Trả lời nhanh
Fe3O4 + H2O: không xảy ra phản ứng, vì Fe3O4 là oxit không tan trong nước và không tác dụng với nước ở mọi điều kiện thường gặp. Vì vậy phương trình “Fe3O4 + H2O → Fe(OH)2 + Fe(OH)3” là sai. Muốn từ Fe3O4 ra Fe(OH)2 phải hoà tan bằng axit rồi cho muối sắt tác dụng với kiềm.
Vì sao Fe3O4 không phản ứng với nước?
Fe3O4 (sắt từ oxit) là chất rắn màu đen, bền, có cấu trúc tinh thể chặt, không tan trong nước. Nó được xem là oxit hỗn hợp, có thể viết gọn là FeO·Fe2O3.
Cả FeO lẫn Fe2O3 đều là oxit bazơ không tan, nên không hoá hợp với nước để tạo bazơ tương ứng. Chỉ các oxit bazơ của kim loại kiềm và Ca, Sr, Ba mới tác dụng với nước ở điều kiện thường.
Ngoài ra, Fe(OH)2 và Fe(OH)3 đều là bazơ không tan. Chúng không thể được tạo ra bằng cách “cộng nước” vào oxit mà phải điều chế gián tiếp từ dung dịch muối sắt.
Lỗi sai thường gặp
- Nghĩ rằng oxit bazơ nào cũng + H2O → bazơ. Đúng chỉ với oxit của kim loại kiềm, kiềm thổ (trừ Be, Mg).
- Thấy Fe3O4 = FeO + Fe2O3 nên cho rằng sinh Fe(OH)2 + Fe(OH)3. Đây chỉ là cách viết thành phần, không phải phản ứng.
- Nhầm với chiều ngược lại: sắt tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao mới tạo oxit sắt (xem bên dưới).
Chiều ngược lại: Fe + hơi nước tạo Fe3O4
Hơi nước chỉ phản ứng với sắt kim loại ở nhiệt độ cao:
- Dưới 570 °C: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2↑
- Trên 570 °C: Fe + H2O → FeO + H2↑
Như vậy Fe3O4 là sản phẩm chứ không phải chất tham gia với nước.
Cách đi từ Fe3O4 ra Fe(OH)2 và Fe(OH)3
Bước 1: Hoà tan Fe3O4 bằng axit
Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 (loãng) → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Hiện tượng: chất rắn đen tan dần, dung dịch thu được có màu vàng nâu (do có Fe3+).
Bước 2: Cho dung dịch thu được tác dụng với kiềm
Sẽ thu được hỗn hợp hai kết tủa:
- FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ (trắng xanh) + 2NaCl
- FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ (nâu đỏ) + 3NaCl
Phương trình ion: Fe2+ + 2OH− → Fe(OH)2↓; Fe3+ + 3OH− → Fe(OH)3↓.
Muốn chỉ thu Fe(OH)2 thì sao?
Cho sắt dư vào dung dịch sau bước 1 để khử hết Fe3+ thành Fe2+:
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
Lọc bỏ sắt dư, rồi cho NaOH vào dung dịch FeCl2 (đun sôi nước để đuổi oxi và tránh tiếp xúc không khí). Khi đó thu được Fe(OH)2 màu trắng xanh khá tinh khiết.
Con đường khác: khử Fe3O4 thành sắt
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O (nhiệt độ cao). Sau đó Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑, rồi FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + 2NaCl.
Fe(OH)2 chuyển thành Fe(OH)3 trong không khí
Fe(OH)2 kết tủa trắng xanh để ngoài không khí ẩm sẽ chuyển dần sang nâu đỏ:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
Đây là lý do thí nghiệm điều chế Fe(OH)2 thường cho kết quả “không đẹp” nếu không loại oxi.
Mẹo nhớ
Hãy nhớ: oxit sắt không tan → không + H2O; muốn ra hiđroxit phải qua muối + kiềm. Thứ tự: oxit → (axit) → muối → (kiềm) → hiđroxit.
Bài luyện tập
- Câu 1. Phản ứng nào sau đây xảy ra: (a) Fe3O4 + H2O; (b) Fe3O4 + HCl; (c) Fe3O4 + NaOH loãng?
Đáp án: chỉ (b). Fe3O4 không tan trong nước và không phản ứng với dung dịch kiềm loãng. - Câu 2. Hoà tan hoàn toàn 0,1 mol Fe3O4 trong HCl dư rồi cho NaOH dư vào. Tính khối lượng mỗi kết tủa (Fe = 56, O = 16, H = 1).
Đáp án: 0,1 mol Fe3O4 → 0,1 mol FeCl2 và 0,2 mol FeCl3. Suy ra 0,1 mol Fe(OH)2 (M = 90) = 9 g và 0,2 mol Fe(OH)3 (M = 107) = 21,4 g (chưa xét sự oxi hoá Fe(OH)2). - Câu 3. Viết phương trình điều chế riêng Fe(OH)2 từ Fe3O4.
Đáp án: Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O; Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2; FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + 2NaCl.
Câu hỏi thường gặp
Fe3O4 có tác dụng với nước không?
Không. Fe3O4 là oxit không tan trong nước và không phản ứng với nước ở điều kiện thường hay khi đun nóng thông thường.
Fe3O4 + H2O có tạo ra Fe(OH)2 và Fe(OH)3 không?
Không. Dù Fe3O4 có thể viết là FeO·Fe2O3, các oxit này không hoá hợp với nước. Fe(OH)2 và Fe(OH)3 chỉ điều chế từ muối sắt tác dụng với dung dịch kiềm.
Làm sao từ Fe3O4 điều chế được Fe(OH)2?
Hoà tan Fe3O4 trong HCl hoặc H2SO4 loãng, cho sắt dư để khử Fe3+ thành Fe2+, lọc bỏ sắt rồi thêm NaOH trong điều kiện không có oxi sẽ thu được Fe(OH)2 trắng xanh.
Hơi nước phản ứng với sắt tạo sản phẩm gì?
Dưới 570 °C tạo Fe3O4 và H2 (3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2); trên 570 °C tạo FeO và H2.