1. Cân bằng phản ứng giữa Fe2O3 với HNO3
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Phản ứng giữa sắt (III) oxit (Fe2O3) với dung dịch axit nitric (HNO3) tạo ra muối sắt (III) nitrat (Fe(NO3)3) và nước. Phản ứng này xảy ra ở điều kiện thường, không cần chất xúc tác.
Hiện tượng xảy ra sau phản ứng là chất rắn màu đen Fe2O3 tan dần, thu được dung dịch màu vàng nâu Fe(NO3)3.
Phản ứng này không phải là phản ứng oxi hóa khử, vì số oxi hóa của Fe trong Fe2O3 đã là cao nhất (+3).
Xem thêm: Cân bằng phản ứng C2H4 + H2 -> C2H6
2. Phương trình ion thu gọn của phản ứng giữa Fe2O3 và dung dịch HNO3
Để viết phương trình ion thu gọn của phản ứng giữa Fe2O3 và dung dịch HNO3, ta thực hiện các bước sau:
- Viết phương trình phân tử:
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
- Viết phương trình ion đầy đủ:
Fe2O3 + 6H+ + 6NO3- → 2Fe3+ + 6NO3- + 3H2O
- Viết phương trình ion rút gọn:
Fe2O3 + 6H+ → 2Fe3+ + 3H2O.
Xem thêm: Bài tập cân bằng phương trình hóa học lớp 8 có đáp án chọc lọc
3. Tính chất của Fe2O3:
- Tính chất vật lý: Fe2O3 là chất rắn, màu đỏ nâu, không tan trong nước.
- Tính chất hóa học:
+ Tính oxit bazơ: Fe2O3 tác dụng với dung dịch axit tạo ra muối và nước.
+ Tính oxi hóa: Fe2O3 là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao.
- Điều chế:
+ Từ quặng hematit: Fe2O3 là thành phần chính của quặng hematit.
+ Từ Fe(OH)3: Nhiệt phân Fe(OH)3: 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (t0).
4. Tính chất của HNO3
4.1 Tính chất vật lý của HNO3
Axit nitric là một hợp chất hóa học có tính ăn mòn cao, cực độc và dễ bắt lửa. Nó tồn tại ở dạng lỏng hoặc khí, không màu và tan nhanh trong nước. Trong tự nhiên, axit nitric có màu vàng do sự tích tụ của oxit nitơ.
Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng là 1511 kg/m3, nhiệt độ đông đặc là -41°C và nhiệt độ sôi là 83°C. Axit nitric tinh khiết có khả năng hòa tan nitơ đioxit thành dung dịch có màu đỏ hoặc vàng ở nhiệt độ cao. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ tới nhiệt độ sôi, áp suất hơi trên chất lỏng, màu sắc dung dịch, và các đặc trưng khác của axit nitric. Do đó, cần bảo quản axit HNO3 trong các chai lọ tối màu, tránh những nơi có ánh sáng và nhiệt độ dưới 0°C.
4.2 Tính chất hóa học của HNO3
Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có hằng số cân bằng axit (pKa) là −2. Đây là một axit khan và là một monoaxit có tính oxi hóa mạnh. Nó có thể nitrat hóa được nhiều hợp chất vô cơ. Trong dung dịch, axit nitric bị điện li hoàn toàn thành các ion NO3− và ion hidroni (một proton hydrat). Axit nitric còn có các tính chất của một axit bình thường, đó là:
- Làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
- Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat và tạo thành muối nitrat
- Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước.
- Axit nitric đặc nguội thụ động với nhôm, sắt, crom do khi tác dụng, những kim loại này sẽ tạo ra lớp oxit kim loại. Lớp oxit này sẽ bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
- HNO3 đặc tác dụng với phi kim (trừ silic và halogen) tạo thành NO2 nếu là axit nitric đặc và oxit nitơ với axit loãng và nước, oxit của phi kim.
- Dung dịch axit nitric hòa tan Ag3PO4 nhưng không tác dụng được với HgS.
- Axit nitric có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ nên cần tránh tiếp xúc trực tiếp với axit này.
4.3 Cách điều chế HNO3
*Trong phòng thí nghiệm:
HNO3 có thể được điều chế bằng cách cho tinh thể muối natri nitrat tác dụng với H2SO4 đặc. Sau đó, hỗn hợp này được chưng cất ở nhiệt độ 83°C cho đến khi chỉ còn lại chất kết tinh màu trắng. Phương pháp này có nhược điểm là chỉ tạo ra một lượng nhỏ axit. Phản ứng điều chế HNO3 được mô tả bởi phương trình:
NaNO3 (tinh thể) + H2SO4 đặc → HNO3 + NaHSO4
Axit HNO3 thu được sau phản ứng có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Lưu ý rằng, các dụng cụ thí nghiệm phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối vì axit nitric có tính khan.
Ngoài phương pháp trên, axit nitric cũng có thể được tạo ra bằng cách nhiệt phân đồng nitrat để tạo ra khí NO2 và khí oxi. Sau đó, hai khí này được truyền qua nước để tạo ra axit nitric. Phương trình hóa học cho quá trình này là:
2Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2
4 NO2 + O2 + 2 H2O → 4 HNO3
Trong đó, đồng nitrat (Cu(NO3)2) được nhiệt phân thành đồng oxit (CuO), khí nitơ dioxide (NO2) và khí oxi (O2). Sau đó, hai khí này được truyền qua nước để tạo ra axit nitric (HNO3) và axit nitrous (HNO2) .
*Trong công nghiệp:
Axit nitric loãng có thể được cô đặc đến nồng độ 68% với một hỗn hợp azeotropic chứa 32% nước. Để thu được axit nitric có nồng độ cao hơn, chúng ta cần chưng cất với axit sunfuric. Axit này sẽ đóng vai trò là chất khử hấp thụ lại nước. Phương trình phản ứng sẽ là:
4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O (Pt, 850 oC)
2NO + O2 -> NO2
4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3.
4.4 Ứng dụng của HNO3
Trong phòng thí nghiệm, axit nitric thường được sử dụng làm thuốc thử liên quan đến clorit. Mẫu thử được tác dụng với HNO3, sau đó dung dịch bạc nitrat được thêm vào hỗn hợp để tìm kết tủa trắng của bạc clorua. Ngoài ra, axit nitric còn được sử dụng để điều chế muối nitrat.
Trong công nghiệp, axit nitric 68% được sử dụng để chế tạo thuốc nổ như trinitrotoluen (TNT), nitroglycerin, cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), và các loại phân bón chứa ni-tơ như phân đạm một lá nitrat amoni NH4NO3, các muối nitrat như Ca(CO3)2, KNO3,… Axit nitric phản ứng với hầu hết các hợp chất hữu cơ nên nó được sử dụng nhiều trong ngành luyện kim, tinh lọc và xi mạ. Khi cho axit nitric tác dụng với axit clorua, ta được dung dịch cường toan có khả năng hòa tan và và bạch kim. Axit nitric còn được sử dụng trong sản xuất các chất hữu cơ, sơn, bột màu, thuốc nhuộm vải. Ngoài ra, axit nitric còn là hợp chất trung gian trong sản xuất các chất kết dính, chất bộc phủ, chất bịt kín và các chất đàn hồi đi từ toluen diisoxyanat.
5. Bài tập ứng dụng
Bài 1: Nêu những điểm giống và khác biệt của tính chất hóa học giữa axit nitric và axit sunfuric? Cho ví dụ?
Đáp án chi tiết:
Axit nitric (HNO3) và axit sunfuric (H2SO4) đều là các axit mạnh, có tính oxi hoá mạnh và có khả năng tác dụng với hầu hết các kim loại. Tuy nhiên, chúng có một số tính chất khác biệt:
- Axit nitric có tính oxi hoá mạnh hơn so với axit sunfuric.
- Axit nitric có khả năng tác dụng với các chất có tính khử, trong khi đó axit sunfuric không.
- Axit sunfuric loãng có tính axit, còn axit sunfuric đặc mới có tính oxi hoá mạnh. Trong khi đó, axit nitric dù là loãng hay đặc đều có tính oxi hoá mạnh.
- Axit sunfuric loãng không tác dụng được với các kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học như axit nitric.
Dưới đây là một số phương trình hóa học để minh họa:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2↑
H2SO4 + Na2SO3 → Na2SO4 + H2O + SO2↑
Bài 2: Trong số các chất sau, chất nào phản ứng với Fe để tạo thành hợp chất Fe(II)?”
A. Dung dịch HCl đặc
B. Cl2
C. Dung dịch HNO3 loãng
D. Dung dịch AgNO3 dư
Đáp án: Chất phản ứng với Fe để tạo thành hợp chất Fe(II) là dung dịch HCl đặc.
Bài 3: Muốn bảo quản dung dịch FeCl2 thu được không bị chuyển thành hợp chất sắt (III), khi điều chế FeCl2 bằng cách cho sắt tác dụng với dung dịch axit HCl thì người ta có thể cho thêm vào dung dịch:
A. Một lượng kẽm dư
B. Một lượng HCl dư
C. Một lượng Fe dư
D. Một lượng HNO3 dư.
Đáp án: Một lượng Fe dư
Công ty Luật Minh Khuê xin gửi đến quý khách hàng thông tin về "Cân bằng phản ứng Fe2O3 + HNO3 -> Fe(NO3)3 + H2O kèm bài tập". Nếu quý khách hàng đang gặp phải bất kỳ vấn đề pháp lý nào hoặc có câu hỏi cần được giải đáp, xin vui lòng liên hệ với Công ty Luật Minh Khuê của chúng tôi. Chúng tôi đã sẵn sàng cung cấp thông tin, tư vấn và hỗ trợ để giúp quý khách hàng vượt qua những khó khăn một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hợp tác của quý khách hàng.
