FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2: cân bằng phản ứng

Trả lời nhanh

Phương trình đã cân bằng là 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂, điều kiện nhiệt độ cao. Đây là phản ứng oxi hoá – khử: FeS₂ là chất khử (Fe⁺² lên Fe⁺³, S^-1 lên S⁺⁴), O₂ là chất oxi hoá. Phản ứng dùng để đốt quặng pyrit điều chế SO₂ trong sản xuất axit sunfuric.

Phương trình hoá học

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (nhiệt độ cao, thường 800–1000 °C)

Chất	Tên gọi	Trạng thái, màu sắc	Vai trò
FeS₂	Pyrit sắt	Rắn, màu vàng ánh kim	Chất khử
O₂	Oxi	Khí không màu	Chất oxi hoá
Fe₂O₃	Sắt(III) oxit	Rắn, màu nâu đỏ	Sản phẩm oxi hoá
SO₂	Lưu huỳnh đioxit	Khí không màu, mùi hắc	Sản phẩm oxi hoá

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: xác định số oxi hoá. Trong FeS₂, sắt là +2 và mỗi nguyên tử lưu huỳnh là −1 (ion S₂²⁻, tổng +2 − 2 = 0).

Fe⁺²S₂^-1 + O₂⁰ → Fe₂⁺³O₃^-2 + S⁺⁴O₂^-2

Bước 2: viết quá trình nhường và nhận electron.

Fe⁺² → Fe⁺³ + 1e
2S^-1 → 2S⁺⁴ + 10e
Gộp lại: FeS₂ → Fe⁺³ + 2S⁺⁴ + 11e
O₂ + 4e → 2O^-2

Bước 3: cân bằng electron. Bội chung nhỏ nhất của 11 và 4 là 44, nên hệ số FeS₂ là 4 và hệ số O₂ là 11 (trong 44e: 4 × 11 = 44 và 11 × 4 = 44).

Bước 4: đặt hệ số vào phương trình. 4FeS₂ cho 4 Fe, nên Fe₂O₃ là 2. Có 8 S nên SO₂ là 8.

Bước 5: kiểm tra oxi. Vế trái có 11 × 2 = 22 nguyên tử O. Vế phải có 2 × 3 + 8 × 2 = 22. Phương trình đã cân bằng.

Hiện tượng nhận biết

Chất rắn màu vàng ánh kim (pyrit) dần chuyển thành chất rắn màu nâu đỏ (Fe₂O₃).
Có khí thoát ra, mùi hắc, gây ho (SO₂). Khí này làm mất màu dung dịch nước brom hoặc dung dịch thuốc tím.

Vì sao sản phẩm là Fe₂O₃ mà không phải FeO hay Fe₃O₄?

Khi đốt dư oxi ở nhiệt độ cao, sắt bị oxi hoá lên mức cao nhất là +3, nên tạo Fe₂O₃. Lưu huỳnh cũng lên +4 và tạo SO₂. Lượng oxi dư vẫn không biến SO₂ thành SO₃ được nhiều, vì phản ứng này cần xúc tác V₂O₅ và nhiệt độ thích hợp, nên là một giai đoạn riêng.

Ứng dụng trong công nghiệp

Đây là giai đoạn đầu của sản xuất H₂SO₄ bằng phương pháp tiếp xúc, theo sơ đồ:

Đốt pyrit: 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂
Oxi hoá SO₂: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ (V₂O₅, t°)
Hấp thụ SO₃ bằng H₂SO₄ đặc tạo oleum, rồi pha loãng thành H₂SO₄.

Xỉ Fe₂O₃ còn lại có thể dùng làm nguyên liệu luyện gang, thép.

Mẹo nhớ và lỗi hay gặp

Mẹo nhớ hệ số: dãy “4 – 11 – 2 – 8”. Mỗi FeS₂ nhường 11 electron, và con số 11 chính là hệ số của O₂.
Lỗi 1: coi S trong FeS₂ có số oxi hoá −2, Fe có +4. Thực tế Fe là +2 và S là −1.
Lỗi 2: chỉ tính electron của Fe hoặc chỉ của S, nên không ra tổng 11e.
Lỗi 3: viết sản phẩm là SO₃. Đốt pyrit trong không khí chỉ tạo SO₂.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Đốt cháy hoàn toàn 6 gam FeS₂ trong oxi dư. Tính thể tích SO₂ (đkc, 24,79 L/mol) và khối lượng Fe₂O₃ thu được. (Fe = 56, S = 32, O = 16.)

Giải: n(FeS₂) = 6 : 120 = 0,05 mol. Theo phương trình, n(SO₂) = 2 × 0,05 = 0,1 mol, nên V = 0,1 × 24,79 = 2,479 L. n(Fe₂O₃) = 0,05 : 2 = 0,025 mol, nên m = 0,025 × 160 = 4 gam.

Bài 2. Đốt hết 24 gam FeS₂. Tính khối lượng O₂ đã phản ứng và khối lượng SO₂ tạo ra.

Giải: n(FeS₂) = 24 : 120 = 0,2 mol. n(O₂) = 0,2 × 11/4 = 0,55 mol, nên m = 0,55 × 32 = 17,6 gam. n(SO₂) = 0,2 × 2 = 0,4 mol, nên m = 0,4 × 64 = 25,6 gam. Kiểm tra bảo toàn khối lượng: 24 + 17,6 = 41,6 gam. Sản phẩm: 0,1 × 160 + 25,6 = 16 + 25,6 = 41,6 gam. Đúng.

Bài 3. Quặng pyrit chứa 80% FeS₂ về khối lượng. Đốt 150 gam quặng (tạp chất không phản ứng), tính số mol SO₂.

Giải: m(FeS₂) = 150 × 0,8 = 120 gam, tức 1 mol. Vậy n(SO₂) = 2 mol.

Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + N2O + H2O: cân bằng và Cu với HNO3 đặc nguội.

Câu hỏi thường gặp

Phương trình FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 cân bằng như thế nào?

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 (nhiệt độ cao). Mỗi phân tử FeS2 nhường 11 electron, mỗi phân tử O2 nhận 4 electron, nên tỉ lệ FeS2 : O2 là 4 : 11.

Số oxi hoá của Fe và S trong FeS2 là bao nhiêu?

Fe có số oxi hoá +2 và mỗi nguyên tử S có số oxi hoá −1. Tổng điện tích bằng +2 + 2×(−1) = 0.

Trong phản ứng này chất nào là chất khử, chất nào là chất oxi hoá?

FeS2 là chất khử vì cả Fe và S đều tăng số oxi hoá. O2 là chất oxi hoá vì số oxi hoá giảm từ 0 xuống −2.

Phản ứng này dùng để làm gì trong công nghiệp?

Dùng đốt quặng pyrit để điều chế SO2, nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric. Xỉ Fe2O3 sinh ra có thể dùng luyện gang, thép.