Hôm nay, thầy/cô sẽ hướng dẫn các em chi tiết cách cân bằng phương trình này bằng phương pháp thăng bằng electron (hay còn gọi là phương pháp oxi hóa – khử). Đây là một dạng bài tập rất điển hình trong chương trình Hóa học lớp 10. Chúng ta sẽ cùng nhau thực hiện từng bước một cách cẩn thận nhé.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.

Trước hết, ta viết lại phương trình và xác định số oxi hóa của các nguyên tố quan trọng:

\[ \overset{0}{M} + H\overset{+5}{N}O_3 \rightarrow \overset{+n}{M}(NO_3)_n + \overset{+4}{N}O_2 + H_2O \]

– Nguyên tố \(M\) là kim loại, ở dạng đơn chất nên có số oxi hóa là \(0\). Sau phản ứng, \(M\) nằm trong hợp chất \(M(NO_3)_n\). Vì nhóm \((NO_3)\) có hóa trị I (tương ứng điện tích -1), nên số oxi hóa của \(M\) là \(+n\).

– Nguyên tố Nitrogen (\(N\)) trong \(HNO_3\) có số oxi hóa là \(+5\). Sau phản ứng, \(N\) có trong hai hợp chất:

– Trong muối \(M(NO_3)_n\), số oxi hóa của \(N\) vẫn là \(+5\), không thay đổi. Phần \(HNO_3\) tạo muối này đóng vai trò là môi trường.

– Trong khí \(NO_2\), số oxi hóa của \(N\) là \(+4\). Đây là phần \(HNO_3\) đã tham gia vào quá trình oxi hóa – khử.

Như vậy, ta thấy:

– Số oxi hóa của \(M\) tăng từ \(0\) lên \(+n\).

– Số oxi hóa của \(N\) giảm từ \(+5\) xuống \(+4\).

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

– Quá trình oxi hóa (sự cho electron): \(M\) là chất khử.

\[ \overset{0}{M} \rightarrow \overset{+n}{M} + n e \]

– Quá trình khử (sự nhận electron): \(HNO_3\) (cụ thể là nguyên tử \(N^{+5}\)) là chất oxi hóa.

\[ \overset{+5}{N} + 1e \rightarrow \overset{+4}{N} \]

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp để cân bằng electron.

Ta cần tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron cho và số electron nhận.

Tổng số electron cho là \(n\).

Tổng số electron nhận là \(1\).

Để cân bằng, ta nhân quá trình oxi hóa với \(1\) và nhân quá trình khử với \(n\).

\[
\begin{
{c|c}
1 \times & \overset{0}{M} \rightarrow \overset{+n}{M} + n e \\
n \times & \overset{+5}{N} + 1e \rightarrow \overset{+4}{N} \\
\end{
}
\end{
\]

Điều này có nghĩa là ta sẽ có hệ số \(1\) cho \(M\) và \(M(NO_3)_n\), và hệ số \(n\) cho \(NO_2\).

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và cân bằng các nguyên tố còn lại.

Ta đặt các hệ số vừa tìm được vào phương trình:

\[ 1M + HNO_3 \rightarrow 1M(NO_3)_n + nNO_2 + H_2O \]

Bây giờ, chúng ta tiến hành cân bằng các nguyên tố khác, theo thứ tự: kim loại (đã xong) -> phi kim -> Hidro -> Oxi (để kiểm tra).

– Cân bằng nguyên tố Nitơ (N):

Ở vế phải, tổng số nguyên tử \(N\) là: \(n\) (trong \(M(NO_3)_n\)) + \(n\) (trong \(nNO_2\)) = \(2n\) nguyên tử.

Vậy, ta cần đặt hệ số \(2n\) trước \(HNO_3\) ở vế trái.

Phương trình lúc này là:

\[ M + 2nHNO_3 \rightarrow M(NO_3)_n + nNO_2 + H_2O \]

– Cân bằng nguyên tố Hidro (H):

Ở vế trái, có \(2n\) nguyên tử \(H\) (trong \(2nHNO_3\)).

Ở vế phải, \(H\) chỉ có trong \(H_2O\). Để có \(2n\) nguyên tử \(H\), ta cần đặt hệ số \(n\) trước \(H_2O\) (vì \(n \times 2 = 2n\)).

Phương trình lúc này là:

\[ M + 2nHNO_3 \rightarrow M(NO_3)_n + nNO_2 + nH_2O \]

– Kiểm tra lại nguyên tố Oxi (O):

Nếu số nguyên tử Oxi ở hai vế bằng nhau, phương trình đã được cân bằng đúng.

– Vế trái: trong \(2nHNO_3\) có \(2n \times 3 = 6n\) nguyên tử \(O\).

– Vế phải: trong \(M(NO_3)_n\) có \(3 \times n = 3n\) nguyên tử \(O\).

trong \(nNO_2\) có \(n \times 2 = 2n\) nguyên tử \(O\).

trong \(nH_2O\) có \(n \times 1 = n\) nguyên tử \(O\).

Tổng số nguyên tử \(O\) ở vế phải là: \(3n + 2n + n = 6n\).

Số nguyên tử \(O\) ở hai vế bằng nhau (\(6n = 6n\)).

Kết luận:

Phương trình đã được cân bằng hoàn chỉnh.

\[ M + 2nHNO_3 \rightarrow M(NO_3)_n + nNO_2 + nH_2O \]

Hy vọng với cách giải chi tiết này, các em có thể nắm vững phương pháp và áp dụng cho các bài tập tương tự.

Chúc các em học tốt