Phản ứng Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2 + H2O
1. Phương trình phản ứng Zn tác dụng HNO3 loãng ra N2
5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
2. Hướng dẫn cân bằng phản ứng Zn tác dụng HNO3 loãng
→ 5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
3. Điều kiện phản ứng xảy ra khi cho Zn + HNO3 loãng
Nhiệt độ thường
4. Bản chất của các chất tham gia phản ứng
4.1. Bản chất của Zn (Kẽm)
– Trong phản ứng trên Zn là chất khử.
– Zn là kim loại hoạt động có tính khử mạnh tác dụng được với các axit.
4.2. Bản chất của HNO3 (Axit nitric)
– Trong phản ứng trên HNO3 là chất oxi hoá.
– Đây là một monoaxit mạnh, có tính oxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ.
5. Tính chất hoá học của Zn
Kẽm là kim loại hoạt động có tính khử mạnh Zn → Zn2+ + 2e
5.1. Tác dụng với phi kim
Zn tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim.
2Zn + O2 → 2ZnO
Zn + Cl2 → ZnCl2
5.2. Tác dụng với axit
– Với các dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
– Với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc:
Zn + 4HNO3 đ → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
5.3. Tác dụng với H2O
Phản ứng này hầu như không xảy ra vì trên bề mặt của kẽm có màng oxit bảo vệ.
5.4. Tác dụng với bazơ
Kẽm tác dụng với dung dịch bazơ mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH)2….
Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
5.5. Điều chế
Kẽm là nguyên tố được sử dụng phổ biến thứ 4, sau sắt, đồng, nhôm. Khoảng 70% lượng kẽm hiện nay đến từ việc khai thác quặng kẽm, phần còn lại sẽ từ hoạt động tái chế. 95% kẽm khai thác từ quặng sulfit. Trên thế giới các mỏ quặng kẽm tập trung nhiều tại Trung Quốc, Peru và Australia.
Quặng kẽm sẽ được nghiền nhỏ và trải qua nhiều công đoạn xử lý, tinh chế để thu được kim loại kẽm tinh khiết:
Chuyển kẽm sulfit thành kẽm oxit: 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2.
Khử kẽm oxit với cacbon hoặc CO ở 950 °C tạo kim loại kẽm ở dạng hơi. Hơi kẽm được thu hồi trong bình ngưng tụ:
2 ZnO + C → 2 Zn + CO2
2 ZnO + 2 CO → 2 Zn + 2 CO2.
Ngoài ra có thể khử ZnO bằng phương pháp sử dụng dung dịch H2SO4 sau đó điện phân thu kẽm kim loại:
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
2 ZnSO4 + 2 H2O → 2 Zn + 2 H2SO4 + O2
6. Tính chất hóa học của HNO3
– Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có công thức hóa học HNO3 . Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2.
– Axit nitric là một monoproton chỉ có một sự phân ly nên trong dung dịch, nó bị điện ly hoàn toàn thành các ion nitrat NO3− và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđroni.
H3O+ HNO3 + H2O → H3O+ + NO3-
– Axit nitric có tính chất của một axit bình thường nên nó làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
– Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat tạo thành các muối nitrat
2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O
2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O
2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2
– Axit nitric tác dụng với kim loại: Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước .
Kim loại + HNO3 đặc → muối nitrat + NO + H2O ( to)
Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 loãng lạnh → muối nitrat + H2
Mg(rắn) + 2HNO3 loãng lạnh → Mg(NO3)2 + H2 (khí)
– Nhôm, sắt, crom thụ động với axit nitric đặc nguội do lớp oxit kim loại được tạo ra bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
– Tác dụng với phi kim (các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen) tạo thành nito dioxit nếu là axit nitric đặc và oxit nito với axit loãng và nước, oxit của phi kim.
C + 4HNO3 đặc → 4NO2 + 2H2O + CO2
P + 5HNO3 đặc → 5NO2 + H2O + H3PO4
3C + 4HNO3 loãng → 3CO2 + 4NO + 2H2O
– Tác dụng với oxit bazo, bazo, muối mà kim loại trong hợp chất này chưa lên hóa trị cao nhất:
FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
FeCO3 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2
– Tác dụng với hợp chất:
3H2S + 2HNO3 (>5%) → 3Skết tủa + 2NO + 4H2O
PbS + 8HNO3 đặc → PbSO4 kết tủa + 8NO2 + 4H2O
Ag3PO4 tan trong HNO3, HgS không tác dụng với HNO3.
– Tác dụng với nhiều hợp chất hữu cơ: Axit nitric có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ, nên sẽ rất nguy hiểm nếu để axit này tiếp xúc với cơ thể người.
7. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Hệ số của HNO3 trong phản ứng:
Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2O + N2 + H2O (biết tỉ lệ mol của N2O : N2 = 2 : 3) là
A. 55.
B. 56.
C. 70.
D. 50.
Lời giải:
Vì tỉ lệ mol của N2O : N2 là 2 : 3 => đặt 2 trước N2O và đặt 3 trước N2 sau đó tính tổng eletron nhận = 10.5 – 2.2.1 – 0 = 46
Chọn hệ số sao cho tổng electron cho = tổng elron nhận => nhân 23 ở quá trình cho eletron và nhân 1 ở quá trình nhận eletron
23Zn + 56HNO3 → 23Zn(NO3)2+ 2N2O + 3N2 + 28H2O
Câu 2. 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
Lời giải:
Câu 3. Hòa tan hoàn toàn 6,5 gam Zn trong dung dịch HNO3 loãng, dư thu được dung dịch X và 0,224 lít khí N2 (đktc). Khối lượng muối trong dung dịch X là
A. 18,90 gam.
B. 17,80 gam.
C. 19,9 gam.
D. 28,35 gam.
Lời giải:
nZn= 6,565 = 0,1 (mol); nN2= 0,22422,4= 0,01 (mol)
Ta thấy:
necho= 2nZn = 0,4 (mol) > ne nhận= 10nN2 = 0,2 (mol) → Sản phẩm khử có chứa NH4NO3
Quá trình cho – nhận e:
0Zn → Zn+2 + 2e
+5N + 10e → 20N(N2)
2+5N + 8e→−3N (NH4NO3)
Áp dụng bảo toàn e:
2nZn= 10nN2+ 8nNH4NO3
⇔ 2.0,1 = 10.0,01 + 8nNH4NO3 ⇔ nNH4NO3 = 0,0125 (mol)
Muối trong dung dịch X gồm: 0,1 mol Zn(NO3)2 và 0,025 mol NH4NO3
→ mmuối = 0,1.189 + 0,0125.80 = 19,9 gam
Câu 4. Hòa tan hoàn toàn 13,00 gam Zn trong dung dịch HNO3 loãng, dư thu được dung dịch X và 0,448 lít khí X duy nhất (đktc). Cô cạn dung dịch X thu được 39,8 gam chất rắn. Khí X là:
A. NO2
B. N2
C. N2O
D. NO
Lời giải:
Chất rắn khan thu được chứa Zn(NO3)2 và có thể có NH4NO3.
Ta có: nZn(NO3)2 = nZn = 0,2 mol
Giả sử 1 phân tử khí trao đổi n electron.
BT electron: ne cho = ne nhận
=> 2nZn = 8nNH4NO3 + n.nkhí
=> 2.0,2 = 8.0,025 + n.0,02
=> n = 10 => X là N2
Câu 5. Nhiệt phân hoàn toàn 17,0 gam AgNO3 thu được a gam kim loại. Giá trị của a là
A. 2,7 gam.
B. 10,8 gam.
C. 5,4 gam.
D. 13,5 gam.
Lời giải:
Câu 6. Cho 1,12 lít khí N2 tác dụng với 4,48 lít khí H2 tạo ra V lít khí NH3 (điều kiện tiêu chuẩn). Biết hiệu suất phản ứng là 25%. Tính giá trị của V?
A. 2,24 lít
B. 5,6 lít
C. 0,56 lít
D. 1,12 lít
Lời giải:
Phương trình hóa học:
Phản ứng: N2 + 3H2 → 2NH3
Ban đầu: 0,05 0,2 mol
(So sánh thấy: 0,051 < 0,23 nên hiệu suất tính theo N2 => nN2 pư = 0,05.25% = 0,0125 mol)
N2 + 3H2 → 2NH3
0,0125 → 0,0375 → 0,025
→ V = 0,025.22,4 = 0,56 lít
Câu 7. Điểm giống nhau giữa khí nito và khí cacbonic là:
A. Đều không tan trong nước
B. Đều có tính Oxi hóa và tính khử
C. Đều không duy trì sự cháy và sự sống
D. Tất cả đáp án trên đều đúng
Lời giải:
Câu 8. Cho các câu sau nói về tính chất của nito:
1) Hóa lỏng ở nhiệt độ rất thấp (-1960C)
2) Có khả năng đông nhanh
3) Tan nhiều trong nước
4) Nặng hơn Oxi
5) Kém bền, dễ bị phân hủy thành nitơ nguyên tử
Tìm các tính chất không thuộc về khí nitơ?
A. (1); (3); (4)
B. (1); (2)
C. (3); (4); (5)
D. (2); (3); (5)
Lời giải:
3) Tan nhiều trong nước
4) Nặng hơn Oxi
5) Kém bền, dễ bị phân hủy thành nitơ nguyên tử
Câu 9. Cho hổn hợp X gồm 0,05 mol Cu; 0,1 mol Zn; 0,15 mol Al vào 500 ml dung dịch HCl. Phản ứng kết thúc thu được dung dịch Y và hổn hợp rắn Z. Cho Z và dung dịch HNO3 có dư thu được 2,24 lít NO (đktc). Tìm nồng độ dung dịch HCl
A. 1,8M
B. 3M
C. 0,9M
D. 2,5M
Các quá trình trao đổi electron là:
Quá trình cho e
Cu → Cu2+ + 2e
Zn → Zn2+ + 2e
Al → Al3+ + 3e
Quá trình nhận e
2H+ + 2e → H2
N+5 + 3e → N+2
Áp dụng bảo toàn electron ta có
2nCu + 2nZn + 3nAl= nHCl + 3nNO
=> 2.0,05 + 2.0,1 + 3.0,15 = nH+ + 3.0,1 => nH+ = 0,45 mol
⇒ nHCl= 0,45 mol ⇒ CM HCl = 0,9M
Câu 10. Cho dung dịch NH3 đến dư vào dung dịch chứa AlCl3 và ZnCl2 thu được kết tủa A. Nung A được chất rắn B. Cho luồng hiđro đi qua B nung nóng sẽ thu được chất rắn nào trong số các chất sau?
A. Zn và Al2O3.
B. Al và Zn.
C. Al2O3.
D. Al và ZnO.
Lời giải:
AlCl3 + 3NH3+ 6H2O → Al(OH)3 + 3NH4Cl
ZnCl2 + 2NH3 + 2H2O → Zn(OH)2 + 2NH4Cl
Zn(OH)2 + NH3 dư → [Zn(NH3)6](OH)2
Câu 11. Hoà tan hết hỗn hợp X gồm Zn và ZnO trong dung dịch HNO3 loãng dư thấy không có khí bay ra và trong dung dịch chứa 56,7 gam Zn(NO3)2 và 4 gam NH4NO3. Phần trăm khối lượng Zn trong X là
A. 33,33%
B. 66,67%
C. 61,61%
D. 50,00%
Lời giải:
nZn(NO3)2 = 0,3 mol;
nNH4NO3 = 0,05 mol
ZnO tác dụng với HNO3 không sinh ra sản phẩm khử vì đã đạt số oxi hóa tối đa
Bảo toàn e: 2.nZn= 8.nNH4NO3 => nZn = 4.0,05 = 0,2 mol
Bảo toàn nguyên tố Zn: nZn(NO3)2= nZn+ nZnO
=> nZnO = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol
%mZn = 0,2.650,2.65+0,1.81.100% = 61,61%
Câu 12. Cho m (g) hỗn hợp Mg, Al, Zn tác dụng với 0,112 lit Cl2 ở đktc, phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch axit HCl dư thu được dung dịch Y và 0,168 lit H2 đktc. Làm khô dung dịch Y thu được 1,245 gam chất rắn khan. m có giá trị là:
A. 0,3575
B. 1,4300
C. 2,1400
D. 0,7150
Lời giải:
nCl2 = 0,005 mol
nH2 = 0,0075 mol
nCl– = 2nCl2 + 2nH2= 0,025 mol
Bảo toàn khối lượng: mmuối = mKL + mCl–
=> 1,245 = mKL+ mCl– = m + 0,025.35,5
=> m= 0,3575 g
Câu 13. Dãy kim loại nào trong các dãy sau đây gồm các kim loại đều không tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng?
A. Al, Mg, Cu
B. Fe, Mg, Ag
C. Al, Fe, Mg
D. Al, Fe, Cu
Lời giải:
Câu 14. Cho hỗn hợp gồm 1 mol chất A và 1 mol chất B tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đăc, nóng (dư) tạo ra 1 mol khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất). Hai chất A, B là
A. Fe, Fe2O3
B. Fe, FeO
C. Fe3O4, Fe2O3
D. FeO, Fe3O4
Lời giải:
Xét quá trình cho – nhận e:
Cho e:
Fe: Fe0→Fe+3 + 3e
FeO: +2Fe →+3Fe + 1e
Fe3O4: +8/3Fe3→3+3Fe + 1e
Nhận e: S+6→S+4 + 2e
A. FeO, Fe3O4 : nSO2= 1+12 = 1 mol
B. Fe3O4, Fe2O3: nSO2 = 12 = 0,5 mol
C. Fe, Fe2O3: nSO2= 32= 1,5mol
D. Fe, FeO: nSO2= 3+12 = 2 mol
Xem thêm các phương trình hóa học khác:
Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + N2O + N2 + H2O
Zn + HCl → ZnCl2 + H2
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Zn + NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết tại Giải Bài Tập. Mời các bạn cùng xem các nội dung giải trí học tập và các kiến thức thú vị khác tại đây.
