Lớp 11Hóa học

Fe + HNO3 đặc: phương trình, cân bằng, hiện tượng và các sản phẩm khử

Trả lời nhanh

Khi đun nóng, sắt phản ứng với HNO3 đặc theo phương trình: Fe + 6HNO3 (đặc, t°) → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O. Sắt bị oxi hóa lên Fe3+, còn N+5 bị khử thành NO2. Với HNO3 đặc nguội, sắt không phản ứng vì bị thụ động hóa.

Phương trình hóa học Fe + HNO3 đặc

Fe + 6HNO3 (đặc, nóng) → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

  • Điều kiện: axit HNO3 đặc và đun nóng.
  • Hiện tượng: sắt tan dần, dung dịch chuyển sang màu vàng nâu (do ion Fe3+), có khí màu nâu đỏ thoát ra (NO2) và mùi hắc, độc.
  • Loại phản ứng: oxi hóa – khử; HNO3 vừa là chất oxi hóa vừa là môi trường tạo muối.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hóa: Fe0 → Fe+3; N+5 → N+4.
  2. Viết quá trình: Fe0 → Fe+3 + 3e (nhường 3e); N+5 + 1e → N+4 (nhận 1e).
  3. Cân bằng electron: nhân quá trình khử với 3 thì số e nhường bằng số e nhận. Vậy 1 Fe ứng với 3 NO2.
  4. Bổ sung gốc nitrat tạo muối: 3 NO3– để tạo Fe(NO3)3. Tổng HNO3 = 3 (làm môi trường) + 3 (bị khử) = 6.
  5. Cân bằng H và O: 6 nguyên tử H tạo ra 3H2O. Kiểm tra O: bên trái 18, bên phải 9 + 6 + 3 = 18 (đúng).

Vì sao Fe thụ động trong HNO3 đặc nguội?

Ở nhiệt độ thường, HNO3 đặc và H2SO4 đặc oxi hóa bề mặt sắt tạo thành một lớp oxit mỏng, rất bền và kín. Lớp màng này ngăn không cho sắt bên trong tiếp xúc với axit nên phản ứng dừng lại. Hiện tượng này gọi là thụ động hóa. Nhờ đó, người ta có thể dùng thùng bằng sắt, nhôm hoặc crom để chứa và vận chuyển HNO3 đặc nguội. Khi đun nóng, lớp màng bị phá vỡ nên sắt lại tan.

Lưu ý: sản phẩm khử không chỉ có NO2

Nhiều đề bài ghi sản phẩm khử là N2O, nhưng đó không phải sản phẩm điển hình của axit đặc. Sản phẩm khử của HNO3 phụ thuộc nồng độ axit và độ mạnh của kim loại:

Điều kiện Phương trình
HNO3 đặc, nóng Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
HNO3 loãng Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
HNO3 rất loãng, tạo N2O 8Fe + 30HNO3 → 8Fe(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

Kiểm tra phương trình N2O: Fe nhường 8 × 3 = 24 electron; mỗi phân tử N2O nhận 8 electron (hai N+5 xuống N+1) nên 3 phân tử nhận 24 electron. Số HNO3 là 24 làm môi trường + 6 bị khử = 30.

Nếu Fe dư thì sao?

Khi sắt dư, muối sắt(III) vừa tạo ra tiếp tục phản ứng với sắt dư: Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2. Vì vậy, khi đề cho “Fe dư” hoặc “thu được muối sắt(II)”, hãy dùng phương trình có Fe(NO3)2.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là Fe(NO3)2 khi axit dư. Với HNO3 dư, sắt luôn lên +3.
  • Quên điều kiện đun nóng, hoặc cho rằng Fe tan trong HNO3 đặc nguội.
  • Nhầm hệ số: HNO3 là 6 (không phải 4 như phản ứng tạo NO).
  • Quên rằng NO2 có màu nâu đỏ, còn NO không màu hóa nâu trong không khí.

Bài tập vận dụng

  1. Cho 5,6 g Fe tác dụng hết với HNO3 đặc nóng dư. Tính thể tích NO2 (đktc) và khối lượng muối. Đáp án: n(Fe) = 0,1 mol; n(NO2) = 0,3 mol, V = 6,72 lít; m Fe(NO3)3 = 0,1 × 242 = 24,2 g.
  2. Vì sao có thể dùng bình sắt chứa HNO3 đặc nguội? Đáp án: sắt bị thụ động hóa, tạo màng oxit bảo vệ nên không bị axit ăn mòn.
  3. Tổng hệ số cân bằng (số nguyên tối giản) của phương trình Fe + HNO3 đặc nóng → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O là bao nhiêu? Đáp án: 1 + 6 + 1 + 3 + 3 = 14.

Câu hỏi thường gặp

Fe tác dụng với HNO3 đặc nóng tạo ra sản phẩm gì?

Tạo muối sắt(III) nitrat Fe(NO3)3, khí NO2 màu nâu đỏ và nước.

Fe có tan trong HNO3 đặc nguội không?

Không. Sắt bị thụ động hóa bởi lớp màng oxit nên không phản ứng với HNO3 đặc nguội.

Hiện tượng khi cho Fe vào HNO3 đặc nóng là gì?

Sắt tan dần, dung dịch có màu vàng nâu và thoát ra khí màu nâu đỏ.

Fe dư tác dụng với HNO3 thì thu được muối gì?

Muối sắt(II) nitrat Fe(NO3)2, vì Fe dư khử Fe3+ về Fe2+.

Bài học liên quan