Phản ứng: Fe3O4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

1. Fe3O4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O:

Thứ nhất, Cân bằng phương trình:

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

^+8/3Fe₃O₄ + H₂S⁺⁶O₄ → ⁺³Fe₂(SO₄)₃ + S⁺⁴O₂ + H₂O

Trong đó: 

6Fe^+8/3→ 6Fe⁺³ + 2e (quá trình  oxi hóa)

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴ (Quá trình khử)

Thứ hai, điều kiện phản ứng: Điều kiện thường

Thứ ba, hiện tượng hóa học: Sản phẩm sinh ra muối sắt (III) sunfat và có khí mùi hắc lưu huỳnh đioxit thoát ra.

2. Khái niệm về phản ứng oxi hoá khử:

– Phản ứng oxi hoá khử là loại phản ứng hóa học mà trong đó có sự chuyển đổi của electron từ một chất này sang chất khác.

– Phản ứng oxi hoá là quá trình mất electron, trong đó chất bị oxi hoá tăng số oxi hóa. Trong khi đó, phản ứng khử là quá trình nhận electron, trong đó chất được khử giảm số oxi hóa.

– Ví dụ, trong phản ứng oxi hoá khử cơ bản nhất là phản ứng giữa kim loại và chất khử. Trong đó, kim loại mất electron và bị oxi hoá, còn chất khử nhận electron và bị khử.

– Phản ứng oxi hoá khử cũng có thể xảy ra giữa các chất hữu cơ và chất không hữu cơ, trong đó chất hữu cơ thường là chất khử, còn chất không hữu cơ là chất oxi hoá

3. Tìm hiểu về Fe3O4:

Thứ nhất, định nghĩa về Fe3O4: Là hỗn hợp của hai oxit FeO, Fe₂O₃. Có nhiều trong quặng manhetit, có từ tính. Công thức phân tử: Fe₃O₄

Thứ hai, là chất rắn, màu đen, không tan trong nước và có từ tính.

Thứ ba, 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:

    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

– 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 → Fe₃O_4. Nung nóng Fe trong nước dạng hơi ở nhiệt độ < 570độC: 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂

– 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.

4. Tìm hiểu về axit H2SO4:

Thứ nhất, định nghĩa: Axit sunfuric có công thức là H2SO4, tồn tại dưới dạng chất lỏng trong suốt không màu, không mùi và không bay hơi. Hóa chất này được đánh giá là cực mạnh, nặng hơn nước và có thể hòa tan vào nước ở mọi tỷ lệ. H2SO4 được dùng chủ yếu trong các ngành công nghiệp hay để làm chất xúc tác phản ứng hóa học.

Thứ hai, tính chất vật lý: Axit H2SO4 (axit sulfuric) là một axit mạnh và có nhiều tính chất vật lý quan trọng như sau:

– Tính chất hóa học: Axit H2SO4 có khả năng phản ứng mạnh với các chất bazo, kim loại và gây ăn mòn các vật liệu như kim loại, gốm sứ, da và vật liệu hữu cơ.

– Tính chất dẫn điện: Axit H2SO4 là một chất điện giải mạnh, tức là nó có khả năng tạo ra các ion H+ trong dung dịch, điều này dẫn đến khả năng dẫn điện tốt của axit H2SO4 trong dung dịch nước.

– Tính chất hút ẩm: Axit H2SO4 có khả năng hút ẩm mạnh và thường được sử dụng làm chất hút ẩm trong các ứng dụng công nghiệp.

– Tính chất chuẩn axit: Axit H2SO4 được sử dụng như một chất chuẩn axit trong các phép đo pH và trong các phản ứng hóa học.

– Tính chất tạo mây: Axit H2SO4 có khả năng tạo mây khi có sự tác động của các hạt phấn hoặc các hạt bụi trong không khí.

Thứ ba, tính chất hóa học:

– Làm quỳ tím chuyển đỏ

– Phản ứng được với các kim loại, muối, bazơ, oxit bazơ tạo ra những chất, hợp chất hóa học như mong muốn.

– Tính chất ăn mòn: Axit H2SO4 là một axit mạnh và có tính chất ăn mòn mạnh. Nó có khả năng phá hủy các vật liệu không tương thích như da, vải, gỗ và kim loại. Do đó, khi làm việc với axit H2SO4, cần thận trọng và đảm bảo an toàn.

– Tính chất oxi hóa: Axit H2SO4 có khả năng oxi hóa các chất khác. Khi tác động lên các chất hữu cơ, axit H2SO4 có thể gây cháy hoặc phân hủy chúng thành sản phẩm khác.

– Tính chất phản ứng với kim loại: Axit H2SO4 có khả năng tác dụng với các kim loại tạo ra muối và khí hiđro. Ví dụ, khi axit H2SO4 tác dụng với kẽm (Zn), phản ứng xảy ra theo phương trình: Zn + H2SO4 →ZnSO4 + H2. Trong quá trình này, muối kẽm sunfat (ZnSO4) và khí hiđro (H2) được tạo ra.

Thứ tư, điều chế: Axit H2SO4, hay còn gọi là axit sulfuric, có thể được điều chế thông qua quá trình phản ứng giữa oxit lưu huỳnh (SO3) và nước (H2O).

– Công thức phản ứng là: SO3 + H2O -> H2SO4

– Quá trình này được thực hiện trong các nhà máy điều chế hóa chất. Oxid lưu huỳnh có thể được sản xuất thông qua quá trình oxi hóa SO2 (oxit lưu huỳnh) bằng cách đốt lưu huỳnh trong môi trường oxy.

– Tuy nhiên, quá trình điều chế axit H2SO4 là một quá trình phức tạp và nguy hiểm, nên nó thường được thực hiện trong các nhà máy công nghiệp chuyên dụng và yêu cầu sự quan sát và kiểm soát chặt chẽ

Thứ năm, ứng dụng: Axit H2SO4, còn gọi là axit sulfuric, có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng của axit H2SO4:

– Sản xuất phân bón: Axit H2SO4 được sử dụng trong quá trình sản xuất phân bón như amoniac sunfat và phân bón NPK.

– Sản xuất hóa chất: Axit H2SO4 là một hóa chất quan trọng trong việc sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ, bao gồm axit nitric, sulfát nhôm, sulfat sắt, ete, phenol, aniline và nhiều hợp chất hữu cơ khác.

– Sản xuất pin: Axit H2SO4 được sử dụng trong quá trình sản xuất pin axit chì.

– Xử lý nước: Axit H2SO4 được sử dụng để điều chỉnh độ pH trong các quá trình xử lý nước.

– Sản xuất giấy: Axit H2SO4 được sử dụng trong quá trình sản xuất giấy để làm sạch gỗ và loại bỏ các chất ô nhiễm.

– Sản xuất dược phẩm: Axit H2SO4 được sử dụng trong quá trình sản xuất một số dược phẩm

5. Bài tập vận dụng:

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

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

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. 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.

Đáp án C

Áp dụng bảo toàn nguyên tố ta có:

n_H = 2n_O = 2.(3,04 – 2,24)/16 = 0,1 mol

Thể tích dung dịch HCl 1M là

V = 0,1.1000/2 = 50 ml

Câu 4. 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

Đáp án C

Phương trình phản ứng minh họa

2Al + 3H₂SO₄ loãng → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Fe + H₂SO₄ loãng → FeSO₄ + H₂

Mg + H₂SO₄ loãng → MgSO₄ + H₂

Câu 5. 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

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 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

Đáp án B

Câu 7. 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

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

⇒ n_Fe= (8,4/56) – (0,1/3) = 0,35/3 → nFe₂O₃ = 0,35/(3×2)

Vậy m_X = m_Fe + mFe₂O₃

⇒ m_X = (0,1/3). 56 + (0,35/3). 160 = 11,2 gam.