Fe2O3 nhiệt phân: 6Fe2O3 → 4Fe3O4 + O2 (t°)

Trả lời nhanh

Phương trình nhiệt phân Fe₂O₃ là: 6Fe₂O₃ → 4Fe₃O₄ + O₂ (điều kiện: nhiệt độ khoảng 1400 °C trở lên). Chất rắn đỏ nâu chuyển dần sang màu đen, có khí O₂ thoát ra. Đây là phản ứng oxi hoá – khử nội phân tử: Fe⁺³ bị khử, O^-2 bị oxi hoá.

Phương trình hoá học

6Fe₂O₃ ⟶ 4Fe₃O₄ + O₂↑ (t° ≈ 1400 °C)

Chất	Tên gọi	Trạng thái, màu sắc
Fe₂O₃	Sắt(III) oxit	Rắn, đỏ nâu
Fe₃O₄	Oxit sắt từ	Rắn, đen (bị nam châm hút)
O₂	Khí oxi	Khí không màu, duy trì sự cháy

Cách cân bằng bằng phương pháp electron

Fe₃O₄ có thể xem là FeO·Fe₂O₃, nên số oxi hoá trung bình của Fe là +8/3. Ta cân bằng theo số oxi hoá trung bình này.

Xác định thay đổi: Fe⁺³ → Fe^+8/3 (nhận electron); 2O^-2 → O₂⁰ (nhường electron).
Quá trình khử: 3Fe⁺³ + 1e → 3Fe^+8/3 (3 nguyên tử Fe, mỗi nguyên tử nhận 1/3 e).
Quá trình oxi hoá: 2O^-2 → O₂ + 4e.
Cân bằng electron: nhân quá trình khử với 4 → cần 12 nguyên tử Fe⁺³ nhận 4e, ứng với 1 phân tử O₂ tạo thành.
12 nguyên tử Fe là 6Fe₂O₃, tạo 4Fe₃O₄ và 1O₂.

Kiểm tra: vế trái có 12 Fe và 18 O; vế phải có 4×3 = 12 Fe và 4×4 + 2 = 18 O. Phương trình đã cân bằng.

Điều kiện và hiện tượng

Điều kiện: nhiệt độ rất cao, cỡ 1400 °C. Ở nhiệt độ thường hay khi nung nhẹ trên ngọn đèn cồn, Fe₂O₃ bền, không bị phân huỷ.
Hiện tượng: bột đỏ nâu dần chuyển sang đen; có khí không màu thoát ra, làm que đóm còn tàn đỏ bùng cháy.
Loại phản ứng: phản ứng phân huỷ, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử nội phân tử.

Vì sao Fe₂O₃ phải nung ở nhiệt độ cao như vậy?

Fe₂O₃ là oxit rất bền, liên kết Fe–O mạnh nên cần năng lượng lớn mới “nhả” được oxi. Ở nhiệt độ cao, Fe₃O₄ (có ít oxi hơn trên mỗi nguyên tử Fe) trở nên bền hơn nên phản ứng mới xảy ra theo chiều thuận. Vì vậy trong trường hợp bình thường, ta không dùng phản ứng này để điều chế O₂ trong phòng thí nghiệm (người ta dùng KMnO₄, KClO₃).

Ví dụ có lời giải

Ví dụ: Nhiệt phân hoàn toàn 32 gam Fe₂O₃ theo phương trình trên. Tính khối lượng Fe₃O₄ và thể tích O₂ (đktc).

n(Fe₂O₃) = 32 : 160 = 0,2 mol.
n(Fe₃O₄) = 0,2 × 4/6 = 2/15 mol → m = (2/15) × 232 ≈ 30,93 gam.
n(O₂) = 0,2 × 1/6 = 1/30 mol → V = (1/30) × 22,4 ≈ 0,747 lít.
Kiểm tra bằng bảo toàn khối lượng: 32 − 30,93 ≈ 1,07 gam = (1/30) × 32 ≈ 1,07 gam (đúng).

Bài tập luyện tập

Bài 1. Nhiệt phân hoàn toàn 48 gam Fe₂O₃. Tính khối lượng Fe₃O₄ thu được và thể tích O₂ (đktc).

Đáp án: n(Fe₂O₃) = 0,3 mol → n(Fe₃O₄) = 0,2 mol, m = 46,4 gam; n(O₂) = 0,05 mol, V = 1,12 lít.

Bài 2. Nung 16 gam Fe₂O₃ ở nhiệt độ cao, sau một thời gian khối lượng chất rắn còn 15,68 gam. Tính hiệu suất phân huỷ.

Đáp án: Khối lượng giảm = khối lượng O₂ = 0,32 gam → 0,01 mol. n(Fe₂O₃) phản ứng = 0,06 mol; ban đầu 0,1 mol → H = 60%. Chất rắn gồm Fe₂O₃ dư 0,04 mol (6,4 gam) và Fe₃O₄ 0,04 mol (9,28 gam); tổng 15,68 gam, khớp đề.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là Fe + O₂ hoặc FeO. Ở điều kiện trên sản phẩm là Fe₃O₄.
Quên điều kiện nhiệt độ rất cao, hoặc nhầm với nhiệt phân Fe(OH)₃ (xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều).
Cân bằng sai hệ số 6 : 4 : 1; hãy luôn đếm lại số nguyên tử O (18 = 16 + 2).
Dùng tỉ lệ khối lượng thay vì tỉ lệ mol khi tính toán.

Một số phản ứng tạo Fe₃O₄ từ Fe₂O₃ cần phân biệt

Phản ứng	Phương trình
Khử bằng CO (nhẹ nhàng, ~400 °C)	3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂
Khử bằng H₂ (nhiệt độ vừa phải)	3Fe₂O₃ + H₂ → 2Fe₃O₄ + H₂O
Nhiệt phân Fe(OH)₃	2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

Mẹo nhớ: với chất khử (CO, H₂) thì Fe₂O₃ bị khử từng nấc Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe; còn nhiệt phân thì không cần chất khử, chính oxi trong oxit nhường electron.

Câu hỏi thường gặp

Fe2O3 có bị nhiệt phân khi nung trên đèn cồn không?

Không. Fe2O3 rất bền nhiệt, chỉ bị nhiệt phân thành Fe3O4 và O2 ở nhiệt độ khoảng 1400 °C trở lên, cao hơn nhiều so với ngọn đèn cồn.

Nhiệt phân Fe2O3 thu được sản phẩm gì?

Thu được oxit sắt từ Fe3O4 (màu đen) và khí oxi theo phương trình 6Fe2O3 → 4Fe3O4 + O2.

Phản ứng nhiệt phân Fe2O3 có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Có. Fe(+3) giảm xuống số oxi hoá trung bình +8/3 (bị khử), O(-2) tăng lên 0 trong O2 (bị oxi hoá), nên đây là phản ứng oxi hoá – khử nội phân tử.

Muốn chuyển Fe2O3 thành Fe3O4 ở nhiệt độ thấp thì làm thế nào?

Dùng chất khử như CO hoặc H2 ở nhiệt độ vừa phải, ví dụ 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2.