Cân bằng phản ứng hóa học sau: Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O

1. Tính chất hóa học của Fe2O3

Fe2O3, hay còn gọi là oxit sắt (III), có một số tính chất hóa học quan trọng:

1. Màu sắc: Fe2O3 thường có màu đỏ nâu, là thành phần chính của sắt gỉ, nên được gọi là 'sắt gỉ' hoặc 'oxit sắt gỉ.'
2. Tính nhiệt: Fe2O3 tạo nhiệt trong các phản ứng hóa học, đặc biệt trong quá trình cháy hoặc oxi hóa, làm nó quan trọng trong các phản ứng cháy.
3. Tính axit-base: Fe2O3 không phản ứng với nước ở điều kiện bình thường nhưng phản ứng với axit mạnh tạo muối sắt (III) và nước, như khi tác động với axit clohidric (HCl) để tạo sắt (III) clorua (FeCl3).
4. Khả năng oxy hóa và khử: Fe2O3 có thể oxy hóa các chất khác và bị khử để tạo sắt trong các điều kiện phản ứng.
5. Ứng dụng: Fe2O3 được dùng trong công nghiệp chống gỉ, sản xuất sắt thép, xi măng, gạch, và là pigment trong ngành sơn và mực in.

Fe2O3 cũng xuất hiện tự nhiên dưới dạng khoáng vật, gọi là hematite hoặc đá sắt đỏ, và là nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất sắt và thép.

2. Hướng dẫn chi tiết cân bằng phản ứng Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O

Để cân bằng phản ứng hóa học Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O, bạn cần điều chỉnh hệ số phản ứng để số lượng nguyên tố và nguyên tử ở cả hai bên đều khớp. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết để cân bằng phản ứng này:

Phản ứng ban đầu là:

Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O

1. Bắt đầu bằng cách điều chỉnh hệ số trước các chất để số lượng nguyên tố sắt (Fe) trên cả hai bên phản ứng bằng nhau:

Fe2O3 + HCl → 2FeCl3 + H2O

1. Tiếp theo, cân bằng số nguyên tử của hydro (H) bằng cách điều chỉnh hệ số trước HCl và H2O:

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Giờ đây, phản ứng đã được cân bằng với số lượng nguyên tố sắt (Fe), hydro (H), clo (Cl), và oxy (O) ở cả hai bên đều đồng nhất.

Bài tập:

Bạn có một mẫu 0.5 gam Fe2O3 (oxi sắt) và cần tính lượng mL dung dịch HCl (axit clohidric) 1 M cần thiết để phản ứng hoàn toàn và tạo ra FeCl3 (sắt (III) clorua) theo phản ứng sau:

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Hãy thực hiện tính toán và đưa ra kết quả.

Kết quả chi tiết:

• Đầu tiên, cần tính số mol Fe2O3 trong mẫu:

Số mol Fe2O3 = Khối lượng (g) / Khối lượng phân tử (g/mol)

Số mol Fe2O3 = 0.5 g / (2 x 55.85 g/mol + 3 x 16 g/mol) = 0.00357 mol

• Tiếp theo, áp dụng phương trình phản ứng để tìm tỷ lệ mol giữa Fe2O3 và HCl:

Tỷ lệ mol Fe2O3:HCl = 1:6 (theo phản ứng)

• Hiện tại, chúng ta có thể tính số mol HCl cần để phản ứng hoàn toàn với Fe2O3:

Số mol HCl = Số mol Fe2O3 x 6 = 0.00357 mol x 6 = 0.0214 mol

• Cuối cùng, áp dụng nồng độ của dung dịch HCl để tính thể tích cần thiết:

Thể tích HCl (L) = Số mol HCl / Nồng độ HCl (mol/L)

Thể tích HCl = 0.0214 mol / 1 M = 0.0214 L = 21.4 mL

Để phản ứng hoàn toàn với 0.5 gam Fe2O3, cần 21.4 mL dung dịch HCl 1 M.

Ứng dụng của phản ứng Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O là gì?

Phản ứng Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O là ứng dụng quan trọng của oxit sắt (III) và axit clohidric trong công nghiệp. Dưới đây là những ứng dụng chính của phản ứng này:

1. Sản xuất FeCl3: Phản ứng này tạo ra FeCl3, một hợp chất sắt (III) clorua quan trọng, được dùng làm chất tạo màu trong sơn, mực in, sản xuất chất xử lý nước và trong phân tích hóa học.
2. Phân tích hóa học: Phản ứng cũng giúp xác định sự có mặt của sắt trong mẫu thử. Fe2O3 biến thành FeCl3, và FeCl3 được xác định bằng các phương pháp phân tích hóa học.
3. Loại bỏ sắt gỉ: Phản ứng Fe2O3 + 6HCl có thể loại bỏ sắt gỉ trong quá trình sản xuất và bảo trì sắt thép, chuyển hóa sắt gỉ thành FeCl3 và tách ra khỏi bề mặt.
4. Xử lý nước: FeCl3 dùng để loại bỏ chất ô nhiễm trong nước, hoạt động như chất flocculant giúp tụ kết các hạt bẩn để dễ loại bỏ.

Các ứng dụng này cho thấy phản ứng Fe2O3 + 6HCl rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến phân tích hóa học và xử lý môi trường.

4. Bài tập ứng dụng phản ứng Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O kèm đáp án chi tiết

Bài tập 1: Tính khối lượng FeCl3 và H2O sản phẩm nếu có 4.0 gam Fe2O3 phản ứng với dư axit clohidric (HCl).

Đáp án 1:

• Để tính khối lượng FeCl3, dùng tỷ lệ mol giữa Fe2O3 và FeCl3 trong phản ứng. Fe2O3 cho ra 2 mol FeCl3 từ 1 mol Fe2O3.
• Khối lượng mol của Fe2O3 = 4.0 g / (159.69 g/mol) = 0.025 mol.
• Vì 1 mol Fe2O3 tạo 2 mol FeCl3, số mol FeCl3 = 0.025 mol x 2 = 0.05 mol.
• Khối lượng FeCl3 = số mol FeCl3 x khối lượng molar của FeCl3 = 0.05 mol x 162.2 g/mol = 8.11 g.
• Để tính khối lượng H2O, dùng tỷ lệ mol giữa Fe2O3 và H2O. Fe2O3 tạo ra 3 mol H2O từ 1 mol Fe2O3.
• Số mol H2O = 0.025 mol (Fe2O3) x 3 = 0.075 mol.
• Khối lượng H2O = số mol H2O x khối lượng molar của H2O = 0.075 mol x 18.015 g/mol = 1.35 g.

Do đó, khối lượng của FeCl3 và H2O sản phẩm lần lượt là 8.11 g và 1.35 g.

Bài tập 2: Bạn có 10.0 ml dung dịch HCl 0.5 M. Tính khối lượng Fe2O3 cần thiết để phản ứng hoàn toàn với dung dịch này.

Đáp án 2:

• Tính số mol HCl trong dung dịch: số mol = M x V = 0.5 mol/L x 0.01 L = 0.005 mol.
• Vì tỷ lệ phản ứng giữa Fe2O3 và HCl là 1:6, số mol Fe2O3 cần thiết là 0.005 mol x 1/6 = 0.000833 mol.
• Khối lượng Fe2O3 cần thiết = số mol x khối lượng molar của Fe2O3 = 0.000833 mol x 159.69 g/mol = 0.133 g.

Do đó, bạn cần 0.133 gram Fe2O3 để phản ứng hoàn toàn với 10.0 ml dung dịch HCl 0.5 M.

Bài tập 3: Nếu bạn có 20.0 g FeCl3 và muốn tính khối lượng Fe2O3 cần để sản xuất lượng FeCl3 này qua phản ứng với HCl, hãy xác định khối lượng Fe2O3 cần dùng.

Đáp án 3:

• Để xác định khối lượng Fe2O3 cần, trước tiên tính số mol FeCl3 có trong 20.0 g. Số mol FeCl3 = Khối lượng FeCl3 / Khối lượng molar FeCl3 = 20.0 g / 162.2 g/mol = 0.1233 mol.
• Với tỷ lệ phản ứng Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O là 2:1 giữa FeCl3 và Fe2O3, số mol Fe2O3 cần là một nửa số mol FeCl3: Số mol Fe2O3 cần = 0.1233 mol / 2 = 0.0617 mol.
• Khối lượng Fe2O3 cần = Số mol Fe2O3 x Khối lượng molar Fe2O3 = 0.0617 mol x 159.69 g/mol = 9.85 g.

Do đó, để tạo ra 20.0 g FeCl3 từ phản ứng này, bạn cần 9.85 g Fe2O3.

Bài tập 4: Bạn có 10.0 g Fe2O3 và muốn tính khối lượng HCl cần thiết để phản ứng hoàn toàn và sản xuất FeCl3, hãy tính khối lượng HCl cần dùng.

Đáp án 4:

• Đầu tiên, tính số mol Fe2O3 có sẵn bằng cách chia khối lượng Fe2O3 cho khối lượng molar của nó: Số mol Fe2O3 = 10.0 g / 159.69 g/mol = 0.0626 mol.
• Với phản ứng Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O có tỷ lệ 1:6 giữa Fe2O3 và HCl, số mol HCl cần thiết là 6 lần số mol Fe2O3: Số mol HCl cần dùng = 6 x 0.0626 mol = 0.3756 mol.
• Để tính khối lượng HCl cần thiết, nhân số mol HCl với khối lượng molar của HCl: Khối lượng HCl cần dùng = 0.3756 mol x 36.46 g/mol = 13.68 g.

Do đó, để phản ứng hoàn toàn và tạo ra FeCl3 từ 10.0 g Fe2O3, bạn sẽ cần 13.68 g HCl.

Hy vọng những ví dụ trên giúp bạn hiểu rõ hơn về cách thực hiện phản ứng Fe2O3 + 6HCl và cách tính toán liên quan.