Fe3O4 +H2SO4 đặc → Fe2(SO4)3 + H2O + SO2↑ | Fe3O4 ra Fe2(SO4)3 | Fe3O4 ra SO2 | H2SO4 ra Fe2(SO4)3

Phản ứng Fe3O4 +H2SO4_đặc → Fe2(SO4)3 + H2O + SO2

1. Phương trình phản ứng Fe₃O₄ tác dụng với H₂SO₄ đặc

2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄ → 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 10H₂O

2. Cân bằng phản ứng Fe₃O₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

${\stackrel{+\frac{8}{3}}{Fe}}_3{O}_4 +H_2\stackrel{+6}{S}{O}_4 \to {\stackrel{+3}{Fe}}_2{\left(S{O}_4\right)}_3 +\stackrel{+4}{S}{O}_2 +H_{2}O$

$\begin{array}{c}2\times \\ 1\times \end{array}\left|\begin{array}{l}3\stackrel{+\frac{8}{3}}{Fe}\to 3\stackrel{+3}{Fe}+1e\\ \stackrel{+6}{S}+2e\to \stackrel{+4}{S}\end{array}\right.$

Phương trình hóa học: 2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄ → 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 10H₂O

3. Điều kiện phản ứng Fe₃O₄ ra Fe₂(SO₄)₃

Phản ứng xảy ra ngay ở điều kiện thường.

4. Bản chất của các chất tham gia phản ứng

4.1 Bản chất của Fe3O4

Fe3O4 có tính oxit bazơ và tác dụng với dung dịch axit như HCl và H2SO4 loãng để tạo ra hỗn hợp muối sắt (II) và sắt (III).

4.2 Bản chất của H2SO4

H2SO4 tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối mới và nước.

5. Tính chất hóa học của Fe3O4

Định nghĩa: Là hỗn hợp của hai oxit FeO, Fe2O3. Có nhiều trong quặng manhetit, có từ tính.

Công thức phân tử Fe3O4

5.1 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

5.2 Tính khử

Fe3O4 là chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh:

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

5.3 Tính oxi hóa

Fe3O4 là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao như: H2, CO, Al:

Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O

Fe3O4+ 4CO 3Fe + 4CO2

3Fe3O4 + 8Al 4Al2O3 + 9Fe

5.4. Ứng dụng

- Quặng manhetit có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong ngành luyện gang, thép.

- Fe3O4 hạt nano được dùng để dánh dấu tế bào và xử lí nước bị nhiểm bẩn.

5.5. Điều chế

- Trong tự nhiên oxit sát từ là thành phần quặng manhetit.

- Đốt cháy sắt trong oxi không khí thu được oxit sắt từ.

3Fe + 2O2 → Fe3O4

- Nung nóng Fe trong nước dạng hơi ở nhiệt độ < 570độC

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

6. Tính chất của H₂SO₄ đặc

6.1 Tính oxi hóa mạnh

+ Axit sunfuric đặc oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo muối hoá trị cao và thường giải phóng SO₂ (có thể H₂S, S nếu kim loại khử mạnh như Mg).

2Fe + 6H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Cu + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Chú ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H₂SO₄ đặc, nguội.

+ Tác dụng với nhiều phi kim:

C + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ 3SO₂ + 2H₂O

+ Tác dụng với nhiều hợp chất có tính khử:

2FeO + 4H₂SO₄ $\stackrel{t^o}{\to }$ Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 4H₂O

2KBr + 2H₂SO_{4 $\stackrel{t^o}{\to }$} Br₂ + SO₂ + 2H₂O + K₂SO₄

6.2 H₂SO₄ đặc có tính háo nước

Axit sunfuric đặc chiếm nước kết tinh của nhiều muối ngậm nước, hoặc chiếm các nguyên tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất.

Ví dụ:

Khi cho axit H₂SO₄ đặc vào đường, đường sẽ hóa thành than.

C₁₂H₂₂O₁₁ $\stackrel{H_{2}S{O}_4đ}{\to }$12C + 11H₂O

Sau đó một phần C sinh ra lại bị H₂SO₄ đặc oxi hóa:

C + 2H₂SO_{4 (đặc)} → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

7. Hiện tượng hóa học

Khi cho Fe₃O₄ tác dụng với dung dịch axit H₂SO₄ đặc sản phẩm sinh ra muối sắt(III) sunfat và có khí mùi hắc lưu huỳnh đioxit thoát ra.

8. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1. Cho các chất Cu, Fe, Ag và các dung dịch HCl, CuSO₄, FeCl₂, FeCl₃. Số cặp chất có phản ứng với nhau là:

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Cu tác dụng với FeCl₃

Cu + 2 FeCl₃ → CuCl₂ + 2 FeCl₂

Fe tác dụng với dung dịch HCl, CuSO₄, FeCl₃

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

CuSO₄ + Fe→ Cu + FeSO₄

Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂

Ag không tác dụng với dung dịch nào.

Câu 2. Dung dịch nào dưới đây phản ứng với Fe tạo thành hợp chất F e(II)?

A. H₂SO₄

B. dung dịch HNO₃ loãng

C. dung dịch AgNO₃ dư

D. dung dịch HCl đặc

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Phương trình phản ứng minh họa

Fe + H₂SO_{4 loãng} → FeSO₄ + H₂

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ dư → Fe(NO₃)₃ + Ag

Fe + 2HCl đặc → FeCl₂ + H₂

Câu 3. Dãy kim loại nào dưới đây tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng?

A. Al, Mg, Cu

B. Fe, Mg, Ag

C. Al, Fe, Mg

D. Al, Fe, Au

Hướng dẫn giải

Đáp án C

A loại vì Cu không tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng

B Loại vì Ag không tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng

D Loại vì Au không tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng

Phương trình phản ứng minh họa

2Al + 3H₂SO₄ loãng → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Fe + H₂SO₄ loãng → FeSO₄ + H₂

Mg + H₂SO₄ loãng → MgSO₄ + H₂

Câu 4. Cho phương trình phản ứng hóa học sau:

Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

Tổng hệ số cân bằng tối giản của phương trình trên là:

A. 17

B. 18

C. 19

D. 20

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Cân bằng phương trình phản ứng

2Al + 6H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Tổng hệ số cân bằng tối giản của phương trình trên là: 18

Câu 5. Cho mẩu Cu vào dung dịch FeCl₃. Hiện tượng xảy ra là:

A. Kim loại Fe màu trắng bám vào Cu, dung dịch chuyển sang màu xanh.

B. Đồng tan ra, sủi bọt khí không màu và kết tủa màu trắng.

C. Không hiện tượng, vì phản ứng không xảy ra.

D. Đồng tan ra, dung dịch từ màu đỏ nâu chuyển sang màu xanh.

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Phản ứng hóa học xảy ra khi cho mẩu Cu vào dung dịch FeCl₃:

Cu + 2FeCl₃ → CuCl₂ + FeCl₂

nâu đỏ xanh

⟹ Đồng tan ra, dung dịch từ màu nâu đỏ chuyển sang màu xanh.

Câu 6. Tiến hành các thí nhiệm:

(1) Nhúng thanh Cu vào dung dịch FeCl₃;

(2) Nhúng thanh Al dư vào dung dịch FeCl₃;

(3) Nhúng thanh hợp kim Al-Cu vào dung dịch HCl;

(4) Nhúng thanh Ag vào dung dịch H₂SO₄ loãng;

(5) Nhúng thanh hợp kim Zn-Fe vào dung dịch Na₂SO₄

Số trường hợp xuất hiện ăn mòn điện hoá là

A. 4

B. 3

C. 2

D. 1

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Câu 7. Có các nguyên liệu:

(1). Quặng sắt.

(2). Quặng Cromit.

(3). Quặng Boxit.

(4). Than cốc.

(5). Than đá.

(6). CaCO₃.

(7). SiO₂.

Những nguyên liệu dùng để luyện gang là:

A. (1), (3), (4), (5).

B. (1), (4), (7).

C. (1), (3), (5), (7).

D. (1), (4), (6), (7).

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Nguyên liệu dùng để luyện ngang là quặng sắt có chưa 30-95% oxi sắt, không chứa hoặc chứa rất ít S,P

Than cốc(không có trong tự nhiên,phải điều chế từ than mỡ) có vai trò cung cấp nhiệt khi cháy, tạo ra chất khử là CO và tạo thành gang

Chất chảy CaCO₃ ở nhiệt độ cao bị phân hủy thành CaO, sao đó hóa hợp với SiO₂ là chất khó nóng cháy có trong quặng sắt thành xỉ silicat dễ nóng chảy, có khối lượng riêng nhỉ nổi lên trên gang

Câu 8. Nhận định nào không đúng về khả năng phản ứng của sắt với nước?

A. Ở nhiệt độ cao (nhỏ hơn 570^oC), sắt tác dụng với nước tạo ra Fe₃O₄ và H₂.

B. Ở nhiệt độ lớn hơn 1000oC, sắt tác dụng với nước tạo ra Fe(OH)₃.

C. Ở nhiệt độ lớn hơn 570^oC, sắt tác dụng với nước tạo ra FeO và H₂.

D. Ở nhiệt độ thường, sắt không tác dụng với nước.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Ở nhiệt độ thường, sắt không tác dụng với nước.

Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂(t^o < 570^oC)

Fe + H₂O → FeO + H₂ (t^o > 570^oC)

→ Ở nhiệt độ lớn hơn 1000^oC, sắt tác dụng với H₂O tạo ra FeO

Câu 9. Cho ít bột Fe vào dung dịch AgNO₃ dư. Kết thúc phản ứng được dung dịch X. Dung dịch X gồm muối :

A. Fe(NO₃)₂

B. Fe(NO₃)₂; AgNO₃

C. Fe(NO₃)₃; AgNO₃

D. Fe(NO₃)₂; Fe(NO₃)₃

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Cho một ít bột Fe vào AgNO₃dư:

Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag↓

Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ dư → Fe(NO₃)₃ + Ag↓

→ Dung dịch X gồm Fe(NO₃)₃, AgNO₃

Câu 10. Tiến hành các thí nghiệm sau:

(a) FeO tác dụng với dung dịch HNO₃

(b) Fe(NO₃)₂ tác dụng với dung dịch HCl

(c) FeCO₃ tác dụng với dung dịch H₂SO₄

(d) K tác dụng với dung dịch Fe₂(SO₄)₃

(e) Ba tác dụng với dung dịch FeCl₂

Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, số thí nghiệm tạo ra chất khí là?

A. 2

B. 3

C. 5

D. 4

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Xét sản phẩm của từng phản ứng => Số phương trình thỏa mãn đề bài

(a) 3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O

(b) 3Fe²⁺ + 4H+ + NO₃- → 3Fe³⁺ + NO + 2H₂O

(c) FeCO₃ + H₂SO₄ → FeSO₄ + CO₂ + H₂O

(d) K + H₂O → KOH + H₂

6KOH + Fe₂(SO₄)₃ → 2Fe(OH)₃ + 3K₂SO₄

(e) Ba + H₂O → Ba(OH)₂ + H₂

Ba(OH)₂ + FeCl₂→ BaCl₂ + Fe(OH)₂

→ Số thí nghiệm sinh ra chất khí là: 5

Câu 11. Cho sơ đồ chuyển hóa:

Fe → FeCl₃ → Fe(OH)₃ (mỗi mũi tên ứng với một phản ứng). Hai chất X, Y lần lượt là

A. HCl, NaOH

B. HCl, Al(OH)3

C. KCl, Cu(OH)₂

D. Cl₂, KOH

Hướng dẫn giải

Đáp án D

Ta có phương trình phản ứng:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

FeCl₃+ 3KOH → Fe(OH)₃ + 3KCl

Câu 12. Cặp dung dịch nào sau đây phản ứng với nhau tạo ra chất khí?

A. NH₄Cl và AgNO₃.

B. NaOH và H₂SO4.

C. Ba(OH)₂ và NH₄Cl.

D. Na₂CO₃ và KOH.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

A. NH₄Cl + AgNO₃→ AgCl ↓ + NH₄NO₃

B. 2NaOH + H₂SO₄→ Na₂SO₄ + 2H₂O

C. Ba(OH)₂+ 2NH₄Cl → BaCl₂ + 2NH₃ ↑ + 2H₂O

D. Na₂CO₃không phản ứng với KOH

Câu 13. Dãy gồm các chất đều phản ứng được với Fe(NO₃)₂ là:

A. NaOH, Mg, KCl, H₂SO₄.

B. AgNO₃, Br₂, NH₃, HCl.

C. AgNO₃, NaOH, Cu, FeCl₃

D. KCl, Br₂, NH₃, Zn.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

A. Loại KCl không pư

B. Thỏa mãn

AgNO₃+ Fe(NO₃)₂→ Fe(NO₃)₃ + Ag↓

3Br₂ + 3Fe(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₃ + 2FeBr₃

2NH₃ + 2H₂O + Fe(NO₃)₂ → Fe(OH)₂ + 2NH₄NO₃

12HCl + 9Fe(NO₃)₂→ 5Fe(NO₃)₃ + 4FeCl₃ + 3NO + 6H₂O

C. Loại Cu, FeCl₃

D. Loại KCl

Câu 14. Để phân biệt các dung dịch loãng: HCl, HNO₃, H₂SO₄ có thể dùng thuốc thử nào sau đây?

A. Dung dịch Ba(OH)₂ và bột Cu kim loại

B. Kim loại sắt và đồng

C. Dung dịch Ca(OH)₂

D. Kim loại nhôm và sắt

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Để nhận biết 3 axit HCl, HNO₃, H₂SO₄ ta dùng BaCl₂ và Cu vì

BaCl₂ giúp nhận ra H₂SO₄ do chỉ tạo kết tủa trắng với chất này

Cu nhận ra HCl vì không xảy ra phản ứng, còn HNO₃ tạo ra khí không màu hóa nâu trong không khí

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Câu 15. Cho 2,24 gam Fe tác dụng với oxi, thu được 3,04 gam hỗn hợp X gồm 2 oxit. Để hoà tan hết X cần thể tích dung dịch HCl 1M là

A. 25 ml.

B. 50 ml.

C. 100 ml.

D. 150 ml.

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Áp dụng bảo toàn nguyên tố ta có:

n_H = 2n_O = $\frac{2.\left(\mathrm{3,04}-\mathrm{2,24}\right)}{16}$= 0,1 mol

Thể tích dung dịch HCl 1M là

V = $\frac{\mathrm{0,1.1000}}{2}$ = 50 ml

Câu 16. Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO₂ và NO có V_X= 17,92 lít (đktc) và tỉ khối đối với O₂ bằng 2,625. Thành phần phần trăm theo thể tích của NO, NO₂ và khối lượng m của Fe đã dùng là

A. 25% và 75%; 2,24 gam.

B. 25% và 75%; 22,4 gam.

C. 35% và 65%; 22,4 gam.

D. 45% và 55%; 2,24 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Gọi số mol NO₂ và NO lần lượt là a, b

Ta có hệ phương trình:

a + b = 0,8

46a + 30b = 0,8.(2,625.32)

=> a = 0,6 và b = 0,2

%V_NO2 = 75% ;

%V_NO = 25%

N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴ (NO₂)

0,6 ← 0,6

N⁺⁵ + 3e → N⁺² (NO)

0,6 ← 0,2

Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e

0,1 ← 0,3

=> m_Fe = 0,4.56 = 22,4 gam

Câu 17. Hỗn hợp A gồm FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe₂O₃). Hòa tan 4,64 gam A trong dung dịch H₂SO₄ loãng dư được 200 ml dung dịch X . Tính thể tích dung dịch KMnO₄ 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X?

A. 0,1 lít

B. 0,12 lít

C. 0,2 lít

D. 0,24 lít

Hướng dẫn giải

Đáp án C

Vì số mol của FeO bằng số mol của Fe₂O₃ nên ta coi hỗn hợp là Fe₃O₄

Ta có phương trình hóa học

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄→ FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ +4H₂O

0,02 → 0,02

Trong 100 ml X sẽ có 0,01 mol FeSO₄ nên:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄+ 2MnSO₄ + 8H₂O

→$n_{KMn{O}_4}$ = 0,02 mol → $V_{KMn{O}_4}$ = $\frac{\mathrm{0,02}}{\mathrm{0,1}}$= 0,2 lit

Câu 18. Nung hỗn hợp gồm 0,3 mol Fe và 0,2 mol S cho đến khi kết thúc phản ứng thu được chất rắn A. Cho A tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được khí B. Tỉ khối của B so với không khí là:

A. 0,8045

B. 0,7560

C. 0,7320

D. 0,9800

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Ta có: Số mol của n_{Fe phả ứng} = n_S = 0,2 mol

X gồm: Fe (dư 0,1) và FeS (0,2)

→ Khí: H₂ (0,1) và H₂S: 0,2

→ M_Y = (0,1. 2 + 0,2. 34) : 0,3 = $\frac{70}{3}$→ d_{(Y/ kk)} = ($\frac{70}{3}$) : 29 = 0,8046

Câu 19. Hòa tan hết m gam Fe bằng 400ml dung dịch HNO₃ 1M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch chứa 26,44 gam chất tan và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là:

A. 7,84

B. 6,12

C. 5,60

D. 12,24

Hướng dẫn giải

Đáp án A

$n_{HN{O}_3}$ = 0,4 mol ⇒$n_{HN{O}_3}$= 0,4.63 = 25,2 gam

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O (1)

Phản ứng (1) xảy ra, khối lượng chất tan giảm đi, mà theo đề bài, khối lượng chất tan là 26,44 gam > 25,2 gam nên xảy ra phản ứng hoà tan Fe dư

2Fe³⁺ + Fe → 3Fe²⁺ (2)

⇒ phản ứng (1) xảy ra hoàn toàn,

⇒ m_Fe(1) = 5,6 gam ⇒ m_Fe(2) = 26,44 – 0,1.242 = 2,24 gam

m_Fe = 5,6 + 2,24 = 7,84 gam

Câu 20. Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO₃ 2M và Cu(NO₃)₂ 1M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là

A. 24,8

B. 32

C. 21,6

D. 12,24

Hướng dẫn giải

Đáp án A

n_Fe = 0,15 mol; $n_{AgN{O}_3}$= 0,2mol; $n_{Cu{\left(N{O}_3\right)}_2}$ = 0,1 mol

Nhận xét: 2n_Fe> n_Ag => không xảy ra phản ứng Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺ => Fe tạo muối Fe²⁺

n_e Fe cho tối đa = 0,15.2 = 0,3 mol

n_e Ag+ nhận tối đa = 0,2 mol

n_e Cu²⁺ nhận tối đa = 0,1.2 = 0,2 mol

Ta thấy : 0,2 < n_e Fe cho tối đa < 0,2 + 0,2

=> Ag+ phản ứng hết, Cu²⁺ phản ứng 1 phần

=> n_e Cu²⁺ nhận tạo Cu = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol => n_Cu = 0,05 mol

=> m = m_Ag + m_Cu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam

Câu 21. Hòa tan hoàn toàn a gam một oxit sắt bằng dung dịch H₂SO₄đậm 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). Giá trị của b là

A. 8.

B. 9.

C. 16.

D. 12.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Ta có: $n_{S{O}_2}$= 0,0075 mol

$n_{S{O_4}^{2-}}$= $n_{H_{2}S{O}_4}$$n_{S{O}_2}$= 0,0675 mol

Sau phản ứng muối thu được là:

Fe₂(SO₄)₃ = x mol → 3x (mol) SO₄^(2-).

=> x = 0,0675/3 = 0,0225 mol => b = 9 gam