Cân bằng phương trình hóa học Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O

1. Cân bằng phương trình hóa học Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O

- Phương trình phản ứng giữa Zn và HNO3

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

- Hướng dẫn chi tiết để cân bằng phản ứng giữa Zn và HNO3

4Zn⁰ + 10HN⁺⁵O3 → 4Zn⁺²(NO3)2 + NH4^-3NO3 + 3H2O

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

- Phản ứng giữa Zn và HNO3 diễn ra ở điều kiện nhiệt độ phòng.

- Phương trình ion rút gọn cho phản ứng giữa Zn và HNO3 là:

4Zn + 10H⁺ + 10NO₃^- → 4Zn²⁺ + NH₄⁺ + 6H2O

2. Tính chất hóa học của các chất tham gia phản ứng

2.1. Tính chất hóa học của kẽm

Kẽm là một kim loại có tính khử mạnh, thể hiện qua phản ứng oxi hóa khử cơ bản: Zn → Zn²⁺ + 2e^- (1).

(1) Phản ứng với phi kim:

Kẽm phản ứng trực tiếp với nhiều phi kim khác nhau. Chẳng hạn, với oxi, phản ứng diễn ra theo công thức: 2Zn + O₂ → 2ZnO. Khi gặp Cl₂, kẽm phản ứng tạo thành ZnCl₂ theo phương trình: Zn + Cl₂ → ZnCl₂.

(2) Tác dụng với axit:

Khi kẽm tương tác với dung dịch axit như HCl hoặc H₂SO₄ loãng, phản ứng tạo ra muối và khí hydrogen, ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂. Đối với axit mạnh như HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, phản ứng có thể được mô tả như sau: Zn + 4HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

(3) Tác dụng với nước:

Kẽm thường không phản ứng với nước do lớp oxit bảo vệ trên bề mặt kẽm ngăn cản phản ứng.

(4) Tác dụng với bazơ:

Kẽm khi tiếp xúc với các dung dịch bazơ mạnh như NaOH, KOH, hoặc Ca(OH)₂ sẽ phản ứng để tạo ra muối và khí hydrogen. Ví dụ, phản ứng giữa kẽm và NaOH trong môi trường nước có thể được mô tả như sau: Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄

2.2. Tính chất hóa học của HNO₃

- Axit nitric (HNO₃) là một axit nitrat có công thức hóa học HNO₃. Đây là một axit mạnh với tính chất khử mạnh mẽ và khả năng oxy hóa cao. Độ mạnh của nó thể hiện qua hằng số cân bằng axit (pKa) rất nhỏ, khoảng −2.

- Axit nitric là một axit đơn proton, chỉ có một proton có khả năng phân ly. Trong dung dịch, axit này hoàn toàn phân ly thành các ion nitrat NO₃^- và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđroni, theo phương trình sau:

   HNO₃ + H₂O → H₃O⁺ + NO₃^-

- Axit nitric cho thấy tính chất của một axit điển hình khi làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ khi tiếp xúc.

- Khi phản ứng với bazơ, oxit bazơ hoặc muối cacbonat, axit nitric tạo ra các muối nitrat. Ví dụ:

   2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

   2HNO₃ + Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂ + 2H₂O

   2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

- Axit nitric cũng có khả năng phản ứng với kim loại, tạo ra muối nitrat cùng với nước. Phản ứng này có thể được mô tả như sau:

   Kim loại + HNO₃ đặc → muối nitrat + NO + H₂O (nóng)

   Kim loại + HNO₃ loãng → muối nitrat + NO + H₂O

   Kim loại + HNO₃ loãng lạnh → muối nitrat + H₂

   Ví dụ: Mg (kim loại) + 2HNO3 loãng lạnh → Mg(NO3)2 + H2 (khí)

- Nhôm, sắt và crom thường không phản ứng khi tiếp xúc với axit nitric đặc và lạnh, vì chúng tạo ra một lớp oxit bảo vệ, ngăn cản sự oxy hóa tiếp tục.

- Khi phản ứng với phi kim (trừ silic và halogen), axit nitric sẽ tạo ra nito dioxit nếu là axit đặc và tạo ra oxit phi kim nếu là axit loãng. Ví dụ:

   C + 4HNO3 đặc → 4NO2 + 2H2O + CO2

   P + 5HNO3 đặc → 5NO2 + H2O + H3PO4

   3C + 4HNO3 loãng → 3CO2 + 4NO + 2H2O

- Khi phản ứng với oxit bazơ, bazơ hoặc muối mà kim loại trong hợp chất chưa đạt hóa trị cao nhất, axit nitric sẽ tạo ra các muối nitrat. Ví dụ:

   FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

   FeCO3 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2

- Axit nitric còn phản ứng với nhiều hợp chất hữu cơ và có khả năng phân hủy chúng. Do đó, tiếp xúc với axit này có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.

3. Bài tập thực hành áp dụng

Câu 1. Cho hỗn hợp AlCl3 và ZnCl2 phản ứng với dung dịch NH3 dư, thu được kết tủa X. Lọc X và nung để thu được chất rắn Y. Sau đó, cho khí H2 dư đi qua Y khi nung nóng, thu được chất rắn gồm

A. Al và Zn

B. Al2O3

C. Al và ZnO

D. Al2O3 và Zn

Đáp án C

Giải thích: Ban đầu, khi hỗn hợp AlCl3 và ZnCl2 phản ứng với dung dịch NH3, ta thu được kết tủa Al(OH)3 và Zn(OH)2. Khi cho khí H2 đi qua chất rắn này, Zn(OH)2 sẽ bị khử thành Zn và các phản ứng oxy hóa-khử khác xảy ra. Kết quả, chất rắn thu được sẽ chứa Al và ZnO.

Câu 2. Xét phương trình hóa học: Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O

Tổng các hệ số của phương trình là

A. 22

B. 24

C. 25

D. 26

Đáp án đúng là A

Phương trình đã cân bằng và tổng các hệ số của nó là 22.

Câu 3. Khi hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Zn và ZnO vào dung dịch HNO3 loãng dư, không thấy khí bay ra và dung dịch thu được chứa 113,4 gam Zn(NO3)2 và 8 gam NH4NO3. Vậy phần trăm khối lượng của Zn trong hỗn hợp X là

A. 33,33%

B. 66,67%

C. 61,61%

D. 50,00%

Đáp án đúng là C

Giải thích: Số mol Zn trong Zn(NO3)2 là 0,6 mol và số mol NH4NO3 là 0,1 mol. Bằng cách bảo toàn điện tử và nguyên tố Zn, tính được số mol Zn trong hỗn hợp X là 0,4 mol. Do đó, phần trăm khối lượng Zn trong X là 61,61%.

Câu 4. Khi hòa tan hoàn toàn 13,00 gam Zn vào dung dịch HNO3 loãng dư, ta thu được dung dịch X và 0,448 lít khí X (ở điều kiện tiêu chuẩn). Cô cạn dung dịch X, ta thu được 39,8 gam chất rắn. Khí X là:

A. NO2

B. N2

C. N2O

D. NO

Đáp án chính xác là B

Giải thích: Theo phản ứng đã cho, Zn phản ứng với HNO3 để tạo ra Zn(NO3)2, NH4NO3 và H2O. Khí X là khí nitơ (N2) như trong phản ứng sau đây:

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

Câu 5. Dãy hợp chất nào vừa phản ứng với dung dịch HCl vừa phản ứng với dung dịch NaOH là:

A. AlCl3, Al2O3, Al(OH)3

B. Al2O3, Al(OH)3, NaHCO3

C. Zn(OH)2, Al2O3, Na2CO3

D. ZnO, Zn(OH)2, NH4Cl

Đáp án đúng là B

Giải thích: Al2O3 và Al(OH)3 đều là những hợp chất lưỡng tính có khả năng phản ứng với cả HCl và NaOH. NaHCO3 cũng có khả năng phản ứng với cả hai dung dịch này.

Câu 6. Cho m gam bột Zn vào 500 ml dung dịch Fe2(SO4)3 0,24M. Sau khi phản ứng hoàn tất, khối lượng dung dịch tăng thêm 9,6 gam so với lúc ban đầu. Tính giá trị của m:

A. 29,25.

B. 48,75.

C. 32,50.

D. 20,80.

Đáp án chính xác là D

Giải thích: Ban đầu có 0,12 mol Fe2(SO4)3. Phản ứng giữa Zn và Fe2(SO4)3 sẽ tạo ZnSO4 và FeSO4. Từ việc khối lượng dung dịch tăng, ta tính được khối lượng Zn là 20,8 gam.

Câu 7. Xem xét các thí nghiệm sau:

(1) Thực hiện phản ứng giữa Zn và dung dịch Fe2(SO4)3.

(2) Đưa bột Mg vào dung dịch HCl dư.

(3) Cho khí H2 dư đi qua ống chứa bột Fe2O3 đang được nung nóng.

(4) Đưa Ca vào dung dịch CuSO4.

(5) Thêm dung dịch Fe(NO3)2 vào dung dịch AgNO3.

Sau khi các phản ứng hoàn tất, số thí nghiệm thu được kim loại là:

A. 4

B. 2

C. 3

D. 1

Đáp án đúng là B

Giải thích: Các phản ứng được mô tả như sau:

(1) Không thu được kim loại.

(2) Không thu được kim loại.

(3) Kim loại Fe được thu nhận.

(4) Không thu được kim loại nào.

(5) Kim loại Ag được thu nhận.

Do đó, có 2 thí nghiệm cho ra kim loại.

Câu 8. Để khử hoàn toàn hỗn hợp FeO và ZnO thành kim loại, cần 4,48 lít H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn). Khi hòa tan hoàn toàn hỗn hợp kim loại thu được bằng dung dịch HCl, thể tích H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn) sinh ra là:

A. 4,48 lít

B. 2,24 lít

C. 3,36 lít

D. 1,12 lít

Lựa chọn A

Giải thích: Để khử hoàn toàn FeO và ZnO thành kim loại, cần 0,2 mol H2. Do đó, thể tích H2 ở điều kiện tiêu chuẩn cần là 4,48 lít.

Câu 9. Một hỗn hợp m gam gồm hai kim loại Fe và Zn phản ứng hoàn toàn với 200 ml dung dịch HCl 1,6M, tạo ra 3,36 lít khí H2 ở điều kiện tiêu chuẩn. Dung dịch thu được có pH là (bỏ qua quá trình thủy phân của muối):

A. 2.

B. 7.

C. 4.

D. 1.

Đáp án là D

Giải thích: Số mol H2 sinh ra là 0,15 mol. Sau phản ứng, dung dịch chỉ còn muối nên không ảnh hưởng đến pH. Do đó, pH của dung dịch là 1.

Câu 10. 500ml dung dịch NaOH 1M phản ứng với 200 ml dung dịch ZnSO4 1M, thu được a gam kết tủa. Giá trị của a là:

A. 9,425.

B. 8,425.

C. 7,425.

D. 14,855

Đáp án đúng là D

Giải thích: Phản ứng giữa NaOH và ZnSO4 tạo kết tủa Zn(OH)2 với số mol là 0,2 mol. Khối lượng kết tủa tính được là 14,85 gam.

Đây là toàn bộ nội dung bài viết của Mytour về cân bằng phương trình hóa học Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O. Cảm ơn các bạn đã theo dõi và quan tâm!