Lớp 12Hóa học

Fe3O4 + H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O: cân bằng, hiện tượng

Trả lời nhanh

Iron(II,III) oxide (oxit sắt từ) Fe3O4 tác dụng với sulfuric acid đặc, nóng tạo iron(III) sulfate, khí sulfur dioxide và nước:

2Fe3O4 + 10H2SO4 (đặc, t°) → 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O

Đây là phản ứng oxi hoá – khử: phần sắt +2 trong Fe3O4 bị oxi hoá lên +3, còn S+6 bị khử xuống S+4.

Thông tin phản ứng Fe3O4 + H2SO4 đặc nóng

Nội dung Chi tiết
Phương trình 2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O
Điều kiện H2SO4 đặc, đun nóng
Chất khử Fe3O4 (sắt có số oxi hoá trung bình +8/3 → +3)
Chất oxi hoá H2SO4 (S: +6 → +4)
Hệ số 2 : 10 : 3 : 1 : 10 (tổng hệ số = 26)
Loại phản ứng Oxi hoá – khử

Hiện tượng phản ứng

  • Chất rắn màu đen Fe3O4 tan dần khi đun nóng trong acid đặc.
  • Có khí không màu, mùi hắc, gây ho thoát ra: đó là SO2.
  • Dung dịch thu được (sau khi pha loãng) có màu vàng nâu của ion Fe3+.

Để nhận biết khí SO2, dẫn khí qua dung dịch nước bromine hoặc dung dịch KMnO4 loãng: màu của dung dịch nhạt dần rồi mất màu.

Lưu ý an toàn: sulfuric acid đặc háo nước và gây bỏng nặng; SO2 là khí độc. Thí nghiệm phải làm trong tủ hút, lượng hoá chất nhỏ, có kính bảo hộ và găng tay.

Cách cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Khó khăn của phản ứng này là sắt trong Fe3O4 có số oxi hoá “lẻ” (+8/3). Có hai cách xử lí, em chọn cách nào thấy dễ hơn.

Cách 1: Coi cả phân tử Fe3O4 nhường electron

  1. Ba nguyên tử Fe có tổng số oxi hoá +8, sau phản ứng thành 3 × (+3) = +9. Vậy mỗi phân tử Fe3O4 nhường 1 electron:
    Fe3O4 → 3Fe+3 + 1e (viết gọn: 3Fe+8/3 → 3Fe+3 + 1e)
  2. Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4
  3. Bội chung nhỏ nhất của 1 và 2 là 2: nhân quá trình oxi hoá với 2, quá trình khử với 1 → hệ số 2Fe3O4 và 1SO2.
  4. Cân bằng Fe: 6 nguyên tử Fe → 3Fe2(SO4)3.
  5. Cân bằng S: vế phải có 9 S (trong muối) + 1 S (trong SO2) = 10 → 10H2SO4.
  6. Cân bằng H: 20 nguyên tử H → 10H2O. Kiểm tra O: vế trái 8 + 40 = 48; vế phải 36 + 2 + 10 = 48. Đúng.

Cách 2: Tách Fe3O4 thành FeO.Fe2O3

Có thể coi Fe3O4 gồm một “phần” FeO (Fe+2) và một “phần” Fe2O3 (Fe+3). Chỉ có Fe+2 bị oxi hoá: Fe+2 → Fe+3 + 1e. Mỗi phân tử Fe3O4 chứa đúng một Fe+2 nên cũng nhường 1 electron, kết quả hoàn toàn trùng với cách 1. Cách này giúp em hiểu bản chất: phần Fe2O3 chỉ phản ứng như một oxide base thông thường.

Vai trò của H2SO4 trong phản ứng

Trong 10 phân tử H2SO4 tham gia:

  • 1 phân tử đóng vai trò chất oxi hoá (chuyển thành SO2).
  • 9 phân tử chỉ làm môi trường, tạo gốc sulfate trong 3Fe2(SO4)3.

Tỉ lệ này cho thấy Fe3O4 tốn rất nhiều acid nhưng giải phóng ít SO2, vì đa phần sắt trong oxit đã ở mức +3 sẵn. So với sắt kim loại (Fe + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> đặc nóng), mỗi mol Fe nhường 3 electron nên tạo nhiều SO2 hơn hẳn.

So sánh Fe3O4 với các acid khác nhau

Acid Phương trình Bản chất
H2SO4 loãng Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O Không oxi hoá – khử, tạo hỗn hợp hai muối
H2SO4 đặc, nóng 2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O Oxi hoá – khử, chỉ tạo muối sắt(III)
HNO3 đặc, nóng Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O Oxi hoá – khử, khí màu nâu đỏ

Mẹo nhận dạng: gặp acid có tính oxi hoá mạnh (H2SO4 đặc, HNO3) thì sắt trong FeO, Fe3O4 đều lên +3 và có khí sản phẩm khử. Riêng Fe2O3 đã là +3 nên với mọi acid chỉ tạo muối và nước, không sinh khí.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm có FeSO4: sai, vì H2SO4 đặc dư đã oxi hoá hết Fe2+ lên Fe3+.
  • Cho rằng Fe3O4 nhường 3 electron (như 3 nguyên tử Fe từ +2 lên +3): sai, chỉ 1 trong 3 nguyên tử sắt là Fe+2.
  • Quên điều kiện “đặc, nóng”: nếu viết với acid loãng thì không có khí SO2.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Hoà tan hoàn toàn 23,2 gam Fe3O4 trong H2SO4 đặc, nóng (dư). Tính thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar).

Lời giải: n(Fe3O4) = 23,2 : 232 = 0,1 mol. Theo bảo toàn electron: 0,1 × 1 = 2 × n(SO2) → n(SO2) = 0,05 mol. V = 0,05 × 24,79 = 1,2395 L ≈ 1,24 L.

Bài 2. Tính khối lượng H2SO4 đã phản ứng ở Bài 1 và khối lượng muối thu được.

Lời giải: Theo phương trình, 2 mol Fe3O4 cần 10 mol H2SO4 → 0,1 mol cần 0,5 mol, tức 0,5 × 98 = 49 gam. Muối Fe2(SO4)3: 0,15 mol × 400 = 60 gam.

Bài 3. Cho m gam Fe3O4 tác dụng hết với H2SO4 đặc, nóng thu được 2,479 L SO2 (đkc, sản phẩm khử duy nhất). Tìm m.

Lời giải: n(SO2) = 2,479 : 24,79 = 0,1 mol → n(Fe3O4) = 2 × 0,1 = 0,2 mol → m = 0,2 × 232 = 46,4 gam.

Mẹo tính nhanh: với Fe3O4 và H2SO4 đặc, luôn có n(Fe3O4) = 2n(SO2).

Xem thêm các phản ứng cùng dạng: Cu + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> đặc nóng, S + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> đặc và Fe + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> loãng.

Câu hỏi thường gặp

Fe3O4 tác dụng với H2SO4 đặc nóng có tạo FeSO4 không?

Không. H2SO4 đặc, nóng có tính oxi hoá mạnh nên oxi hoá toàn bộ sắt lên +3, sản phẩm muối chỉ là Fe2(SO4)3 (khi acid đủ hoặc dư).

Tổng hệ số của phản ứng Fe3O4 + H2SO4 đặc nóng là bao nhiêu?

Phương trình 2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O có tổng hệ số tối giản là 2 + 10 + 3 + 1 + 10 = 26.

Mỗi phân tử Fe3O4 nhường bao nhiêu electron?

Nhường 1 electron, vì trong Fe3O4 chỉ có một nguyên tử Fe ở mức +2 bị oxi hoá lên +3.

Fe3O4 tác dụng với H2SO4 loãng tạo ra gì?

Tạo hỗn hợp hai muối FeSO4 và Fe2(SO4)3 cùng nước: Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O, không có khí thoát ra.

Bài học liên quan