Cu + HNO3 (đặc, nóng) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O | Cu ra Cu(NO3)2 | Cu + HNO3 ra NO2|

Phản ứng: Cu + HNO3 (đặc, nóng) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

1. Phương trình hóa học phản ứng giữa Cu và HNO_{3( đặc, nóng)}

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + 2H2O

2. Điều kiện để Cu tác dụng với HNO₃ đặc

Phản ứng giữa đồng và HNO₃ đặc diễn ra ở nhiệt độ thường.

3. Cách tiến hành thí nghiệm

Lấy vào ống nghiệm 1 – 2ml dung dich HNO₃ đặc, rồi cho một mảnh nhỏ đồng kim loại vào ống nghiệm đó.

4. Hiện tượng phản ứng

Chất rắn màu đỏ của đồng (Cu) tan dần trong dung dịch, dung dịch có màu xanh của Cu(NO₃)₂ và sinh ra khí màu nâu đỏ nitơ đioxit (NO₂).

5. Bản chất của các chất tham gia phản ứng

5.1 Bản chất của Cu

- Trong phản ứng trên Cu là chất khử.

- Cu là kim loại phản ứng được với các axit oxi hoá mạnh như axit HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng.

5.2 Bản chất của HNO3

- Trong phản ứng trên HNO₃ là chất oxi hoá.

- Đây là một monoaxit mạnh, có tính oxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ.

6. Mở rộng kiến thức về đồng (Cu)

6.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron nguyên tử

- Đồng (Cu) ở ô số 29, thuộc nhóm IB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn.

- Nguyên tử Cu có cấu hình electron bất thường: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹. Viết gọn là [Ar]3d¹⁰4s¹.

- Trong các hợp chất Cu có số oxi hóa +1 hoặc +2.

6.2. Tính chất vật lí

- Đồng là kim loại màu đỏ, có khối lượng riêng lớn (D = 8,98 g/cm³), nóng chảy ở 1083^oC.

- Đồng tinh khiết tương đối mềm, dễ kéo dài và dát mỏng.

- Đồng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, chỉ kém bạc và hơn hẳn các kim loại khác.

6.3. Tính chất hóa học

Đồng là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu.

a. Tác dụng với phi kim

- Ở nhiệt độ thường, đồng có thể tác dụng với clo, brom nhưng tác dụng rất yếu với oxi. Ví dụ:

Cu + Cl₂ → CuCl₂

- Khi đun nóng, đồng tác dụng được với một số phi kim như oxi, lưu huỳnh. Ví dụ:

2Cu + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CuO

- Chú ý: đồng không tác dụng được với hidro, nitơ, cacbon.

b. Tác dụng với axit

- Đồng không khử được nước và ion H⁺ trong các dung dịch HCl và H₂SO₄ loãng.

- Với các dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng và HNO₃, đồng khử $\stackrel{+6}{S}$ xuống $\stackrel{+4}{S}$ và $\stackrel{+5}{N}$ xuống $\stackrel{+4}{N}$hoặc $\stackrel{+2}{N}$ :

Cu + 2H₂SO₄đặc $\stackrel{t^o}{\to }$ CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Cu + 4HNO₃ đặc → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

3Cu + 8HNO₃ loãng → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

6.4. Ứng dụng của Cu

Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm:

- Dây điện.

- Que hàn đồng.

- Tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa.

- Đúc tượng: Ví dụ tượng Nữ thần Tự Do chứa 81,3 tấn (179.200 pao) đồng hợp kim

- Cuộn từ của nam châm điện.

- Động cơ, đặc biệt là các động cơ điện.

- Động cơ hơi nước của Watt.

- Rơ le điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện.

- Ống chân không, ống tia âm cực và magnetron trong các lò vi ba.

- Bộ dẫn sóng cho các bức xạ vi ba.

- Việc sử dụng đồng trong các mạch IC đã trở nên phổ biến hơn để thay thế cho nhôm vì độ dẫn điện cao của nó.

- Là một thành phần trong tiền kim loại.

- Trong đồ nhà bếp, chẳng hạn như chảo rán.

- Phần lớn các đồ dùng bằng niken trắng dùng ở bàn ăn (dao, nĩa, thìa) có chứa một lượng đồng nhất định.

- Trong chế tạo đồ đựng thức ăn bằng bạc (hàm lượng bạc từ 92,5% trở lên), có chứa một số phần trăm đồng.

- Là thành phần của gốm kim loại và thủy tinh màu.

- Các loại nhạc khí, đặc biệt là các loại nhạc khí từ đồng thau.

- Làm bề mặt tĩnh sinh học trong các bệnh viện hay các bộ phận của tàu thủy để chống hà.

7. Tính chất hóa học của HNO₃

Kim loại hay phi kim khi gặp axit HNO₃ đều bị oxi hóa về trạng thái oxi hóa cao nhất.

7.1 Với kim loại: HNO₃ oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ vàng (Au) và platin(Pt))

* Với những kim loại có tính khử yếu: Cu, Ag, ...

Ví dụ:

Cu + 4HNO₃(đ) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

3Cu + 8HNO₃(l) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

* Khi tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh hơn: Mg, Zn, Al, ...

- HNO₃ đặc bị khử đến NO₂.

Ví dụ:

Mg + 4HNO₃(đ) → Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

- HNO₃ loãng bị khử đến N₂O hoặc N₂.

8Al + 30HNO₃(l) → 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O

- HNO₃ rất loãng bị khử đến NH₃(NH₄NO₃).

4Zn + 10HNO₃ (rất loãng) → 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

* Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc nguội.

7.2 Với phi kim:

Khi đun nóng HNO₃ đặc có thể tác dụng với phi: C, P, S, …(trừ N₂ và halogen).

S + 6HNO₃(đ) → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

7.3 Với hợp chất:

- H₂S, HI, SO₂, FeO, muối sắt (II), … có thể tác dụng với HNO₃ nguyên tố bị oxi hoá trong hợp chất chuyển lên mức oxi hoá cao hơn.

Ví dụ:

3FeO + 10HNO₃(đ) → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O

3H₂S + 2HNO₃(đ) → 3S + 2NO + 4H₂O

- Nhiều hợp chất hữu cơ như giấy, vải, dầu thông, … bốc cháy khi tiếp xúc với HNO₃ đặc.

8. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: Cho các tính chất sau:

(a) kim loại có màu đỏ.

(b) kim loại nhẹ.

(c) nóng chảy ở nhiệt độ cao.

(d) tương đối cứng.

(e) dễ kéo dài và dát mỏng.

(g) dẫn điện tốt.

(h) dẫn nhiệt kém.

Có bao nhiêu tính chất vật lí là tính chất vật lí của kim loại đồng?

A. 3. B. 4. C. 5. D. 6.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Tính chất vật lí của kim loại đồng:

- Là kim loại màu đỏ, dẻo, dễ kéo sợi và dát mỏng (có thể dát mỏng đến 0,0025 mm, mỏng hơn giấy viết 5 - 6 lần).

- Có độ dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao (chỉ kém bạc).

- Khối lượng riêng lớn 8,98 g/cm³.

- Nhiệt độ nóng chảy cao 1083^oC.

→ Có 4 tính chất vật lí là tính chất vật lí của đồng: (a), (c), (e), (g)

Câu 2: Để nhận biết ion nitrat, thường dùng Cu và dung dịch axit sufuric loãng đun nóng là vì

A.phản ứng tạo ra kết tủa màu vàng và dung dịch có màu xanh.

B. phản ứng tạo ra dung dịch có màu xanh và khí không mùi làm xanh giấy quỳ ẩm.

C. phản ứng tạo ra kết tủa màu xanh.

D. phản ứng tạo dung dịch có màu xanh và khí không màu hóa nâu trong không khí.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Xảy ra phản ứng:

3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

Dung dịch Cu²⁺ có màu xanh; khí NO không màu nhưng hóa nâu trong không khí.

Câu 3: Cho Cu (Z = 29), vị trí của Cu trong bảng tuần hoàn là

A. ô 29, chu kỳ 4, nhóm IB. B. ô 29, chu kỳ 4, nhóm IA.

C. ô 29, chu kỳ 4, nhóm VIIIB. D. ô 29, chu kỳ 4, nhóm IIB.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Cấu hình electron của Cu là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹

Vậy Cu ở ô 29 (Z = 29), chu kỳ 4 (do có 4 lớp electron), nhóm IB (1 electron hóa trị, nguyên tố d).

Câu 4: Trong các hợp chất, đồng có số oxi hóa phổ biến là

A. +1. B. +2. C. -2. D. +1 và +2.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Trong các hợp chất, đồng có số oxi hóa phổ biến là +1 và +2.

Câu 5: Hợp kim Cu – Zn (45% Zn) được gọi là

A. đồng thau. B. đồng thanh. C. đồng bạch. D. đuy ra.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Đồng thau là hợp kim Cu – Zn (45% Zn).

Câu 6: Cho 3,2 gam Cu tác dụng với 100ml dung dịch hỗn hợp (HNO₃ 0,8M + H₂SO₄ 0,2M), sản phẩm khử duy nhất của HNO₃ là NO. Thể tích khí NO (đktc) là

A. 0,672 lít. B. 0,336 lít.

C. 0,747 lít. D. 1,792 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

n_Cu = 3,2 : 64 = 0,05 mol

$n_{H+}$= 0,8.0,1 + 2.0,2.0,1 = 0,12 mol

$n_{N{O_3}^{-}}$ = 0,8.0,1 = 0,08 mol

3Cu+ 8H⁺+ 2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

→ Sau phản ứng H⁺ hết đầu tiên

→ n_NO = $\frac{2.n_{H^{+}}}{8}$ = $\frac{\mathrm{2.0,12}}{8}$ = 0,03 mol

→ V_NO = 0,03.22,4 = 0,672 lít.

Câu 7: Đồng thuộc ô 29 trong bảng tuần hoàn, vậy cấu hình electron của Cu⁺ và Cu²⁺ lần lượt là

A. [Ar]3d¹⁰; [Ar]3d⁹. B. [Ar]3d⁹4s¹; [Ar]3d⁸4s¹.

C. [Ar]3d⁹4s¹; [Ar]3d⁹. D. [Ar]3d⁸4s²; [Ar]3d⁸4s¹.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Đồng có cấu hình electron là [Ar]3d¹⁰4s¹

→ Cấu hình electron của Cu⁺ và Cu²⁺ lần lượt là:[Ar]3d¹⁰; [Ar]3d⁹.

Câu 8: Tổng hệ số là các số nguyên, tối giản của tất cả các chất trong phương trình phản ứng giữa Cu với dung dịch HNO₃ đặc, nóng là

A. 8. B. 10. C. 11. D. 9.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Cu + 4HNO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Tổng hệ số = 1 + 4 + 1 + 2 + 2 = 10.

Câu 9: Nhận định nào sau đây là sai?

A. Đồng dẻo, dễ kéo sợi .

B. Đồng là kim loại có màu đen.

C. Đồng có thể dát mỏng hơn giấy viết từ 5 đến 6 lần.

D. Đồng dẫn nhiệt, điện tốt.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Đồng là kim loại có màu đỏ.

Câu 10: Cho Cu và dung dịch H₂SO₄ loãng tác dụng với chất X (một loại phân bón hóa học), thấy thoát ra khí không màu hóa nâu trong không khí. Mặt khác, khi X tác dụng với dung dịch NaOH thì có khí mùi khai thoát ra. Chất X là

A. amophot. B. ure. C. natri nitrat. D. amoni nitrat.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Amoni nitrat NH₄NO₃

3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O

NH₄⁺ + OH^- → NH₃↑ + H₂O

Câu 11: Nhúng một thanh Cu vào dung dịch AgNO₃, sau một thời gian lấy ra, rửa sạch, sấy khô, đem cân thì khối lượng thanh đồng thay đổi thế nào ?

A. Tăng. B. Giảm. C. Không thay đổi. D. không xác định được.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Giả sử có 1 mol Cu tham gia phản ứng

Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag↓

n_Ag = 2n_Cu = 2 mol

→ Khối lượng thanh đồng tăng = 2.108 - 64 = 152 gam.

Câu 12: Cho Cu tác dụng với từng dung dịch sau: HCl (1), HNO₃ (2), AgNO₃ (3), Fe(NO₃)₂ (4), Fe(NO₃)₃ (5), Na₂S (6). Cu phản ứng được với

A. 2, 3, 5, 6. B. 2, 3, 5. C. 1, 2, 3. D. 2, 3.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

(2) 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

(3) Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag

(5) Cu + 2Fe(NO₃)₃ → 2Fe(NO₃)₂ + Cu(NO₃)₂

Câu 13: Hòa tan hết 3,04 gam hỗn hợp bột Fe và Cu trong dung dịch HNO₃ loãng thu được 0,896 lít khí NO (đktc). Phần trăm của Fe và Cu trong hỗn hợp lần lượt là

A. 63,2% và 36,8%. B. 36,8% và 63,2%.

C. 50% và 50%. D. 36,2% và 63,8%.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Gọi số mol của Fe và Cu trong hỗn hợp lần lượt là x và y mol

→ m_hh = 3,04 → 56x + 64y = 3,04. (1)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

3.n_Fe + 2.n_Cu = 3.n_NO → 3x + 2y = 0,12 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) được x = 0,02 và y = 0,03

→ %m_Fe = $\frac{\mathrm{0,02.56}}{\mathrm{3,04}}.100$ = 36,8%

%m_Cu = 100 – 36,8 = 63,2%.

Câu 14: Cho m gam hỗn hợp X gồm Al, Cu vào dung dịch HCl dư, sinh ra 3,36 lít khí (ở đktc). Nếu cho m gam hỗn hợp X trên vào lượng dư axit nitric đặc, nguội, sinh ra 6,72 lít khí NO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m là

A. 10,5. B. 11,5. C. 12,3. D. 15,6.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Gọi số mol Al và Cu trong m gam hỗn hợp X lần lượt là a và b mol

Trường hợp 1: Cho X vào HCl dư, chỉ có Al phản ứng

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ (0,15 mol)

→ n_Al = $\frac{2}{3}{n}_{H_2}$ = $\frac{2}{3}\mathrm{.0,15}$ = 0,1 mol

Trường hợp 2: Cho X vào HNO₃ đặc, nguội Al bị thụ động, chỉ có Cu phản ứng

Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ (0,3 mol) + 2H₂O

→ n_Cu = $\frac{1}{2}{n}_{N{O}_2}=\frac{1}{2}\mathrm{.0,3}$ = 0,15 mol→ m = m_Al + m_Cu = 0,1.27 + 0,15.64 = 12,3 gam.

Câu 15: Trong tự nhiên, nguyên tố đồng có hai đồng vị là ⁶³Cu và ⁶⁵Cu. Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Phần trăm tổng số nguyên tử của đồng vị ⁶⁵Cu là

A. 73%. B. 27%. C. 54%. D. 50%.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Gọi phần trăm số nguyên tử của 2 đồng vị ⁶³Cu và ⁶⁵Cu lần lượt là x và y (%)

→ x + y = 100 (1)

Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54

→ $\frac{63x+65y}{100}$ = 63,54 (2)

Từ (1) và (2) ta đượcx = 73 và y = 27.

Câu 16: Kim loại Cu phản ứng được với dung dịch:

A. FeSO₄. B. AgNO₃ C. KNO₃. D. HCl.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Kim loại Cu chỉ phản ứng với dung dịch AgNO₃

Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag