Mg + HNO3 -> Mg(NO3)2 + NO + NO2 + H2O (Tỉ lệ mol NO:NO2= 2:3)
Mn giúp mình với
Mn giúp mình với
Chúng ta có phương trình phản ứng chưa cân bằng:
Mg + HNO3 -> Mg(NO3)2 + NO + NO2 + H2O
Với tỉ lệ mol của NO và NO2 là 2:3.
Để cân bằng phương trình này, chúng ta sẽ sử dụng phương pháp thăng bằng electron, một phương pháp rất hiệu quả cho các phản ứng oxi hóa – khử.
Bước 1: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa.
Trong phản ứng này:
– Magiê (Mg) từ số oxi hóa 0 trong Mg chuyển thành +2 trong Mg(NO3)2.
– Nitơ (N) trong HNO3 có số oxi hóa +5. Trong sản phẩm NO, Nitơ có số oxi hóa +2. Trong sản phẩm NO2, Nitơ có số oxi hóa +4.
– Oxy (O) và Hydro (H) không thay đổi số oxi hóa trong trường hợp này.
Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.
Quá trình oxi hóa: Mg bị oxi hóa
Mg0 -> Mg+2 + 2e
Quá trình khử: N+5 trong HNO3 nhận electron để tạo thành NO và NO2.
Vì có hai sản phẩm chứa Nitơ với số oxi hóa khác nhau, chúng ta sẽ xét từng trường hợp:
N+5 + 3e -> N+2 (trong NO)
N+5 + 1e -> N+4 (trong NO2)
Bước 3: Cân bằng số electron cho và nhận.
Đề bài cho biết tỉ lệ mol của NO : NO2 = 2 : 3. Điều này có nghĩa là nếu có 2 phân tử NO tạo thành thì sẽ có 3 phân tử NO2 tạo thành. Hoặc nói cách khác, tỉ lệ số mol của các phân tử sản phẩm NO và NO2 là 2:3.
Chúng ta hãy giả sử số mol của NO là 2x và số mol của NO2 là 3x.
* Tổng số electron mà Nitơ nhận để tạo thành NO:
Số mol electron nhận khi tạo 2x mol NO là: 2x mol NO * (3 electron/mol NO) = 6x mol electron.
* Tổng số electron mà Nitơ nhận để tạo thành NO2:
Số mol electron nhận khi tạo 3x mol NO2 là: 3x mol NO2 * (1 electron/mol NO2) = 3x mol electron.
* Tổng số electron nhận trong phản ứng là: 6x + 3x = 9x mol electron.
Số mol electron mà Mg nhường là:
Số mol Mg * 2 electron/mol Mg.
Để cân bằng electron, ta có: Số mol Mg * 2 = 9x.
Vậy, số mol Mg sẽ là 9x/2.
Để tiện cho việc cân bằng các hệ số nguyên, chúng ta có thể chọn một giá trị cho x sao cho các hệ số đều là số nguyên.
Nếu ta chọn x = 2, thì:
Số mol NO = 2 * 2 = 4 mol
Số mol NO2 = 3 * 2 = 6 mol
Tổng số electron nhận = 9 * 2 = 18 mol electron.
Số mol Mg nhường electron = 18 mol electron / 2 electron/mol Mg = 9 mol Mg.
Vậy, tỉ lệ số mol các chất trong phản ứng oxi hóa – khử sẽ là:
Mg : NO : NO2 = 9 : 4 : 6
Bước 4: Điền các hệ số vào phương trình phản ứng.
Dựa vào tỉ lệ mol vừa tìm được, ta có thể tạm thời điền các hệ số:
9Mg + HNO3 -> 9Mg(NO3)2 + 4NO + 6NO2 + H2O
Bước 5: Cân bằng các nguyên tố còn lại (Nitơ và Hydro).
Bây giờ chúng ta sẽ cân bằng các nguyên tố còn lại dựa trên các hệ số đã có.
* Cân bằng nguyên tố Magiê (Mg): Đã có 9 nguyên tử Mg ở vế trái, vậy cần 9 phân tử Mg(NO3)2 ở vế phải. Hệ số này đã đúng.
* Cân bằng nhóm NO3– (nhóm nitrat):
Ở vế phải, chúng ta có 9Mg(NO3)2, tức là có 9 * 2 = 18 nhóm NO3–.
Chúng ta đã có 4 phân tử NO và 6 phân tử NO2, các nguyên tử Nitơ trong các phân tử này đã được tính vào quá trình oxi hóa – khử.
Vậy, lượng NO3– còn lại trong HNO3 chưa tham gia phản ứng oxi hóa – khử là 18 nhóm.
Số mol HNO3 tham gia tạo nhóm NO3– là 18.
* Cân bằng nguyên tố Nitơ (N):
Tổng số nguyên tử N ở vế phải:
Trong 9Mg(NO3)2: 9 * 2 = 18 nguyên tử N
Trong 4NO: 4 nguyên tử N
Trong 6NO2: 6 nguyên tử N
Tổng cộng ở vế phải có: 18 + 4 + 6 = 28 nguyên tử N.
Như vậy, ở vế trái, tổng số nguyên tử N trong HNO3 phải là 28.
Vậy hệ số của HNO3 là 28.
* Cân bằng nguyên tố Hydro (H):
Ở vế trái, chúng ta có 28 phân tử HNO3, tức là có 28 nguyên tử H.
Vậy ở vế phải, số phân tử H2O phải có hệ số sao cho tổng số nguyên tử H là 28.
Số phân tử H2O = 28 nguyên tử H / 2 nguyên tử H trong H2O = 14 phân tử H2O.
Bước 6: Kiểm tra lại cân bằng nguyên tố Oxy (O).
Bây giờ chúng ta sẽ kiểm tra lại xem số nguyên tử O ở hai vế đã bằng nhau chưa.
Vế trái: 28 phân tử HNO3. Số nguyên tử O = 28 * 3 = 84.
Vế phải:
Trong 9Mg(NO3)2: 9 2 3 = 54 nguyên tử O.
Trong 4NO: 4 * 1 = 4 nguyên tử O.
Trong 6NO2: 6 * 2 = 12 nguyên tử O.
Trong 14H2O: 14 * 1 = 14 nguyên tử O.
Tổng số nguyên tử O ở vế phải = 54 + 4 + 12 + 14 = 84.
Số nguyên tử O ở hai vế đã bằng nhau (84 = 84). Vậy phương trình đã cân bằng.
Phương trình cân bằng cuối cùng là:
9Mg + 28HNO3 -> 9Mg(NO3)2 + 4NO + 6NO2 + 14H2O
Trong đó, tỉ lệ mol của NO:NO2 = 4:6 = 2:3, đúng với yêu cầu đề bài.
Hy vọng cách giải thích chi tiết từng bước này đã giúp em hiểu rõ hơn về phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa – khử. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, em cứ hỏi nhé.
Tham khảo :
\(\mathop{Mg}\limits^{0} +HNO_3 \to \mathop{Mg}\limits^{+2} (NO_3)_2+\mathop{N}\limits^{+2} O+\mathop{N}\limits^{+4} O_2+H_2O\)
\(\text{ 9 x }|\[\mathop{Mg}\limits^{0} +9e^-\to \mathop{Mg}\limits^{+2}+2e^-\)
\(\text{ 2 x }|\]\mathop{5N}\limits^{+5} +9e^-\to \mathop{2N}\limits^{+2}+\mathop{3N}\limits^{+4}\)
\(->\)\(9Mg+28HNO_3 \to 9Mg(NO_3)_2+4NO+6NO_2+14H_2O\)
\(Mg→Mg^{+2}+2e|×9\)
\(5N^{+5}+ 9e→2N^{+2} + 3N^{+4}|×2\)
\(9Mg + 28HNO_3→ 9Mg(NO_3)_2+ 4NO+6NO_2 + 14H_2O\)