Lớp 11Hóa học

Fe + HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + H2O: cân bằng, điều kiện, hiện tượng

Trả lời nhanh

Sắt tác dụng với nitric acid loãng (dư) tạo iron(III) nitrate, khí nitrogen monoxide và nước:

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

Phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường. Hiện tượng: sắt tan dần, dung dịch có màu vàng nâu nhạt, khí không màu thoát ra và hoá nâu đỏ khi gặp không khí. Nếu sắt dư, muối thu được cuối cùng là Fe(NO3)2.

Phương trình Fe + HNO3 loãng

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

  • Chất tham gia: iron (sắt, Fe) – kim loại màu trắng xám; nitric acid HNO3 loãng.
  • Sản phẩm: iron(III) nitrate Fe(NO3)3 (sắt(III) nitrat), nitrogen monoxide NO (khí không màu), nước.
  • Loại phản ứng: oxi hoá – khử. Fe là chất khử (Fe0 → Fe+3); HNO3 vừa là chất oxi hoá (N+5 → N+2) vừa là môi trường tạo muối.

Điểm khác biệt quan trọng so với HCl hay H2SO4 loãng: với HNO3, sắt bị oxi hoá lên mức cao nhất +3 và không giải phóng khí H2, vì tác nhân oxi hoá là ion NO3– chứ không phải ion H+.

Điều kiện và hiện tượng phản ứng

Điều kiện: HNO3 loãng, nhiệt độ thường. Để thu được Fe(NO3)3 cần dùng acid dư so với sắt.

Hiện tượng:

  1. Mẩu sắt tan dần trong dung dịch acid.
  2. Dung dịch chuyển sang màu vàng nâu nhạt do có ion Fe3+.
  3. Có khí không màu (NO) thoát ra. Ở miệng ống nghiệm, NO gặp oxygen của không khí tạo NO2 màu nâu đỏ: 2NO + O2 → 2NO2.

An toàn thí nghiệm: NO và NO2 đều là khí độc. Thí nghiệm cần làm với lượng nhỏ hoá chất, trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí, có tẩm bông bằng dung dịch kiềm ở miệng ống nghiệm để hấp thụ khí.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Bước 1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Fe0 → Fe+3; N+5 → N+2.

Bước 2. Viết các quá trình:

  • Quá trình oxi hoá: Fe0 → Fe+3 + 3e  (× 1)
  • Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2  (× 1)

Bước 3. Đặt hệ số: số electron nhường bằng số electron nhận (đều là 3), nên tỉ lệ Fe : NO = 1 : 1.

Bước 4. Hoàn thiện: 1Fe(NO3)3 cần 3 nhóm NO3– làm môi trường, cộng 1 N bị khử thành NO, tổng cộng 4HNO3. Cân bằng H: 4H bên trái → 2H2O bên phải. Kiểm tra O: trái 12, phải 9 + 1 + 2 = 12. Phương trình đã cân bằng.

Mẹo nhẩm nhanh: với phản ứng kim loại + HNO3 tạo NO, luôn có nHNO3 phản ứng = 4nNO (theo bán phản ứng NO3– + 4H+ + 3e → NO + 2H2O). Ở đây nNO = nFe nên nHNO3 = 4nFe.

Trường hợp sắt dư: thu được Fe(NO3)2

Đây là “bẫy” quen thuộc trong bài tập. Khi Fe còn dư sau phản ứng, sắt khử tiếp ion Fe3+ về Fe2+:

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

Gộp hai giai đoạn ta được phương trình tổng khi sắt dư:

3Fe + 8HNO3 (loãng) → 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Tỉ lệ mol HNO3 : Fe Muối thu được
≥ 4 Chỉ Fe(NO3)3
Từ 8/3 đến 4 Hỗn hợp Fe(NO3)2 và Fe(NO3)3
≤ 8/3 Chỉ Fe(NO3)2 (Fe có thể còn dư)

So sánh sắt với các loại acid

Acid Sản phẩm chính Số oxi hoá của Fe
HCl, H2SO4 loãng Muối Fe(II) + H2 +2
HNO3 loãng (dư) Fe(NO3)3 + NO + H2O +3
HNO3 đặc, nóng (dư) Fe(NO3)3 + NO2 + H2O +3
HNO3 đặc, nguội Không phản ứng (sắt bị thụ động hoá) —

Phương trình với HNO3 đặc nóng: Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O (t°). Hiện tượng thụ động hoá trong HNO3 đặc nguội giải thích vì sao có thể dùng bình thép để chuyên chở acid này.

Em có thể so sánh với phản ứng tương tự của đồng tại Cu + HNO3 loãng và với sulfuric acid tại Fe + H2SO4 loãng.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm có H2: sai, vì HNO3 có tính oxi hoá mạnh ở gốc NO3–.
  • Viết muối Fe(NO3)2 khi acid dư: acid dư thì sắt lên +3.
  • Cho rằng khí sinh ra là NO2 vì thấy màu nâu ở miệng ống nghiệm: màu nâu là do NO bị oxi hoá trong không khí.
  • Quên khả năng Fe dư khử Fe3+ về Fe2+, dẫn đến tính sai khối lượng muối.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Hoà tan hoàn toàn 5,6 gam Fe trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Tính thể tích NO ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar) và khối lượng muối.

Giải: nFe = 5,6 : 56 = 0,1 mol. Theo phương trình, nNO = nFe = 0,1 mol → V = 0,1 × 24,79 = 2,479 lít. Muối Fe(NO3)3: 0,1 × 242 = 24,2 gam.

Bài 2. Tính số mol HNO3 tối thiểu cần dùng để hoà tan hết 0,15 mol Fe (sản phẩm khử duy nhất là NO).

Giải: Lượng acid “tối thiểu” ứng với trường hợp chỉ tạo Fe(NO3)2: theo 3Fe + 8HNO3, nHNO3 = 8/3 × 0,15 = 0,4 mol.

Bài 3. Cho 8,4 gam Fe vào dung dịch chứa 0,4 mol HNO3 loãng, phản ứng hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất. Muối thu được là gì?

Giải: nFe = 0,15 mol; tỉ lệ HNO3 : Fe = 0,4 : 0,15 ≈ 2,67 = 8/3. Vậy chỉ thu được Fe(NO3)2: 0,15 mol, khối lượng 0,15 × 180 = 27 gam.

Câu hỏi thường gặp

Fe tác dụng với HNO3 loãng có tạo khí H2 không?

Không. Gốc NO3– có tính oxi hoá mạnh hơn H+, nên sản phẩm khử là NO (hoặc các hợp chất khác của nitrogen), không phải H2.

Fe + HNO3 loãng tạo muối sắt(II) hay sắt(III)?

Khi HNO3 dư, sắt bị oxi hoá thành Fe(NO3)3. Khi sắt dư, Fe khử tiếp Fe3+ về Fe2+ nên thu được Fe(NO3)2.

Hiện tượng của phản ứng Fe + HNO3 loãng là gì?

Sắt tan dần, dung dịch có màu vàng nâu nhạt, có khí không màu thoát ra và hoá nâu đỏ ở miệng ống nghiệm do NO phản ứng với oxygen.

Vì sao Fe không tác dụng với HNO3 đặc nguội?

Vì sắt bị thụ động hoá: bề mặt kim loại tạo lớp màng oxide bền, ngăn acid tiếp xúc với kim loại bên trong.

Tổng hệ số cân bằng của phương trình Fe + HNO3 loãng là bao nhiêu?

Với Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O, tổng hệ số là 1 + 4 + 1 + 1 + 2 = 9.

Bài học liên quan