Cân bằng phản ứng Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O + bài tập áp dụng

1. Cân bằng phản ứng Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O

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

2. Điều kiện xảy ra phản ứng Zn + HNO3. Cách tiến hành thí nghiệm

Phản ứng giữa kẽm (Zn) và axit nitric (HNO3) đặc là một hiện tượng thú vị trong hóa học. Ở nhiệt độ thường, phản ứng này đã có thể diễn ra, tạo ra một loạt các quá trình hóa học quan trọng. Tuy nhiên, nếu bạn tăng nhiệt độ bằng cách đun nóng, phản ứng sẽ diễn ra nhanh hơn và mạnh hơn.

Khi kẽm tiếp xúc với HNO3 đặc, một loạt các phản ứng xảy ra, tạo ra sản phẩm chính là oxit kẽm (ZnO), nitrat kẽm (Zn(NO3)2) và oxit nitơ (NO). Sự phát nhiệt trong quá trình này là nguyên nhân khiến cho nhiệt độ tăng lên, và đây là lý do tại sao phản ứng trở nên nhanh chóng hơn khi chúng ta đun nóng nó.

Phản ứng này có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp và phân tích hóa học, và nó đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các hợp chất nitrat và oxit kẽm, mà có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm khác nhau. Hiểu rõ về cách phản ứng giữa kẽm và HNO3 diễn ra cũng giúp nâng cao kiến thức và hiểu biết của chúng ta về hóa học và các ứng dụng thực tế của nó.

Khi thực hiện thí nghiệm này, ta bắt đầu bằng việc lấy một lượng nhỏ dung dịch HNO3 đặc và đặt nó trong ống nghiệm. Tiếp theo, ta thêm một mảnh nhỏ của kim loại kẽm (Zn) vào ống nghiệm đó. Khi kim loại Zn tiếp xúc với dung dịch HNO3, một phản ứng hóa học sẽ xảy ra.

Trong quá trình phản ứng này, kim loại Zn sẽ dần tan trong dung dịch HNO3. Trong quá trình này, sẽ có một phần khí được sinh ra và hiển thị màu nâu đỏ đặc trưng. Khí này chính là nitơ đioxit (NO2), một khí độc hại có màu nâu đỏ đặc trưng. 

Phản ứng giữa kim loại kẽm và dung dịch HNO3 đặc là một ví dụ cụ thể về phản ứng oxi-hoá khử trong hóa học, và nó cung cấp thông tin quan trọng về tính chất hóa học của cả hai chất tham gia phản ứng. Quá trình này cũng thường được sử dụng trong các thí nghiệm và phân tích hóa học để kiểm tra sự có mặt của nitơ đioxit trong mẫu hoặc để tạo ra các sản phẩm hóa học khác.

3. Tính chất hóa học của Kẽm như thế nào?

Kẽm (Zn) là một kim loại hoạt động có tính khử mạnh, và điều này đồng nghĩa với việc nó có khả năng dễ dàng nhường các electron để tham gia vào các phản ứng hóa học. Dưới đây là một số ví dụ về tác dụng của kẽm với các chất khác:

Tác dụng với phi kim:

Kẽm có khả năng tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim. Ví dụ, khi nó tiếp xúc với không khí chứa oxi (O2), nó tạo ra oxit kẽm (ZnO) như sau:

2Zn + O2 → 2ZnO

Ngoài ra, kẽm cũng có thể tác dụng với clo (Cl2) để tạo ra cloua kẽm (ZnCl2):

Zn + Cl2 → ZnCl2

Tác dụng với axit:

Kẽm có thể tác dụng với các dung dịch axit như axit clohydric (HCl) và axit sulfuric (H2SO4) loãng. Trong phản ứng này, kẽm phản ứng với axit để tạo ra muối kẽm (ZnCl2 hoặc ZnSO4) và khí hidro (H2):

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Ngoài ra, khi kẽm tiếp xúc với dung dịch axit nitric (HNO3) hoặc axit sulfuric đặc (H2SO4 đặc), phản ứng sẽ tạo ra muối kẽm (như Zn(NO3)2) và khí nitơ đioxit (NO2) cùng với nước:

Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Tác dụng với nước:

Phản ứng giữa kẽm và nước hầu như không xảy ra do trên bề mặt của kẽm tạo ra màng oxit bảo vệ, ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa kẽm và nước.

Tác dụng với bazơ:

Kẽm cũng có khả năng tác dụng với các dung dịch bazơ mạnh như hidroxide natri (NaOH), hidroxide kali (KOH), và hidroxide canxi (Ca(OH)2). Trong trường hợp này, phản ứng tạo ra tetrahydroxozincate (II) natri (Na2[Zn(OH)4]) và khí hidro (H2):

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

Những tác dụng đa dạng này của kẽm trong các phản ứng hóa học là một phần quan trọng của tính chất hóa học của kim loại này và có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và phân tích hóa học.

4. Bài tập vận dụng phản ứng Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O

Câu 1. Cho phản ứng hóa học sau: Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO + NO2 + H2O

Tổng hệ số (nguyên, tối giản) của phản ứng trên là bao nhiêu? Biết tỉ lệ số mol NO : NO2 = 1 : 1)

A. 10

B. 12

C. 13

D. 15

Đáp án D

2x Ι (Zn → Zn+2 + 2e)

1x Ι(2N+5 + 4e → N+2 + N+4)

Phương trình hóa học: 2Zn + 6HNO3 → 2Zn(NO3)2 + NO + NO2+ 3H2O

Tổng hệ số là: 2 + 6 + 2 + 1 + 1 + 3 = 15

Câu 2: X là một hợp chất của Zn thường được dùng trong y học, với tác dụng làm thuốc giảm đau dây thần kinh, chữa bệnh eczema, bệnh ngứa,.... Chất X là

A. Zn(NO3)2. B. ZnSO4. C. ZnO. D. Zn(OH)2 .

Đáp án: C

ZnO được dùng trong y học, với tác dụng làm thuốc đau dây thần kinh, chữa bệnh eczema, bệnh ngứa,..do ZnO có tính chất làm săn da, sát khuẩn, bảo vệ, làm dịu tổn thương da,..

Câu 3: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép bằng phương pháp điện hóa người ta dùng kim loại nào sau đây?

A. Cu. B. Pb. C. Zn. D. Sn.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Để chống ăn mòn, người ta dùng một kim loại có tính khử lớn hơn Fe, thường là Zn, ghép vào vỏ tàu biển bằng thép để bảo vệ vỏ tàu, như thế Zn sẽ bị ăn mòn điện hóa trước.

Câu 4. Cho phương trình hoá học: Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2 + H2O

Tổng hệ số cân bằng (nguyên, tối giản) của phản ứng là

A. 26

B. 28

C. 27

D. 29

Đáp án D

Phương trình hóa học:

5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2+ 6H2O

Tổng hệ số là: 5 + 12 + 5 + 5 + 1 + 6 = 29

Câu 5: Cho m gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Zn tác dụng hết với 200 ml dung dịch HCl 1,6M thoát ra 3,36 lít (đktc) khí H2. Dung dịch thu được có giá trị pH là (bỏ qua các quá trình thuỷ phân của muối)

A. 2. B. 7. C. 4. D. 1.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

nkhí = 0,15 mol → nHCl phản ứng = 2.nkhí = 0,3 mol

nHCl dư = 0,2.1,6 – 0,3 = 0,02 mol

→ CM (HCl dư) = 0,02 : 0,2 = 0,1M → pH = 1.

Câu 6: Khi điều chế Zn từ dung dịch ZnSO4 bằng phương pháp điện phân với điện cực trơ, ở anot xảy ra quá trình nào sau đây?

A. Khử ion kẽm. B. Khử nước.

C. Oxi hóa nước. D. Oxi hóa kẽm.

Đáp án: C

Điện phân ZnSO4

Anot (+): oxi hóa nước: 2H2O → 4H+ + O2 +4e

Catot (-): khử Zn2+: Zn2+ + 2e → Zn

Câu 7. Cho một lượng hỗn hợp bột Zn vào dung dịch X gồm FeCl2 và CuCl2. Khối lượng chất rắn sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn nhỏ hơn khối lượng bột Zn ban đầu là 1 gam. Cô cạn phần dung dịch sau phản ứng thu được 27,2 gam

Xem thêm bài viết sau: Fe2O3 + CO = Fe + CO2 - Cân bằng phản ứng hoá học