Cân bằng phản ứng Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O và bài tập liên quan

1. Cân bằng phản ứng Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O

Quá trình phân hủy của hidroxit sắt (III) thành oxit sắt (III) và nước là một phản ứng quan trọng trong hóa học. Khi đun nóng hidroxit sắt (III), ta sẽ thấy sự chuyển hóa động học của hợp chất này. Hidroxit sắt (III) sẽ phân tách thành hai sản phẩm chính: oxit sắt (III) và nước.

Cơ chế của phản ứng này bắt nguồn từ việc nước bị tách ra khỏi cấu trúc phân tử của hidroxit sắt (III). Khi nước được loại bỏ, chúng ta thu được oxit sắt (III) như sản phẩm cuối cùng. Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao và thường cần một nguồn nhiệt năng để bắt đầu

Phản ứng này không chỉ quan trọng trong việc tổng hợp oxit sắt (III) mà còn giúp chúng ta hiểu rõ cơ chế phân hủy của các hợp chất kim loại dưới các điều kiện nhất định. Hiểu rõ 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 Fe(OH)3, là một hợp chất quan trọng trong hóa học và vật lý. Được hình thành từ sự kết hợp giữa ion Fe3+ và nhóm OH-, sắt hidroxit xuất hiện dưới dạng rắn với màu nâu đỏ đặc trưng. Dù có màu sắc đẹp, nhưng nó lại không tan trong nước, có nghĩa là nó không hòa tan hoàn toàn trong nước và không tạo ra ion sắt (III) trong dung dịch.

- Sắt hidroxit Fe(OH)3 có thể bị phân hủy khi gặp nhiệt độ cao, dẫn đến sự tạo thành Fe2O3 (oxit sắt III) và nước theo phản ứng: 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O. Quá trình này không chỉ làm thay đổi màu sắc của sắt hidroxit từ nâu đỏ thành đỏ đậm, mà còn giúp tách các thành phần thành các sản phẩm riêng biệt.

- Sắt hidroxit Fe(OH)3 phản ứng mạnh mẽ với các axit để tạo ra muối sắt (III) và nước. Ví dụ, khi phản ứng với axit clohidric (HCl) và axit nitric (HNO3), ta thu được FeCl3 và Fe(NO3)3, cùng với nước.

- Để tổng hợp sắt hidroxit Fe(OH)3, ta có thể thực hiện phản ứng giữa ion sắt (III) và ion hydroxide (OH-) bằng cách thêm 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 ra kết tủa sắt hidroxit Fe(OH)3. Một cách khác là trộn dung dịch muối sắt (III) với dung dịch bazơ để thu được kết tủa sắt hidroxit Fe(OH)3, ví dụ như phản ứng giữa FeCl3 với NaOH hoặc Ba(OH)2.

- Những phản ứng và tính chất của sắt hidroxit Fe(OH)3 rất quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực như hóa học, công nghệ, và sản xuất vật liệu.

3. Bài tập ứng dụng liên quan đến phản ứng Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O

Câu 1. Bazo nào dưới đây sẽ phân hủy khi gặp nhiệt để tạo ra oxit và nước

A. Ba(OH)2.

B. Ca(OH)2.

C. KOH.

D. Zn(OH)2.

Đáp án là D

Ba(OH)2, Ca(OH)2, và KOH đều là các bazơ tan và không bị phân hủy khi đun nóng.

Phương trình phản ứng được thực hiện là

Zn(OH)2 → ZnO + H2O

Câu 2. Tiến hành các thí nghiệm sau đây:

(a) Thêm Cu dư vào dung dịch Fe(NO3)3.

(b) Xịt khí CO2 dư vào dung dịch NaOH.

(c) Đưa Na2CO3 dư vào dung dịch Ca(HCO3)2.

(d) Thêm bột Fe dư vào dung dịch FeCl3.

(e) Hòa tan hỗn hợp rắn gồm Na và Al (có số mol bằng nhau) vào lượng nước dư.

(g) Xịt khí Cl2 dư vào dung dịch FeCl2.

Khi các phản ứng đã hoàn tất, số lượng thí nghiệm mà dung dịch cuối cùng chỉ còn chứa một loại muối tan là

A. 4.

B. 3.

C. 6.

D. 5.

Đáp án là A

(a) Cu + 2Fe(NO3)3 → Cu(NO3)2 + 2Fe(NO3)2

Sau phản ứng, ta thu được hai muối tan là Cu(NO3)2 và Fe(NO3)2.

(b) CO2 + NaOH → NaHCO3

Sau phản ứng, thu được một muối tan là NaHCO3.

(c) Na2CO3 + Ca(HCO3)2 → CaCO3 + 2NaHCO3

Sau phản ứng, ta thu được hai muối tan là NaHCO3 và Na2CO3 dư.

(d) Fe dư + 2FeCl3 → 3FeCl2

Sau phản ứng, chỉ còn một muối tan là FeCl2.

(e) Na + H2O → NaOH + 1/2H2

Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2 H2

Phản ứng tạo ra muối tan là NaAlO2.

(g) Cl2 dư + 2FeCl2 → 2FeCl3

Phản ứng tạo ra muối tan là FeCl3.

Có 4 thí nghiệm mà dung dịch cuối cùng chỉ chứa một loại muối tan là (b), (d), (e) và (g).

Câu 3. Có 4 lọ không dán nhãn, mỗi lọ chứa một dung dịch không màu: KCl, Ba(OH)2, KOH, K2SO4. Bạn cần thêm một hóa chất nào dưới đây để phân biệt các dung dịch này?

A. quỳ tím

B. dung dịch HCl

C. dung dịch BaCl2

D. dung dịch KOH

Đáp án A

Chuyển mẫu thử vào các ống nghiệm khác nhau và đánh số theo thứ tự.

Thêm quỳ tím vào từng mẫu thử và quan sát hiện tượng:

Các dung dịch làm quỳ tím chuyển màu gồm: KOH và Ba(OH)2 (nhóm 1).

Các dung dịch không làm quỳ tím đổi màu bao gồm: KCl và K2SO4 (nhóm 2).

Để phân biệt các chất trong mỗi nhóm, chọn một chất từ nhóm (1) và cho lần lượt vào từng chất trong nhóm (2). Nếu thấy có kết tủa, chất từ nhóm (1) chính là Ba(OH)2 và chất từ nhóm (2) là K2SO4. Dựa vào đó, có thể xác định các chất còn lại trong mỗi nhóm.

Phương trình hóa học của phản ứng là:

Ba(OH)2 + K2SO4 → BaSO4 + KOH

Câu 4. Tiến hành các thí nghiệm dưới đây

(a) Đổ dung dịch AgNO3 vào dung dịch HCl

(b) Thêm Al2O3 vào dung dịch HCl loãng dư

(c) Đưa Cu vào dung dịch HCl đặc và nóng dư

(d) Cho Ba(OH)2 vào dung dịch KHCO3

Số thí nghiệm nào tạo ra chất rắn là

A. 4

B. 2

C. 5

D. 3

Đáp án là C

(a) Đúng, phản ứng tạo ra AgCl

(b) Sai, vì Al2O3 sẽ tan hoàn toàn trong HCl

(c) Đúng, Cu không phản ứng với HCl, vì vậy Cu vẫn còn nguyên sau phản ứng

(d) Đúng, phản ứng tạo ra kết tủa BaCO3: Ba(OH)2 + KHCO3 → BaCO3 + KOH + H2O

Do đó, có 3 thí nghiệm tạo ra chất rắn sau phản ứng.

Câu 5. Trong phòng thí nghiệm, để tăng tốc độ thoát khí H2 khi cho Zn vào dung dịch HCl loãng, cần thêm vào hệ phản ứng vài giọt dung dịch nào dưới đây?

A. CuCl2

B. NaCl

C. MgCl2

D. AlCl3

Đáp án A

Để đẩy nhanh quá trình phản ứng, người ta thêm CuCl2 vào vì CuCl2 + Zn → Cu + ZnCl2

→ tạo ra hai kim loại là Zn và Cu → hiện tượng điện hóa học xảy ra khi hai kim loại này phản ứng với dung dịch H+ → Zn phản ứng với H+ nhanh hơn
Đáp án cần chọn là: A

Câu 6. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 31,5 gam HNO3, thu được 0,784 lít NO2 (ở điều kiện chuẩn). Dung dịch thu được phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi, thu được 4,88 gam chất rắn X. Nồng độ % của dung dịch HNO3 là:

A. 47,2%.

B. 46,2%.

C. 46,6%

D. 44,2%

Lựa chọn đúng là B

Chất rắn X là oxit sắt (III)

=> nFe2O3 = 4,88/160 = 0,0305 mol

Áp dụng định lý bảo toàn nguyên tố sắt

=> nFe(OH)3= 2  nFe2O3 = 0,0305. 2 = 0,244 mol

Gọi số mol của Fe3O4 và FeS2 lần lượt là x, y (mol)

Áp dụng định lý bảo toàn nguyên tố sắt

=>  3nFe3O4 + nFeS2 = nFe(OH)3

=> 3x + y = 0,122 (1)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tử

=> nFe3O4 + 15nFeS2 = nNO2

=> x + 15y = 0,035 (2)

Dựa vào (1) và (2)

=> x = 0,02; y = 0,002

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố natri

=> 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 nitơ như sau:

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 được hỗn hợp X gồm Fe và FeO, hỗn hợp X phản ứng hoàn toàn với 1,5 lít dung dịch H2SO4 0,2M (loãng). Tính giá trị của m

A. 46,4 gam.

B. 23,2 gam.

C. 11,6 gam.

D. 34,8 gam.

Đáp án là B

Theo đề bài, chỉ có FeSO4 được tạo ra sau phản ứng

→ nFeSO4 = nSO42- = naxit = 0,3 mol.

Dựa vào bảo toàn nguyên tố Fe → nFe3O4 = 0,3 / 3 = 0,1 mol

→ m = 0,1 . 232 = 23,2 gam.