Cân bằng phương trình Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O và bài tập áp dụng
1. Cân bằng phương trình Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O
Phản ứng phân hủy của hidroxit sắt (III) thành oxit sắt (III) và nước là một quá trình quan trọng
trong hoá học. Khi ta áp dụng nhiệt độ cao bằng cách đun nóng hidroxit sắt (III), chúng ta chứng
kiến sự biến đổi động học của hợp chất này. Trong quá trình này, hidroxit sắt (III) chuyển từ trạng
thái ban đầu của nó thành hai sản phẩm chính: oxit sắt (III) và nước.
Cơ chế của phản ứng này xuất phát từ sự tách nước ra khỏi cấu trúc phân tử của hidroxit sắt (III).
Một khi nước được tách ra, ta thu được oxit sắt (III) dưới dạng sản phẩm cuối cùng. Quá trình này
diễn ra trong điều kiện nhiệt độ cao và thường cần một nguồn nhiệt năng bên ngoài để khởi đầu reak reaction.
Phản ứng này không chỉ mang tính quan trọng trong việc sản xuất oxit sắt (III) mà còn giúp chúng
ta hiểu rõ hơn về cơ chế phân hủy của các hợp chất kim loại trong điều kiện cụ thể. Đồng thời,
việc nắm vững quá trình này cũng có thể ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghệ sản xuất và nghiên cứu vật liệu. 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
2. Tính chất hóa học của Fe(OH)3
Sắt hidroxit, hay còn gọi là Fe(OH)3, là một hợp chất quan trọng trong lĩnh vực hoá học và vật lý.
Được tạo ra từ sự kết hợp giữa ion Fe3+ và nhóm OH-, sắt hidroxit tồn tại ở trạng thái rắn và có
màu nâu đỏ đặc trưng. Mặc dù có màu sắc đẹp mắt, nhưng nó lại là một chất rắn không tan trong
nước, điều này có nghĩa là nó không hòa tan hoàn toàn trong nước và không tạo ra ion sắt (III) trong dung dịch nước.
- Sắt hidroxit Fe(OH)3 có khả năng bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao, tạo ra Fe2O3 (oxit sắt III) và
nước theo phản ứng hóa học: 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O. Quá trình này không chỉ gây ra sự
thay đổi màu sắc của sắt hidroxit từ nâu đỏ sang màu đỏ đậm, mà còn giúp chúng ta tách các thành
phần của nó thành sản phẩm riêng biệt.
- Sắt hidroxit Fe(OH)3 cũng tương tác mạnh mẽ với các axit để tạo ra muối sắt (III) và nước. Ví
dụ, phản ứng với axit clohidric (HCl) và axit nitric (HNO3) sẽ tạo ra FeCl3 và Fe(NO3)3, tương ứng, cùng với nước.
- Để điều chế sắt hidroxit Fe(OH)3, ta có thể thực hiện phản ứng giữa ion sắt (III) và ion hydroxide
(OH-) bằng cách cho dung dịch bazơ vào dung dịch muối sắt (III). Phản ứng này diễn ra theo
phương trình hóa học: Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3, tạo thành sắt hidroxit Fe(OH)3 dưới dạng kết
tủa. Ngoài ra, cách khác để điều chế sắt hidroxit Fe(OH)3 là trộn dung dịch muối sắt (III) với dung
dịch bazơ, tạo thành kết tủa sắt hidroxit Fe(OH)3. Ví dụ, phản ứng giữa FeCl3 và NaOH hoặc
Ba(OH)2 sẽ tạo ra kết tủa sắt hidroxit Fe(OH)3, kèm theo tạo thành các muối tương ứng và nước.
Những phản ứng và tính chất của sắt hidroxit Fe(OH)3 là những thông tin quan trọng trong việc
nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực như hoá học, công nghệ, và sản xuất vật liệu.
3. Bài tập vận dụng liên quan phương trình Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O
Câu 1. Bazo nào dưới đây bị nhiệt phân hủy tạo thành oxit và nước A. Ba(OH)2. B. Ca(OH)2. C. KOH. D. Zn(OH)2. Đáp án D
Ba(OH)2, Ca(OH)2, KOH đều là baso tan không bị nhiệt phân hủy
Phương trình phản ứng xảy ra Zn(OH)2 → ZnO + H2O
Câu 2. Tiến hành các thí nghiệm sau:
(a) Cho Cu dư vào dung dịch Fe(NO3)3.
(b) Sục khí CO2 dư vào dung dịch NaOH.
(c) Cho Na2CO3dư vào dung dịch Ca(HCO3)2.
(d) Cho bột Fe dư vào dung dịch FeCl3.
(e) Hòa tan hỗn hợp rắn gồm Na và Al (có cùng số mol) vào lượng nước dư.
(g) Sục khí Cl2 dư vào dung dịch FeCl2.
Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, số thí nghiệm mà dung dịch thu được chỉ chứa một muối tan là A. 4. B. 3. C. 6. D. 5. Đáp án A
(a) Cu + 2Fe(NO3)3 → Cu(NO3)2 + 2Fe(NO3)2
Sau phản ứng thu được 2 muối tan là Cu(NO3)2 và Fe(NO3)2. (b) CO2 + NaOH → NaHCO3
Sau phản ứng thu được 1 muối tan là NaHCO3.
(c) Na2CO3 + Ca(HCO3)2 → CaCO3 + 2NaHCO3
Sau phản ứng thu được 2 muối tan là NaHCO3 và Na2CO3dư. (d) Fedư + 2FeCl3 → 3FeCl2
Sau phản ứng thu được 1 muối tan là FeCl2. (e) Na + H2O → NaOH + 1/2H2
Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2 H2
Sau phản ứng thu được 1 muối tan là NaAlO2.
(g) Cl2 dư + 2FeCl2 → 2FeCl3
Sau phản ứng thu được 1 muối tan là FeCl3.
Vậy có 4 thí nghiệm mà dung dịch thu được chỉ chứa một muối tan là (b), (d), (e) và (g).
Câu 3. Có 4 lọ không nhãn, mỗi lọ đựng một dung dịch không màu sau: KCl, Ba(OH)2, KOH,
K2SO4. Chỉ cần dùng thêm 1 hóa chất nào sau đây để nhận biết các dung dịch trên? A. quỳ tím B. dung dịch HCl C. dung dịch BaCl2 D. dung dịch KOH Đáp án A
Trích mẫu thử ra ống nghiệm khác nhau và đánh số thứ tự tương ứng.
Cho quỳ tím vào mẫu thử từng chất và quan sát, thấy:
Những dung dịch làm quỳ tím đổi màu là: KOH và Ba(OH)2, (nhóm 1).
Những dung dịch không làm quỳ tím đổi màu là: KCl, K2SO4 (nhóm 2).
Để nhận ra từng chất trong mỗi nhóm, ta lấy một chất ở nhóm (1), lần lượt cho vào mỗi chất ở
nhóm (2), nếu có kết tủa xuất hiện thì chất lấy ở nhóm (1) là Ba(OH)2 và chất ở nhóm (2) là
K2SO4. Từ đó nhận ra chất còn lại ở mỗi nhóm.
Phương trình phản ứng hóa học:
Ba(OH)2 + K2SO4→ BaSO4 + KOH
Câu 4. Cho các thí nghiệm sau
(a) Cho dung dịch AgNO3 vào dung dịch HCl
(b) Cho Al2O3 vào dung dịch HCl loãng dư
(c) Cho Cu vào dung dịch HCl đặc nóng dư
(d) Cho Ba(OH)2 vào dung dịch KHCO3
Số thí nghiệm thu được chất rắn là A. 4 B. 2 C. 5 D. 3 Đáp án C (a) đúng tạo AgCl
(b) sai vì Al2O3 tan hết trong HCl
(c) đúng vì Cu không tác dụng với HCl nên còn nguyên sau phản ứng
(d) đúng do tạo kết tủa BaCO3 : Ba(OH)2 + KHCO3 → BaCO3 + KOH + H2O
Vậy có 3 thí nghiệm thu được chất rắn sau phản ứng.
Câu 5. Trong phòng thí nghiệm, tiến hành điều chế H2 bằng cách cho Zn vào dung dịch HCl loãng.
Khí H2 sẽ thoát ra nhanh hơn nếu thêm vào hệ phản ứng vài giọt dung dịch nào sau đây? A. CuCl2 B. NaCl C. MgCl2 D. AlCl3 Đáp án A
Để phản ứng xảy ra nhanh hơn người ta thêm CuCl2 vào vì CuCl2 + Zn → Cu + ZnCl2
→ tạo ra 2 kim loại là Zn và Cu → tạo ra hiện tượng điện hóa học khi 2 kim loại này cũng tác dụng với dung dịch H+ →Zn phản ứng với H+ nhanh hơn Đáp án cần chọn là: A
Câu 6. Hoà tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 31,5 gam HNO3, thu
được 0,784 lít NO2 (đktc). Dung dịch thu được cho tác dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch NaOH
2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu được 4,88 gam chất rắn X. Nồng độ %
của dung dịch HNO3 có giá trị là: A. 47,2%. B. 46,2%. C. 46,6%. D. 44,2%. Đáp án B Chất rắn X là Fe2O3
=> nFe2O3 = 4,88/160 = 0,0305 mol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe
=> nFe(OH)3= 2 nFe2O3 = 0.0305. 2 = 0,244 mol
Gọi số mol của Fe3O4, FeS2 lần lượt là x, y (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe
=> 3.nFe3O4 + nFeS2 = nFe(OH)3 => 3x + y = 0,122 (1)
Áp dụng định luật bảo toàn electron
=> nFe3O4 + 15 . nFeS2 = nNO2 => x + 15y = 0,035 (2) Từ (1) và (2) => x = 0,02; y = 0,002
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na
=> nNaOH = nNaNO3 + 2.nNa2SO4 (3)
nNa2SO4 = 2 . nFeS2= 0,001 . 2 = 0,002 mol (4)
=> nNaNO3 = 0,02 – 0,002 . 2 = 0,196 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là:
nHNO3 = nNaNO3 + nNO2 = 0,196 + 0,35 = 0,231 (mol)
=> C% HNO3 = (0,231 . 31,5):31,5. 100% = 46,2%
Câu 7. Khử m gam Fe3O4 bằng khí H2 thu được hổn hợp X gồm Fe và FeO, hỗn hợp X tác dụng
vừa hết với 1,5 lít dung dịch H2SO4 0,2M (loãng). Giá trị của m là A. 46,4 gam. B. 23,2 gam. C. 11,6 gam. D. 34,8 gam. Đáp án B
Theo bài ra, xác định được sau phản ứng chỉ thu được FeSO4
→ nFeSO4= nSO42- = naxit = 0,3 mol.
Bảo toàn nguyên tố Fe → nFe3O4 = 0,3 : 3 = 0,1 mol → m = 0,1.232 = 23,2 gam.