Fe3O4 + H2SO4 loãng: Phương trình, hiện tượng và bài tập có lời giải
Lớp 12Hóa học

Fe3O4 + H2SO4 loãng: Phương trình, hiện tượng và bài tập có lời giải

Trả lời nhanh

Fe3O4 + 4H2SO4 (loãng) → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O. Đây không phải phản ứng oxi hóa khử vì không có nguyên tố nào đổi số oxi hóa. Fe3O4 là oxit hỗn hợp của FeO và Fe2O3 nên khi gặp axit loãng cho đồng thời muối sắt(II) và muối sắt(III). Chất rắn đen tan dần, không có khí thoát ra.

Phương trình hóa học

Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

Phương trình ion thu gọn: Fe3O4 + 8H+ → Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O

  • Điều kiện: dùng dung dịch H2SO4 loãng, có thể đun nóng nhẹ để phản ứng nhanh hơn.
  • Loại phản ứng: trao đổi, axit tác dụng với oxit (không thay đổi số oxi hóa).

Cách cân bằng nhanh bằng “tách oxit”

Mẹo hay nhất là viết Fe3O4 dưới dạng FeO·Fe2O3, rồi cho từng oxit phản ứng với axit:

  1. FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
  2. Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O

Cộng hai phương trình: 1 + 3 = 4 phân tử H2SO4, thu được 1 + 3 = 4 phân tử H2O. Kiểm tra oxi: vế trái 4 + 16 = 20; vế phải 4 + 12 + 4 = 20, đã cân bằng.

Hiện tượng khi làm thí nghiệm

  • Chất rắn màu đen nâu (Fe3O4, bị nam châm hút) tan dần.
  • Dung dịch thu được có màu vàng nâu hoặc vàng lục do có Fe3+ (vàng nâu) lẫn Fe2+ (lục nhạt).
  • Không có khí bay ra, không có kết tủa.

Vì sao ra hai muối?

Trong Fe3O4, sắt có hai mức oxi hóa: một nguyên tử Fe2+ và hai nguyên tử Fe3+. Axit loãng như H2SO4 loãng hay HCl chỉ đóng vai trò cho ion H+, kết hợp với O2– tạo nước, còn sắt giữ nguyên số oxi hóa. Vì thế sản phẩm có đủ cả hai muối với tỉ lệ mol FeSO4 : Fe2(SO4)3 = 1 : 1.

So sánh với các axit khác

Axit Phương trình Loại phản ứng
H2SO4 loãng Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O Không oxi hóa khử
H2SO4 đặc, nóng 2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O Oxi hóa khử, Fe2+ bị oxi hóa lên Fe3+
HNO3 loãng 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O Oxi hóa khử

Điểm mấu chốt: chỉ khi axit có tính oxi hóa mạnh (H2SO4 đặc, HNO3) thì Fe2+ trong Fe3O4 mới bị oxi hóa thành Fe3+ và thoát ra khí.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm chỉ là Fe2(SO4)3 và nước. Với axit loãng, phải có cả FeSO4.
  • Viết thêm khí H2 thoát ra. Oxit không tạo ra H2 khi tác dụng với axit.
  • Quên hệ số 4 cho H2SO4 và H2O.

Bài tập vận dụng

  1. Bài 1. Hòa tan hoàn toàn 23,2 g Fe3O4 trong H2SO4 loãng dư. Tính khối lượng muối thu được. Giải: n(Fe3O4) = 23,2 : 232 = 0,1 mol, nên n(FeSO4) = n(Fe2(SO4)3) = 0,1 mol. Khối lượng muối = 0,1 × 152 + 0,1 × 400 = 55,2 g.
  2. Bài 2. Dung dịch ở bài 1 có thể hòa tan tối đa bao nhiêu gam Cu? Giải: Fe2(SO4)3 + Cu → 2FeSO4 + CuSO4. Số mol Cu = 0,1 mol, khối lượng 6,4 g.
  3. Bài 3. Thêm dung dịch NaOH dư vào dung dịch sau phản ứng, hiện tượng là gì? Đáp án: xuất hiện kết tủa Fe(OH)2 màu trắng xanh (nhanh chóng hóa nâu trong không khí) lẫn kết tủa Fe(OH)3 màu nâu đỏ.

Câu hỏi thường gặp

Fe3O4 tác dụng H2SO4 loãng tạo ra những chất nào?

Tạo ra hai muối là FeSO4 và Fe2(SO4)3 cùng với nước. Phương trình: Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O.

Phản ứng Fe3O4 với H2SO4 loãng có phải phản ứng oxi hóa khử không?

Không. Số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng không thay đổi, đây là phản ứng trao đổi giữa oxit và axit.

Fe3O4 tác dụng với H2SO4 đặc nóng khác gì với axit loãng?

Với H2SO4 đặc nóng, Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ nên chỉ thu được Fe2(SO4)3 và có khí SO2 thoát ra.

Dung dịch sau phản ứng có màu gì?

Dung dịch có màu vàng nâu pha lục nhạt do có cả ion Fe3+ và Fe2+.

Bài học liên quan