Chào các em, cô rất vui được cùng các em giải một bài tập cân bằng phương trình hóa học khá thú vị. Dạng bài này hơi nâng cao một chút so với kiến thức cơ bản trong sách giáo khoa, nhưng nếu các em nắm vững phương pháp thì sẽ giải quyết rất dễ dàng. Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp thăng bằng electron, một công cụ rất mạnh để cân bằng các phản ứng phức tạp như thế này nhé.

Nào, chúng ta cùng bắt đầu!

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố
Để làm được bước này, các em cần nhớ lại cách xác định số oxi hóa của nguyên tố trong hợp chất.
– Trong đơn chất, số oxi hóa bằng 0. Vậy số oxi hóa của Mg và N trong phân tử N2 là 0.
– Trong hợp chất, ta có quy tắc: H thường là \(+1\), O thường là \(-2\). Từ đó ta suy ra:
+ Trong HNO3: H là \(+1\), O là \(-2\). Gọi số oxi hóa của N là x. Ta có: \(1 + x + 3 \times (-2) = 0 \Rightarrow x = +5\). Vậy N trong HNO3 có số oxi hóa là \(+5\).
+ Trong Mg(NO3)2: Mg là kim loại nhóm IIA nên có số oxi hóa là \(+2\).
+ Trong N2O: O là \(-2\). Gọi số oxi hóa của N là y. Ta có: \(2y – 2 = 0 \Rightarrow y = +1\). Vậy N trong N2O có số oxi hóa là \(+1\).

Tóm lại, ta có các sự thay đổi số oxi hóa:
– Magie (Mg) thay đổi từ 0 lên \(+2\). Đây là chất khử.
– Nitơ (N) thay đổi từ \(+5\) xuống 0 (trong N2) và xuống \(+1\) (trong N2O). Đây là chất oxi hóa.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử
Quá trình oxi hóa là quá trình nhường electron (số oxi hóa tăng).
Quá trình khử là quá trình nhận electron (số oxi hóa giảm).

– Quá trình oxi hóa (sự cho electron của Mg):
\[ Mg^0 \rightarrow Mg^{+2} + 2e \]

– Quá trình khử (sự nhận electron của N\({^{+5}}\)):
Ở đây Nitơ tạo ra hai sản phẩm khử là N2 và N2O. Chúng ta sẽ viết riêng từng quá trình con, sau đó kết hợp chúng lại dựa vào tỉ lệ đề bài cho là N2O : N2 = 1:2.
+ Tạo ra N2: Hai nguyên tử N\({^{+5}}\) nhận electron để tạo thành một phân tử N2\({^{0}}\). Mỗi nguyên tử N nhận 5e, vậy 2 nguyên tử sẽ nhận \(2 \times 5 = 10\) electron.
\[ 2N^{+5} + 10e \rightarrow N_2^0 \]
+ Tạo ra N2O: Hai nguyên tử N\({^{+5}}\) nhận electron để tạo thành một phân tử N2O (trong đó N có số oxi hóa là \(+1\)). Mỗi nguyên tử N nhận \(5-1=4\) electron, vậy 2 nguyên tử sẽ nhận \(2 \times 4 = 8\) electron.
\[ 2N^{+5} + 8e \rightarrow N_2^{+1}O \]

Bây giờ, ta áp dụng tỉ lệ N2O : N2 = 1:2. Điều này có nghĩa là cứ tạo ra 1 phân tử N2O thì sẽ tạo ra 2 phân tử N2.
– Số electron nhận để tạo 2 N2 là: \(2 \times 10e = 20e\).
– Số electron nhận để tạo 1 N2O là: \(1 \times 8e = 8e\).
Vậy, tổng số electron mà N\({^{+5}}\) đã nhận là: \(20 + 8 = 28e\).

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp để thăng bằng electron
Ta có:
– Số electron nhường = 2e
– Số electron nhận = 28e
Để tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận, ta tìm bội chung nhỏ nhất của 2 và 28. Bội chung nhỏ nhất là 28.
– Ta nhân quá trình oxi hóa với 14.
– Ta nhân tổng hợp quá trình khử với 1.

\[
\begin{array}{c|c}
14 \times & Mg^0 \rightarrow Mg^{+2} + 2e \\
1 \times & \text{Tổng quá trình khử nhận 28e}
\end{array}
\]

Từ đây ta có hệ số của:
– Mg là 14.
– N2 là 2 (vì tỉ lệ N2:N2O là 2:1 và ta đã nhân quá trình khử với 1).
– N2O là 1.

Bước 4: Đặt các hệ số vào phương trình hóa học và cân bằng các nguyên tố còn lại
Ta điền các hệ số vừa tìm được vào phương trình:
\[ 14Mg + HNO_3 \rightarrow 14Mg(NO_3)_2 + 2N_2 + 1N_2O + H_2O \]
Bây giờ chúng ta sẽ cân bằng nguyên tố Nitơ (N) ở hai vế.
– Vế phải (VP): Số nguyên tử N = (trong 14Mg(NO3)2) + (trong 2N2) + (trong 1N2O)
\[ \text{Số N (VP)} = (14 \times 2) + (2 \times 2) + (1 \times 2) = 28 + 4 + 2 = 34 \]
– Vậy, vế trái (VT) cũng phải có 34 nguyên tử N. Ta đặt hệ số 34 vào trước HNO3.
Phương trình lúc này là:
\[ 14Mg + 34HNO_3 \rightarrow 14Mg(NO_3)_2 + 2N_2 + N_2O + H_2O \]
Tiếp theo, ta cân bằng nguyên tố Hiđro (H).
– Vế trái (VT): có 34 nguyên tử H (trong 34HNO3).
– Vế phải (VP): H chỉ có trong H2O. Để có 34 H, ta cần \(34 \div 2 = 17\) phân tử H2O.
Phương trình lúc này là:
\[ 14Mg + 34HNO_3 \rightarrow 14Mg(NO_3)_2 + 2N_2 + N_2O + 17H_2O \]

Bước 5: Kiểm tra lại số nguyên tử Oxi (O) ở hai vế
Đây là bước cuối cùng và rất quan trọng để chắc chắn rằng chúng ta đã cân bằng đúng.
– Vế trái (VT): Số nguyên tử O = \(34 \times 3 = 102\) nguyên tử.
– Vế phải (VP): Số nguyên tử O = (trong 14Mg(NO3)2) + (trong N2O) + (trong 17H2O)
\[ \text{Số O (VP)} = (14 \times 2 \times 3) + 1 + 17 = 84 + 1 + 17 = 102 \text{ nguyên tử.} \]
Số nguyên tử Oxi ở hai vế đã bằng nhau!

Vậy, phương trình hóa học đã được cân bằng chính xác.

Phương trình cuối cùng:
\[ 14Mg + 34HNO_3 \rightarrow 14Mg(NO_3)_2 + 2N_2 + N_2O + 17H_2O \]

Các em thấy không, tuy bài tập có vẻ phức tạp nhưng khi chúng ta đi theo từng bước một cách cẩn thận thì mọi việc lại trở nên rất rõ ràng. Chúc các em học tốt nhé