Zn + 4HNO3 ra Zn(NO3)2, 2NO2 và 2H2O
Lớp 11Hóa học

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

Trả lời nhanh

Phương trình: Zn + 4HNO3 (đặc) → Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O. Kẽm là kim loại hoạt động trung bình, bị HNO3 đặc oxi hoá lên Zn2+, còn N+5 bị khử xuống N+4 trong khí NO2 màu nâu đỏ. Phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, đun nóng thì xảy ra nhanh hơn.

Phương trình hoá học

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

Phương trình ion thu gọn: Zn + 4H+ + 2NO3− → Zn2+ + 2NO2↑ + 2H2O.

  • Chất tham gia: kẽm (Zn) và dung dịch nitric acid đặc (HNO3).
  • Sản phẩm: kẽm nitrate Zn(NO3)2, khí nitrogen dioxide NO2 và nước.
  • Loại phản ứng: oxi hoá – khử. Zn là chất khử, HNO3 là chất oxi hoá (đồng thời là môi trường tạo muối).

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Zn0 → Zn+2; N+5 → N+4.
  2. Viết quá trình:

    Zn0 → Zn+2 + 2e (quá trình oxi hoá)

    N+5 + 1e → N+4 (quá trình khử)
  3. Cân bằng electron: nhân quá trình khử với 2 để số electron nhường = số electron nhận = 2. Vậy 1 Zn ứng với 2 NO2.
  4. Cân bằng nguyên tố còn lại: 1 Zn(NO3)2 cần thêm 2 gốc NO3− làm môi trường. Tổng HNO3 = 2 (tạo muối) + 2 (bị khử) = 4. Hydrogen: 4 H ở vế trái nên có 2H2O.
  5. Kiểm tra oxygen: vế trái 4 × 3 = 12; vế phải 6 + 4 + 2 = 12 ✓.

Mẹo nhớ: với HNO3 đặc, kim loại hoá trị n: số mol HNO3 phản ứng = 2n × số mol kim loại. Zn có n = 2 nên 1 mol Zn cần 4 mol HNO3.

Hiện tượng nhận biết

  • Kẽm tan dần trong dung dịch.
  • Có khí màu nâu đỏ thoát ra (NO2), mùi hắc, độc.
  • Dung dịch thu được trong suốt, không màu (muối Zn(NO3)2 không có màu). Nếu hơi vàng là do NO2 hoà tan.

Lưu ý an toàn: NO2 gây hại đường hô hấp, nên làm thí nghiệm trong tủ hút, dùng lượng nhỏ, có thể dùng bông tẩm dung dịch kiềm đậy miệng ống nghiệm để hấp thụ khí.

So sánh Zn với HNO3 đặc, loãng và rất loãng

Sản phẩm khử của N+5 phụ thuộc vào nồng độ acid. Học sinh hay nhầm giữa các trường hợp này.

Nồng độ HNO3 Phương trình Sản phẩm khử
Đặc Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O NO2 (nâu đỏ)
Loãng 3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O NO (không màu, hoá nâu ngoài không khí)
Rất loãng 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O NH4NO3 (muối ammonium)

Những điểm dễ nhầm

  • Zn không bị thụ động hoá trong HNO3 đặc nguội. Chỉ Al, Fe, Cr mới bị thụ động nên người ta dùng bình Al, Fe để chứa HNO3 đặc nguội.
  • Không có khí H2: HNO3 là acid có tính oxi hoá mạnh do ion NO3−, nên không giải phóng hydrogen khi tác dụng với kim loại.
  • Quên phần HNO3 làm môi trường: chỉ một nửa số phân tử HNO3 bị khử, nửa còn lại tạo muối. Nhiều bạn cân bằng thành Zn + 2HNO3 là sai.
  • Khi viết khí NO2, đừng viết nhầm thành N2O hay NO.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Cho 6,5 gam Zn tác dụng hết với dung dịch HNO3 đặc, dư. Tính khối lượng muối thu được và khối lượng HNO3 đã phản ứng.

Giải: nZn = 6,5 : 65 = 0,1 mol. Theo phương trình, nZn(NO3)2 = 0,1 mol, khối lượng = 0,1 × 189 = 18,9 gam. nHNO3 phản ứng = 0,4 mol, khối lượng = 0,4 × 63 = 25,2 gam.

Bài 2. Hoà tan hoàn toàn 13 gam Zn trong HNO3 đặc, nóng, dư. Tính thể tích NO2 (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar; thể tích mol 24,79 L/mol).

Giải: nZn = 13 : 65 = 0,2 mol. Bảo toàn electron: 2 × 0,2 = 1 × nNO2 nên nNO2 = 0,4 mol. V = 0,4 × 24,79 ≈ 9,92 L. (Nếu đề cho ở đktc 0 °C, 1 atm thì V = 0,4 × 22,4 = 8,96 L.)

Bài 3. Hoàn thành và cân bằng: Zn + HNO3 (loãng) → Zn(NO3)2 + NO + H2O.

Giải: 3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O. Kiểm tra: 3 Zn nhường 6e, 2 N+5 nhận 3e mỗi nguyên tử, tổng 6e ✓.

Ứng dụng

Phản ứng này dùng để minh hoạ tính oxi hoá mạnh của HNO3 đặc và điều chế muối kẽm nitrate trong phòng thí nghiệm. Khí NO2 sinh ra cần được xử lí, vì khi gặp nước và oxygen có thể tạo HNO3, góp phần gây mưa acid.

Câu hỏi thường gặp

Zn tác dụng với HNO3 đặc tạo khí gì?

Tạo khí NO2 màu nâu đỏ, mùi hắc, độc. Phương trình: Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

Zn có bị thụ động trong HNO3 đặc nguội không?

Không. Zn vẫn phản ứng với HNO3 đặc nguội. Chỉ Al, Fe, Cr bị thụ động hoá trong HNO3 đặc nguội.

Vì sao Zn + HNO3 không tạo ra H2?

Ion NO3- trong môi trường acid có tính oxi hoá mạnh hơn H+, nên bị khử thành NO2, NO hoặc NH4+ thay vì tạo H2.

1 mol Zn cần bao nhiêu mol HNO3 đặc?

Cần 4 mol HNO3: 2 mol tạo muối Zn(NO3)2 và 2 mol bị khử thành NO2.

Bài học liên quan