Fe3O4 + HNO3 đặc: phương trình và cách đếm nguyên tử
Lớp 12Hóa học

Fe3O4 + HNO3 đặc → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O: cân bằng, hiện tượng, bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là Fe3O4 + 10HNO3 (đặc, nóng) → 3Fe(NO3)3 + NO2↑ + 5H2O. Đây là phản ứng oxi hoá – khử: Fe(+8/3) bị oxi hoá lên Fe(+3), còn N(+5) trong HNO3 bị khử xuống N(+4) trong NO2. Cứ 1 mol Fe3O4 tạo 1 mol NO2.

Phương trình phản ứng Fe3O4 + HNO3 đặc

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

  • Điều kiện: HNO3 đặc, đun nóng nhẹ cho phản ứng xảy ra nhanh.
  • Loại phản ứng: oxi hoá – khử (không phải phản ứng trao đổi đơn thuần).
  • Fe3O4 đóng vai trò chất khử; HNO3 vừa là chất oxi hoá vừa là môi trường tạo muối.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Trong Fe3O4, số oxi hoá trung bình của sắt là +8/3 (thực chất gồm 1 Fe2+ và 2 Fe3+). Ta làm theo các bước sau.

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Fe3O4 → 3Fe+3; N+5 → N+4.
  2. Viết quá trình cho – nhận electron:
    • 3Fe+8/3 → 3Fe+3 + 1e (3 nguyên tử Fe cho tổng cộng 3×(3 − 8/3) = 1 electron)
    • N+5 + 1e → N+4
  3. Thăng bằng: hệ số 1 cho Fe3O4 và 1 cho NO2.
  4. Cân bằng nguyên tố còn lại: 3 Fe tạo 3Fe(NO3)3 cần 9 nhóm NO3−, cộng thêm 1 N ở NO2 nên cần 10HNO3. Vế trái có 10 H nên vế phải có 5H2O.
  5. Kiểm tra oxi: vế trái 4 + 10×3 = 34; vế phải 9×3 + 2 + 5 = 34 → đúng.

Cách hiểu nhanh: tách Fe3O4 thành FeO·Fe2O3

Nếu thấy số oxi hoá +8/3 khó chịu, em có thể coi Fe3O4 = FeO + Fe2O3:

  • FeO + 4HNO3 (đặc) → Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O (FeO bị oxi hoá)
  • Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (chỉ là phản ứng trao đổi)

Cộng hai phương trình: 4 + 6 = 10HNO3, 1 + 2 = 3Fe(NO3)3, 2 + 3 = 5H2O, 1NO2 – trùng với kết quả trên. Cách này cho thấy vì sao chỉ có phần Fe(II) tạo khí.

Phương trình ion thu gọn

Fe3O4 + 10H+ + NO3− → 3Fe3+ + NO2↑ + 5H2O

Kiểm tra điện tích: vế trái +10 − 1 = +9; vế phải 3×(+3) = +9. Cân bằng.

Hiện tượng nhận biết

  • Chất rắn màu đen nâu (Fe3O4) tan dần.
  • Dung dịch chuyển sang màu vàng nâu do ion Fe3+.
  • Có khí màu nâu đỏ thoát ra là NO2 (độc, cần làm trong tủ hút hoặc nơi thoáng).

So sánh với HNO3 loãng

Axit Phương trình Khí sinh ra
HNO3 đặc, nóng Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O NO2 (nâu đỏ)
HNO3 loãng 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O NO (không màu, hoá nâu trong không khí)

Mẹo nhớ: đặc → NO2 (nhận 1e), loãng → NO (nhận 3e). Với HNO3 loãng, 3 mol Fe3O4 cho 3e mới đủ để tạo 1 mol NO.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là Fe(NO3)2: sai, vì HNO3 đặc là chất oxi hoá mạnh nên sắt luôn lên mức +3.
  • Quên khí NO2: nếu không có khí thì đó là phản ứng của Fe2O3, không phải Fe3O4.
  • Nhầm hệ số HNO3: nhớ phải cộng cả phần tạo muối (9) và phần bị khử (1) thành 10.
  • Dùng Fe3O4 với axit nguội, loãng và kỳ vọng NO2: khí NO2 chỉ đặc trưng cho axit đặc.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Cho 23,2 gam Fe3O4 tác dụng hết với dung dịch HNO3 đặc, nóng, dư. Tính thể tích NO2 (đktc) và khối lượng muối thu được.

Đáp án: n(Fe3O4) = 23,2/232 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(NO2) = 0,1 mol → V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít. n(Fe(NO3)3) = 0,3 mol → m = 0,3 × 242 = 72,6 gam.

Bài 2. Hoà tan hoàn toàn m gam Fe3O4 trong HNO3 đặc, nóng thu được 6,72 lít NO2 (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tìm m.

Đáp án: n(NO2) = 0,3 mol = n(Fe3O4) → m = 0,3 × 232 = 69,6 gam.

Bài 3. Tính số mol HNO3 tối thiểu cần để hoà tan 0,2 mol Fe3O4 bằng axit đặc.

Đáp án: theo tỉ lệ 1 : 10, n(HNO3) = 0,2 × 10 = 2 mol.

Bài 4 (tự luận). Hoàn thành: Fe3O4 + HNO3 loãng → ? Viết hệ số.

Đáp án: 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O.

Ghi nhớ

  • Fe3O4 vừa có tính bazơ (do phần oxit) vừa có tính khử (do Fe2+).
  • Với HNO3 đặc: tỉ lệ mol Fe3O4 : HNO3 : NO2 = 1 : 10 : 1.
  • Các oxit sắt có Fe(II) như FeO, Fe3O4 phản ứng với HNO3 đều giải phóng khí; Fe2O3 thì không.

Câu hỏi thường gặp

Fe3O4 + HNO3 đặc tạo ra sản phẩm gì?

Tạo sắt(III) nitrat Fe(NO3)3, khí NO2 màu nâu đỏ và nước theo phương trình Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O.

Fe3O4 + HNO3 đặc có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Có. Fe(+8/3) tăng lên +3 còn N(+5) giảm xuống +4 trong NO2, nên đây là phản ứng oxi hoá – khử.

Vì sao tỉ lệ Fe3O4 : NO2 là 1 : 1?

Ba nguyên tử sắt trong 1 phân tử Fe3O4 chỉ cho tổng cộng 1 electron (chỉ Fe2+ lên Fe3+), mà mỗi N+5 nhận 1 electron tạo NO2 nên tạo 1 mol NO2.

Fe3O4 tác dụng HNO3 loãng khác gì HNO3 đặc?

HNO3 loãng tạo khí NO không màu: 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O, còn HNO3 đặc tạo NO2 màu nâu đỏ.

Bài học liên quan