CO + Fe2O3 → Fe + CO2: cân bằng PTHH, hiện tượng

Trả lời nhanh

Phương trình hoá học đã cân bằng: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (điều kiện: nhiệt độ cao). Tỉ lệ số phân tử Fe₂O₃ : CO : Fe : CO₂ = 1 : 3 : 2 : 3. Ở đây CO lấy oxi của sắt(III) oxit để thành CO₂, còn oxit sắt bị khử thành sắt kim loại.

Đề bài thường gặp

Dạng đề này thường cho sơ đồ phản ứng: Fe₂O₃ + CO →(t°) Fe + CO₂, rồi yêu cầu: a) lập phương trình hoá học; các ý sau thường là xác định tỉ lệ số phân tử, hoặc tính khối lượng, thể tích chất tham gia – chất tạo thành.

Bài viết này giải ý (a) đầy đủ và hướng dẫn cách làm các ý tính toán đi kèm. Số liệu trong phần ví dụ là số tự đặt để minh hoạ cách làm, em thay bằng số trong đề của mình.

Lập phương trình hoá học từng bước

Bước 1. Viết sơ đồ: Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂.

Bước 2. Đếm nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế.

Nguyên tố	Vế trái (chưa cân bằng)	Vế phải (chưa cân bằng)
Fe	2	1
C	1	1
O	3 + 1 = 4	2

Bước 3. Cân bằng Fe trước: đặt hệ số 2 trước Fe → 2Fe. Sau đó chú ý O: Fe₂O₃ có 3 nguyên tử O, mỗi CO₂ nhận thêm 1 O từ oxit nên cần 3 phân tử CO biến thành 3 CO₂.

Bước 4. Viết hệ số và kiểm tra lại:

Fe₂O₃ + 3CO →(t°) 2Fe + 3CO₂

Nguyên tố	Vế trái	Vế phải
Fe	2	2
C	3	3
O	3 + 3 = 6	3 × 2 = 6

Số nguyên tử mỗi nguyên tố hai vế bằng nhau nên phương trình đã cân bằng.

Điều kiện và hiện tượng

Điều kiện: nhiệt độ cao (trong phòng thí nghiệm đun nóng mạnh; trong công nghiệp là lò cao luyện gang).
Hiện tượng: chất rắn màu đỏ nâu (Fe₂O₃) dần chuyển sang màu xám đen/xám trắng (Fe). Khí thoát ra là CO₂, dẫn vào nước vôi trong sẽ thấy nước vôi bị đục.
Lưu ý an toàn: CO là khí rất độc, phải làm trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí, đốt hoặc thu khí CO dư.

Bản chất phản ứng: ai khử, ai bị khử?

Trong phản ứng này, CO chiếm oxi của Fe₂O₃:

CO là chất khử (nhận oxi, bị oxi hoá thành CO₂).
Fe₂O₃ là chất oxi hoá (nhường oxi, bị khử thành Fe).

Mẹo nhớ: “Chất khử chiếm oxi – chất oxi hoá nhường oxi”. Ở chương trình lớp 9–10, ta nói rõ hơn: số oxi hoá của Fe giảm từ +3 xuống 0, của C tăng từ +2 lên +4.

Trong lò cao, phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn nối tiếp, sắt(III) oxit bị khử dần dần:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂
Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂
FeO + CO → Fe + CO₂

Phương trình tổng Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ là cách viết gộp các giai đoạn đó.

Ví dụ tính toán (số liệu tự đặt)

Đề: Dùng khí CO khử hoàn toàn 16 gam Fe₂O₃. Tính khối lượng Fe thu được và thể tích CO (đktc) cần dùng.

M(Fe₂O₃) = 2·56 + 3·16 = 160 g/mol → n = 16 : 160 = 0,1 mol.
Theo phương trình: n(Fe) = 2·n(Fe₂O₃) = 0,2 mol → m(Fe) = 0,2 · 56 = 11,2 g.
n(CO) = 3·n(Fe₂O₃) = 0,3 mol → V(CO) = 0,3 · 22,4 = 6,72 lít.

Kiểm tra bằng định luật bảo toàn khối lượng: m(CO) = 0,3 · 28 = 8,4 g; m(CO₂) = 0,3 · 44 = 13,2 g. Vế trái: 16 + 8,4 = 24,4 g; vế phải: 11,2 + 13,2 = 24,4 g. Hai vế bằng nhau nên kết quả hợp lý.

Lỗi sai thường gặp

Quên điều kiện nhiệt độ trên mũi tên – phản ứng không xảy ra ở nhiệt độ thường.
Cân bằng sai O: chỉ nhìn Fe₂O₃ mà quên O của CO. Hãy đếm cả hai vế sau khi viết hệ số.
Đổi hệ số trong công thức (viết Fe₂O₃ thành Fe₂O₆…): chỉ được thêm hệ số đằng trước, không sửa chỉ số.
Nhầm sản phẩm: sản phẩm khí là CO₂, không phải CO hay O₂.

Bài luyện tập

Lập phương trình hoá học: Fe₃O₄ + CO →(t°) Fe + CO₂.
Đáp án: Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂ (O: 4 + 4 = 8 = 4·2).
Khử hoàn toàn 32 gam Fe₂O₃ bằng CO dư. Tính khối lượng Fe.
Đáp án: n(Fe₂O₃) = 0,2 mol → n(Fe) = 0,4 mol → m = 22,4 g.
Cho 0,15 mol CO phản ứng hết với Fe₂O₃ dư (đun nóng). Tính khối lượng Fe tạo thành.
Đáp án: n(Fe) = 0,15 · 2/3 = 0,1 mol → m = 5,6 g.

Câu hỏi thường gặp

Fe2O3 + CO có cần nhiệt độ không?

Có. Phản ứng Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 chỉ xảy ra khi đun nóng ở nhiệt độ cao, nên phải ghi t° trên mũi tên.

Trong phản ứng CO + Fe2O3, chất nào là chất khử?

CO là chất khử vì nó nhận oxi từ Fe2O3 để tạo thành CO2. Fe2O3 là chất oxi hoá và bị khử thành Fe.

Hiện tượng khi khử Fe2O3 bằng CO là gì?

Chất rắn màu đỏ nâu chuyển dần sang màu xám đen (sắt), khí sinh ra là CO2 làm đục nước vôi trong.

Muốn khử 1 mol Fe2O3 cần bao nhiêu mol CO?

Cần 3 mol CO theo tỉ lệ trong phương trình, thu được 2 mol Fe và 3 mol CO2.