Fe2O3 + CO → Fe + CO2: Cân bằng và điều kiện phản ứng

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (điều kiện: nhiệt độ cao). CO là chất khử, lấy oxi của sắt(III) oxit để thành CO₂, còn Fe₂O₃ bị khử thành sắt kim loại. Hiện tượng: chất rắn màu nâu đỏ chuyển dần sang màu xám, có khí CO₂ thoát ra.

Phương trình hoá học Fe2O3 + CO

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (t°, thường trên 700 °C)

Chất	Tên gọi	Trạng thái, màu sắc	Vai trò
Fe₂O₃	Sắt(III) oxit	Rắn, màu nâu đỏ	Chất oxi hoá (bị khử)
CO	Cacbon monoxit	Khí không màu, rất độc	Chất khử (bị oxi hoá)
Fe	Sắt	Rắn, màu xám	Sản phẩm khử
CO₂	Cacbon đioxit	Khí không màu	Sản phẩm oxi hoá

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Xác định số oxi hoá thay đổi: sắt từ +3 xuống 0, cacbon từ +2 lên +4.

Quá trình khử: Fe⁺³ + 3e → Fe⁰. Trong Fe₂O₃ có 2 nguyên tử Fe nên nhận 6e.
Quá trình oxi hoá: C⁺² → C⁺⁴ + 2e.

Bội chung của 6 và 2 là 6, nên một phân tử Fe₂O₃ cần 3 phân tử CO. Ta được hệ số 1 – 3 – 2 – 3. Kiểm tra oxi: vế trái 3 (trong oxit) + 3 (trong CO) = 6; vế phải 3 × 2 = 6. Đã cân bằng.

Mẹo nhớ: mỗi nguyên tử O trong oxit sắt cần đúng một phân tử CO để “kéo đi”. Fe₂O₃ có 3 O nên cần 3 CO.

Điều kiện và hiện tượng nhận biết

Điều kiện: nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ thường, CO không khử được Fe₂O₃.
Hiện tượng: bột màu nâu đỏ chuyển dần thành chất rắn màu xám (sắt). Khí thoát ra là CO₂, dẫn vào nước vôi trong dư sẽ làm nước vôi vẩn đục: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
Lưu ý an toàn: CO rất độc, thí nghiệm phải làm trong tủ hút hoặc có đốt khí dư.

Phản ứng xảy ra theo từng giai đoạn trong lò cao

Trong thực tế luyện gang, Fe₂O₃ không thành Fe ngay mà bị khử dần khi đi xuống vùng nóng hơn của lò:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂ (khoảng 400 °C)
Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂ (khoảng 500–600 °C)
FeO + CO → Fe + CO₂ (trên 700 °C)

Cộng gộp ba giai đoạn (nhân hệ số phù hợp) sẽ ra phương trình tổng Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. Nếu CO thiếu hoặc nhiệt độ chưa đủ, sản phẩm có thể còn lẫn Fe₃O₄, FeO. Đây là điểm hay gặp trong bài toán “hỗn hợp chất rắn sau phản ứng”.

Ứng dụng

CO sinh ra trong lò cao từ than cốc (C + O₂ → CO₂, rồi CO₂ + C → 2CO ở nhiệt độ cao). Khí CO khử oxit sắt trong quặng hematit để thu được gang, sau đó luyện gang thành thép. Phản ứng này là cơ sở của ngành sản xuất gang thép.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1

Khử hoàn toàn 16 gam Fe₂O₃ bằng CO dư ở nhiệt độ cao. Tính khối lượng Fe và thể tích CO (đktc) đã dùng.

Giải: n(Fe₂O₃) = 16 : 160 = 0,1 mol. Theo phương trình: n(Fe) = 0,2 mol, m(Fe) = 0,2 × 56 = 11,2 g. n(CO) phản ứng = 0,3 mol, V = 0,3 × 22,4 = 6,72 lít.

Bài 2

Dùng CO khử 24 gam Fe₂O₃ với hiệu suất 80%. Tính khối lượng Fe thu được.

Giải: n(Fe₂O₃) = 24 : 160 = 0,15 mol, nên lý thuyết có 0,3 mol Fe. Thực tế: 0,3 × 0,8 = 0,24 mol, m = 0,24 × 56 = 13,44 g.

Bài 3

Dẫn CO dư qua 20 gam hỗn hợp Fe₂O₃ và CuO nung nóng, sau phản ứng thu được 15,2 gam chất rắn. Tính thể tích CO đã phản ứng (đktc) và khối lượng kết tủa thu được khi dẫn toàn bộ khí sinh ra vào dung dịch Ca(OH)₂ dư.

Giải: Khối lượng giảm chính là khối lượng oxi trong oxit bị lấy đi: m(O) = 20 − 15,2 = 4,8 g, nên n(O) = 0,3 mol. Mỗi O ứng với một CO nên n(CO) = n(CO₂) = 0,3 mol. V(CO) = 6,72 lít. Kết tủa CaCO₃ có n = 0,3 mol, m = 0,3 × 100 = 30 g.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là FeO hoặc Fe₃O₄ khi đề nói “khử hoàn toàn” (phải ra Fe).
Quên điều kiện nhiệt độ cao.
Nhầm hệ số: viết 2Fe₂O₃ + 3CO hoặc Fe₂O₃ + CO mà không kiểm tra lại số nguyên tử O.
Nhầm CO với CO₂: CO₂ không khử được oxit sắt.

Câu hỏi thường gặp

Fe2O3 + CO ra gì?

Ở nhiệt độ cao, Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Sản phẩm là sắt kim loại và khí cacbon đioxit.

Phản ứng Fe2O3 + CO có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Có. Fe(+3) nhận electron xuống Fe(0), C(+2) nhường electron lên C(+4). CO là chất khử, Fe2O3 là chất oxi hoá.

Vì sao phải có nhiệt độ cao?

Ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra quá chậm, gần như không xảy ra. Cần trên khoảng 700 °C để CO khử hoàn toàn oxit sắt về Fe.

Có thể dùng CO2 thay CO để khử Fe2O3 không?

Không. Trong CO2, cacbon đã ở số oxi hoá cao nhất (+4) nên CO2 không có tính khử, không khử được oxit sắt.