Chào em, rất vui được giải đáp thắc mắc của em về phản ứng hóa học này. Đây là một câu hỏi khá thú vị và liên quan đến tính chất oxi hóa mạnh của axit nitric đặc.

Trong chương trình Hóa học lớp 11, chúng ta đã được học về tính chất hóa học của lưu huỳnh đioxit (SO2) và axit nitric (HNO3).

SO2 là một oxit axit, có tính khử do nguyên tử lưu huỳnh có số oxi hóa +4, có thể tăng lên +6.
HNO3 đặc là một axit có tính oxi hóa mạnh, do nguyên tử nitơ có số oxi hóa +5, có thể giảm xuống các số oxi hóa thấp hơn như +4, +2, -3.

Khi SO2 tác dụng với HNO3 đặc, vai trò của hai chất sẽ phụ thuộc vào điều kiện phản ứng và nồng độ của HNO3. Tuy nhiên, trong trường hợp phổ biến khi HNO3 đặc dư, HNO3 sẽ đóng vai trò là chất oxi hóa mạnh, còn SO2 sẽ đóng vai trò là chất khử.

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào phân tích từng bước để xác định sản phẩm của phản ứng:

Bước 1: Xác định vai trò của các chất

* SO2: Lưu huỳnh có số oxi hóa +4. Có khả năng tăng số oxi hóa lên +6 (trong H2SO4). Do đó, SO2 có tính khử.
* HNO3 đặc: Nitơ có số oxi hóa +5. Có khả năng giảm số oxi hóa. Do đó, HNO3 đặc có tính oxi hóa.

Trong phản ứng này, HNO3 đặc sẽ oxi hóa SO2.

Bước 2: Xác định số oxi hóa của các nguyên tử trước và sau phản ứng

* Trong SO2: Số oxi hóa của S là +4, O là -2.
* Trong HNO3: Số oxi hóa của H là +1, N là +5, O là -2.

Vì SO2 bị oxi hóa, số oxi hóa của S sẽ tăng lên. Số oxi hóa cao nhất mà S có thể đạt được là +6 (trong H2SO4).
Vì HNO3 là chất oxi hóa, số oxi hóa của N sẽ giảm xuống. Các số oxi hóa có thể có của N sau phản ứng là +4 (trong NO2), +2 (trong NO), hoặc thấp hơn tùy thuộc vào khả năng khử của chất khử và nồng độ của chất oxi hóa.

Bước 3: Viết các bán phản ứng oxi hóa và khử

* Bán phản ứng oxi hóa (SO2 bị oxi hóa thành H2SO4):
S(+4) trong SO2 tăng lên S(+6) trong H2SO4.
SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2H+ + 2e-
(Trong môi trường axit, ta cân bằng bằng H2O và H+. Để SO2 thành H2SO4, ta cần thêm O và H. Dễ thấy cần 2 nguyên tử O, vậy thêm 2H2O. Lúc này ta có 4H ở vế trái. Để cân bằng điện tích, ta thêm 2H+ ở vế phải và giải phóng 2 electron).

* Bán phản ứng khử (HNO3 bị khử):
N(+5) trong HNO3 giảm xuống. Trong điều kiện có chất khử mạnh như SO2 và HNO3 đặc, sản phẩm khử phổ biến của N là NO2 (số oxi hóa +4).
HNO3 + 1e- → NO2 + H2O
(Để cân bằng bán phản ứng này, ta thấy N(+5) giảm xuống N(+4), nhường 1 electron. Ta cần cân bằng nguyên tử. Ta có thể cân bằng như sau: HNO3 có 1N, NO2 có 1N. Ta thêm 1H2O vào vế phải để cân bằng O và H).

Bước 4: Cân bằng các bán phản ứng và ghép lại để có phương trình hóa học tổng cộng

Ta thấy bán phản ứng oxi hóa nhường 2 electron, còn bán phản ứng khử nhận 1 electron. Để số electron cho bằng số electron nhận, ta nhân bán phản ứng khử với 2.

* Bán phản ứng oxi hóa: SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2H+ + 2e-
* Bán phản ứng khử (nhân 2): 2HNO3 + 2e- → 2NO2 + 2H2O

Ghép hai bán phản ứng lại:
SO2 + 2H2O + 2HNO3 + 2e- → H2SO4 + 2H+ + 2e- + 2NO2 + 2H2O

Bây giờ, ta rút gọn các chất giống nhau ở hai vế:
SO2 + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO2 + H2O

Vậy, phương trình hóa học của phản ứng là:
SO2 + 2HNO3(đặc) → H2SO4 + 2NO2 + H2O

Trong phản ứng này:
* SO2 đóng vai trò là chất khử, bị oxi hóa thành H2SO4.
* HNO3 đặc đóng vai trò vừa là axit, vừa là chất oxi hóa, bị khử thành NO2.

Hy vọng cách giải thích chi tiết này đã giúp em hiểu rõ bản chất của phản ứng. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào khác, đừng ngần ngại hỏi nhé!