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

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

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

2. Các điều kiện cần thiết để phản ứng Zn + HNO3 xảy ra và cách thực hiện thí nghiệm

Phản ứng giữa kẽm (Zn) và axit nitric (HNO3) đặc là một hiện tượng hóa học thú vị. Ở nhiệt độ phòng, phản ứng này có thể xảy ra và tạo ra các sản phẩm hóa học quan trọng. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ bằng cách đun nóng, phản ứng sẽ xảy ra nhanh hơn và mạnh mẽ hơn.

Khi kẽm tiếp xúc với HNO3 đặc, một chuỗi phản ứng xảy ra, sản phẩm chính bao gồm oxit kẽm (ZnO), nitrat kẽm (Zn(NO3)2) và oxit nitơ (NO). Sự phát nhiệt trong quá trình này làm tăng nhiệt độ, lý giải tại sao phản ứng diễn ra nhanh chóng hơn khi đun nóng.

Phản ứng này có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và phân tích hóa học, đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất hợp chất nitrat và oxit kẽm, được sử dụng trong nhiều sản phẩm khác nhau. Hiểu biết về phản ứng giữa kẽm và HNO3 giúp nâng cao kiến thức hóa học và ứng dụng thực tiễn.

Khi thực hiện thí nghiệm, bắt đầu bằng việc cho một lượng nhỏ dung dịch HNO3 đặc vào ống nghiệm. Sau đó, thêm một mảnh nhỏ kim loại kẽm (Zn) vào ống nghiệm. Khi kẽm tiếp xúc với dung dịch HNO3, phản ứng hóa học sẽ xảy ra.

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

Phản ứng giữa kim loại kẽm và dung dịch HNO3 đặc là một ví dụ điển hình về phản ứng oxi-hoá khử trong hóa học, cung cấp cái nhìn sâu sắc về tính chất hóa học của các chất tham gia. Quá trình này cũng thường được áp dụng trong thí nghiệm và phân tích hóa học để phát hiện nitơ đioxit trong mẫu hoặc tạo ra các sản phẩm hóa học khác.

3. Kẽm có những tính chất hóa học gì?

Kẽm (Zn) là kim loại có tính khử mạnh, cho phép nó dễ dàng nhường electron trong các phản ứng hóa học. Dưới đây là một số ví dụ về phản ứng của kẽm với các chất khác:

Phản ứng với phi kim:

Kẽm có khả năng phản ứng trực tiếp với nhiều phi kim. Chẳng hạn, khi tiếp xúc với không khí chứa oxi (O2), kẽm tạo ra oxit kẽm (ZnO) theo phương trình sau:

2Zn + O2 → 2ZnO

Kẽm cũng có thể phản ứng với clo (Cl2) để tạo ra clorua kẽm (ZnCl2):

Zn + Cl2 → ZnCl2

Phản ứng với axit:

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

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Khi kẽm phản ứng với dung dịch axit nitric (HNO3) hoặc axit sulfuric đặc (H2SO4 đặc), sản phẩm tạo ra bao gồm muối kẽm (như Zn(NO3)2), khí nitơ đioxit (NO2) và nước.

Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Phản ứng với nước:

Kẽm gần như không phản ứng với nước do lớp oxit trên bề mặt kẽm tạo ra màng bảo vệ, ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp với nước.

Phản ứng với bazơ:

Kẽm có khả năng phản ứng với các dung dịch bazơ mạnh như natri hydroxit (NaOH), kali hydroxit (KOH), và canxi hydroxit (Ca(OH)2). Trong những phản ứng này, sản phẩm tạo ra bao gồm tetrahydroxozincate (II) natri (Na2[Zn(OH)4]) và khí hidro (H2):

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

Các phản ứng đa dạng của kẽm là một phần quan trọng trong tính chất hóa học của nó, với nhiều ứng dụng trong công nghiệp và phân tích hóa học.

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

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

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

A. 10

B. 12

C. 13

D. 15

Đáp án đúng là D

2x Ι (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻)

1x Ι (2N⁺⁵ + 4e⁻ → N²⁺ + N⁴⁺)

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

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

Câu 2: X là một hợp chất của Zn được ứng dụng trong y học, với khả năng giảm đau thần kinh, điều trị eczema, và các bệnh ngứa khác. Chất X là

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

Đáp án: C

ZnO được sử dụng trong y học để giảm đau thần kinh, điều trị eczema, ngứa, vì ZnO có đặc tính làm săn da, sát khuẩn, bảo vệ và làm dịu tổn thương da.

Câu 3: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép khỏi sự ăn mòn điện hóa, kim loại nào dưới đây được sử dụng?

A. Cu. B. Pb. C. Zn. D. Sn.

Hướng dẫn giải

Đáp án: C

Để ngăn ngừa sự ăn mòn, người ta thường sử dụng một kim loại có tính khử cao hơn sắt, như Zn, để gắn vào vỏ tàu biển bằng thép. Zn sẽ bị ăn mòn thay vì thép, bảo vệ vỏ tàu khỏi sự ăn mòn điện hóa.

Câu 4: Xem xét phương trình hóa học sau: Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2 + H2O

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

A. 26

B. 28

C. 27

D. 29

Đáp án: D

Phương trình phản ứng hóa học là:

5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O

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

Câu 5: Tính khối lượng m của hỗn hợp hai kim loại Fe và Zn khi chúng phản ứng hoàn toàn với 200 ml dung dịch HCl 1,6M, sinh ra 3,36 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn). Giá trị pH của dung dịch thu được là (bỏ qua quá trình thủy phân của muối)

A. 2. B. 7. C. 4. D. 1.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Số mol khí H2 là 0,15 mol → Số mol HCl phản ứng là 0,3 mol

Số mol HCl dư là 0,2 x 1,6 - 0,3 = 0,02 mol

→ Nồng độ (HCl dư) là 0,02 : 0,2 = 0,1M → pH = 1.

Câu 6: Trong quá trình điện phân dung dịch ZnSO4 bằng điện cực trơ, quá trình nào xảy ra ở anot?

A. Khử ion kẽm. B. Khử nước.

C. Oxi hóa nước. D. Oxi hóa kẽm.

Đáp án: C

Quá trình điện phân ZnSO4

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

Catot (-): khử Zn2+: Zn2+ + 2e → Zn

Câu 7: Khi cho bột Zn vào dung dịch X chứa FeCl2 và CuCl2, khối lượng chất rắn sau khi phản ứng hoàn tất giảm so với khối lượng bột Zn ban đầu là 1 gam. Sau khi cô cạn dung dịch, thu được 27,2 gam.