FeCO3 + O2 → Fe2O3 + CO2: cân bằng phương trình

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là 4FeCO₃ + O₂ → 2Fe₂O₃ + 4CO₂ (điều kiện: nhiệt độ cao). Trong phản ứng này, Fe⁺² trong FeCO₃ bị oxi hoá lên Fe⁺³ trong Fe₂O₃, còn O₂ là chất oxi hoá. Hệ số 4 : 1 : 2 : 4 được xác định bằng phương pháp thăng bằng electron.

Phương trình phản ứng

4FeCO₃ + O₂ → 2Fe₂O₃ + 4CO₂ (nhiệt độ cao)

FeCO₃: sắt(II) cacbonat, chất rắn màu trắng xám (quặng xiderit).
O₂: oxi trong không khí.
Fe₂O₃: sắt(III) oxit, chất rắn màu nâu đỏ.
CO₂: khí cacbonic, không màu.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Đề bài thường cho dạng chưa cân bằng: FeCO₃ + O₂ → Fe₂O₃ + CO₂. Ta làm theo từng bước.

Xác định số oxi hoá thay đổi: Fe từ +2 lên +3; O từ 0 xuống −2. Cacbon vẫn là +4 nên không tham gia oxi hoá – khử.
Viết quá trình:
- Chất khử: Fe⁺² → Fe⁺³ + 1e
- Chất oxi hoá: O₂ + 4e → 2O⁻²
Thăng bằng electron: nhân quá trình đầu với 4 rồi cộng lại: 4Fe⁺² + O₂ → 4Fe⁺³ + 2O⁻².
Đặt hệ số vào phương trình: 4 FeCO₃ cho 4 Fe, tạo 2 Fe₂O₃; có 4 C nên tạo 4 CO₂.
Kiểm tra lại số nguyên tử O: vế trái 4×3 + 2 = 14; vế phải 2×3 + 4×2 = 14. Cân bằng đúng.

Nguyên tố	Vế trái	Vế phải
Fe	4	4
C	4	4
O	12 + 2 = 14	6 + 8 = 14

Điều kiện và hiện tượng nhận biết

Điều kiện: nung nóng ở nhiệt độ cao, có mặt oxi (hoặc không khí dư).
Hiện tượng: chất rắn màu trắng xám dần chuyển sang màu nâu đỏ; có khí không màu thoát ra, khí này làm đục nước vôi trong.

Vì sao sản phẩm là Fe₂O₃ chứ không phải FeO?

Muối cacbonat không bền với nhiệt nên FeCO₃ bị nhiệt phân trước: FeCO₃ → FeO + CO₂ (khi không có không khí). FeO lại rất dễ bị oxi hoá, nên nếu có O₂ thì: 4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃. Gộp hai bước (4FeCO₃ → 4FeO + 4CO₂ rồi 4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃) ta được phương trình tổng như trên.

Mẹo nhớ: hợp chất sắt(II) nung trong không khí thường lên sắt(III) – Fe(OH)₂, FeCO₃, FeS, FeS₂ đều có điểm chung này, sản phẩm sắt là Fe₂O₃.

Một số phản ứng khác của FeCO₃ dễ nhầm

Nung trong chân không hoặc khí trơ: FeCO₃ → FeO + CO₂ (t°).
Tác dụng với axit HCl loãng: FeCO₃ + 2HCl → FeCl₂ + CO₂↑ + H₂O (đây không phải phản ứng oxi hoá – khử).
Tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng: 2FeCO₃ + 4H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 2CO₂↑ + 4H₂O.

Ứng dụng

Quặng xiderit (thành phần chính FeCO₃) được nung trong không khí để chuyển thành Fe₂O₃, sau đó dùng làm nguyên liệu luyện gang, thép trong lò cao. Quá trình nung còn loại bỏ CO₂, làm quặng giàu sắt hơn.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là FeO hoặc Fe₃O₄ dù có dư oxi.
Quên hệ số 4 trước FeCO₃, dẫn đến lệch số nguyên tử O.
Cho rằng cacbon bị oxi hoá: C trong CO₃²⁻ và CO₂ đều là +4.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Nung 11,6 gam FeCO₃ trong không khí đến khối lượng không đổi. Tính khối lượng chất rắn thu được và thể tích CO₂ (đktc).

Đáp án: M(FeCO₃) = 116 g/mol nên n = 0,1 mol. Theo phương trình, n(Fe₂O₃) = 0,1 × 2/4 = 0,05 mol, khối lượng = 0,05 × 160 = 8 gam. n(CO₂) = 0,1 mol, V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.

Bài 2. Ở bài 1, cần tối thiểu bao nhiêu lít không khí (đktc), biết O₂ chiếm 20% thể tích?

Đáp án: n(O₂) = 0,1/4 = 0,025 mol, V(O₂) = 0,56 lít. Thể tích không khí = 0,56 × 5 = 2,8 lít.

Bài 3. Trong phản ứng trên, 1 mol FeCO₃ phản ứng thì nhường hoặc nhận bao nhiêu mol electron?

Đáp án: Mỗi Fe⁺² nhường 1e nên 1 mol FeCO₃ nhường 1 mol electron (tương ứng O₂ nhận 1 mol e, tức 0,25 mol O₂).

Câu hỏi thường gặp

FeCO3 + O2 tạo ra sản phẩm gì?

Khi nung nóng, FeCO3 tác dụng với O2 tạo sắt(III) oxit Fe2O3 và khí CO2: 4FeCO3 + O2 → 2Fe2O3 + 4CO2.

Phản ứng FeCO3 + O2 có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Có. Fe tăng số oxi hoá từ +2 lên +3 (chất khử), O2 giảm từ 0 xuống −2 (chất oxi hoá). Cacbon giữ nguyên số oxi hoá +4.

Hiện tượng khi nung FeCO3 trong không khí là gì?

Chất rắn màu trắng xám chuyển dần sang nâu đỏ của Fe2O3, đồng thời có khí CO2 không màu thoát ra làm đục nước vôi trong.

Nung FeCO3 trong điều kiện không có không khí thì sao?

FeCO3 chỉ bị nhiệt phân thành FeO và CO2: FeCO3 → FeO + CO2. Nếu có oxi thì FeO bị oxi hoá tiếp thành Fe2O3.