Cân bằng phản ứng sau Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO+ H2O

1. Cân bằng phương trình phản ứng Fe + HNO3

Fe0 + HN+5O3 → Fe+3(NO3)3+ N+2O + H2O

Vậy ta có phương trình: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

2. Khái quát chung về Sắt

- Vị trí của Sắt trong bản tuần hoàn: 

+ Cấu hình e nguyên tử: 26^Fe

+ Vị trí: Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.

+ Cấu hình e của các ion được tạo thành từ Fe:            

Fe²+     1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Fe³+     1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

- Trạng thái tự nhiên của Sắt:

+Là kim loại phổ biến sau nhôm, tồn tại chủ yếu ở các dạng:

+Dạng hợp chất: oxit, sunfua, silicat...

+Dạng Quặng: hematit đỏ (Fe2O3 khan), hematit nâu (Fe2O3.nH2O), manhetit (Fe3O4), xiđerit (FeCO­3) và pirit (FeS2).

3. Tính chất hoá học của sắt

Fe là chất khử trung bình. Trong các phản ứng, Fe có thể nhường 2 hoặc 3e:

Fe → Fe³⁺+ 3e

Fe → Fe²⁺ + 2e

3.1 Tác dụng với các phi kim

Sắt có thể tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng:

- Với halogen → muối sắt (III) halogenua (trừ iot tạo muối sắt II):

2Fe + 3X₂ → 2FeX₃ (t⁰)

- Với O­₂:                    

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ (t⁰)

Thực tế khi giải các bài tập thường gặp trường hợp tạo ra hỗn hợp gồm Fe và các oxit sắt.

- Với S:                       Fe + S → FeS (t⁰)

3.2 Tác dụng với dung dịch axit

a. Với H⁺ (HCl, H2SO4 loãng... ) → muối  sắt (II) + H₂

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Fe + H₂SO₄ loãng → FeSO₄ + H₂

b. Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh (HNO₃, H2SO₄ đậm đặc)

- Fe thụ động với H₂SO₄ đặc nguội và HNO₃ đặc nguội → có thể dùng thùng Fe chuyên chở axit HNO₃ đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội.

- Với dung dịch HNO₃ loãng → muối sắt (III) + NO + H₂O:

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

- Với dung dịch HNO3 đậm đặc → muối sắt (III) + NO₂ + H₂O:

Fe + 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

- Với dung dịch H₂­SO₄ đậm đặc và nóng → muối sắt (III) + H₂O + SO₂:

2Fe+ 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Chú ý: Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc là muối sắt (III) nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

2Fe^₃+ + Fe → 3Fe³⁺             Hoặc          2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺           

3.3 Tác dụng với nước

- Fe không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng mạnh với hơi nước:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ (< 570⁰C)

Fe + H₂O → FeO + H₂ (> 570⁰C)

3.4 Tác dụng với dung dịch muối

- Fe đẩy được những kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối sắt (II) + kim loại.

Fe + CuCl₂ → Cu + FeCl₂

- Fe tham gia phản ứng với muối Fe³⁺ → muối sắt (II):

2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂

Chú ý: Với muối Ag+, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối Fe³⁺:

Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO^₃)₂ + 2Ag

Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ dư → Fe(NO₃)₃ + Ag

4. Các loại hợp kim của sắt

4.1 Gang

- Là hợp kim sắt - cacbon trong đó hàm lượng C từ 2 - 5%.

- Gang gồm gang xám và gang trắng:

+ Gang xám: chứa nhiều tinh thể C nên có màu xám; kém cứng và kém giòn hơn gang trắng.

+ Gang trắng: chứa nhiều tinh thể hợp chất hóa học Fe3C nên có màu sáng. Rất cứng và giòn thường được dùng để luyện thép.

- Để luyện gang cần:

+ Quặng sắt: cung cấp Fe (phải chứa trên 30% Fe, chứa ít S, P).

+ Chất chảy: CaCO3 (nếu quặng lẫn silicat) hoặc SiO2 (nếu quặng lẫn đá vôi)  để làm giảm nhiệt độ nóng chảy và tạo xỉ.

+ Không khí giàu oxi và nóng: để tạo chất khử CO và sinh nhiệt.

+ Than cốc (tạo chất khử CO; tạo nhiệt và tạo gang).

* Các phản ứng xảy ra trong lò cao khi luyện gang:

+ Phản ứng tạo chất khử.       

C + O₂ → CO₂

CO₂ + C → 2CO

+ Phản ứng khử Fe₂O₃.          

CO + 2Fe₂O₃  → Fe₃O₄ + CO_­2

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

+ Phản ứng tạo xỉ.                  

CaCO₃ → CaO + CO₂

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

4.2 Thép 

- Là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C ít hơn 2%C (theo khối lượng).

- Nguyên liệu: tùy theo phương pháp: Gang, sắt, thép phế liệu, chất chảy, không khí nóng, dầu mazut.

- Nguyên tắc: khử các tạp chất Mn, Si, Ca, S, P có trong gang.

- Các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép:

C + O₂ → CO₂

S + O₂ → SO_2­

Si + O₂ → SiO₂

CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (xỉ)

5. Bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng

Câu 1: Cho 11,2 gam Fe tan hoàn toàn trong dung dịch HNO₃ loãng dư, sau phản ứng thu được V lít NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V là:

A. 6,72 lít

B. 2,24 lít

C. 3,36 lít

D. 4,48 lít

Đáp án

D: Số mol của sắt bằng:  n_Fe = 0,2 mol.

Fe + 4HNO₃→ Fe(NO₃)₃ + NO↑+ 2H₂O

=>  n_NO = 0,2

=> V_NO = 0,2.22,4 = 4,48 lít

Câu 2. Tính chất vật lý nào dưới đây là của sắt:

A.  Sắt có màu vàng nâu, nhẹ, có ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt kém.

B. Sắt có màu trắng bạc, nặng, có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt

C. Sắt có màu trắng xám, nặng, có ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt

D. Sắt có màu trắng xám, nhẹ, có ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.

Đáp án:

Tính chất vật lý nào dưới đây là của sắt:

C. Sắt có màu trắng xám, nặng, có ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt

Câu 3: Hoà tan m gam hỗn hợp gồm Al, Fe vào dung dịch H₂SO₄ loãng (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X. Cho dung dịch Ba(OH)₂ (dư) vào dung dịch X, thu được kết tủa Y. Nung Y trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn Z là:

A. hỗn hợp gồm Al₂O₃ và Fe₂O₃

B. hỗn hợp gồm BaSO₄ và Fe₂O₃

C. hỗn hợp gồm BaSO₄ và FeO

D. Fe₂O₃

Đáp án

Phương trình phản ứng hóa học

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO4)₃ + 3H₂

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Dung dịch X gồm  Al₂(SO4)₃  và FeSO₄ + Ba(OH)₂

Ba(OH)₂ + Al₂(SO4)₃ → BaSO₄↓ + Al(OH)₃↓

Ba(OH)₂ + Al(OH)₃ → Ba(AlO₂)₂ + H₂O

Ba(OH)₂ + FeSO₄ → Fe(OH)₂↓ + BaSO₄↓

Nung kết tủa Y được Fe₂O₃ và BaSO₄

Câu 4: Cho 16,8 gam bột sắt vào V lít dung dịch HNO3 0,5 M thu được 8,4 gam kim loại dư . Tính thể tích khí thu được.

Đáp án

n _{Fe phản ứng} = (16,8 – 8,4)/56 = 0,15 mol

Vì kim loại dư nên chỉ tạo thành muối sắt II

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

x          4x                x              x

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

           ½ x                 x

→ Tổng số mol Fe phản ứng : 3/2x = 0,15 → x = 0,1 mol

→ Thể tích khí thu được : 2,24 lít

Câu 5: Cho 16,8 gam bột Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M , thu được khí NO duy nhất , lượng muối thu được cho vào dung dịch NaOH dư thu được kết tủa . Nung nóng kết tủa mà không có không khí thu được m gam chất rắn . Tính m ?

Đáp án

n _Fe = 0,3 mol , n _HNO3 = 0,4 mol

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Bđ        0,3             0,4

Pư        0,1             0,4          0,1         0,1

Kt          0,2              0            0,1         0,1 

→        2 Fe(NO₃)₃ + Fe _dư → 3Fe(NO₃)₂

Bđ             0,1               0,2            

Pư            0,1               0,05          0,15

Kt          0                     0,15          0,15 

Fe(NO₃)₂ → Fe(OH)₂ → FeO

0,15                                  0,15

→ Khối lượng FeO thu được : 0,15.72 = 10,8 gam

Câu 6 :Hỗn hợp X gồm Cu và Fe có tỉ lệ khối lưọng tương ứng là 7:3 . Lấy m gam X cho phản ứng xảy ra hoàn toàn với dung dịch chứa 44,1 gam HNO₃ sau phản ứng còn lại 0,75m gam chất rắn và có 0,56 lít  khí Y gồm NO và NO₂ ở đktc . Gía trị của m là?

Đáp án

Ban đầu : Cu : 0,7m                              Fe : 0,3m .

Sau phản ứng : Fe : 0,05m                    Cu : 0,7m

Vì sắt dư nên chỉ có muối Fe II .

Fe + HNO₃ →  Fe(NO₃)₂ + NO + NO₂ + H₂O

Vì NO và NO₂ cùng có 1 nguyên tử N nên tổng số mol N trong hai khí là 0,56/22,4 = 0,25

Số mol HNO₃ = 0,7 mol → N trong HNO₃ là 0,7

Gọi số mol Fe phản ứng là x

Theo định luật bảo toàn nguyên tố N

→ 0,7 = 2x + 0,25 →  x = 0,225 mol .

Khối lượng Fe phản ứng : 0,225.56 = 12,6

Vì sắt phản ứng : 0,3m – 0,05 m  = 0,25m = 12,6 →  m = 50,4 gam

Cảm ơn quý khách hàng đã đọc bài viết và cùng tham khảo với Công ty Luật Minh Khuê về chủ đề liên quan như Fe2O3 + CO = Fe + CO2 - Cân bằng phản ứng hoá học. Mong rằng chúng tôi đã đem đến cho bạn những thông tin hữu ích. Nếu quý khách hàng có câu hỏi cần được giải đáp hoặc đang gặp phải bất kỳ vấn đề pháp lý thì hãy liên hệ với Tổng đài tư vấn pháp luật trực tuyến qua số hotline 1900.6162.Hoặc quý khách hàng gửi yêu cầu chi tiết qua email: lienhe@luatminhkhue.vn để được hỗ trợ và giải đáp thắc mắc một cách nhanh chóng nhất. Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn sự theo dõi và ủng hộ của quý khách hàng!