Phương trình phản ứng hoá học: Fe3O4 + H2 → Fe + H2O

1. Phương trình phản ứng Fe₃O₄ ra Fe:

Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O

– Điều kiện phản ứng xảy ra: Nhiệt độ

– Hiện tượng nhận biết phản ứng: Sắt từ oxit bị H₂ khử tạo thành Fe màu trắng xám

– Phản ứng oxi hoá khử

– Trong đó: Fe₃O₄ là chất oxi hoá; H₂ là chất khử.

2. Tìm hiểu về Hidro:

2.1. Hidro là gì:

Hidro là nguyên tố phi kim, có ký hiệu hóa học là H, số hiệu nguyên tử là 1. Đây là nguyên tố nhẹ nhất, tồn tại ở thể khí với nguyên tử khối bằng 1.

Trong vũ trụ, Hidro là nguyên tố phổ biến. Nguyên tử này góp phần tạo nên 75% tổng khối lượng vũ trụ và trên 90% tổng số nguyên tử. Hidro thường tồn tại ở dạng nguyên tử, trong tầng cao của khí quyển Trái Đất. Với lớp vỏ chỉ có 1 electron nên Hidro được biết đến là nguyên tử đơn giản nhất.

Công thức hóa học của Hidro là H₂.

2.2. Tính chất vật lí và tính chất hóa học của Hidro:

Thứ nhất, tính chất vật lí:

Hydrogen (H2) là một chất khí không màu, không mùi, và không có vị.

Dưới điều kiện tiêu chuẩn (25°C và 1 atm), nó tồn tại dưới dạng khí, nhưng có thể trở thành chất lỏng hoặc rắn ở nhiệt độ và áp suất cụ thể.

H2 có tỷ trọng rất nhẹ, chỉ khoảng 1/14 của không khí, nên nó có khả năng bay lên không. Nó là chất khí rất dễ cháy và nổ, nên cần đề phòng khi làm việc với nó.

Điểm sôi của H2 là -252,87°C và điểm đông là -259,16°C. Điều này cho thấy rằng H2 có độ lạnh rất thấp, và việc làm lạnh nhanh chóng có thể làm cho nó trở thành chất lỏng hoặc rắn.

H2 không phản ứng với hầu hết các chất khác ở điều kiện thông thường, nhưng nó có thể tạo thành hợp chất với một số nguyên tố và phân tử khác, chẳng hạn như oxi để tạo thành nước (H2O).

Thứ hai, tính chất hóa học:

– Phản ứng với kim loại: Hidro là phi kim có tính khử. Ở những nhiệt độ thích hợp, nó kết hợp được với oxi, oxit kim loại. Đó là những phản ứng hoá học của Hidro khá đặc trưng. Các phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt.

– Hidro tác dụng với oxi: Hidro phản ứng oxi ở nhiệt độ thích hợp theo phương trình hóa học: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Hỗn hợp H₂ và O₂ là hổn hợp nổ. Hỗn hợp nổ mạnh nhất khi tỉ lệ H₂:O₂ là 2:1 về thể tích.

– Hidro phản ứng với đồng oxit ở nhiệt độ khoảng 400 °C theo phương trình hóa học: H₂ + CuO → Cu+ H₂O. Trong phương trình hóa học trên, Hidro đã chiếm chỗ của oxi trong CuO. Ta nói Hidro có tính khử.

2.3. Điều chế Hidro (H2):

Điều chế H2 (hidro) có thể được thực hiện thông qua phản ứng giữa kim loại và axit hoặc phản ứng điện phân nước.

– H2 được tạo ra khi kim loại tương tác với axit. Ví dụ, phản ứng giữa kim loại kẽm (Zn) và axit HCl: Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

– H2 có thể được điện phân từ nước trong một thiết bị điện phân. Khi dòng điện đi qua nước, phân tử nước (H2O) phân ly thành hidro (H2) và oxi (O2): 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Lưu ý rằng điều chế H2 yêu cầu các biện pháp an toàn và kiến thức về quy trình hóa học. Cần phải thực hiện trong một môi trường có sự giám sát và kiểm soát từ các chuyên gia hoặc người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

2.4. Ứng dụng của Hidro (H2): 

H2 là một loại chất khí không màu, không mùi, không độc và không cháy. Vì tính chất đặc biệt này, H2 có nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và các ngành công nghiệp, bao gồm:

Năng lượng: H2 có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng sạch và tái tạo trong các ứng dụng như phản ứng nhiệt hạch, pin nhiên liệu, nhiên liệu xe hơi chạy bằng nhiên liệu hydro, và tạo ra nhiệt và điện từ năng lượng mặt trời.

– Ngành công nghiệp hóa chất: H2 được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm hóa chất như amoniac, metanol, etanol và các chất có liên quan.

– Ngành công nghiệp điện tử: H2 được sử dụng trong sản xuất bán dẫn, xử lý bề mặt và vệ sinh các thiết bị điện tử.

– Chế biến thực phẩm: Trong ngành công nghiệp thực phẩm, H2 được sử dụng để chế biến, đun nấu, tạo cấu trúc và bảo quản các sản phẩm thực phẩm.

– Trong y tế: H2 có khả năng làm giảm stress oxi hóa trong cơ thể, giúp ngăn chặn các tác động tiêu cực của các gốc tự do. Điều này có thể giúp ngăn ngừa và điều trị các bệnh liên quan đến sự oxi hóa, chẳng hạn như viêm nhiễm, bệnh tim mạch và ung thư.

3. Tìm hiểu về Fe3O4:

3.1. Fe3O4 được hiểu là gì:

Fe3O4 là công thức hóa học của oxit sắt(,III) hay còn được gọi là magnetit. Magnetit là một khoáng chất tự nhiên có màu đen, có tính từ và từ trường mạnh, được sử dụng trong việc sản xuất từ trường, nam châm và các ứng dụng điện tử. Ngoài ra, magnetit cũng được sử dụng trong công nghiệp xi măng, sơn và các sản phẩm chống ăn mòn. Là hỗn hợp của hai oxit FeO, Fe₂O₃. Có nhiều trong quặng manhetit, có từ tính.

Công thức phân tử: Fe₃O₄

3.2. Tính chất vật lí và tính chất hóa học:

– Là chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước và có từ tính.

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

– 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

3 Fe₃O₄ + 8Al   4Al₂O₃ + 9Fe

3.3. Điều chế Fe₃O_4:

– 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

3.4. Ứng dụng của Fe3O4:

– Công nghệ điện tử: Fe3O4 được sử dụng làm chất liệu trong việc sản xuất các thiết bị điện tử như cảm biến, bộ nhớ và các linh kiện vi điều khiển.

– Vật liệu nam châm: Với tính chất từ tính mạnh, Fe3O4 được sử dụng để sản xuất nam châm dùng trong các ứng dụng công nghiệp và y tế.

– Tạo ảnh từ: Fe3O4 được sử dụng trong các phương pháp hình ảnh y tế như hình ảnh từ cộng hưởng (MRI) để tạo ra hình ảnh cơ thể.

– Xử lý nước: Fe3O4 có khả năng hấp thụ và loại bỏ các chất hữu cơ và hợp chất kim loại nặng khỏi nước, làm cho nó phù hợp cho quá trình xử lý nước.

– Công nghệ điện tử mô phỏng: Fe3O4 có thể được sử dụng trong các mô phỏng điện tử để tạo ra môi trường tính toán và mô phỏng hệ

4. Bài tập vận dụng và lời giải:

Câu 1  Sắt tác dụng với H₂O ở nhiệt độ cao hom 570 °C thì tạo ra H₂và sản phẩm rắn là:

A. FeO.

B. Fe₃O₄.

C. Fe₂O₃.

D. Fe(OH)₂.

Hướng dẫn giải

Fe tác dụng H₂O ở t° > 570°C sẽ tạo FeO

t° < 570°C sẽ tạo Fe₃O₄

Đáp án là : A

Câu 2 Cho các kim loại sau: Al; Zn ; Fe; Cu; Pb. Số kim loại tác dụng với dung dịch đồng sunfat là:

A. 1    B. 2    C. 3    D. 4

Hướng dẫn giải

2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Đáp án là : C

Câu 3: Để tách Ag ra khỏi hỗn hợp Ag, Cu, Fe mà khối lượng Ag không thay đổi thì dùng chất nào sau đây ?

A. FeSO₄    B. CuSO₄    C. Fe₂(SO₄)₃    D. AgNO₃

Hướng dẫn giải

Fe + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄

Cu + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄ + CuSO₄

Đáp án : C

Câu 4: Hai thể tích khí H₂ với một thể tích khí nào sau đây tạo thành hỗn hợp nổ?

A. Clo.

B. Oxi.

C. Nitơ.

D. Cacbon đioxit.

Hướng dẫn giải

Hai thể tích khí H₂ với một thể tích khí O₂ tạo thành hỗn hợp nổ.

Đáp án là : B

Câu 5: Sau phản ứng của CuO và H2 thì có hiện tượng gì:

A. Sau phản ứng, chất rắn màu đen chuyển thành xanh lam

B. Sau phản ứng, chất rắn màu đen chuyển thành đỏ

C. Có chất khí bay lên

D. Không có hiện tượng

Hướng dẫn giải

Phản ứng: CuO + H₂ Cu + H₂O

Chất rắn ban đầu là CuO có màu đen, sau phản ứng chuyển thành Cu có màu đỏ

Đáp án là : B

Câu 6 Tính thể tích hiđro (đktc) để điều chế 5,6 (g) Fe từ FeO?

A. 2,24 lít.

B. 1,12 lít.

C. 3,36 lít.

D. 4,48 lít.

Hướng dẫn giải

n_Fe= = 0,1(mol)

PTHH:       FeO +  H₂ Fe + H₂O

Tỉ lệ PT:                1mol        1mol

Phản ứng:           0,1mol ←  0,1mol

⇒VH2=0,1.22,4=2,24(l)

Đáp án là : A