Cân bằng phương trình Fe3O4 + H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O

Cân bằng phương trình Fe3O4 + H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
1. Cân bằng phương trình Fe3O4 + H2SO4 -> FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
Phương trình ban đầu: Fe3O4 + H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
Bước 1: Cân bằng nguyên tố sắt (Fe): Phía bên trái, có 3 nguyên tử sắt (Fe),
còn bên phải có 1 nguyên tử sắt (Fe) trong FeSO4 và 2 nguyên tử sắt (Fe)
trong Fe2(SO4)3. Vì vậy, số nguyên tố sắt trong phương trình đã được cân bằng.
Phương trình sau cùng: Fe3O4 + H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
Bước 2: Cân bằng nguyên tử lưu huỳnh (S): Phía bên trái, có 1 nguyên tử lưu
huỳnh (S) trong H2SO4 còn bên phải có 1 nguyên tử lưu huỳnh (S) trong
FeSO4 và 3 nguyên tử lưu huỳnh trong Fe2(SO4)3. Vì vậy, bạn cần thêm hệ
số 4 trước H2SO4 để cân bằng nguyên tử lưu huỳnh.
Phương trình sau cùng: Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
Bước 3: Cân bằng nguyên tử oxi (O) và hydro (H): Phía bên trái, có 4 nguyên
tử O trong Fe3O4 và 16 nguyên tử O trong H2SO4. Bên phải có 4 nguyên tử
O trong FeSO4, 12 nguyên tử O trong Fe2(SO4)3 và 1 nguyên tử O trong
H2O. Vì vậy, bạn cần thêm hệ số 4 trước H2O để cân bằng nguyên tử O. Đối
chiếu về nguyên tử H thì bên trái có 8 nguyên tử H, bên phải có 2 nguyên tử
H. Như vậy cần thêm 4 trước H20 để cân bằng nguyên tử H.
Phương trình cân bằng cuối cùng: Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Trong phản ứng này: Fe3O4 (magnetite) phản ứng với axit sulfuric (H2SO4)
để tạo ra FeSO4 (sulfat sắt (II)), Fe2(SO4)3 (sulfat sắt (III)), và nước (H2O).
Fe3O4 bị oxi hóa thành FeSO4, tức là các nguyên tử sắt (Fe) trong Fe3O4 đã
mất một số electron và tăng số valence của nó. H2SO4 đã bị khử thành H2O,
tức là các nguyên tử hidrogen (H) trong H2SO4 đã nhận thêm electron và giảm số valence của nó.
Sản phẩm của phản ứng bao gồm: FeSO4 (sulfat sắt (II)), Fe2(SO4)3 (sulfat
sắt (III)), và nước (H2O). Phản ứng này là một phản ứng redox (oxi hóa-khử)
vì sắt đã trải qua sự oxi hóa và hidrogen trong axit sulfuric đã trải qua sự khử.
Sulfat sắt (II) là sản phẩm chính của phản ứng, trong khi sulfat sắt (III) cũng được tạo ra.
Trong quá trình này, cả sắt và hidrogen tham gia vào các quá trình oxi hóa và
khử, tạo nên một phản ứng hóa học có ý nghĩa trong nhiều ứng dụng khác
nhau, chẳng hạn như trong sản xuất hóa chất và công nghiệp chế biến kim loại.
2. Đặc điểm, tính chất của Fe3O4
Fe3O4, còn gọi là magnetite, là một khoáng chất quan trọng với tính chất vật
lý và hoá học đa dạng. Dưới đây là một số tính chất vật lý và hoá học quan trọng của Fe3O4:
- Tính chất vật lý của Fe3O4:
+ Màu sắc: Magnetite thường có màu đen hoặc nâu đen.
+ Độ cứng: Độ cứng của magnetite nằm trong khoảng 5.5 đến 6.5 trên thang
độ cứng Mohs, làm cho nó khá cứng và khó bị trầy xước.
+ Tính từ trường: Magnetite là một từ trường tự nhiên mạnh và có khả năng
thu hút các vật thể từ sắt. Đây là lý do tại sao nó có tên là "magnetite" và
được sử dụng trong việc sản xuất từ trường, ví dụ như nam châm tự nhiên.
+ Tính chất từ trường: Magnetite có tính chất từ trường mạnh và là một trong
những nam châm tự nhiên mạnh nhất được biết đến. Nó có thể từ trường
hoặc bị từ trường hóa.
- Tính chất hoá học của Fe3O4:
+ Cấu trúc hóa học: Magnetite có cấu trúc tinh thể với tỷ lệ Fe2+ và Fe3+
trong mạng tinh thể. Công thức hóa học chính xác của nó là Fe3O4, cho biết
sự kết hợp của sắt trivalent (Fe3+) và sắt divalent (Fe2+).
+ Tính oxi hóa: Magnetite có khả năng tham gia vào các phản ứng oxi hóa và
khử. Trong môi trường axit, nó có thể bị oxi hóa thành các dạng sắt oxit khác
nhau, chẳng hạn như Fe2O3 (sắt(III) oxit) hoặc FeO (sắt(II) oxit). Fe3O4 + 4H2 -> 3Fe + 4H2O Fe3O4+ 4CO -> 3Fe + 4CO2
+ Tính oxit bazơ: Fe3O4 tác dụng với dung dịch axit như HCl, H2SO4 loãng
tạo ra hỗn hợp muối sắt (II) và sắt (III).
Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
Fe3O4+ 4H2SO4 loãng→ Fe2(SO4)3+ FeSO4 + 4H2O
+ Tính khử: Fe3O4 là chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh:
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
+ Ứng dụng hoá học: Magnetite được sử dụng trong nhiều ứng dụng công
nghiệp và khoa học, bao gồm trong sản xuất từ trường, trong quá trình khử
oxit của quặng sắt, và làm chất nền cho các vật liệu từ trường, ví dụ như đĩa từ trường.
+ Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học: Magnetite được sử dụng rộng rãi
trong nghiên cứu khoa học, chẳng hạn như trong việc nghiên cứu về tình hình
từ trường và trong nghiên cứu về vật lý địa chất.
3. Một số bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Chỉ dùng một thuốc thử để nhận biết các chất rắn có màu tương tự
nhau sau: Fe3O4, CuO, CuS, Ag2O? Viết phương trình hóa học minh họa. Hướng dẫn giải:
- Lấy mẫu thử và đánh số tương ứng.
- Cho thêm dung dịch HCl vào các mẫu thử, hiện tượng:
+ Chất rắn tan ra, dung dịch có màu vàng nâu: Fe3O4
Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
+ Chất rắn tan ra, dung dịch có màu xanh: CuO CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
+ Chất rắn tan ra, xuất hiện kết tủa màu trắng: Ag2O Ag2O + 2HCl → 2AgCl↓ + H2O
+ Chất rắn không tan: CuS.
Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 6,96 gam Fe3O4 vào dung dịch HNO3 loãng sau
phản ứng thu được khí không màu hóa nâu trong không khí (sản phẩm khử
duy nhất). Tính thể tích khí thu được ở đktc là:
A. 224 ml B. 448 ml C. 336 ml D. 896 ml
Hướng dẫn giải: Đáp án A
Theo đề bài ta có: nFe3O4 = 0,03 mol;
Phương trình phản ứng hóa học xảy ra: 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 +
NO↑+ 14H2O => nNO = 0,03/3 = 0,01
=> V NO = 0,01.22,4 = 0,224 lít = 224 ml
Câu 3. Dùng 100 tấn quặng Fe3O4 để luyện gang (95% sắt). Tính khối lượng
gang thu được. Cho biết hàm lượng Fe3O4 trong quặng là 80%. Hiệu suất
quá trình phản ứng là 93%. Hướng dẫn giải:
Khối lượng Fe3O4: 100 x 80 / 100 = 80 tấn
Trong 232 tấn Fe3O4 có 168 tấn Fe 80 tấn Fe3O4 có y tấn Fe y = 57,931 (tấn)
Khối lượng Fe để luyện gang : 57,931 x 93/100 = 53,876 tấn
Khối lượng gang thu được : 53,876 x 100 / 95 = 56,712 tấn
Câu 4. Hòa tan hoàn toàn a gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đậm
đặc vừa đủ, có chứa 0,075 mol H2SO4, thu được b gam một muối và có 168
ml khí SO2 (đktc duy nhất thoát ra). Tính giá trị của b.
Hướng dẫn giải: Để giải bài tập này, ta áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
và bảo toàn nguyên tố để tìm ra số mol của oxit sắt và muối thu được.
Ta có phương trình phản ứng: FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Theo đó, số mol H2SO4 dùng để phản ứng hoàn toàn với a gam oxit sắt là: n(H2SO4) = 0,075 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố, số mol oxit sắt tương đương với số mol
muối thu được, vì vậy: n(FeO) = n(muối) = 0,075 mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng: mFeO + mH2SO4 = m(muối) + m(H2O)
Vì H2SO4 được cho đủ nên mH2SO4 = 98 g.
Thể tích khí SO2 thu được ở đktc là: V(SO2) = 168 ml = 0,168 l
Theo định luật Avogadro, số mol khí SO2 thu được là: n(SO2) =
V(SO2)/V(mol) = 0,168/22,4 = 0,0075 mol
Ta suy ra: m(muối) = m(FeO) + m(H2SO4) – m(H2O) = 277,6 g
Vậy giá trị của b là 277,6 gam.
Câu 5. Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam
chất rắn X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào
dung dich HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy
nhất. Giá trị của m là: A. 11,2 gam B. 10,2 gam C. 7,2 gam D. 6,9 gam
Hướng dẫn giải: Đáp án A
Quy hỗn hợp X về 2 chất Fe và Fe2O3:
Hòa tan hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư ta có: Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)2 + 3NO2 + 3H2O 0,1/3 0,1
Số mol nguyên tử Fe trong oxit Fe2O3 là ⇒ nFe= (8,4/56) - (0,1/3) = 0,35/3 → nFe2O3 = 0,35/(3×2)
Vậy mX = mFe + mFe2O3 ⇒ mX = (0,1/3). 56 + (0,35/3). 160 = 11,2 gam.
Document Outline

• Cân bằng phương trình Fe3O4 + H2SO4 → FeSO4 + Fe2(
  • 1. Cân bằng phương trình Fe3O4 + H2SO4 -> FeSO4 +
  • 2. Đặc điểm, tính chất của Fe3O4
  • 3. Một số bài tập vận dụng liên quan