Phản ứng giữa Fe3O4 và HNO3

Nội Dung

Khi Fe₃O₄ (sắt(II,III) oxide) phản ứng với HNO₃ (axit nitric), sắt sẽ bị oxi hóa trong môi trường axit, tạo thành muối sắt(III) nitrate (Fe(NO₃)₃) và NO₂ (dioxid nitrogen). Phản ứng này là một ví dụ điển hình của phản ứng oxi hóa-khử, trong đó sắt từ trạng thái (II,III) oxi hóa lên sắt(III).

>> xem thêm axit nitric HNO3: https://blog.mienbacchem.com/2024/12/axit-nitric-hno3.html

Phương trình phản ứng

1. Khi Fe₃O₄ phản ứng với HNO₃ loãng:

$$Fe_3O_4 + 8HNO_3 \rightarrow 2Fe(NO_3)_3 + Fe(NO_3)_2 + 4H_2O$$

2. Khi Fe₃O₄ phản ứng với HNO₃ đặc:

$$Fe_3O_4 + 12HNO_3 \rightarrow 2Fe(NO_3)_3 + 4NO_2 + 4H_2O$$

Chi tiết phản ứng

1. Chất tham gia:

   • Fe₃O₄ (sắt(II,III) oxide) là một hợp chất hỗn hợp của sắt(II) oxide (FeO) và sắt(III) oxide (Fe₂O₃).
   • HNO₃ (axit nitric) là một axit mạnh có tính oxi hóa cao, giúp oxi hóa Fe₃O₄ thành muối sắt nitrat.

2. Phản ứng với HNO₃ loãng:

   • Trong điều kiện axit nitric loãng, Fe₃O₄ phản ứng với HNO₃ tạo thành muối sắt(III) nitrate (Fe(NO₃)₃) và muối sắt(II) nitrate (Fe(NO₃)₂), đồng thời tạo ra nước.

3. Phản ứng với HNO₃ đặc:

   • Nếu sử dụng axit nitric đặc, Fe₃O₄ bị oxi hóa mạnh hơn, tạo thành muối sắt(III) nitrate (Fe(NO₃)₃) và giải phóng khí NO₂ (dioxid nitrogen) có màu nâu đỏ, rất độc hại. Khí NO₂ là một sản phẩm đặc trưng khi axit nitric tác dụng với kim loại hoặc oxit kim loại trong điều kiện mạnh.

Bài tập liên quan

Bài tập 1:
Viết phương trình phản ứng khi 10g Fe₃O₄ phản ứng với HNO₃ loãng. Tính khối lượng Fe(NO₃)₃ thu được.

Hướng dẫn giải:

• Phương trình phản ứng:

  $$F{e}_3{O}_4+8HN{O}_3\to 2Fe(N{O}_3{)}_3+Fe(N{O}_3{)}_2+4H_{2}O$$

• Tính toán số mol Fe₃O₄ từ khối lượng 10g, sau đó sử dụng tỷ lệ mol từ phương trình phản ứng để tính khối lượng Fe(NO₃)₃ tạo thành.

Bài tập 2:
Khi 15g Fe₃O₄ phản ứng với HNO₃ đặc, bao nhiêu lít khí NO₂ (ở điều kiện tiêu chuẩn) sẽ được tạo ra?

Hướng dẫn giải:

• Phương trình phản ứng:

  $$F{e}_3{O}_4+12HN{O}_3\to 2Fe(N{O}_3{)}_3+4N{O}_2+4H_{2}O$$

• Tính số mol Fe₃O₄ từ khối lượng 15g, sau đó sử dụng tỷ lệ mol để tính số mol NO₂ và cuối cùng áp dụng phương trình lý tưởng của khí để tính thể tích khí NO₂ (V = nRT/P).

Ứng dụng của phản ứng

• Sản xuất muối sắt nitrat: Phản ứng này tạo ra các muối sắt nitrat, đặc biệt là Fe(NO₃)₃, là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất phân bón, đặc biệt là phân bón chứa sắt, và trong công nghiệp xử lý kim loại.
• Chế biến kim loại: Các muối nitrat của sắt (như Fe(NO₃)₃) có ứng dụng trong các quá trình xử lý bề mặt kim loại, mạ kim loại hoặc tẩy rửa kim loại.
• Sản xuất hóa chất: NO₂ là một khí oxi hóa mạnh và có thể được sử dụng trong các phản ứng hóa học khác, ví dụ như trong sản xuất axit nitric hoặc trong ngành công nghiệp hóa chất.

Lưu ý khi thực hiện phản ứng

1. An toàn lao động:
   • Cả HNO₃ và Fe₃O₄ đều có thể gây nguy hiểm nếu không được sử dụng đúng cách. Cần đeo kính bảo hộ, găng tay và áo bảo hộ khi làm việc với axit nitric.
   • Khí NO₂ rất độc và có thể gây tổn thương đường hô hấp. Nên làm việc trong môi trường thông thoáng hoặc có hệ thống thông gió tốt.
2. Khí NO₂:
   • NO₂ là khí độc có màu nâu đỏ, rất dễ bay hơi và dễ gây hại khi hít phải. Do đó, cần đặc biệt chú ý khi làm việc với axit nitric đặc và phải kiểm soát tốt các khí thải ra trong quá trình phản ứng.
3. Nhiệt độ phản ứng:
   • Phản ứng giữa Fe₃O₄ và HNO₃ có thể sinh nhiệt, vì vậy cần tránh để phản ứng quá mạnh hoặc không kiểm soát được nhiệt độ trong quá trình phản ứng, điều này có thể gây ra các sự cố nguy hiểm.
4. Lưu trữ:
   • Axit nitric cần được bảo quản trong các bình chứa chịu axit, tránh tiếp xúc với kim loại dễ phản ứng để tránh tạo thành khí độc và các phản ứng không mong muốn.

---

Tóm tắt:

Phản ứng giữa Fe₃O₄ và HNO₃ tạo ra các muối sắt nitrat và khí NO₂ (nếu dùng axit nitric đặc). Đây là phản ứng oxi hóa-khử, trong đó sắt trong Fe₃O₄ bị oxi hóa thành sắt(III). Phản ứng này có ứng dụng trong sản xuất phân bón và xử lý kim loại. Cần chú ý an toàn khi thực hiện phản ứng vì khí NO₂ rất độc và có thể gây nguy hiểm.