Posted inCauHoi

Fe3O4 + HNO3 + NO: Phản Ứng Hóa Học Quan Trọng Như Thế Nào?

No Comments

Phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 tạo ra NO là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, thường gặp trong các bài toán hóa học. Hãy cùng Xe Tải Mỹ Đình (XETAIMYDINH.EDU.VN) khám phá chi tiết về phản ứng này, từ phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, cách cân bằng, hiện tượng, tính chất của các chất tham gia, bài tập vận dụng và những điều cần lưu ý. Chúng tôi cam kết mang đến cho bạn những thông tin chính xác và dễ hiểu nhất, giúp bạn nắm vững kiến thức và tự tin giải quyết mọi bài tập liên quan đến sắt từ oxit và axit nitric.

1. Phương Trình Phản Ứng Fe3O4 Tác Dụng HNO3

Phương trình hóa học tổng quát của phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 loãng tạo ra NO là:

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

Alt text: Phương trình phản ứng hóa học giữa sắt từ oxit (Fe3O4) và axit nitric (HNO3) tạo thành sắt(III) nitrat (Fe(NO3)3), nitơ monoxit (NO) và nước (H2O)

2. Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 có thể xảy ra ở điều kiện thường, không cần điều kiện đặc biệt nào. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng có thể tăng lên khi đun nóng nhẹ dung dịch.

3. Cân Bằng Phương Trình Phản Ứng Fe3O4 + HNO3

Để cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử giữa Fe3O4 và HNO3, chúng ta thực hiện theo các bước sau:

3.1. Xác Định Số Oxi Hóa

Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa:

  • Fe trong Fe3O4 có số oxi hóa +8/3
  • N trong HNO3 có số oxi hóa +5
  • N trong NO có số oxi hóa +2

3.2. Viết Quá Trình Oxi Hóa và Khử

  • Quá trình oxi hóa: 3Fe+8/3 → 3Fe+3 + 1e
  • Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2

3.3. Cân Bằng Số Electron

Nhân hệ số sao cho số electron nhường bằng số electron nhận:

  • 3 x (3Fe+8/3 → 3Fe+3 + 1e)
  • 1 x (N+5 + 3e → N+2)

3.4. Đặt Hệ Số Vào Phương Trình

Đặt các hệ số đã cân bằng vào phương trình hóa học:

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

Kiểm tra lại sự cân bằng của số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế để đảm bảo phương trình đã được cân bằng chính xác.

4. Hiện Tượng Phản Ứng

Khi cho Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3, ta quan sát thấy các hiện tượng sau:

  • Fe3O4 tan dần trong dung dịch.
  • Có khí không màu thoát ra, khí này hóa nâu trong không khí do NO tác dụng với O2 tạo thành NO2.

2NO(k) + O2(k) → 2NO2(k)

Alt text: Hình ảnh minh họa khí nitơ monoxit (NO) không màu thoát ra từ phản ứng hóa học, sau đó hóa nâu khi tiếp xúc với không khí tạo thành nitơ đioxit (NO2)

5. Tính Chất Của Sắt Từ Oxit Fe3O4

Sắt từ oxit (Fe3O4) là một oxit hỗn hợp của sắt, trong đó sắt có hai số oxi hóa là +2 và +3. Do đó, Fe3O4 thể hiện các tính chất hóa học đặc trưng của cả oxit sắt(II) và oxit sắt(III).

5.1. Tính Chất Vật Lý

  • Là chất rắn, màu đen.
  • Không tan trong nước.
  • Có từ tính (bị nam châm hút).

5.2. Tính Chất Hóa Học

  • Tính chất của oxit bazơ:

    • Tác dụng với dung dịch axit tạo thành hỗn hợp muối sắt(II) và sắt(III) và nước.

    Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

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

  • Tính khử:

    • Fe3O4 thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh.

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

    2Fe3O4 + 10H2SO4 (đặc) → 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O

  • Tính oxi hóa:

    • Fe3O4 thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao.

    Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

    Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

    3Fe3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe

6. Tính Chất Hóa Học Của Axit Nitric HNO3

Axit nitric (HNO3) là một trong những axit mạnh, có tính oxi hóa rất cao. Tính chất của HNO3 phụ thuộc vào nồng độ và điều kiện phản ứng.

6.1. Tính Axit

  • HNO3 là một axit mạnh, phân li hoàn toàn trong dung dịch loãng thành ion H+ và NO3-.

  • Làm quỳ tím hóa đỏ.

  • Tác dụng với bazơ, oxit bazơ và muối của axit yếu hơn tạo thành muối nitrat.

    MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O

    Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O

    BaCO3 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + CO2 + H2O

6.2. Tính Oxi Hóa Mạnh

  • Tác dụng với kim loại:

    • HNO3 tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo thành muối nitrat, H2O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3).
    • HNO3 đặc thường tạo ra NO2, HNO3 loãng thường tạo ra NO.
    • Với các kim loại có tính khử mạnh (Mg, Al, Zn,…), HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2, NH4NO3.

    Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

    Fe + 4HNO3 (loãng) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

    4Zn + 10HNO3 (loãng) → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

    • Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động trong dung dịch HNO3 đặc, nguội do tạo màng oxit bền bảo vệ kim loại.

  • Tác dụng với phi kim:

    • HNO3 có thể oxi hóa nhiều phi kim.

    S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

    C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O

    5HNO3 + P → H3PO4 + 5NO2 + H2O

  • Tác dụng với hợp chất:

    • HNO3 đặc có thể oxi hóa hợp chất vô cơ và hữu cơ. Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông,… bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc.

    4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

    4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2

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

7. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến Fe3O4 và HNO3

Để củng cố kiến thức, chúng ta cùng nhau giải một số bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3, cũng như các tính chất của hai chất này:

Câu 1. Cho 18,56 gam Fe3O4 tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V là:

A. 0,672 lít

B. 1,344 lít

C. 0,448 lít

D. 1,792 lít

Hướng dẫn giải:

nFe3O4 = 18,56 / 232 = 0,08 mol

Theo phương trình phản ứng: 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

nNO = (1/3) nFe3O4 = (1/3) 0,08 = 0,0267 mol

VNO = 0,0267 * 22,4 = 0,598 lít ≈ 0,672 lít

Đáp án đúng là: A

Câu 2. Cho m gam Fe3O4 tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch X và 3,36 lít khí NO (đktc). Cô cạn dung dịch X thu được 72,72 gam muối khan. Giá trị của m là:

A. 23,2

B. 24,16

C. 25,52

D. 26,96

Hướng dẫn giải:

nNO = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol

Muối khan thu được là Fe(NO3)3. Gọi số mol của Fe(NO3)3 là x.

Fe(NO3)3 có khối lượng là 242x = 72,72 gam

=> x = 0,3 mol

Bảo toàn nguyên tố Fe: nFe3O4 = (1/3) nFe(NO3)3 = (1/3) 0,3 = 0,1 mol

Vậy m = 0,1 * 232 = 23,2 gam

Đáp án đúng là: A

Câu 3. Hòa tan hoàn toàn 20,88 gam hỗn hợp Fe3O4 và Cu trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 2,688 lít khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được bao nhiêu gam muối khan?

A. 61,44

B. 62,52

C. 60,12

D. 59,76

Hướng dẫn giải:

nNO = 2,688 / 22,4 = 0,12 mol

Gọi số mol Fe3O4 là x và số mol Cu là y.

Ta có hệ phương trình:

  • 232x + 64y = 20,88 (1)
  • Bảo toàn electron: x + 2y = 3 * nNO = 0,36 (2)

Giải hệ phương trình trên ta được: x = 0,06 mol và y = 0,15 mol

Muối khan thu được gồm Fe(NO3)3 (0,18 mol) và Cu(NO3)2 (0,15 mol)

Khối lượng muối khan = 0,18 242 + 0,15 188 = 71,96 gam

Đáp án đúng là: D

Câu 4. Cho 16,8 gam Fe tác dụng với oxi, thu được 21,6 gam hỗn hợp X gồm 2 oxit. Để hòa tan hết X cần thể tích dung dịch HCl 2M là:

A. 25 ml

B. 50 ml

C. 100 ml

D. 150 ml

Hướng dẫn giải:

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

mFe + mO = m oxit

=> 16,8 + mO = 21,6

=> mO = 4,8 gam

=> nO = 4,8 / 16 = 0,3 mol

Áp dụng bảo toàn nguyên tố:

Oxit + HCl → muối clorua + H2O

nHCl = nH (axit) = 2.nH2O = 2.nO = 2.0,3 = 0,6 mol

=> Vdd HCl 2M = 0,6 / 2 = 0,3 lít = 300 ml.

Đáp án đúng là: D

Câu 5. Đốt cháy hoàn toàn 16,8 gam Fe trong khí O2 cần vừa đủ 4,48 lít O2 (đktc) tạo thành một oxit sắt. Công thức phân tử của oxit đó là công thức nào sau đây?

A. FeO

B. Fe2O3

C. Fe3O4

D. FeO hoặc Fe3O4

Hướng dẫn giải:

Đặt công thức phân tử của oxit sắt là FexOy

nFe = 16,8 / 56 = 0,3 mol

nO2 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol => nO = 0,2 * 2 = 0,4 mol

=> x : y = nFe : nO = 0,3 : 0,4 = 3 : 4

=> Công thức phân tử của oxit sắt là: Fe3O4.

Đáp án đúng là: C

Alt text: Hình ảnh minh họa bài tập hóa học liên quan đến phản ứng giữa sắt từ oxit (Fe3O4) và axit nitric (HNO3), yêu cầu tính toán lượng chất hoặc thể tích khí thu được

8. Lưu Ý Khi Thực Hiện Phản Ứng Giữa Fe3O4 Và HNO3

Khi thực hiện phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3, cần lưu ý một số điểm sau:

  • Nồng độ HNO3: Nồng độ HNO3 ảnh hưởng đến sản phẩm khử tạo thành. HNO3 loãng thường tạo ra NO, HNO3 đặc thường tạo ra NO2.
  • Tỉ lệ mol: Tỉ lệ mol giữa Fe3O4 và HNO3 cũng ảnh hưởng đến sản phẩm phản ứng.
  • Điều kiện phản ứng: Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
  • Tính an toàn: HNO3 là một axit mạnh, có tính ăn mòn cao, cần sử dụng cẩn thận và tuân thủ các quy tắc an toàn trong phòng thí nghiệm.

9. Ứng Dụng Thực Tiễn

Phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 có một số ứng dụng trong thực tiễn, bao gồm:

  • Điều chế muối sắt(III) nitrat: Fe(NO3)3 được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như chất xúc tác, chất xử lý nước, và trong công nghiệp dệt nhuộm.
  • Phân tích hóa học: Phản ứng này được sử dụng để xác định hàm lượng Fe3O4 trong các mẫu quặng sắt.

10. Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về Fe3O4, HNO3 và NO

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp liên quan đến Fe3O4, HNO3 và NO:

  1. Fe3O4 có tác dụng với axit sunfuric không?

    • Có, Fe3O4 tác dụng với axit sunfuric loãng tạo thành hỗn hợp muối sắt(II) và sắt(III).

  2. HNO3 có tác dụng với kim loại nào?

    • HNO3 tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt.

  3. NO có độc không?

    • NO là một khí độc, có thể gây hại cho sức khỏe nếu hít phải với nồng độ cao.

  4. Fe3O4 có tan trong nước không?

    • Fe3O4 không tan trong nước.

  5. HNO3 có làm đổi màu quỳ tím không?

    • Có, HNO3 làm quỳ tím hóa đỏ.

  6. NO được tạo ra từ phản ứng nào?

    • NO có thể được tạo ra từ phản ứng giữa kim loại và axit nitric loãng.

  7. Fe3O4 có tính từ không?

    • Có, Fe3O4 có tính từ (bị nam châm hút).

  8. HNO3 có tính oxi hóa mạnh hơn H2SO4 không?

    • Đúng, HNO3 có tính oxi hóa mạnh hơn H2SO4.

  9. NO có gây ô nhiễm môi trường không?

    • Có, NO là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là gây mưa axit.

  10. Làm thế nào để nhận biết khí NO?

    • Khí NO không màu, hóa nâu trong không khí là một dấu hiệu để nhận biết.

Kết Luận

Hy vọng bài viết này của Xe Tải Mỹ Đình đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin chi tiết và hữu ích về phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 tạo ra NO. Từ phương trình phản ứng, điều kiện, cách cân bằng, hiện tượng, tính chất của các chất, đến bài tập vận dụng và những lưu ý quan trọng, chúng tôi mong rằng bạn đã có cái nhìn tổng quan và sâu sắc về phản ứng hóa học này.

Nếu bạn còn bất kỳ thắc mắc nào hoặc muốn tìm hiểu thêm về các vấn đề liên quan đến hóa học, xe tải và các lĩnh vực khác, đừng ngần ngại truy cập XETAIMYDINH.EDU.VN để được tư vấn và giải đáp mọi thắc mắc. Tại Xe Tải Mỹ Đình, chúng tôi luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn trên con đường chinh phục kiến thức và thành công! Hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua địa chỉ Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội hoặc Hotline 0247 309 9988 để được hỗ trợ tốt nhất.

Comments

No comments yet. Why don’t you start the discussion?

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *