Bản chất phản ứng
- Phản ứng Oxi hóa - Khử: Đây là một phản ứng oxi hóa - khử điển hình, trong đó đồng (Cu⁰) đóng vai trò là chất khử, bị oxi hóa lên trạng thái Cu²⁺ (trong Cu(NO₃)₂). Đồng nhường 2 electron để đạt cấu hình ion bền vững hơn. Ngược lại, axit nitric (HNO₃) là chất oxi hóa mạnh, với nguyên tử nitơ có số oxi hóa cao nhất (+5), bị khử xuống thành nitơ có số oxi hóa thấp hơn (+2) trong khí nitơ monoxit (NO).
- Sự thay đổi số oxi hóa và quá trình chuyển electron: Trong phản ứng này, nguyên tử đồng từ số oxi hóa 0 tăng lên +2, thể hiện quá trình oxi hóa (Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e⁻). Trong khi đó, nguyên tử nitơ trong gốc NO₃⁻ từ số oxi hóa +5 giảm xuống +2 trong phân tử NO, thể hiện quá trình khử (N⁵⁺ + 3e⁻ → N²⁺). Sự trao đổi electron này là động lực chính thúc đẩy phản ứng diễn ra.
- Vai trò kép của HNO₃: Axit nitric trong phản ứng này có hai vai trò quan trọng: một phần là chất oxi hóa (tạo ra NO), và một phần là axit tạo môi trường và cung cấp gốc nitrat để tạo thành muối Cu(NO₃)₂. Gốc NO₃⁻ không tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hóa - khử nhưng cần thiết để tạo thành muối tan.
Phương trình ion thu gọn
3Cu + 8H⁺ + 2NO₃⁻ → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O
Hướng dẫn các bước cân bằng
- Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi và tìm chất khử, chất oxi hóa.
- Trong Cu: Số oxi hóa từ 0 (Cu⁰) lên +2 (Cu²⁺). Vậy Cu là chất khử.
- Trong HNO₃: Số oxi hóa của N từ +5 (N⁵⁺) xuống +2 (N²⁺ trong NO). Vậy HNO₃ là chất oxi hóa.
- Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
- Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e⁻
- Quá trình khử: N⁵⁺ + 3e⁻ → N²⁺
- Bước 3: Thăng bằng electron bằng cách tìm bội chung nhỏ nhất của số electron nhường và nhận.
- Bội chung nhỏ nhất của 2 và 3 là 6.
- Nhân quá trình oxi hóa với 3: 3Cu⁰ → 3Cu²⁺ + 6e⁻
- Nhân quá trình khử với 2: 2N⁵⁺ + 6e⁻ → 2N²⁺
- Bước 4: Đưa các hệ số vừa tìm được vào phương trình hóa học ban đầu và cân bằng các nguyên tố còn lại.
- Đặt hệ số 3 cho Cu và Cu(NO₃)₂.
- Đặt hệ số 2 cho NO.
- Phương trình tạm thời: 3Cu + HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O
- Đếm số nguyên tử N bên vế phải: 3 × 2 (trong Cu(NO₃)₂) + 2 (trong NO) = 8 nguyên tử N. Vậy đặt hệ số 8 cho HNO₃.
- Phương trình tạm thời: 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O
- Đếm số nguyên tử H bên vế trái: 8 nguyên tử H (trong 8HNO₃). Vậy đặt hệ số 4 cho H₂O (4 × 2 = 8H).
- Phương trình hoàn chỉnh: 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
- Kiểm tra số nguyên tử O: Vế trái: 8 × 3 = 24 O. Vế phải: 3 × 2 × 3 (trong Cu(NO₃)₂) + 2 × 1 (trong NO) + 4 × 1 (trong H₂O) = 18 + 2 + 4 = 24 O. Phương trình đã cân bằng.
1. Điều kiện phản ứng
Phản ứng diễn ra ngay ở điều kiện thường, không cần đun nóng hay chất xúc tác, chỉ cần tiếp xúc giữa kim loại đồng và dung dịch axit nitric loãng.
2. Hiện tượng sau phản ứng
Khi cho một mẩu đồng kim loại màu đỏ gạch vào dung dịch axit nitric loãng, bề mặt đồng bắt đầu tan dần, tạo ra những bọt khí không màu sủi lên chậm rãi. Dung dịch dần chuyển sang màu xanh lam đặc trưng của ion Cu²⁺. Khi những bọt khí không màu này thoát ra khỏi bề mặt dung dịch và tiếp xúc với không khí, chúng sẽ ngay lập tức chuyển sang màu nâu đỏ, do phản ứng với O₂ trong không khí.
3. Quá trình phản ứng
- Giai đoạn khơi mào (Initial Phase): Ngay khi miếng đồng kim loại tiếp xúc với dung dịch axit nitric loãng, bề mặt của đồng bắt đầu bị tấn công. Lúc này, phản ứng diễn ra chậm rãi với sự xuất hiện của những bọt khí không màu nhỏ li ti bám trên bề mặt kim loại, đồng thời dung dịch quanh miếng đồng bắt đầu có dấu hiệu chuyển màu xanh rất nhạt.
- Giai đoạn phản ứng mãnh liệt (Vigorous Reaction Phase): Khi phản ứng đã bắt đầu, tốc độ hòa tan của đồng tăng lên rõ rệt. Các bọt khí không màu sủi lên mạnh và liên tục từ bề mặt đồng, tạo thành dòng chảy khí. Dung dịch chuyển sang màu xanh lam đậm dần, cho thấy nồng độ ion Cu²⁺ tăng lên nhanh chóng. Khí thoát ra khỏi dung dịch tiếp xúc với không khí bên ngoài, tạo thành những đám khói màu nâu đỏ (khí NO₂) rõ rệt.
- Giai đoạn bão hòa/Kết thúc (Saturation/Completion Phase): Phản ứng tiếp tục diễn ra cho đến khi một trong hai chất phản ứng (đồng hoặc axit nitric) hết. Nếu đồng hết, dung dịch sẽ có màu xanh lam đồng nhất và không còn sủi bọt khí nữa. Nếu axit hết, miếng đồng còn lại sẽ ngừng phản ứng và dung dịch vẫn giữ màu xanh lam tương ứng với lượng đồng đã tan.
Mẹo nhớ nhanh bài học: Đồng Ba Tám với HNO₃ loãng, san sẻ hai NO, nước ra bốn thôi.
4. Thông thư chi tiết các chất tham gia phản ứng (Reactants)
| Công thức | Tên gọi quốc tế + Tên thông thường | Trạng thái vật lý & Màu sắc |
| Cu | Đồng (Copper) | Kim loại rắn, màu đỏ gạch |
| HNO₃ | Axit nitric (Nitric acid) | Dung dịch lỏng, không màu (dung dịch loãng) |
5. Thông tin chi tiết các chất sản phẩm sau phản ứng (Products)
| Công thức | Tên gọi quốc tế + Tên thông thường | Trạng thái vật lý & Màu sắc |
| Cu(NO₃)₂ | Đồng(II) nitrat (Copper(II) nitrate) | Dung dịch lỏng, màu xanh lam |
| NO | Nitơ monoxit (Nitrogen monoxide) | Chất khí, không màu (trong không khí chuyển thành nâu đỏ) |
| H₂O | Nước (Water) | Chất lỏng, không màu |
6. Ứng dụng thực tiễn của phản ứng
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất muối đồng: Phản ứng này là cơ sở để sản xuất đồng(II) nitrat, một hợp chất quan trọng được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp làm thuốc diệt nấm, trong công nghiệp mạ điện để tạo lớp phủ bảo vệ, và làm chất xúc tác trong một số phản ứng hóa học khác.
- Sản xuất khí NO làm chất trung gian: Khí nitơ monoxit (NO) sinh ra trong phản ứng, mặc dù độc, lại là một chất trung gian quan trọng trong công nghiệp sản xuất axit nitric (HNO₃) theo phương pháp Ostwald. NO sẽ tiếp tục bị oxi hóa bởi O₂ trong không khí thành NO₂ và sau đó phản ứng với nước để tạo ra HNO₃.
- Gia công kim loại và tinh chế đồng: Phản ứng hòa tan đồng bằng HNO₃ được ứng dụng trong quá trình gia công kim loại, đặc biệt là trong việc loại bỏ lớp đồng không mong muốn hoặc tạo hình các chi tiết bằng đồng. Ngoài ra, nó còn là một bước trong quy trình tinh chế đồng từ quặng hoặc phế liệu, giúp loại bỏ tạp chất và thu được đồng tinh khiết hơn.
Bài tập vận dụng kiểm tra kiến thức liên quan
Khi cho đồng vào dung dịch axit nitric loãng, hiện tượng quan sát được là gì và vì sao?
A
Sủi bọt khí không màu, dung dịch chuyển sang xanh lam. Khí không màu đó là NO₂.
B
Sủi bọt khí không màu, dung dịch chuyển sang xanh lam. Khí không màu đó là NO, và nó hóa nâu trong không khí.
C
Sủi bọt khí màu nâu đỏ, dung dịch chuyển sang xanh lam. Khí màu nâu đỏ đó là NO.
D
Sủi bọt khí không màu, dung dịch không đổi màu. Khí không màu đó là H₂.
Lời giải chi tiết:
Đáp án đúng là B. Khi kim loại đồng (Cu) tác dụng với axit nitric (HNO₃) loãng, phản ứng sinh ra muối đồng(II) nitrat (Cu(NO₃)₂) làm cho dung dịch chuyển sang màu xanh lam đặc trưng của ion Cu²⁺. Đồng thời, phản ứng còn sinh ra khí nitơ monoxit (NO), một chất khí không màu. Khí NO này khi thoát ra khỏi dung dịch và tiếp xúc với không khí (có chứa O₂), sẽ ngay lập tức phản ứng với O₂ để tạo thành khí nitơ đioxit (NO₂), một chất khí có màu nâu đỏ đặc trưng (2NO + O₂ → 2NO₂). Điều này giải thích tại sao ta thấy bọt khí không màu sủi lên từ dung dịch nhưng lại hóa nâu đỏ khi bay lên trên. Các phương án khác sai vì: A sai do khí không màu sinh ra là NO chứ không phải NO₂; C sai vì khí NO là không màu, chỉ chuyển nâu đỏ khi tiếp xúc với không khí; D sai hoàn toàn vì đồng là kim loại đứng sau H trong dãy hoạt động hóa học, không phản ứng với axit sinh ra H₂, và dung dịch chắc chắn phải đổi màu thành xanh lam.
Thu Thủy
Cử nhân Hóa học Đại học Khoa học Tự nhiên. Có 5 năm kinh nghiệm giảng dạy và số hóa tài liệu giáo dục môn Hóa học.
Cập nhật: 14/07/2026
Đã kiểm duyệt chuyên môn
Miễn trừ trách nhiệm (Disclaimer): Toàn bộ thông số hóa học, điều kiện phản ứng và hiện tượng được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu danh pháp IUPAC và sách giáo khoa Hóa học chuẩn. Dữ liệu mang tính chất tham khảo phục vụ học thuật. Chúng tôi khuyến cáo người dùng không tự ý thực hành các phản ứng sinh nhiệt, tạo khí độc hoặc chất nổ tại nhà khi không có thiết bị bảo hộ và sự giám sát của chuyên gia.