Fe2O3 + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2O là phương trình phản ứng hóa giữa sắt (III) oxit (Fe2O3) với axit nitric (HNO3). Ở phương trình phản ứng này Fe2O3 tác dụng với HNO3 loãng chỉ tạo ra muối sắt (III) và nước. Bài viết sẽ cung cấp đầy đủ công thức, lý thuyết và các dạng bài tập liên quan giúp học sinh học tốt môn Hoá học.
Mục lục bài viết
1. Phương trình phản ứng:
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Như vậy phản ứng giữa sắt (III) oxit với dung dịch axit nitric không cần điều kiện phản ứng, chất xúc tác mà vẫn xảy ra. Hiện tượng xảy ra sau phản ứng là chất rắn màu đen sắt (III) oxit (Fe2O3) tan dần, thu được dung dịch màu vàng nâu.
Phản ứng này không phải là phản ứng oxi hoá khử, do trong Fe2O3, Fe đã có số oxi hoá cao nhất +3.
2. Phương trình Ion thu gọn của phản ứng giữa Fe2O3 và dung dịch HNO3:
Bước 1: Viết phương trình phân tử:
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Bước 2: Viết phương trình ion đầy đủ bằng cách chuyển các chất vừa dễ tan, vừa điện li mạnh thành ion; các chất điện li yếu, chất khí, chất kết tủa để nguyên dưới dạng phân tử:
Fe2O3 + 6H+ + 6NO3- → 2Fe3+ + 6NO3- + 3H2O
Bước 3: Viết phương trình ion rút gọn từ phương trình ion đầy đủ bằng cách lược bỏ đi các ion giống nhau ở 2 vế:
Fe2O3 + 6H+ → 2Fe3+ + 3H2O
3. Tính chất của Fe3O4:
Sắt (III) oxit (Fe2O3) là một oxit bazo. Nó có khối lượng mol là 159,6922 g/mol, hệ số giãn nở nhiệt là 12,5.10^-6 / độ C, nhiệt độ nóng chảy là 1565 độ C, Về mặt hoá học, Sắt oxit cũng thuộc loại lưỡng tính như nhôm Oxit, Fe2O3 không phải là một oxit nóng chảy, nó là một oxit cứng. Fe2O3 là dạng oxit sắt tự nhiên phổ biến nhất. Nó cũng có thể lấy được từ đất sét đỏ.
– Tính chất vật lý: Là chất rắn, nâu đỏ, không tan trong nước.
– Tính chất hóa học:
a, Tính oxit bazơ: Fe2O3 tác dụng với dung dịch axit tạo ra dung dịch bazơ tạo ra dung dịch muối và nước.
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
b, Tính oxi hóa: Fe2O3 là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao như: H2, CO, Al → Fe:
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (t0)
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (t0)
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (t0)
– Điều chế:
Fe2O3 là thành phần chính của quặng hematit.
Nhiệt phân Fe(OH)3: 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (t0)
4. Tính chất của axit nitric (HNO3):
4.1. Tính chất vật lý:
Axit nitric là một hợp chất hóa học tồn tại ở dạng lỏng hoặc khí, không màu và tan nhanh trong nước. Đây là một loại axit có tính ăn mòn cao, cực độc và dễ bắt lửa. Trong tự nhiên, axit nitric có màu vàng do sự tích tụ của oxit nitơ. Khi để ngoài không khí, axit HNO3 nồng độ 86% sẽ bốc khói trắng.
Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng là 1511 kg/m3, nhiệt độ đông đặc là -41°C và nhiệt độ sôi là 83°C. Ở nhiệt độ thường và dưới tác dụng của ánh sáng, axit nitric bị phân hủy thành nitơ đioxit. Do đó, cần bảo quản axit HNO3 trong các chai lọ tối màu, tránh những nơi có ánh sáng và nhiệt độ dưới 0°C.
HNO3 có thể hòa tan nito dioxit thành dung dịch có màu đỏ hoặc vàng ở nhiệt độ cao. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ tới nhiệt độ sôi, áp suất hơi trên chất lỏng, màu sắc dung dịch,….
4.2. Tính chất hóa học:
Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có hằng số cân bằng axit (pKa) là −2. Đây là một axit khan và là một monoaxit có tính oxi hóa mạnh. Nó có thể nitrat hóa được nhiều hợp chất vô cơ.
Trong dung dịch, axit nitric bị điện li hoàn toàn thành các ion NO3− và ion hidroni (một proton hydrat).
HNO3 + H2O + H3O+ → H3O+ + NO3-
Bên cạnh đó, axit nitric cũng có các tính chất của một axit bình thường, đó là:
– Làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
– Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat và tạo thành muối nitrat
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
Mg(OH)2 + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + 2H2O
CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O
– Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước.
Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 đặc → muối nitrat + NO + H2O (to)
Mg(rắn) + 2HNO3 loãng lạnh → Mg(NO3)2 + H2 (khí)
Kim loại + HNO3 loãng lạnh → muối nitrat + H2
– Axit nitric đặc nguội thụ động với nhôm, sắt, crom do khi tác dụng, những kim loại này sẽ tạo ra lớp oxit kim loại. Lớp oxit này sẽ bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
– HNO3 đặc tác dụng với phi kim (trừ silic và halogen) tạo thành NO2 nếu là axit nitric đặc và oxit nitơ với axit loãng và nước, oxit của phi kim.
4HNO3 + C → 4NO2 + 2H2O + CO2
5HNO3 + P → 5NO2 + H2O + H3PO4
– HNO3 loãng tác dụng với phi kim tạo ra NO
– Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối nếu trong những hợp chất này, kim loại chưa lên hóa trị cao nhất
4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + CO2 + 2H2O
– Tác dụng với hợp chất
2HNO3 (nồng độ trên 5%) + 3H2S → 3S + 2NO + 4H2O
PbS + 8HNO3 đặc → PbSO4↓+ 8NO2 + 4H2O
– Dung dịch axit nitric hòa tan Ag3PO4 nhưng không tác dụng được với HgS.
– Axit nitric có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ nên cần tránh tiếp xúc trực tiếp với axit này.
4.3. Cách điều chế:
– Trong phòng thí nghiệm:
Trong phòng thí nghiệm, HNO3 có thể được điều chế bằng cách cho tinh thể muối natri nitrat tác dụng với H2SO4 đặc. Sau đó chưng cất hỗn hợp này ở nhiệt độ 83°C cho đến khi chỉ còn lại chất kết tinh màu trắng. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ tạo ra một lượng nhỏ axit.
NaNO3 (tinh thể) + H2SO4 đặc → HNO3 + NaHSO4
Axit HNO3 bốc khói đỏ thu được sau phản ứng có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Lưu ý rằng, các dụng cụ thí nghiệm phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối vì axit nitric có tính khan.
Ngoài phương pháp trên, axit HNO3 cũng có thể được tạo ra bằng cách nhiệt phân đồng nitrat để tạo ra khí NO2 và khí oxi, sau đó truyền hai khí này qua nước để tạo ra axit nitric.
2Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2
4 NO2 + O2 → HNO3 + HNO2
– Trong công nghiệp:
Axit HNO3 loãng có thể cô đặc đến nồng độ 68% với một hỗn hợp azeotropic chứa 32% nước. Để thu được axit HNO3 có nồng độ cao hơn, chúng ta cần chưng cất với axit sunfuric. Axit này sẽ đóng vai trò là chất khử hấp thụ lại nước. Phương trình phản ứng sẽ là:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 850oC)
2NO + O2 → NO2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
Trong công nghiệp, HNO3 thường có nồng độ 52% và 68%.
4.4. Ứng dụng
– Trong phòng thí nghiệm, Hợp chất axit nitric đa phần được sử dụng làm thuốc thử liên quan tới clorit. Người ta cho HNO3 tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào hỗn hợp để tìm kết tủa trắng của bạc clorua. Ngoài ra, axit nitric còn được sử dụng để điều chế muối nitrat.
– Trong công nghiệp, Axit nitric 68% được sử dụng để chế tạo thuốc nổ bao gồm trinitrotoluen (TNT), nitroglycerin, cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), và các loại phân bón chứa ni-tơ như phân đạm một lá nitrat amoni NH4NO3, các muối nitrat như Ca(CO3)2, KNO3,…HNO3 phản ứng với hầu hết với các hợp chất hữu cơ nên nó được sử dụng nhiều trong ngành luyện kim, tinh lọc và xi mạ. Khi cho axit nitric tác dụng với axit clorua, ta được dung dịch cường toan có khả năng hòa tan và và bạch kim. Axit nitric còn được sử dụng trong sản xuất các chất hữu cơ, sơn, bột màu, thuốc nhuộm vải. Axit nitric còn là hợp chất trung gian trong sản xuất các chất kết dính, chất bộc phủ, chất bịt kín và các chất đàn hồi đi từ toluen diisoxyanat.
5. Bài tập ứng dụng và lời giải:
Câu 1: Hãy chỉ ra những tính chất hoá học chung và khác biệt giữa axit nitric và axit sunfuric. Viết các phương trình hoá học để minh hoạ?
Lời giải:
Tính chất khác biệt:
– Axit H2SO4 loãng có tính axit, H2SO4 đặc có tính oxi hoá mạnh, còn axit HNO3 dù là axit đặc hay loãng đề có tính oxi hoá mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử.
– H2SO4 loãng không tác dụng được với các kim loại đứng sau hidro trong dãy hoạt động hoá học như axit HNO3.
Fe + H2SO4 (loãng) → FeSO4 + H2↑
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Tính chất chung:
H2SO4 loãng và HNO3 đều có tính axit mạnh
Ví dụ:
– Đổi màu chất chỉ thị: Quỳ tím chuyển thành màu hồng
– Tác dụng với bazơ, oxit bazơ không có tính khử (các nguyên tố có số oxi hoá cao nhất):
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3+ 6H2O
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2↑
H2SO4 + Na2SO3 → Na2SO4 + H2O + SO2↑
H2SO4(đặc) và axit HNO3 đều có tính oxi hoá mạnh
Ví dụ:
– Tác dụng được với hầu hết các kim loại (kể cả kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học) và đưa kim loại lên số oxi hoá cao nhất.
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
Cu + 2H2SO4(đặc) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
– Tác dụng với một số phi kim (đưa phi kim lên số oxi hoá cao nhất)
C + 2H2SO4(đặc) → CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O
S + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO↑
– Tác dụng với hợp chất (có tính khử)
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O
2FeO + 4H2SO4(đặc) → Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 4H2O
Cả hai axit khi làm đặc nguội đều làm Fe và Al bị thụ động hoá (có thể dùng bình làm bằng nhôm và sắt để đựng axit nitric và axit sunfuric đặc)
Câu 2. Chất nào dưới đây phản ứng với Fe tạo thành hợp chất Fe(II)?
A. Cl2
B. dung dịch HNO3 loãng
C. dung dịch AgNO3 dư
D. dung dịch HCl đặc
Lời giải:
Đáp án D
Phương trình hóa học xảy ra:
A. 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
B. Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO ↑ + 2H2O
C. Fe + 3AgNO3 → Fe(NO3)3 + 3Ag
D. Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Câu 3. Khi điều chế FeCl2 bằng cách cho sắt tác dụng với dung dịch axit HCl. Để bảo quản dung dịch FeCl2 thu được không bị chuyển thành hợp chất sắt (III), người ta có thể cho thêm vào dung dịch
A. một lượng Fe dư .
B. một lượng kẽm dư.
C. một lượng HCl dư.
D. một lượng HNO3 dư.
Lời giải:
Đáp án A
Dung dịch FeCl2 dễ bị không khí oxi hóa thành muối Fe3+ . Để bảo quản FeCl2 người ta thêm 1 lượng Fe vì:
Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+
Không dùng HNO3 vì HNO3 oxi hóa luôn ion Fe2+ thành Fe3+,
Không dùng Zn sẽ tạo ra 1 lượng muối Zn2+,
Không dùng HCl sẽ không ngăn cản quá trình tạo Fe3+.
Câu 4. Cho 2,24 gam Fe tác dụng với oxi, thu được 3,04 gam hỗn hợp X gồm 2 oxit. Để hoà tan hết X cần thể tích dung dịch HCl 2M là
A. 25 ml.
B. 50 ml.
C. 100 ml.
D. 150 ml.
Lời giải:
Đáp án B
Áp dụng bảo toàn nguyên tố ta có:
nH = 2nO = 2.(3,04 – 2,24)/16 = 0,1 mol
Thể tích dung dịch HCl 1M là:
0,1/2 = 0,05 lít = 50 ml
Câu 5. Dãy các chất và dung dịch nào sau đây khi lấy dư có thể oxi hoá Fe thành Fe(III)?
A. HCl, HNO3 đặc, nóng, H2SO4 đặc, nóng
B. Cl2, HNO3 nóng, H2SO4 đặc, nguội
C. bột lưu huỳnh, H2SO4 đặc, nóng, HCl
D. Cl2, AgNO3, HNO3 loãng
Lời giải:
Đáp án D
Câu 6. Dung dịch FeSO4 không làm mất màu dung dịch nào sau đây ?
A. Dung dịch KMnO4 trong môi trường H2SO4
B. Dung dịch K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4
C. Dung dịch Br2
D. Dung dịch CuCl2
Lời giải:
Đáp án D
A. Mất màu thuốc tím
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
B. Mất màu da cam
2K2CrO7 + 18FeSO4 + 14H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 9Fe2(SO4)3 + 14H2O
C. Mất màu đỏ nâu
6FeSO4 + 3Br2 → 2Fe2(SO4)3 + 2FeBr3
