Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

1. Phương trình phản ứng:

Cho Fe3O4 phản ứng với dung dịch axit nitric HNO3 đặc, hiện tượng sau phản ứng xuất hiện khí màu nâu đỏ (NO2)

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

Các phản ứng hóa học trên được phân loại là:
– Phản ứng của kim loại với axit.
– Phản ứng oxi hỏa khứ.
Phản ứng khi cho Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3 có nhiều kết quả khác nhau vì sắt là kim loại có nhiều số oxi hóa +2 và +3 ngoài ra nguyên tố Nitơ trong axit cũng có nhiều số oxi hóa nên khi tiến hành các phản ứng tùy thuộc vào các phản ứng khác nhau. điều kiện hoạt động sẽ nhận được kết quả khác nhau. Thông thường khi cho Fe3O4 + HNO3 ta thường dựa vào cách nhận biết đâu là sản phẩm khử trong bài toán thông qua các mô tả như: có khí màu nâu bay ra, khí không màu hóa nâu trong không khí. . .
Tuy nhiên khi phản ứng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 thì kim loại Fe bị đẩy lên mức oxi hóa cao nhất là Fe+3 tạo thành Fe(NO3)3. Trong trường hợp này, N+5 trong HNO3 bị khử thành N+4 trong hợp chất NO2.

2. Cách cân bằng phương trình phản ứng:

Cân bằng phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa

+8/3Fe3O4 + HN+5O3 → Fe+3(NO3)3 + N+4O2 + H2O

Bước 2: Viết quá trình trao đổi electron. Quá trình oxy hóa và khử

1x 1x

+8/33Fe → 3Fe3+ + 1e N+5 1e → N+4

Bước 3: Đặt hệ số thích hợp

Vậy phương trình phản ứng:

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

3. Tính chất của Fe3O4:

Fe3O4 là hỗn hợp hai oxit FeO, Fe2O3. Có nhiều trong quặng magnetit, nó có từ tính.

– Tính chất vật lí: Là chất rắn, màu đen, không tan trong nước và có tính từ

– Tính chất hóa học:

+ Fe3O4 phản ứng với dung dịch axit như HCl, H2SO4 loãng tạo hỗn hợp muối sắt (II) và sắt (III).

Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

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

+ Fe3O4 là chất khử khi phản ứng với chất oxi hóa mạnh:

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

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

+ Fe3O4 là chất oxi hóa khi phản ứng với chất khử mạnh ở nhiệt độ cao như: H2, CO, Al:

Fe3O4 + 4H2

3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO

3Fe + 4CO2

3Fe3O4 + 8Al

4Al2O3 + 9Fe

4. Điều chế và ứng dụng Fe3O4 trong thực tế:

Đầu tiên, điều chế:

Trong tự nhiên, oxit từ tính là một thành phần của quặng từ tính.

– Đốt sắt trong oxi không khí thu được oxit sắt từ: 3Fe + 2O2 → Fe3O4

– Nung Fe trong nước ở dạng hơi nước ở nhiệt độ < 570 độ C: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

Thứ hai, ứng dụng:

– Quặng manhetit có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong công nghiệp luyện gang thép. Hạt nano Fe3O4 được sử dụng để dán nhãn tế bào và xử lý nước bị ô nhiễm.

5. Tính chất hóa học của HNO3:

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

HNO3 có đầy đủ các tính chất của một axit như: làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng bazơ, oxit bazơ và muối của axit yếu hơn tạo thành muối nitrat. Ví dụ:

MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O

Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O

BaCO3 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + CO2 + H2O

Axit nitric là một trong những axit có tính oxi hóa mạnh nhất. Tùy theo nồng độ của axit và độ mạnh của chất khử mà HNO3 có thể bị khử thành các sản phẩm nitơ khác nhau.

Một. Làm việc với kim loại:

+ HNO3 phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo muối nitrat, H2O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3).
+ Thông thường: HNO3 loãng → NO, HNO3 đặc → NO2.

+ Với các kim loại có tính khử mạnh: Mg, Al, Zn,… có thể khử HNO3 loãng thành N2O, N2, NH4NO3.

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

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

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

* Chú ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội do tạo màng oxit bền, bảo vệ kim loại khỏi tác dụng của axit nên có thể dùng Al hoặc Fe để đựng dung dịch HNO3 đặc, nguội.

b. Tác dụng với phi kim:

HNO3 có thể oxi hóa được nhiều phi kim như:

S + 6HNO3 rắn → H2SO4 + 6NO2(↑) + 2H2O (nhiệt độ)

C + 4HNO3 rắn → 4NO2 + 2H2O + CO2

P đặc + 5HNO3 → 5NO2 + H2O + H3PO4

loãng 3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O

c. Tác dụng với hợp chất:

HNO3 đặc còn có thể oxi hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông… bị phân 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

6. Bài tập và hướng dẫn giải:

Câu 1. Chất nào sau đây khi phản ứng với dung dịch HNO3 đặc nóng không sinh ra khí?

A. FeO

B. Fe3O4

C. Fe2O3

D. Fe(OH)2

Câu trả lời

Câu 2. Hòa tan một lượng FexOy bằng H2SO4 loãng thu được dung dịch X. Biết rằng X vừa làm mất màu dung dịch thuốc tím vừa có thể hòa tan được bột Cu. Oxit sắt đó là:

A. FeO

B. Fe2O3

C. Fe3O4

D. A hoặc B