Phương trình phản ứng: Fe + HNO3

Phương trình phản ứng: Fe + HNO3 được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Hóa học lớp 10 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

Phương trình hóa học:

Loại phản ứng: là phản ứng oxi hóa khử.

Điều ki ệ n phản ứng: HNO₃ loãng dư

Hiện tượng: Khí màu nâu thoát ra (NO) và mẫu sắt (Fe) tan dần trong dung dịch

I. Giới thiệu chung về axit nitric HNO3

Axit nitric HNO₃ là một axit vô cơ mạnh được tạo thành từ 1 nguyên tử hidro và 1 gốc nitrat NO₃^-, tạo ra từ sự hòa tan của khí nito dioxit (NO₂) trong nước dưới sự có mặt của khí oxi

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

(Nito dioxit NO₂, là một khí độc màu nâu đỏ này có mùi gắt đặc trưng, nặng hơn không khí và gây ô nhiễm)

Axit nitric HNO₃ là chất lỏng không màu, dễ bắt lửa, có tính ăn mòn cao. Dung dịch axit HNO₃ không màu, tuy nhiên thường có màu vàng hơi đỏ do khí NO₂ hòa tàn.

Axit nitric tinh khiết 100% có tỷ trọng 1.51 g/cm³,

Nhiệt độ nóng chảy -42°C

Nhiệt độ sôi 83°C

Dễ bị phân hủy tạo thành khí nito dioxit và oxi

4HNO₃ → 2H₂O + 4NO₂ + O₂

II. Tính chất hóa học

Tính axit

Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2.

Axit nitric là một monoproton chỉ có một sự phân ly nên trong dung dịch, nó bị điện ly hoàn toàn thành các ion nitrat NO₃⁻ và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđroni.

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

- Dung dịch axit HNO₃ có đầy đủ tính chất của một dung dịch axit: làm đỏ quỳ tím, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối của axit yếu hơn.

Tính oxi hóa

Kim loại hay phi kim khi gặp axit HNO₃ đều bị oxi hóa về trạng thái oxi hóa cao nhất.

- Với kim loại: HNO₃ oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ vàng (Au) và platin (Pt))

* Với những kim loại có tính khử yếu: Cu, Ag, ...

Ví dụ:

Cu + 4HNO_3(đ) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

3Cu + 8HNO_3(l) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

* Khi tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh hơn: Mg, Zn, Al, ...

- HNO₃ đặc bị khử đến NO₂.

Ví dụ:

Mg + 4HNO_3(đ) → Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

- HNO₃ loãng bị khử đến N₂O hoặc N₂.

8Al + 30HNO_3(l) → 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O

- HNO₃ rất loãng bị khử đến NH₃(NH₄NO₃).

4Zn + 10HNO_{3 (rất loãng)} → 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

* Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc nguội.

- Với phi kim:

Khi đun nóng HNO₃ đặc có thể tác dụng với phi: C, P, S, …(trừ N₂ và halogen).

S + 6HNO_3(đ) → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

- Với hợp chất:

- H₂S, HI, SO₂, FeO, muối sắt (II),… có thể tác dụng với HNO₃ nguyên tố bị oxi hóa trong hợp chất chuyển lên mức oxi hóa cao hơn.

Ví dụ:

3FeO + 10HNO_3(đ) → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O

3H₂S + 2HNO_3(đ) → 3S + 2NO + 4H₂O

- Nhiều hợp chất hữu cơ như giấy, vải, dầu thông,… bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc.

III. Điều chế

Trong công nghiệp:

Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Để thu được axit có nồng độ cao hơn, tiến hành chưng cất với axit sunfuric H₂SO₄. H₂SO₄ đóng vai trò là chất khử sẽ hấp thụ lại nước.

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (Pt, 850^oC)

2NO + O₂ → NO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Dung dịch axit nitric công nghiệp thường có nồng độ 52% và 68%. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.

Trong phòng thí nghiệm

Người ta cho muối natri nitrat tinh thể tác dụng với axit sunfuric đặc, chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra một lượng nhỏ axit.

H₂SO_{4 đặc} + NaNO_{3 (tinh thể)} → HNO₃ + NaHSO₄

Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Khi thực hiện thí nghiệm , các dụng cụ phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan.

IV. Ứng dụng của axit nitric - HNO3 trong thực tiễn là gì?

Trong phòng thí nghiệm

Axit nitric được sử dụng làm thuốc thử liên quan tới clorit. Cho axit nitric tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua. Ngoài ra, nó cũng dùng để điều chế muối nitrat.

Trong công nghiệp

- Axit nitric 68% được sử dụng để chế tạo thuốc nổ bao gồm nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), và các loại phân bón chứa nito như phân đạm một lá nitrat amoni NH₄NO₃, các muối nitrat như KNO₃, Ca(NO₃)₂ ,...

- Axit nitric có nồng độ 0,5-2% được sử dụng làm hợp chất nền nhằm xác định trong dung dịch có tồn tại kim loại không. Người ta gọi đó là kỹ thuật ICP-MS và ICP-AES. Cần sử dụng axit nitric tinh khiết hoàn toàn vì có một số lượng những ion kim loại nhỏ có thể gây ảnh hưởng tới kết quả phân tích.

- Do axit nitric phản ứng với hầu hết các kim loại trong các hợp chất hữu cơ nên nó được dụng trong ngành luyện kim, xi mạ và tinh lọc. Khi cho axit này kết hợp với axit clorua, ta được dung dịch nước cường toan có khả năng hòa tan bạch kim và vàng.

- Sử dụng axit nitric để sản xuất các chất hữu cơ, bột màu, sơn, thuốc nhuộm vải.

- Dùng làm thuốc tẩy màu- colorometric test, giúp phân biệt heroin và morphine.

- Axit nitric được dùng để sản xuất nitrobenzen - tiền chất để sản xuất anilin và các dẫn xuất anilin với những ứng dụng then chốt trong sản xuất bọt xốp polyuretan, sợi aramit và dược phẩm.

- Axit nitric cũng là hợp chất trung gian dùng trong sản xuất bọt xốp polyuretan mềm và các sản phẩm polyuretan khác, ví dụ các chất kết dính, các chất bịt kín, các chất bọc phủ và các chất đàn hồi, đi từ nguyên liệu toluen diisoxyanat.

- Dùng làm chất tẩy rửa các đường ống, bề mặt kim loại trong các nhà máy sữa. Axit nitric được dùng để loại bỏ các tạp chất, cân bằng lại độ tiêu chuẩn của nước. Một trong những ứng dụng khác cho IWFNA là một chất oxy hóa trong nhiên liệu lỏng tên lửa.

----------------------------------------

Trên đây VnDoc đã giới thiệu tới các bạn nội dung bài Phương trình phản ứng: Fe + HNO3. Để có kết quả học tập tốt và hiệu quả hơn, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Hóa học 10, Chuyên đề Vật Lý 10, Chuyên đề Hóa học 10, Giải bài tập Toán 10. Tài liệu học tập lớp 10 mà VnDoc tổng hợp biên soạn và đăng tải.