNO3, dung dịch H2SO4 loãng là a xit thông thường (tác nhân oxi hóa là H+), chỉ dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng mới là axit có tính oxi hóa mạnh (tác nhân oxi hóa là SO42-). Trong khi dung dịch HNO3 kể cả đậm đặc lẫn loãng đều là axit có tính o xi hóa mạnh (tác nhân oxi hóa là NO3-) Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ Hồng Thái 182 Thí dụ: 0 +1 +2 0 Fe + H2SO4(l) → FeSO4 + H2 0 +6 +3 +4 2Fe + 6H2SO4(đ, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 0 +5 +3 +2 Fe + 4HNO3(l) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 0 +5 +3 +4 Fe + 6HNO3(đ, nóng) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O G.2. Ba kim loại Al, Fe, Cr không bị hòa tan trong dung dịch H2SO4 đậm đặc nguội (cũng như trong dung dịch HNO3 đậm đặc nguội) (bị thụ động hóa, trơ) Al, Fe, Cr H2SO4(đ, nguội) G.3. Khi một kim loại tác dụng dung dịch H2SO4 tạo các chất SO2, S, H2S thì tổng quát mỗi chất là một phản ứng độc lập. Chỉ khi nào biết tỉ lệ số mol giữa các chât này thì mới viết chung một phản ứng gồm các chất này được. Bài tập 81 A là một kim loại. Hòa tan hoàn toàn 1,43 gam A bằng dung dịch H2SO4 có dư 20% so với lượng cần, thu được một khí có mùi hắc, một chất không tan có màu vàng nhạt (có khối lượng 0,192 gam) và dung dịch B (có chứa muối sunfat của A). Cho hấp thụ lượng khí mùi hắc trên vào 100 ml dung dịch Ca(OH)2 0,03M, thu được 0,24 gam kết tủa màu trắng. a. Xác định kim loại A. Cho biết dung dịch H2SO4 đem dùng không có phản ứng với chất rắn màu vàng. b. Tính thể tích dung dịch Ba(OH)2 0,1M cần dùng vừa đủ để khi cho tác dụng với lượng dung dịch B trên thì thu được: - Lượng kết tủa cực đại - Lượng kết tủa cực tiểu. c. Tính khối lượng kết tủa lớn nhất và nhỏ nhất thu được ở câu (b). Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. (Na = 23; Mg = 24; Al = 27; K = 39; Ca = 40; Cr = 52; Mn = 55; Fe = 56; Cu = 64; Zn = 65; Ag = 108; Ba = 137; Hg = 200; Pb = 207; S = 32; O = 16; H = 1) ĐS: Zn; 284ml; 504ml; 8,7952g; 6,6172g Bài tập 81’ X là một kim loại. Hòa tan hết 3,78 gam A trong 51ml dung dịch H2SO4 (dùng dư 40% so với lượng cần), thu được 1,68 lít hỗn hợp hai khí H2S và H2 (đktc) và dung dịch Y. Dẫn hỗn hợp hai khí trên vào dung dịch CuCl2 dư, thu được 4,32 gam kết tủa màu đen. a. Xác định kim loại X. Viết một phản ứng giữa kim loại X vừa tìm được với dung dịch H2SO4 theo dữ kiện cho. Giáo khoa hóa vô cơ Biên soạn: Võ Hồng Thái © và Võ