Trả lời nhanh
Phương trình đúng là FeO + CO → Fe + CO2, điều kiện nhiệt độ cao, đã cân bằng sẵn với hệ số 1 : 1 : 1 : 1. Đây là phản ứng oxi hoá – khử: CO là chất khử, lấy oxi của FeO để tạo CO2, còn FeO là chất oxi hoá bị khử thành sắt kim loại.
Phương trình hoá học FeO + CO
FeO + CO →(t°) Fe + CO2↑
- Chất tham gia: sắt(II) oxit FeO (rắn, màu đen) và cacbon oxit CO (khí, không màu).
- Sản phẩm: sắt Fe (rắn) và khí cacbon đioxit CO2.
- Loại phản ứng: oxi hoá – khử; cũng là phản ứng nhiệt luyện (dùng chất khử ở nhiệt độ cao để điều chế kim loại).
Điều kiện và hiện tượng nhận biết
| Nội dung | Mô tả |
|---|---|
| Điều kiện | Nhiệt độ cao (đun nóng mạnh, trong ống sứ hoặc lò cao) |
| Hiện tượng | Chất rắn màu đen (FeO) dần chuyển thành sắt kim loại màu xám |
| Nhận biết khí sau phản ứng | Dẫn khí thoát ra qua nước vôi trong, thấy nước vôi vẩn đục do CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O |
Lưu ý an toàn: CO là khí rất độc, khi làm thí nghiệm phải có tủ hút hoặc đốt bỏ lượng CO dư.
Cân bằng bằng phương pháp electron
Xác định số oxi hoá thay đổi:
- Fe+2 + 2e → Fe0 (FeO là chất oxi hoá, bị khử)
- C+2 → C+4 + 2e (CO là chất khử, bị oxi hoá)
Số electron nhận bằng số electron cho (đều là 2) nên hệ số các chất đều bằng 1. Kiểm tra: vế trái có 1 Fe, 2 O, 1 C; vế phải cũng có 1 Fe, 2 O, 1 C – đã cân bằng.
Mẹo nhớ: CO “cướp” một nguyên tử oxi của oxit để thành CO2. Oxit nào mất oxi thì thành kim loại, nên chỉ cần đếm số O mà CO lấy đi.
Vị trí của phản ứng trong quá trình luyện gang
Trong lò cao, CO sinh ra từ than cốc khử dần oxit sắt qua nhiều giai đoạn, FeO là giai đoạn cuối trước khi ra sắt:
- 3Fe2O3 + CO →(t°) 2Fe3O4 + CO2
- Fe3O4 + CO →(t°) 3FeO + CO2
- FeO + CO →(t°) Fe + CO2
Viết gộp theo oxit ban đầu: Fe2O3 + 3CO →(t°) 2Fe + 3CO2 và Fe3O4 + 4CO →(t°) 3Fe + 4CO2.
Những phản ứng dễ nhầm
- FeO + H2 →(t°) Fe + H2O: cũng khử được FeO, nhưng sản phẩm là hơi nước.
- FeO + C →(t°) Fe + CO: khi dùng cacbon rắn làm chất khử, sản phẩm khí thường tính là CO (tuỳ nhiệt độ có thể có CO2).
- FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O: đây là phản ứng oxit bazơ với axit, không phải oxi hoá – khử.
Lỗi sai thường gặp: (1) viết sản phẩm là Fe2O3 hay Fe3O4 – sai, vì CO là chất khử nên oxit phải bị khử xuống Fe; (2) quên điều kiện t°; (3) cho rằng CO khử được mọi oxit – thực tế CO chỉ khử oxit của kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hoá học (như FeO, CuO, ZnO), không khử được Al2O3, MgO, Na2O.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Khử hoàn toàn 7,2 gam FeO bằng CO dư ở nhiệt độ cao. Tính khối lượng Fe và thể tích CO2 (đktc) thu được.
Giải: n(FeO) = 7,2 : 72 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(Fe) = n(CO2) = 0,1 mol. Vậy m(Fe) = 0,1 × 56 = 5,6 g; V(CO2) = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.
Bài 2. Khử hoàn toàn 23,2 gam Fe3O4 bằng CO dư. Tính thể tích CO2 (đktc).
Giải: n(Fe3O4) = 23,2 : 232 = 0,1 mol. Từ Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 có n(CO2) = 0,4 mol, V = 0,4 × 22,4 = 8,96 lít. Cũng có thể nghĩ: Fe3O4 có 4 nguyên tử O, mỗi O ứng với một CO2.
Bài 3. Cho CO dư đi qua ống sứ đựng FeO nung nóng; sau phản ứng hoàn toàn thấy khối lượng chất rắn giảm 1,6 gam. Tính khối lượng FeO ban đầu.
Giải: Khối lượng giảm chính là khối lượng oxi bị CO lấy đi: n(O) = 1,6 : 16 = 0,1 mol. Mỗi FeO chứa 1 O nên n(FeO) = 0,1 mol, m = 0,1 × 72 = 7,2 g.
Tóm tắt cần nhớ
- FeO + CO →(t°) Fe + CO2, hệ số đều bằng 1.
- CO là chất khử, FeO là chất oxi hoá.
- Hiện tượng: rắn đen chuyển thành sắt màu xám, khí thoát ra làm đục nước vôi trong.
- Ứng dụng: giai đoạn cuối của quá trình luyện gang trong lò cao.
Câu hỏi thường gặp
FeO + CO ra gì?
FeO tác dụng với CO ở nhiệt độ cao tạo sắt và khí cacbon đioxit: FeO + CO → Fe + CO2.
Phản ứng FeO + CO thuộc loại phản ứng nào?
Là phản ứng oxi hoá – khử (nhiệt luyện): Fe+2 bị khử thành Fe, C+2 trong CO bị oxi hoá thành C+4 trong CO2.
CO có khử được mọi oxit kim loại không?
Không. CO chỉ khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hoá học như FeO, CuO, ZnO; không khử được Al2O3, MgO, Na2O.
Làm sao nhận biết sản phẩm khí của phản ứng?
Dẫn khí thoát ra qua nước vôi trong; nước vôi vẩn đục chứng tỏ có CO2 tạo thành. CO dư không làm đục nước vôi và cần được xử lí vì rất độc.