Trả lời nhanh
Phương trình nhiệt phân sắt(III) nitrat: 4Fe(NO3)3 → 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑ (điều kiện: nhiệt độ). Fe thuộc nhóm kim loại từ Mg đến Cu nên muối nitrat bị nhiệt phân thành oxit kim loại, khí NO2 màu nâu đỏ và khí O2.
Phương trình hoá học
4Fe(NO3)3 → (t°) 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑
| Chất | Vai trò | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Fe(NO3)3 | Chất tham gia | Tinh thể (thường ngậm nước) màu tím nhạt, tan tốt trong nước |
| Fe2O3 | Sản phẩm rắn | Bột màu nâu đỏ |
| NO2 | Sản phẩm khí | Màu nâu đỏ, mùi hắc, độc |
| O2 | Sản phẩm khí | Không màu, duy trì sự cháy |
Hiện tượng quan sát được
- Chất rắn ban đầu bị nóng chảy/biến đổi dần, để lại chất rắn màu nâu đỏ (Fe2O3).
- Có khí màu nâu đỏ bay ra (NO2).
- Que đóm còn tàn đỏ có thể bùng cháy nhẹ khi đưa vào hỗn hợp khí vì có O2, nhưng NO2 cũng hỗ trợ cháy nên cần thao tác trong tủ hút.
Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
Trong phản ứng này, Fe giữ nguyên số oxi hoá +3. Chỉ có nitơ và oxi thay đổi:
- Chất oxi hoá: N+5 + 1e → N+4 (trong NO2)
- Chất khử: 2O-2 → O2 + 4e
Nhân 4 cho quá trình nhường và 1 cho quá trình nhận sao cho số e bằng nhau: cứ 1 phân tử O2 tạo ra (nhường 4e) thì có 4 nguyên tử N+5 bị khử thành NO2. Tức tỉ lệ NO2 : O2 = 4 : 1.
Ghi vào phương trình: 12 N+5 nhận 12e ↔ 3 O2 nhường 12e, nên hệ số là 12 NO2 và 3 O2. Từ 12 nhóm NO3 suy ra 4Fe(NO3)3, thu được 2Fe2O3.
Kiểm tra: Fe: 4 = 2×2; N: 12 = 12; O: 4×9 = 36 = 2×3 + 12×2 + 3×2 = 6 + 24 + 6 = 36. ✔
Quy tắc nhiệt phân muối nitrat
| Kim loại trong muối | Sản phẩm | Ví dụ |
|---|---|---|
| K, Ca, Na… (trước Mg) | Muối nitrit + O2 | 2KNO3 → 2KNO2 + O2 |
| Từ Mg đến Cu (có Fe, Zn, Al, Pb, Cu…) | Oxit kim loại + NO2 + O2 | 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 |
| Sau Cu (Ag, Hg, Au…) | Kim loại + NO2 + O2 | 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 |
Mẹo nhớ: “Trước Mg thì ra nitrit, giữa thì ra oxit, sau Cu thì ra kim loại; hai nhóm sau luôn kèm NO2 và O2.”
Lưu ý: Fe(NO3)2 cũng tạo Fe2O3
Sắt(II) nitrat khi nung trong không khí cho cùng sản phẩm rắn, nhưng hệ số khác, vì Fe+2 bị oxi hoá lên Fe+3:
4Fe(NO3)2 → 2Fe2O3 + 8NO2 + O2
Kiểm tra O: 24 = 6 + 16 + 2 ✔. Ở đây tỉ lệ NO2 : O2 = 8 : 1, khác với Fe(NO3)3 (4 : 1). Đây là điểm hay bị hỏi trong bài tập.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Fe (kim loại) hoặc FeO: sai, vì Fe không đứng sau Cu và Fe+3 không bị khử.
- Viết sản phẩm là Fe(NO2)3 theo kiểu muối nitrit: chỉ đúng với kim loại hoạt động mạnh như K, Na.
- Cân bằng sai hệ số O2 do quên tính O trong Fe2O3.
- Quên điều kiện nhiệt độ hoặc quên mũi tên khí ↑.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Nhiệt phân hoàn toàn 24,2 gam Fe(NO3)3 (M = 242). Tính khối lượng chất rắn và thể tích hỗn hợp khí (đktc).
Giải: n(Fe(NO3)3) = 0,1 mol. Theo phương trình: n(Fe2O3) = 0,05 mol → m = 0,05×160 = 8 g. n(NO2) = 0,3 mol; n(O2) = 0,075 mol. Tổng khí = 0,375 mol → V = 0,375×22,4 = 8,4 lít. Kiểm tra bảo toàn khối lượng: 8 + 0,3×46 + 0,075×32 = 8 + 13,8 + 2,4 = 24,2 g ✔.
Bài 2. Dẫn toàn bộ khí ở Bài 1 vào nước dư. Khí có bị hấp thụ hết không?
Giải: Phản ứng hấp thụ: 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3. Tỉ lệ NO2 : O2 = 0,3 : 0,075 = 4 : 1 đúng bằng tỉ lệ phản ứng nên khí bị hấp thụ hết, thu được 0,3 mol HNO3.
Bài 3. Hoàn thành: Fe(NO3)3 → X → Fe2(SO4)3.
Giải: X là Fe2O3. Phản ứng thứ hai: Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O (chất rắn đỏ nâu tan, dung dịch chuyển màu vàng nâu).
Tóm tắt
Sắt(III) nitrat bị nhiệt phân theo kiểu “muối nitrat của kim loại từ Mg đến Cu”: tạo oxit Fe2O3, khí NO2 và O2 theo tỉ lệ mol 4Fe(NO3)3 : 2Fe2O3 : 12NO2 : 3O2. Nhớ tỉ lệ NO2 : O2 = 4 : 1 để giải nhanh các bài tập về khí.
Câu hỏi thường gặp
Fe(NO3)3 nhiệt phân tạo ra những chất nào?
Tạo Fe2O3 (rắn, nâu đỏ), khí NO2 (nâu đỏ) và khí O2 theo phương trình 4Fe(NO3)3 → 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2.
Vì sao sản phẩm là oxit mà không phải muối nitrit hay kim loại?
Theo quy tắc nhiệt phân nitrat, muối của kim loại từ Mg đến Cu (trong đó có Fe) tạo oxit kim loại, NO2 và O2. Nitrit chỉ tạo ra với kim loại mạnh như K, Na; kim loại chỉ tạo ra với các kim loại sau Cu như Ag, Hg.
Fe(NO3)2 nhiệt phân có ra Fe2O3 không?
Có, nếu nung trong không khí: 4Fe(NO3)2 → 2Fe2O3 + 8NO2 + O2. Hệ số khác với Fe(NO3)3 vì Fe(II) bị oxi hoá thành Fe(III).
Khí thoát ra khi nhiệt phân Fe(NO3)3 có hấp thụ hết vào nước không?
Có. Tỉ lệ NO2 : O2 = 4 : 1 đúng bằng tỉ lệ trong phản ứng 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 nên khí bị hấp thụ hoàn toàn.