Cân bằng phương trình phản ứng Fe3O4 với HNO3 để tạo Fe(NO3)3, NO2 và H2O

Buzz

Nội dung bài viết

1. Cân bằng phương trình Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

2. Các đặc điểm vật lý và hóa học của Fe3O4

3. Một số bài tập áp dụng liên quan

Xem thêm

Bài viết này hướng dẫn cách cân bằng phương trình Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O, cung cấp kiến thức cơ bản cho việc giải các bài tập nâng cao hơn. Mời bạn đọc theo dõi.

1. Cân bằng phương trình Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

Phản ứng giữa Fe3O4 (magnetit) và HNO3 (axit nitric) tạo ra Fe(NO3)3 (nitrat sắt(III)), NO2 (dioxide nitơ) và H2O (nước) là quá trình oxi hóa. Để cân bằng phương trình hóa học này, cần điều chỉnh các hệ số để tổng số nguyên tử mỗi nguyên tố là bằng nhau ở cả hai bên của phản ứng. Đây là cách cân bằng phản ứng.

+ Bên trái có 3 nguyên tử Fe trong Fe3O4, trong khi bên phải chỉ có 1 nguyên tử Fe. Do đó, cần đặt hệ số 3 trước Fe(NO3)3 để cân bằng số nguyên tử Fe.

+ Tiếp tục, cân bằng số nguyên tử N bằng cách đặt hệ số 10 trước HNO3, vì bên trái có 1 nguyên tử N trong HNO3 và bên phải có 10 nguyên tử N trong 3Fe(NO3)3 và NO2. Điều chỉnh hệ số cũng giúp cân bằng số nguyên tử hydro và oxy ở cả hai bên phản ứng.

+ Cuối cùng, đặt hệ số 5 trước H2O để cân bằng số nguyên tử H trong H2O và HNO3. Kiểm tra số nguyên tử O cho thấy cả hai bên có 30 nguyên tử O, do đó không cần điều chỉnh thêm. Phương trình cân bằng là: Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O.

Hiện tượng xảy ra trong phản ứng:

+ Oxi hóa magnetit (Fe3O4): Magnetit (Fe3O4) bị oxi hóa thành nitrat sắt(III) (Fe(NO3)3). Các nguyên tử sắt từ Fe(II) chuyển thành Fe(III) bằng cách nhận thêm electron. Khí nitơ dioxide (NO2) cũng được tạo ra, có màu nâu đỏ và mùi đặc trưng.

+ Giải phóng nhiệt: Phản ứng này giải phóng nhiệt, làm tăng nhiệt độ của hệ thống, đặc biệt trong các phản ứng oxi hóa mạnh. Nước (H2O) được tạo ra trong phản ứng. Cần thực hiện phản ứng cẩn thận vì axit nitric (HNO3) là chất oxi hóa mạnh và nitơ dioxide (NO2) là khí độc. Thực hiện trong điều kiện an toàn và kiểm soát nhiệt độ.

2. Các đặc điểm vật lý và hóa học của Fe3O4

Fe3O4, hay còn gọi là magnetit, là hợp chất gồm hai oxit FeO và Fe2O3. Dưới đây là một số đặc điểm vật lý và hóa học nổi bật của Fe3O4:

- Đặc điểm vật lý:

+ Màu sắc: Magnetit nổi bật với màu đen đặc trưng.

+ Tính từ tính: Magnetit có tính từ tính mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo nam châm cũng như trong ngành công nghiệp điện tử.

+ Tính dẫn điện: Magnetit là chất bán dẫn và có thể dẫn điện trong một số điều kiện. Khối lượng riêng: Magnetit có khối lượng riêng khoảng 5,2 - 5,3 g/cm³.

+ Điểm nóng chảy: Magnetit nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 1.565 độ C (2.849 độ F).

- Tính chất hóa học:

+ Tính oxi hóa: Magnetit có khả năng bị oxi hóa và tham gia vào các phản ứng oxi hóa với các chất khác, ví dụ như axit nitric (HNO3), để tạo ra nitrat sắt(III) (Fe(NO3)3) và nitơ dioxide (NO2), như trong phản ứng sau:

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

+ Hòa tan: Magnetit có thể hòa tan trong axit sulfuric đặc, tạo ra ion sắt (II) và ion sắt (III) trong dung dịch.

+ Tính chất từ tính: Magnetit có khả năng phát ra từ trường mạnh và có thể hút các vật thể nhờ vào tính chất nam châm của nó.

+ Khả năng chống lại acid: Magnetit có khả năng chống lại các acid yếu mà không bị hòa tan hoàn toàn. Magnetit là khoáng vật quan trọng trong tự nhiên, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và khoa học, bao gồm chế tạo từ tính, sản xuất thép, và nhiều ứng dụng điện tử.

3. Một số bài tập áp dụng liên quan

Câu 1. Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu và Fe3O4 phản ứng với dung dịch HNO3 loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng hoàn tất, thu được 3,36 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở điều kiện tiêu chuẩn), dung dịch Y, và còn lại 2,4 gam kim loại. Khi cô cạn dung dịch Y, thu được m gam muối khan. Xác định giá trị của m?

Hướng dẫn cách giải:

nNO = 0,15 (mol)

Gọi a là số mol Cu trong hỗn hợp X đã phản ứng, và b là số mol Fe3O4 trong X.

Phương trình: 64a + 232b = 61,2 – 2,4

Khi các nguyên tố Cu, Fe, O trong hỗn hợp X phản ứng với HNO3, chúng chuyển thành muối Cu2+, Fe2+ (do còn dư kim loại) và H2O. Theo nguyên tắc bảo toàn electron: 2a + 2.3b – 2.4b = 3.0,15

Từ đó: a = 0,375; b = 0,15

Các muối khan thu được gồm: Cu(NO3)2 (với a = 0,375 mol) và Fe(NO3)2 (với 3b = 0,45 mol)

Khối lượng muối khan là: 188 × 0,375 + 180 × 0,45 = 151,5 (gam)

Câu 2. Hòa tan m gam Fe3O4 trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được khí NO duy nhất. Nếu khí NO này được trộn với O2 đủ để hoàn toàn hấp thụ trong dung dịch HNO3, và thể tích O2 phản ứng là 0,336 lít (ở điều kiện tiêu chuẩn), thì giá trị của m là:

A. 34,8 gam

B. 13,92 gam

C. 23,2 gam

D. 20,88 gam

Hướng dẫn giải:

- Ý tưởng: Trong phản ứng, chỉ có Fe và O thay đổi số oxi hóa, còn N giữ nguyên số oxi hóa. Dựa vào định luật bảo toàn electron, tính số mol Fe3O4 bằng 4 lần số mol O2. Tính khối lượng m = 232 × 4 × nO2.

- Phép tính: m = 232 × 4 × 0,336/22,4 = 13,92 (g)

Chọn đáp án B

Câu 3. Một hỗn hợp gồm 4 kim loại có hóa trị không thay đổi: Mg, Ni, Zn, Al được chia thành 2 phần bằng nhau: Phần 1: Tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 3,36 lít H2; Phần 2: Hoà tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được V lít khí không màu và hóa nâu ngoài không khí (các thể tích đo ở đktc). Giá trị của V là:

A. 2,24 lít

B. 3,36 lít

C. 4,48 lít

D. 5,6 lít

Hướng dẫn giải:

Do kim loại có hoá trị cố định nên số mol electron nhường trong hai thí nghiệm là như nhau, do đó số mol electron nhận cũng tương ứng nhau. Khí không màu và chuyển sang màu nâu khi tiếp xúc với không khí là NO.

Từ đó, ta có: 2 nH2 = 3 nNO hoặc 2 nH2 = 3 nNO

Tính toán: V NO = V = 2/3 x 3,36 = 2,24 (lít)

Chọn đáp án A.

Câu 4. Hỗn hợp X bao gồm Al, Mg, FeO, Fe3O4 với oxi chiếm 20,22%. Nếu cho 25,32g X phản ứng với HNO3 sẽ tạo ra 0,14 mol NO; 0,02 mol N2O và dung dịch Y. Sau khi cô cạn dung dịch Y, thu được m gam muối. Nung muối trong không khí đến khối lượng ổn định là 30,92g. Xác định giá trị của m?

A. 108,45g

B. 104,48g

C. 135,25g

D. 176,84g

Hướng dẫn giải:

Dựa vào dữ liệu, ta có: nO = 0,32 (mol) ⇒ khối lượng kim loại = 20,2 (g)

Có: nO / oxit = 0,67 (mol) ⇒ n NO3 / muối kim loại = 1,34 (mol)

Gọi số mol NH4NO3 là x (mol). Ta có: 10x + 0,14 x 4 + 0,02 x 10 + 0,32 x 2 = 2x + 0,14 + 0,04 + 1,34 (Bảo toàn H) ⇒ x = 0,015 (mol) ⇒ m = 104,48 (g)

Chọn đáp án B.

Câu 5. Cho 108,8 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, FeO và Fe3O4 phản ứng với HCl đủ số lượng. Thu được 50,8 gam muối FeCl2 và m gam muối FeCl3. Xác định giá trị của m?

A. 125,5g

B. 135,5g

C. 162,5g

D. 172,5g

Hướng dẫn giải:

Số mol FeCl2 = 50,8 / 127 = 0,4 (mol)

Gọi số mol FeCl3 là x (mol)

BTNT (Cl): nHCl = 0,4 x 2 + x x 3 = 0,8 + 3x (mol)

BTNT (H): n H2O x 2 = n HCl x 1 ⇒ n H2O = 0,4 + 1,5x (mol)

BTKL: m X + m HCl = m muối + m H2O ⇒ 108,8 + (0,8 + 3x) x 36,5 = 50,8 + 162,5 x x + (0,4 + 1,5x) x 18 ⇒ x = 1

⇒ m FeCl3 = 1 x 162,5 = 162,5 (g)

Chọn đáp án C.

Nội dung được phát triển bởi đội ngũ Mytour với mục đích chăm sóc khách hàng và chỉ dành cho khích lệ tinh thần trải nghiệm du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không đưa ra lời khuyên cho mục đích khác.

Nếu bạn thấy bài viết này không phù hợp hoặc sai sót xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Cách cân bằng phương trình hóa học giữa Fe3O4 và HNO3 là gì?

Để cân bằng phương trình hóa học Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O, cần điều chỉnh hệ số sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai bên bằng nhau. Cụ thể, bạn cần đặt hệ số 3 trước Fe(NO3)3 và 10 trước HNO3, sau đó là 5 trước H2O.

Những đặc điểm vật lý nào nổi bật của hợp chất Fe3O4?

Fe3O4, hay magnetit, có màu đen đặc trưng, tính từ tính mạnh, khả năng dẫn điện trong một số điều kiện, và khối lượng riêng khoảng 5,2 - 5,3 g/cm³. Nó cũng nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 1.565 độ C.

Tại sao cần thận trọng khi thực hiện phản ứng với axit nitric?

Cần thận trọng khi sử dụng axit nitric vì đây là chất oxi hóa mạnh và sản phẩm phụ như khí nitơ dioxide (NO2) có thể gây độc hại. Nên thực hiện phản ứng trong điều kiện an toàn và kiểm soát nhiệt độ để tránh tai nạn.

Khí NO2 được tạo ra từ phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 có đặc điểm gì?

Khí NO2 được sinh ra trong phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 có màu nâu đỏ đặc trưng và có mùi hăng. Đây là sản phẩm của quá trình oxi hóa, đồng thời khí này cũng rất độc hại, cần được xử lý cẩn thận.

Phương trình hóa học cân bằng cho phản ứng Fe3O4 và HNO3 là gì?

Phương trình hóa học cân bằng cho phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3 là: Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O. Đây là quá trình oxi hóa mà số nguyên tử các nguyên tố được cân bằng ở cả hai bên.

Có những ứng dụng nào của magnetit trong công nghiệp và khoa học?

Magnetit được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo nam châm, sản xuất thép và trong các ứng dụng điện tử. Với tính chất từ tính mạnh, nó cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ y tế đến công nghệ thông tin.