Fe3O4 + O2: Cân bằng phương trình tạo Fe2O3

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là 4Fe₃O₄ + O₂ → 6Fe₂O₃ (nhiệt độ cao). Trong Fe₃O₄ có sắt hoá trị II và III; phần sắt(II) bị oxi hoá lên sắt(III) bởi O₂, nên sản phẩm cuối cùng chỉ còn Fe₂O₃ màu nâu đỏ.

Phương trình hoá học Fe3O4 + O2

4Fe₃O₄ + O₂ → 6Fe₂O₃ (điều kiện: t°)

Chất	Công thức	Màu sắc, trạng thái	Hệ số
Sắt từ oxit (chất khử)	Fe₃O₄	Rắn, màu đen, có từ tính	4
Oxi (chất oxi hoá)	O₂	Khí không màu	1
Sắt(III) oxit (sản phẩm)	Fe₂O₃	Rắn, màu nâu đỏ	6

Điều kiện và hiện tượng

Điều kiện: nung nóng ở nhiệt độ cao, có dư oxi hoặc không khí.
Hiện tượng: chất rắn màu đen (Fe₃O₄) chuyển dần sang màu nâu đỏ (Fe₂O₃); khối lượng chất rắn tăng lên vì nhận thêm oxi.
Loại phản ứng: oxi hoá – khử, đồng thời là phản ứng hoá hợp.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Cách dễ nhất là viết Fe₃O₄ dưới dạng FeO·Fe₂O₃. Khi đó chỉ có Fe(II) thay đổi số oxi hoá, còn Fe(III) giữ nguyên.

Xác định số oxi hoá: Fe⁺² → Fe⁺³; O₂⁰ → 2O⁻².
Viết quá trình:
Chất khử: Fe⁺² → Fe⁺³ + 1e
Chất oxi hoá: O₂ + 4e → 2O⁻²
Cân bằng electron: nhân quá trình oxi hoá với 4, quá trình khử với 1. Vậy cần 4 nguyên tử Fe(II) ứng với 4 phân tử Fe₃O₄ (mỗi phân tử có 1 Fe(II)).
Đặt hệ số: 4Fe₃O₄ + O₂ → ? Fe₂O₃. Vế trái có 12 Fe nên vế phải là 6Fe₂O₃.
Kiểm tra oxi: vế trái 4×4 + 2 = 18; vế phải 6×3 = 18. Cân bằng đúng.

Cách khác (số oxi hoá trung bình): Fe trong Fe₃O₄ có số oxi hoá trung bình +8/3. Mỗi Fe tăng từ +8/3 lên +3, tức là tăng 1/3 electron; 3 nguyên tử Fe của một phân tử nhường 1 electron. Kết quả vẫn là 4 phân tử Fe₃O₄ nhường 4e cho 1 phân tử O₂.

Vì sao Fe3O4 phản ứng được với O2?

Fe₃O₄ là oxit mà sắt chưa đạt số oxi hoá cao nhất (+3). Vì thế nó còn tính khử. Fe₂O₃ là oxit bền hơn, sắt đã ở mức +3 nên không bị O₂ oxi hoá thêm. Đó là lý do phản ứng dừng ở Fe₂O₃.

Trong thực tế, đây cũng là lý do sắt nung đỏ ngoài không khí có lớp vảy sắt: lớp ngoài cùng là Fe₂O₃, bên trong là Fe₃O₄ và FeO.

Mẹo nhớ và lỗi hay gặp

Mẹo: “Oxit sắt chưa lên +3 thì gặp O₂ sẽ lên Fe₂O₃”. Quy tắc này đúng cho cả FeO: 4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃.
Lỗi 1: viết hệ số 2Fe₃O₄ + O₂ → 3Fe₂O₃. Kiểm tra oxi: 8 + 2 = 10 ≠ 9, sai.
Lỗi 2: quên điều kiện nhiệt độ. Ở nhiệt độ thường, Fe₃O₄ rất bền, không tự chuyển thành Fe₂O₃.
Lỗi 3: nhầm với phản ứng đốt sắt: 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ (sắt cháy trong oxi tạo oxit sắt từ, không phải Fe₂O₃).

Ví dụ và bài luyện tập

Ví dụ (tự đặt): Nung 23,2 gam Fe₃O₄ trong oxi dư đến phản ứng hoàn toàn. Tính thể tích O₂ (đktc) đã dùng và khối lượng Fe₂O₃ thu được.

Giải: n(Fe₃O₄) = 23,2 : 232 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(O₂) = 0,1 : 4 = 0,025 mol, V = 0,025 × 22,4 = 0,56 lít. n(Fe₂O₃) = 0,1 × 6 : 4 = 0,15 mol, m = 0,15 × 160 = 24 gam. Kiểm tra bảo toàn khối lượng: 23,2 + 0,025×32 = 24 gam ✓.

Bài 1. Nung 46,4 gam Fe₃O₄ ngoài không khí đến khi chuyển hết thành Fe₂O₃. Chất rắn tăng bao nhiêu gam?

Đáp án: n(Fe₃O₄) = 0,2 mol; n(O₂) = 0,05 mol; khối lượng tăng bằng khối lượng O₂ phản ứng = 0,05 × 32 = 1,6 gam (chất rắn thu được 48 gam).

Bài 2. Cần bao nhiêu lít O₂ (đktc) để chuyển hoàn toàn 0,3 mol Fe₃O₄ thành Fe₂O₃?

Đáp án: n(O₂) = 0,3 : 4 = 0,075 mol → V = 0,075 × 22,4 = 1,68 lít.

Bài 3. Viết phương trình khi nung hỗn hợp FeO và Fe₃O₄ trong không khí dư.

Đáp án: 4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃ (t°) và 4Fe₃O₄ + O₂ → 6Fe₂O₃ (t°).

Tóm tắt

Fe₃O₄ + O₂ (t°) → Fe₂O₃, tỉ lệ mol 4 : 1 : 6.
Fe₃O₄ là chất khử, O₂ là chất oxi hoá.
Hiện tượng: đen chuyển sang nâu đỏ, khối lượng rắn tăng.

Câu hỏi thường gặp

Fe3O4 tác dụng với O2 tạo ra chất gì?

Khi nung nóng, Fe3O4 tác dụng với O2 tạo sắt(III) oxit Fe2O3 theo phương trình 4Fe3O4 + O2 → 6Fe2O3.

Fe3O4 + O2 có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Có. Fe(II) trong Fe3O4 tăng số oxi hoá từ +2 lên +3 (chất khử), còn O2 giảm từ 0 xuống −2 (chất oxi hoá).

Vì sao sản phẩm dừng ở Fe2O3 mà không tạo chất khác?

Trong Fe2O3 sắt đã ở số oxi hoá +3, là mức cao nhất thường gặp nên không bị O2 oxi hoá thêm.

Hiện tượng khi nung Fe3O4 trong không khí là gì?

Chất rắn màu đen dần chuyển sang màu nâu đỏ của Fe2O3 và khối lượng chất rắn tăng do nhận thêm oxi.