Zn + HNO3 tạo ra N2O: phương trình, cân bằng và bài tập
Lớp 11Hóa học

Zn + HNO3 tạo ra N2O: phương trình, cân bằng và bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình: 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O. Zn bị oxi hoá lên Zn2+, còn N+5 trong HNO3 loãng bị khử xuống N+1 trong N2O. Tỉ lệ mol Zn : HNO3 : N2O là 4 : 10 : 1, trong đó chỉ 2 phân tử HNO3 đóng vai trò chất oxi hoá.

Phương trình hoá học Zn + HNO3 tạo N2O

4Zn + 10HNO3 (loãng) → 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

  • Chất phản ứng: kim loại kẽm (Zn) và dung dịch axit nitric loãng.
  • Sản phẩm: kẽm nitrat, khí đinitơ oxit (N2O) và nước.
  • Điều kiện: nồng độ HNO3 loãng vừa phải, thường đun nhẹ hoặc ở nhiệt độ thường tuỳ nồng độ.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Làm theo bốn bước quen thuộc, các em chỉ cần nhớ N2O có hai nguyên tử N nên phải nhận electron cho cả hai.

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Zn0 → Zn+2; N+5 → N+1 (trong N2O).
  2. Viết quá trình:
    • Zn0 → Zn+2 + 2e (nhường 2e)
    • 2N+5 + 8e → 2N+1 (nhận 8e, vì mỗi N nhận 4e)
  3. Cân bằng electron: nhân quá trình oxi hoá với 4 để nhường 8e. Vậy 4Zn và 1N2O.
  4. Cân bằng phần còn lại: 4Zn(NO3)2 chứa 8 gốc NO3–, cộng 2 N đi vào N2O nên cần 10HNO3. Hiđro: 10H ở vế trái → 5H2O ở vế phải.

Kiểm tra oxi: vế trái 10 × 3 = 30; vế phải 4 × 6 + 1 + 5 = 30. Cân bằng đúng.

Vai trò của HNO3 trong phản ứng

Vai trò Số phân tử HNO3 Đi vào đâu
Chất oxi hoá 2 N2O
Môi trường (tạo muối) 8 4Zn(NO3)2
Tổng 10

Mẹo nhớ: nHNO3 phản ứng = 10 × nN2O khi chỉ tạo N2O. Công thức tổng quát: nHNO3 = 2nZn + 2nN2O.

Hiện tượng nhận biết

  • Kẽm tan dần trong dung dịch axit.
  • Có khí không màu thoát ra (N2O). Khí này không hoá nâu trong không khí, khác với NO.
  • Dung dịch thu được không màu (muối Zn(NO3)2).

Vì sao cùng Zn + HNO3 mà sản phẩm khử khác nhau?

Sản phẩm khử của N+5 phụ thuộc vào nồng độ axit và độ mạnh của kim loại. Zn là kim loại khá mạnh nên có thể khử HNO3 xuống mức thấp.

Điều kiện Sản phẩm khử Phương trình
HNO3 đặc NO2 Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
HNO3 loãng NO 3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Loãng hơn N2O 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O
Rất loãng N2 5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
Rất loãng (nhiều Zn) NH4NO3 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Quy luật: axit càng loãng, số oxi hoá của N trong sản phẩm càng thấp (+4 → +2 → +1 → 0 → –3). Đề bài thường cho sẵn sản phẩm khử, các em đừng tự đoán.

Lỗi sai thường gặp

  • Quên nhân đôi N: viết N+5 + 4e → N+1 rồi đặt hệ số N2O sai. Phải viết 2N+5 + 8e → 2N+1.
  • Quên phần HNO3 làm môi trường: chỉ tính 2 HNO3 bị khử mà bỏ 8 HNO3 tạo muối.
  • Bỏ sót NH4NO3: với Zn, Mg, Al, bài toán định lượng đôi khi có muối amoni; khi đề không nói thì mới coi như không có.
  • Nhầm N2O với NO2: N2O không màu, NO2 màu nâu đỏ.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Hoà tan hoàn toàn 6,5 gam Zn trong dung dịch HNO3 loãng, chỉ thu được khí N2O. Tính thể tích N2O (đktc) và số mol HNO3 đã phản ứng.

Giải: nZn = 6,5 : 65 = 0,1 mol. Bảo toàn electron: 2 × 0,1 = 8 × nN2O → nN2O = 0,025 mol → V = 0,025 × 22,4 = 0,56 lít. nHNO3 = 2 × 0,1 + 2 × 0,025 = 0,25 mol (khớp tỉ lệ 4 : 10).

Bài 2. Hoà tan m gam Zn trong HNO3 loãng, thu được 0,448 lít N2O (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Tìm m.

Giải: nN2O = 0,448 : 22,4 = 0,02 mol → electron nhận = 0,02 × 8 = 0,16 mol → nZn = 0,16 : 2 = 0,08 mol → m = 0,08 × 65 = 5,2 gam.

Bài 3. Cân bằng: Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO + H2O.

Giải: Zn nhường 2e, N+5 nhận 3e → bội chung 6: 3Zn và 2NO. Vậy 3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O (oxi: 24 = 18 + 2 + 4).

Câu hỏi thường gặp

Phương trình Zn + HNO3 tạo ra N2O được cân bằng như thế nào?

4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O. Zn nhường 2e, hai nguyên tử N+5 nhận tổng 8e để thành N2O nên cần 4Zn cho mỗi phân tử N2O.

Trong phản ứng Zn + HNO3 tạo N2O, có bao nhiêu phân tử HNO3 đóng vai trò chất oxi hoá?

Có 2 trong 10 phân tử HNO3 là chất oxi hoá (tạo N2O), 8 phân tử còn lại làm môi trường để tạo 4 phân tử Zn(NO3)2.

Khí N2O có hiện tượng gì để nhận biết?

N2O là khí không màu, không hoá nâu trong không khí. Vì vậy có thể phân biệt với NO (hoá nâu đỏ thành NO2) và NO2 (màu nâu đỏ sẵn).

Khi nào Zn tác dụng HNO3 cho N2O thay vì NO hay NO2?

Khi dùng HNO3 loãng hơn trường hợp tạo NO, hoặc theo dữ kiện đề bài. Axit càng loãng thì N+5 bị khử xuống số oxi hoá càng thấp.

Bài học liên quan