Buzz
1. Cân bằng phương trình hóa học Fe + O2 → Fe2O3
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Đây là phản ứng oxy hóa trong đó sắt (Fe) kết hợp với oxy (O2) từ không khí để tạo thành oxit sắt (III) hay Fe2O3, còn gọi là gỉ sắt. Một phân tử sắt (Fe) phản ứng với một phân tử oxy (O2) sẽ tạo ra hai phân tử Fe2O3. Quá trình này thường diễn ra ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như trong lò luyện kim, khi sắt được đốt cháy trong không khí có chứa oxy. Sản phẩm cuối cùng là Fe2O3, một dạng của gỉ sắt có màu đỏ nâu.
Dưới đây là mô tả chi tiết về phản ứng:
+ Sắt (Fe): Đây là chất khử và thường xuất hiện dưới dạng kim loại.
+ Oxy (O2): Khí oxy đóng vai trò là chất oxi hóa. Trong điều kiện bình thường, không khí chứa khoảng 21% oxy. Trong phản ứng này, mỗi phân tử O2 kết hợp với ba nguyên tử sắt.
+ Oxit sắt (III) (Fe2O3): Là sản phẩm của phản ứng, có màu đỏ nâu và thường được biết đến như gỉ sắt trong điều kiện tự nhiên. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như khi sắt được đốt cháy hoặc tiếp xúc với không khí nóng. Đây là ví dụ về quá trình gỉ sắt trên bề mặt các vật dụng sắt khi tiếp xúc với không khí và nước.
Phản ứng này được thực hiện ở nhiệt độ cao mà không cần áp suất. Sắt (Fe) phản ứng với oxy (O2) một cách tự nhiên mà không cần chất gắn kết hoặc xúc tác. Quá trình này thường diễn ra ở nhiệt độ khoảng 800-900 độ C, đủ cao để phản ứng hoàn toàn và tạo thành Fe2O3, còn được gọi là sắt (III) oxit.
2. Ứng dụng của phản ứng 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Quá trình tổng hợp Fe2O3 từ sắt (Fe) và oxy (O2) có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau:
+ Sản xuất thép: Fe2O3 là một thành phần quan trọng trong gỉ sắt, thường dưới dạng hematite. Trong sản xuất thép, quặng sắt chứa các tạp chất như silic, phốt pho và sulfur. Fe2O3 giúp loại bỏ những tạp chất này trong lò cao. Quá trình bắt đầu với việc đưa quặng sắt (thường là hematite) vào lò cao cùng với than cốc và đá vôi. Than cốc phản ứng với oxit sắt, tạo ra CO để khử Fe2O3 thành sắt lỏng, được dùng để sản xuất thép hoặc gang. Fe2O3 giúp loại bỏ tạp chất và tạo ra sắt lỏng, trong khi CO cung cấp năng lượng cho quá trình. Sản phẩm cuối cùng là gang, từ đó tiếp tục quá trình để sản xuất thép với lượng carbon kiểm soát.
+ Mực in từ tính: Fe2O3 có tính từ trường mạnh và được sử dụng trong sản xuất mực in từ tính. Các sản phẩm này thường được dùng trong thẻ nhớ, loa và thiết bị điện tử khác.
+ Chất nhuộm: Fe2O3 cũng được sử dụng làm chất nhuộm trong công nghiệp dệt may và in ấn. Màu đỏ nâu của nó làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nghệ thuật và công nghiệp. Trong dệt may, Fe2O3 nhuộm sợi tự nhiên và tổng hợp tạo màu đỏ và nâu bền. Trong in ấn, Fe2O3 được dùng trong mực in, đặc biệt là in offset và flexo, cung cấp màu sắc đậm và nổi bật. Fe2O3 là chất nhuộm ưa chuộng vì tính ổn định và giá thành phải chăng.
+ Chất chống cháy: Fe2O3 được sử dụng làm chất chống cháy trong một số ứng dụng. Nó giúp ngăn cháy trong các sản phẩm và vật liệu như chất đàn hồi, nhựa và chất cách điện. Khi thêm vào các sản phẩm chống cháy, Fe2O3 cải thiện khả năng chống cháy và giảm sự lan truyền của lửa, quan trọng để đảm bảo an toàn và tuân thủ quy định chống cháy trong xây dựng, ô tô và điện tử.
+ Trong lĩnh vực dược phẩm và làm đẹp, Fe2O3 được áp dụng để tạo màu cho các sản phẩm như son môi, phấn mắt và kem chống nắng.
+ Trong ngành công nghiệp gốm sứ, Fe2O3 có thể được dùng làm chất chống cháy và để tạo màu cho các sản phẩm gốm sứ.
Các ứng dụng trên chỉ là một vài ví dụ, Fe2O3 còn có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm của sản phẩm và yêu cầu của ngành công nghiệp.
3. Một số bài tập áp dụng liên quan
Câu 1. Khi thanh sắt để ngoài không khí trong thời gian dài, hiện tượng nào sẽ xảy ra?
A. Thanh sắt sẽ bị gỉ sét
B. Thanh sắt sẽ chuyển sang màu đỏ
C. Thanh sắt sẽ bị xỉn màu
D. Không xảy ra hiện tượng gì cả.
Hướng dẫn giải: Đáp án là A
Phương trình hóa học: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Câu 2: Khi thanh sắt tiếp xúc với không khí ẩm trong một thời gian, phản ứng nào dưới đây sẽ xảy ra?
A. 3Fe + 2O2 → Fe3O4
B. 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
C. 2Fe + O2 → 2FeO
D. Không có phản ứng xảy ra.
Hướng dẫn giải: Đáp án đúng là B
Câu 3: Đặt kim loại X trong không khí, ta thu được chất rắn Y. Chất Y phản ứng với dung dịch HCl tạo dung dịch Z, và dung dịch Z phản ứng với NaOH dư tạo kết tủa màu nâu đỏ. Kim loại X là gì?
A. Al
B. Cu
C. Fe
D. Zn
Hướng dẫn giải: Đáp án đúng là C
Các phương trình phản ứng: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3; Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O; FeCl3 + NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl
Câu 4. Xem phản ứng của sắt (Fe) với oxi (O2) trong hình vẽ bên dưới:
Xem các phát biểu sau đây:
(1) Sản phẩm của phản ứng là Fe2O3.
(2) Khi dây thép được đưa vào lọ chứa oxi, nó sẽ cháy sáng chói, phát ra nhiều tia lửa nhỏ như pháo.
(3) Nước trong bình đóng vai trò như chất xúc tác, giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn.
(4) Mẩu than gỗ được sử dụng làm mồi bởi vì khi cháy, than sinh ra nhiệt đủ lớn để kích thích phản ứng giữa Fe và O2 (có thể dùng que diêm thay thế cho than).
(5) Cần làm sạch và uốn sợi dây thép thành hình lò xo để tăng diện tích tiếp xúc, từ đó làm phản ứng diễn ra nhanh hơn.
Số phát biểu đúng là
A. 5. B. 2. C. 4. D. 3.
Hướng dẫn giải:
Phương pháp giải: Dựa vào lý thuyết về thí nghiệm đốt cháy sắt trong oxi.
Giải thích chi tiết:
(1) Sai vì sản phẩm thực tế của phản ứng là Fe3O4. Phương trình hóa học: 3Fe + 2O2 → Fe3O4.
(3) Sai vì nước trong bình có nhiệm vụ làm giảm nguy cơ vỡ bình do phản ứng tỏa nhiệt mạnh.
(2), (4), (5) là đúng.
Đáp án là D.
Câu 5. Xác định khối lượng khí oxi cần cho phản ứng khi đốt 16,8 g Fe và khối lượng Fe2O3 sinh ra.
Phương trình hóa học cho phản ứng giữa Oxi và Fe là: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Theo phương trình, 4 mol Fe phản ứng với 3 mol O2 để tạo ra 2 mol Fe2O3, do đó tỷ lệ số mol giữa Fe và O2 là 4:3.
Đầu tiên, chúng ta cần tính số mol của Fe dựa trên khối lượng cho trước bằng công thức: số mol = khối lượng chất / khối lượng mol
Với khối lượng Fe là 16,8 g, số mol Fe tính được là: nFe = 16,8 / 56 g/mol = 0,3 mol
Vì tỷ lệ số mol giữa Fe và O2 là 4:3, số mol O2 cần để phản ứng hoàn toàn với Fe là: 0,3 mol × 3/4 = 0,225 mol
Số mol Fe2O3 tính được là: nFe2O3 = 0,3 × 1/2 = 0,15 mol
Do đó, khối lượng Fe2O3 sẽ là: mFe2O3 = 0,15 × 160 = 24 g
