Cân Bằng Phương Trình Fe3O4 + HNO3: Chi Tiết và Nâng Cao

Phản ứng giữa Fe3O4 (oxit sắt từ) và HNO3 (axit nitric) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, thường xuất hiện trong các bài tập và đề thi hóa học. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn sâu sắc và toàn diện về cách cân bằng phương trình này, cùng với các khía cạnh liên quan để bạn nắm vững kiến thức.

Phương Trình Phản Ứng Fe3O4 + HNO3

Phương trình hóa học tổng quát của phản ứng Fe3O4 tác dụng với HNO3 (loãng) tạo ra khí NO như sau:

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

Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường. Không cần điều kiện đặc biệt về nhiệt độ hay áp suất.

Các Bước Cân Bằng Phương Trình Fe3O4 + HNO3

Để cân bằng phương trình này, chúng ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron, một phương pháp hiệu quả cho các phản ứng oxi hóa khử phức tạp.

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố

Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử

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

Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi

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

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và hoàn thành

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

Hiện Tượng Phản Ứng

Trong quá trình phản ứng, Fe3O4 sẽ tan dần trong dung dịch HNO3. Đồng thời, khí NO không màu sẽ thoát ra, sau đó hóa nâu trong không khí do phản ứng với oxi tạo thành NO2.

Tính Chất Của Các Chất Tham Gia

Tính Chất của Sắt Từ Oxit (Fe3O4)

Tính chất vật lý: Fe3O4 là chất rắn màu đen, không tan trong nước và có từ tính (magnetic).
Tính chất hóa học:
- Tính chất của oxit bazơ: Fe3O4 tác dụng với axit tạo thành hỗn hợp muối sắt (II) và sắt (III).
  Ví dụ:
  Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
- Tính khử: Fe3O4 thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh.
  Ví dụ:
  3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
  2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O
- Tính oxi hóa: Fe3O4 cũng có thể thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao.
  Ví dụ:
  Fe3O4 + 4H2 →to 3Fe + 4H2O

Tính Chất của Axit Nitric (HNO3)

Tính axit: HNO3 là một axit mạnh, tan hoàn toàn trong nước tạo thành ion H+ và NO3-. Nó có đầy đủ tính chất của một axit như tác dụng với bazơ, oxit bazơ và muối của axit yếu hơn.
Tính oxi hóa mạnh: HNO3 là một trong những axit có tính oxi hóa mạnh nhất. Tùy thuộc vào nồng độ và chất khử, sản phẩm khử có thể là NO2, NO, N2O, N2 hoặc NH4NO3.
- Tác dụng với kim loại:
  HNO3 + Kim loại → Muối Nitrate + H2O + Sản phẩm khử (NO2, NO,…)
- Tác dụng với phi kim:
  HNO3 có thể oxi hóa nhiều phi kim như S, C, P.
- Tác dụng với hợp chất:
  HNO3 đặc có thể oxi hóa hợp chất vô cơ và hữu cơ.

Bài Tập Vận Dụng

Câu 1: Cho 23.2 gam Fe3O4 tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng dư. Tính thể tích khí NO duy nhất thoát ra (ở đktc).

Hướng dẫn giải:

nFe3O4 = 23.2 / 232 = 0.1 mol
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O
=> nNO = (0.1 1) / 3 = 1/30 mol
=> VNO = (1/30) 22.4 = 0.747 lít = 746.67 ml

Câu 2: Hòa tan hoàn toàn m gam Fe3O4 trong dung dịch HNO3 loãng dư thu được dung dịch X và 0.336 lít khí NO (đktc). Cô cạn dung dịch X thu được 72.6 gam muối khan. Tìm giá trị của m.