1. Tính chất vật lý, hoá học của Kẽm (Zn)?
Kẽm (Zn) là một nguyên tố hoá học có số nguyên tử 30 trong bảng tuần hoàn và có các tính chất vật lý và hoá học sau đây:
Tính chất vật lý của Kẽm (Zn):
- Tính chất kim loại: Kẽm là một kim loại có màu bạc trắng và có bề mặt sáng bóng khi mới được cắt hoặc mài. Nó có cấu trúc tinh thể hexagonal gần giống với lớp lưới của hcp (hexagonal close-packed).
- Tính chất dẫn điện và nhiệt: Kẽm là một dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Điều này làm cho nó có nhiều ứng dụng trong công nghiệp điện tử và điện học.
- Điểm nóng chảy: Điểm nóng chảy của kẽm là khoảng 419.5 °C (787.1 °F), là một trong những kim loại có điểm nóng chảy thấp.
- Điểm sôi: Điểm sôi của kẽm là khoảng 907 °C (1665 °F).
- Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của kẽm là khoảng 7.14 g/cm³.
- Kẽm kết hợp với các kim loại khác tạo thành các hợp kim như đồng-niken-kẽm (mạ bạc), kẽm-aluminium, và nhiều hợp kim chống gỉ.
Tính chất hoá học của Kẽm (Zn):
- Reactivity: Kẽm là một kim loại khá hoạt động hoá học. Nó có thể tác động với acid, tạo ra khí hiđro (H2) và tan trong các dung dịch acid để tạo các hợp chất kẽm.
- Khả năng bảo vệ: Kẽm có khả năng bảo vệ các kim loại khác khỏi sự oxi hóa thông qua hiện tượng "sacrificial protection" trong môi trường ăn mòn. Nó tạo ra một lớp oxide bề mặt để bảo vệ bản thân khỏi sự oxi hóa, thường được sử dụng để làm lớp bề mặt cho thép trong quá trình mạ kẽm.
- Hợp chất kẽm: Kẽm tạo ra nhiều hợp chất với nonmetals và metals khác, bao gồm kẽm oxiđ (ZnO), kẽm sulfide (ZnS), và nhiều hợp chất hữu cơ chứa kẽm.
- Sự phân giải: Kẽm có khả năng phân giải trong dung dịch axit và tạo thành các hợp chất kẽm trong dung dịch nước.
- Ứng dụng: Kẽm có nhiều ứng dụng, bao gồm việc sử dụng trong ngành chế tạo pin, sản xuất hợp kim, sản xuất ống dẫn nước, và làm lớp bề mặt chống gỉ cho thép. Nó cũng được sử dụng trong ngành nông nghiệp như một thành phần của phân bón.
2. Tính chất hoá học của HNO3
Nitric acid (HNO3), còn gọi là axit nitric, là một axit mạnh và có nhiều tính chất hoá học quan trọng. Dưới đây là một số tính chất hoá học chính của HNO3:
- Tính chất axit mạnh: HNO3 là một trong những axit mạnh nhất, có khả năng phân liền giải các hợp chất kiềm và kim loại. Nó có khả năng tạo các ion hiđroni (H+) trong dung dịch.
- Tính ăn mòn: HNO3 có khả năng ăn mòn và oxi hóa nhiều vật liệu khác, bao gồm kim loại và hợp chất hữu cơ. Nó thường được sử dụng để tạo ra các hợp chất nitrat từ các kim loại, ví dụ như sắt nitrat (Fe(NO3)3).
- Sự phân hủy: HNO3 có khả năng phân hủy trong ánh sáng và nhiệt, tạo ra các sản phẩm nitro và nitronitrat.
- Tác dụng với các kim loại: HNO3 có thể tác dụng với nhiều kim loại, tạo ra các hợp chất nitrat. Ví dụ, sắt tác dụng với HNO3 để tạo ra sắt nitrat (Fe(NO3)3).
- Tạo ra các hợp chất nitrat: HNO3 thường được sử dụng để tạo ra các hợp chất nitrat, như amon nitrat (NH4NO3), kali nitrat (KNO3), và natri nitrat (NaNO3). Các hợp chất nitrat này thường được sử dụng trong công nghiệp phân bón và trong các vật chất nổ.
- Tác dụng với các hợp chất hữu cơ: HNO3 cũng có khả năng tác dụng với các hợp chất hữu cơ để tạo ra các hợp chất nitro. Sự tác dụng này là cơ sở cho việc sản xuất các chất nổ như nitroglycerin.
- Tạo ra khí nitơ dioxide (NO2): Trong môi trường ẩm ướt, HNO3 phân hủy để tạo ra khí nitơ dioxide (NO2), một khí nâu đỏ có mùi khá mạnh. NO2 có thể gây hại cho sức khỏe và môi trường.
- Tạo ra các sản phẩm kháng sinh: HNO3 được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm để sản xuất các sản phẩm kháng sinh, chẳng hạn như penicillin.
HNO3 là một hợp chất hoá học quan trọng và có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp hóa chất đến sản xuất phân bón và chất nổ. Tính chất ăn mòn mạnh và khả năng tạo ra các hợp chất nitrat làm cho HNO3 trở thành một thành phần quan trọng trong nhiều quá trình hoá học và sản xuất công nghiệp.
3. Cân bằng phản ứng hoá học Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2 + H2O
Để cân bằng phản ứng hoá học Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2 + H2O bằng phương pháp thăng bằng electron, bạn cần làm như sau:
Bước 1: Gán số oxi hóa cho từng nguyên tử và ion trong phản ứng. Trong phản ứng này, Zn có số oxi hóa +2 (do nó thuộc nhóm 2), N trong HNO3 có số oxi hóa +5, O trong HNO3 có số oxi hóa -2, và N2 trong sản phẩm có số oxi hóa 0.
Bước 2: Sử dụng quy tắc thăng bằng electron để điều chỉnh số oxi hóa. Trong trường hợp này, ta cần thay đổi số oxi hóa của Zn từ +2 trở thành +0 (bỏ đi 2 electron) và số oxi hóa của N trong HNO3 từ +5 trở thành 0 (bỏ đi 5 electron).
Bước 3: Sử dụng các hệ số để cân bằng số electron trong phản ứng. Đặt các hệ số phù hợp trong phản ứng sao cho tổng số electron mất đi bên trái bằng tổng số electron nhận được bên phải.
Dựa vào những thay đổi số oxi hóa ở Bước 2, ta có thể viết lại phản ứng như sau:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Và đây là phản ứng đã được cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron.
4. Bài tập áp dụng phản ứng 5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O có đáp án chi tiết
Dưới đây là một số bài tập áp dụng phản ứng:
Bài tập 1: Tính khối lượng Zn(NO3)2 được tạo ra khi phản ứng hoàn toàn 20 g Zn với dư HNO3.
Đáp án 1: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Đầu tiên, tính số mol Zn:
Khối lượng mol Zn = Khối lượng Zn / Khối lượng mol Zn = 20 g / 65.38 g/mol ≈ 0.306 mol Zn
Vì theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 5 mol Zn(NO3)2, ta có:
Số mol Zn(NO3)2 = 0.306 mol Zn x 5 = 1.53 mol Zn(NO3)2
Khối lượng mol Zn(NO3)2 là 189.39 g/mol.
Khối lượng Zn(NO3)2 = Số mol Zn(NO3)2 x Khối lượng mol Zn(NO3)2 = 1.53 mol x 189.39 g/mol ≈ 290 g Zn(NO3)2
Bài tập 2: Tính khối lượng H2O được tạo ra khi phản ứng hoàn toàn 25 g Zn với dư HNO3.
Đáp án 2: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Từ phần Bài tập 1, chúng ta đã tính được rằng 20 g Zn tạo ra 290 g Zn(NO3)2. Do đó, 25 g Zn sẽ tạo ra:
25 g Zn x (290 g Zn(NO3)2 / 20 g Zn) = 362.5 g Zn(NO3)2
Theo phản ứng, mỗi mol Zn(NO3)2 tạo ra 6 mol H2O. Vậy, số mol H2O được tạo ra là:
Số mol H2O = 1.53 mol Zn(NO3)2 x 6 = 9.18 mol H2O
Khối lượng mol H2O là 18.02 g/mol.
Khối lượng H2O = Số mol H2O x Khối lượng mol H2O = 9.18 mol x 18.02 g/mol ≈ 165.43 g H2O
Bài tập 3: Tính số mol Zn cần để tạo ra 150 g Zn(NO3)2.
Đáp án 3: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Khối lượng mol Zn(NO3)2 là 189.39 g/mol.
Số mol Zn(NO3)2 = Khối lượng Zn(NO3)2 / Khối lượng mol Zn(NO3)2 = 150 g / 189.39 g/mol ≈ 0.792 mol Zn(NO3)2
Vì theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 5 mol Zn(NO3)2, ta có:
Số mol Zn = 0.792 mol Zn(NO3)2 x (1 mol Zn / 5 mol Zn(NO3)2) = 0.158 mol Zn
Bài tập 4: Tính số mol N2 tạo ra khi phản ứng hoàn toàn 10 g Zn.
Đáp án 4: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Từ phần Bài tập 3, chúng ta đã tính được rằng 10 g Zn tạo ra 0.158 mol Zn.
Vì theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 1 mol N2, ta có:
Số mol N2 = 0.158 mol N2
Bài tập 5: Tính khối lượng Zn cần để tạo ra 100 g Zn(NO3)2.
Đáp án 5: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Khối lượng mol Zn(NO3)2 là 189.39 g/mol.
Số mol Zn(NO3)2 = Khối lượng Zn(NO3)2 / Khối lượng mol Zn(NO3)2 = 100 g / 189.39 g/mol ≈ 0.528 mol Zn(NO3)2
Vì theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 5 mol Zn(NO3)2, ta có:
Số mol Zn = 0.528 mol Zn(NO3)2 x (1 mol Zn / 5 mol Zn(NO3)2) = 0.106 mol Zn
Bài tập 6: Tính khối lượng H2O tạo ra khi phản ứng hoàn toàn 50 g Zn.
Đáp án 6: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Từ Bài tập 3, chúng ta đã tính được rằng 10 g Zn tạo ra 0.158 mol Zn. Do đó, 50 g Zn sẽ tạo ra:
50 g Zn x (0.158 mol Zn / 10 g Zn) = 0.79 mol Zn
Theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 6 mol H2O. Vậy, số mol H2O được tạo ra là:
Số mol H2O = 0.79 mol Zn x 6 = 4.74 mol H2O
Khối lượng mol H2O là 18.02 g/mol.
Khối lượng H2O = Số mol H2O x Khối lượng mol H2O = 4.74 mol x 18.02 g/mol ≈ 85.33 g H2O
Bài tập 7: Tính số mol N2 tạo ra khi phản ứng hoàn toàn 100 g Zn.
Đáp án 7: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Từ Bài tập 4, chúng ta đã tính được rằng 10 g Zn tạo ra 0.158 mol Zn. Do đó, 100 g Zn sẽ tạo ra:
100 g Zn x (0.158 mol Zn / 10 g Zn) = 1.58 mol Zn
Theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 1 mol N2. Vậy, số mol N2 được tạo ra là:
Số mol N2 = 1.58 mol N2
Bài tập 8: Tính khối lượng Zn cần để tạo ra 250 g H2O.
Đáp án 8: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Từ Bài tập 6, chúng ta đã tính được rằng 50 g Zn tạo ra 85.33 g H2O. Do đó, 250 g H2O sẽ cần:
250 g H2O x (50 g Zn / 85.33 g H2O) = 147.17 g Zn
Bài tập 9: Tính khối lượng Zn cần để tạo ra 10 mol N2.
Đáp án 9: Phản ứng:
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Từ Bài tập 4, chúng ta đã tính được rằng 10 g Zn tạo ra 0.158 mol Zn. Vì theo phản ứng, mỗi mol Zn tạo ra 1 mol N2, vậy:
10 mol Zn tạo ra 10 mol N2
Khối lượng Zn cần tạo ra 10 mol N2 sẽ giống như khối lượng Zn cần tạo ra 10 mol Zn(NO3)2 (từ Bài tập 3), tức là 10 x 189.39 g ≈ 1893.9 g Zn
Hy vọng rằng các bài tập này giúp bạn nắm vững về phản ứng 5Zn + 12HNO3 và cách tính toán liên quan đến nó.
