Phản ứng Fe3O4 + CO → FeO + CO2
1. Phương trình phản ứng Fe3O4 và CO
Fe3O4 + CO 
3FeO + CO2 ↑
2. Điều kiện phản ứng xảy ra giữa CO và Fe3O4
Nhiệt độ: 500 – 600oC
Đây cũng là một trong các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang.
3. Bản chất của các chất tham gia phản ứng
3.1. Bản chất của Fe3O4 (Oxit sắt từ)
– Trong phản ứng trên Fe3O4 là chất oxi hoá.
– Fe3O4 là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao như: H2, CO, Al, …
3.2. Bản chất của CO (Cacbon oxit)
– Trong phản ứng trên CO là chất khử.
– CO khử oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hoá học của kim loại với điều kiện nhiệt độ cao.
4. Tính chất của sắt từ (Fe3O4)
Định nghĩa: Là hỗn hợp của hai oxit FeO, Fe2O3. Có nhiều trong quặng manhetit, có từ tính.
Công thức phân tử Fe3O4
4.1. Tính chất vật lí
Là chất rắn, màu đen, không tan trong nước và có từ tính.
4.2. Tính chất hóa học
- 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
2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O
- 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
4.3. Ứng dụng của Fe3O4
– 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. Tính chất của CO
5.1. Tính chất vật lí
CO là chất khí không màu, không mùi, ít tan trong nước, hơi nhẹ hơn không khí (dCO/kk = 28/29), rất độc.
5.2. Tính chất hóa học
a) CO là oxit trung tính
Ở điều kiện thường CO không phản ứng với nước, axit, bazơ.
b) CO là chất khử
Ở nhiệt độ cao, CO khử được nhiều oxit kim loại
CO + CuO → CO2 + Cu
2CO + Fe3O4 → 3Fe + 2CO2
2CO + O2 → 2CO2
6. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Trong lò cao, sắt oxit có thể bị khử theo 3 phản ứng:
3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 (1)
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 (2)
FeO + CO → Fe + CO2 (3)
Ở nhiệt độ khoảng 700- 800oC, thì có thể xảy ra phản ứng
A. (1).
B. (2).
C. (3).
D. cả (1), (2) và (3).
Lời giải:
Câu 2. Trong các loại quặng sắt, quặng chứa hàm lượng % Fe lớn nhất là
A. Hematit đỏ
B. Hematit nâu
C. Manhetit
D. Xiđerit
Lời giải:
Câu 3. Khử hết m gam Fe3O4 bằng khí CO thu được hỗn hợp A gồm Fe và FeO. A tan vừa đủ trong 0,3 lít dung dịch H2SO4 1M cho ra 4,48 lít khí (đktc). Thể tích khí CO (đktc) đã phản ứng là? (Fe = 56, O=16)
A. 4,48 lít
B. 8,96 lít
C. 6,72 lít
D. 2,24 lít
Lời giải:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
=> nFe = nH2 = 0,2 mol
=> nFeO = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol
Bảo toàn Fe: nFe + nFeO = 3nFe3O4
=> nFe3O4 = 0,1 mol
Bảo toàn O:
4nFe3O4+ nCO = 2nCO2 + nFeO
Vì nCO = nCO2
=> nCO = 4.0,1 – 0,1 = 0,3 mol
=> V = 6,72 lít
Câu 4. Quặng sắt nào dưới đây có thể dùng để điều chế axit sunfuric?
A. xiđerit
B. hematit
C. manhetit
D. pirit
Lời giải:
Câu 5. Thổi khí CO vào lò luyện thép phản ứng hóa học không xảy ra là:
A. O2 + Fe → 2FeO
B. C + O2 → CO2
C. FeO+ CO → Fe + CO2
D. FeO + Mn → Fe + MnO
Lời giải:
Câu 6. Dãy các chất và dung dịch nào sau đây khi lấy dư có thể oxi hoá Fe thành Fe (III)?
A. HCl, HNO3 đặc nóng, H2SO4 đặc nóng
B. HCl, HNO3 loãng, H2SO4 đặc nguội
C. Cl2, H2SO4 đặc nóng, HCl đặc
D. Cl2, AgNO3, HNO3 loãng
Lời giải:
Câu 7. Những kim lọai nào sau đây đẩy được sắt ra khỏi dung dịch sắt (II) sunfat và bạc ra khỏi bạc Nitrat :
A. K, Mg, Zn
B. Mg, Zn, Al
C. Al, Cu, Ag
D. Fe, Zn, Pb
Lời giải:
Câu 8. Ngâm một cây đinh sắt sạch vào dung dịch bạc nitrat. Hiện tượng xảy ra là:
A. Không xuất hiện, hiện tượng gì cả.
B. Ag được giải phóng, nhưng Fe không biến đổi.
C. Không có chất nào sinh ra, chỉ có Fe bị hoà tan.
D. Fe bị hoà tan một phần, Ag được giải phóng.
Lời giải:
Ngâm một cây đinh sắt sạch vào dung dịch bạc nitrat xảy ra phản ứng:
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag↓
=> Hiện tượng xảy ra là: sắt bị hòa tan một phần, bạc được giải phóng.
Câu 9. Cho 5,68 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 0,672 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) (ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:
A. 38,72
B. 35,50
C. 19,36
D. 34,36
Lời giải:
Cách 1.
Quy đổi hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 thành Fe và Fe2O3.
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
0,03 → 0,03 → 0,03
⇒ nFe2O3 = 5,68-0,03.56160 = 0,025 mol
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
0,025 → 0,05
Vậy muối = (0,05 + 0,03). 242 = 19,36 (g)
*Cách 2:
Xem hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 chỉ gồm 2 nguyên tố Fe và O
Ta có sơ đồ: Fe: a mol; Fe(NO3)3: a mol
O: b mol
Ta có 56x + 16y = 5,68 (1)
Quá trình nhường electron:
Fe0 – 3e → Fe+3
a → 3a
Quá trình nhận electron:
O+0 + 2e → O-2
b → 2b
N+5 + 3e → N+2
0,09 0,03
Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có: 3a = 2b + 0,09 (2)
Từ (1) và (2) → x = 0,09 mol và y = 0,075 mol
⇒ mFe(NO3)3 = 0,08. 242 = 19,36 (g)
Câu 10. Nung nóng 25,2 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư), thu được 8,4 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính m?
A. 15 gam
B. 30 gam
C. 18 gam
D. 24 gam
Lời giải:
Ta có, nFe = 0,45 mol và nSO2 = 0,375 mol
Quy hỗn hỗn hợp X về 2 nguyên tố Fe và O
Quá trình nhường: Fe0 → Fe+3 + 3e
Quá trình nhận e: O0 + 2e → O-2
S+6 + 2e → S+4
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:
1,35 = 2x + 0, 75→ x = 0,3
Mặt khác ta có: nên: m = 25,2 + 0,3. 16 = 30 (gam).
Xem thêm các phương trình hóa học khác:
Fe3O4 + H2 → Fe + H2O
Fe3O4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O
Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O
FeSO4 + NaOH → Fe(OH)2 + Na2SO4
Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết tại Giải Bài Tập. Mời các bạn cùng xem các nội dung giải trí học tập và các kiến thức thú vị khác tại đây.
