Phản ứng Fe3O4 + HNO3: Phương trình, điều kiện và hiện tượng

Trong hóa học, phản ứng giữa Fe3O4 + HNO3 là một ví dụ về phản ứng oxi hóa khử. Phản ứng này được biểu diễn bằng phương trình: Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O. Đây là một phản ứng phức tạp, trong đó Fe3O4 + HNO3 tạo thành nitrat sắt Fe(NO3)3, khí NO không màu, hóa nâu trong không khí và H2O. Cùng Ihoc tìm hiểu chi tiết phương trình, điều kiện và hiện tượng của phản ứng này qua nội dung bên dưới. 

Phương trình phản ứng Fe3O4 + HNO3 loãng

Phản ứng oxi hóa – khử giữa Fe3O4 + HNO3 loãng xảy ra ngay trong điều kiện thường được biểu diễn bằng phương trình như sau:

• 3Fe3O4 + 28HNO3 (loãng) → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O

Trong quá trình này, Fe3O4 (sắt từ oxit) phản ứng với HNO3 (axit nitric) loãng tạo thành Fe(NO3)3 (nitrat sắt), NO (oxit nitơ), và H2O. Sản phẩm nitrat sắt là muối nitrat của sắt và có tính chất hóa học đặc trưng, khí NO thoát ra dưới dạng khí không màu, hóa nâu trong không khí. 

Phương trình phản ứng Fe3O4 + HNO3 đặc

Phản ứng oxi hóa khử giữa Fe3O4 + HNO3 đặc xảy ra trong điều kiện thường được biểu diễn bằng phương trình như sau:

• Fe3O4 + 10HNO3 (đặc) → 3Fe(NO3)3 + NO2↑ + 5H2O

Trong quá trình này, Fe3O4 phản ứng với HNO3 đặc tạo ra Fe(NO3)3 (nitrat sắt), NO2 (dioxide nitơ), và H2O. Điều đặc biệt là, trong điều kiện đặc, khí NO (oxit nitơ) đã bị oxi hóa thành khí NO2 (dioxide nitơ).

Một hiện tượng quan trọng là sau phản ứng, Fe3O4 (sắt từ oxit) tan dần và khí NO2 có màu nâu đỏ thoát ra.

Cân bằng phương trình oxi hóa khử Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O

Phương trình hóa học cho phản ứng oxi hóa khử giữa Fe3O4 + HNO3 được cân bằng như sau:

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa và xác định chất oxi hóa – chất khử

+8/3Fe3O4 + HN+5O3 (loãng) → Fe+3(NO3)3 + N+2O + H2O

Fe3O4: 

• Sắt (Fe) trong Fe3O4 có số oxi hóa là +8 (8 electron đã mất).
• Khi chuyển thành Fe(NO3)3, sắt có số oxi hóa là +3 (3 electron đã mất).
• Do đó, sắt trong Fe3O4 là chất khử.

HNO3:

• Nitơ (N) trong HNO3 có số oxi hóa là +5.
• Khi chuyển thành NO, nitơ có số oxi hóa là +2 (3 electron đã nhận).
• Do đó, nitơ trong HNO3 là chất oxi hóa.

Bước 2: Viết quá trình trao đổi Electron và đặt hệ số cho phù hợp

Bước 3: Điền hệ số và kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử

3Fe3O4 + 28HNO3 (loãng) → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O

Cách tiến hành phản ứng cho Fe3O4 + HNO3 loãng

Phản ứng giữa Fe3O4 + HNO3 loãng sẽ tạo ra nitrat sắt (Fe(NO3)3), oxit nitơ (NO), và nước (H2O). Dưới đây sẽ là cách tiến hành phản ứng:

• Chuẩn bị dung dịch Axit Nitric: Làm dung dịch axit nitric loãng bằng cách thêm axit nitric vào nước. Lưu ý rằng phải thêm axit vào nước, không nên làm ngược lại để tránh phát nhiệt và nguy cơ nổ.
• Chuẩn bị sắt từ oxit: Fe3O4 có thể được sử dụng dưới dạng bột hoặc hạt.
• Trộn Fe3O4t với dung dịch HNO3: Cho Fe3O4 vào dung dịch HNO3 loãng trong bình phản ứng.
• Quan sát và ghi chú: Quan sát sự thay đổi màu sắc, khí thoát ra, và các biểu hiện khác của phản ứng. Sự xuất hiện của khí nitơ dioxide (NO2) thường là biểu hiện màu nâu đặc trưng.
• Ghi lại phương trình phản ứng: Dựa vào quan sát, có thể ghi lại phương trình phản ứng oxi hóa khử.
• Kiểm tra sự an toàn: Đảm bảo rằng phản ứng diễn ra trong điều kiện an toàn. Nếu có sản phẩm khí độc hại như NO2, phản ứng cần được thực hiện dưới quạt hút hoặc trong không khí thoát ra ngoài trời để đảm bảo an toàn cho môi trường và người thực hiện.

Lưu ý: Phản ứng với axit nitric đặc sẽ tạo ra điều kiện nguy hiểm hơn do phản ứng mạnh và tạo nhiệt. Do đó, cần thực hiện trong điều kiện an toàn và tránh tác động của nhiệt độ cao.

Tính chất của sắt từ oxit Fe3O4

Sắt từ oxit Fe3O4 (magnetit) là hỗn hợp của hai oxit FeO, Fe2O3, và có một số tính chất quan trọng. Dưới đây là một số tính chất chính của sắt từ oxit Fe3O4:

Tính chất vật lí

Fe3O4 là chất rắn màu đen, không tan trong nước, và có từ tính.

Tính chất hóa học

• Tính chất oxit bazơ:  

Oxit Fe3O4 có khả năng tác dụng như một oxit bazơ trong phản ứng với axi như HCl, H2SO4 loãng. Ví dụ:

Fe3O4 + 4H2SO4 loãng→ Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O

• Tính khử:

Oxit Fe3O4 thể hiện tính chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4. Ví dụ:

3Fe3O4 + 28HNO3 (loãng) → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

Fe3O4 + 10HNO3 (đặc, nóng) → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

• Tính oxi hóa: 

Oxit Fe3O4 thể hiện tính chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao. Ví dụ: H2, CO, Al

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

3Fe3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe

Có thể bạn cần: Tính chất hóa học của HNO3

Bài tập thực hành liên quan 

Dưới đây là một số bài tập liên quan đến Fe3O4 + HNO3 mà Ihoc đã biên soạn, mời bạn tham khảo thử nhé!

Câu 1. Chất nào sau đây khi tác động với dung dịch HNO3 đặc nóng không tạo ra khí?

1. Fe3O4
2. FeO
3. Fe(OH)2
4. Fe2O3

Đáp án: D Fe2O3

Để xác định chất nào không sinh ra khí khi phản ứng với dung dịch HNO3 đặc nóng, chúng ta cần xem xét phản ứng oxi hóa khử giữa các chất này với axit nitric (HNO3).

Phương trình phản ứng:

• Fe3O4 + 8HNO3 → 3Fe(NO3)2 + 4H2O + 2NO
• FeO + 2HNO3 → Fe(NO3)2 + H2O + NO
• Fe(OH)2 + 2HNO3 → Fe(NO3)2 + 2H2O + NO
• Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

Dựa trên các phương trình trên, ta thấy rằng Fe2O3 không sinh ra khí trong phản ứng với dung dịch HNO3 đặc nóng.

Câu 2. Fe3O4 có khả năng phản ứng với các chất trong dãy nào sau đây?

1. CO, H2SO4
2. HNO3, KCl
3. H2, NaOH
4. HCl, MgCl2

Đáp án: A Fe3O4 có khả năng phản ứng với CO (carbon monoxide) và axit sunfuric (H₂SO₄).

Phương trình của phản ứng hóa học:

Fe3­O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

Fe3­O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

Câu 3: Cho 6,96 gam Fe3O4 vào dung dịch HNO3 loãng, sau phản ứng thu được một lượng khí không màu nhưng hóa nâu trong không khí (sản phẩm khử duy nhất). Hãy tính thể tích của khí thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).

1. 224 ml
2. 448 ml
3. 336 ml
4. 896 ml

Đáp án: A 224 ml

Dưới đây là các bước giải:

Bước 1: Xác định số mol của Fe3O4

n (Fe3O4) = 6,96g/231,55g = 0,03 mol

Bước 2: Sử dụng tỷ lệ số mol giữa Fe3O4 và NO từ phản ứng

3Fe3O4 + 28HNO3 (loãng) → 9Fe(NO3)3 + NO↑+ 14H2O

3 mol Fe3O4 → 1 mol NO

0,03 mol Fe3O4 → 0,01 mol NO

Bước 3: Tính thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) 

V (NO) = 0,01 x 22,4 = 0,2241 l = 224ml

Bài viết trên, chúng ta đã cùng Ihoc tìm hiểu về phản ứng Fe3O4 + HNO3 qua phương trình, điều kiện và hiện tượng. Hy vọng nội dung trên sẽ là nguồn kiến thức hữu ích đối với bạn. Nội dung bài viết trên liên quan đến bài giảng trong sách giáo khoa hóa học lớp 11 và 10. Đừng quên theo dõi Sách điện tử để cùng cập nhật nhiều kiến thức hữu ích bạn nhé!