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:

2. Tìm hiểu về Hidro:

là một chất có tác dụng oxi hoá;

2.1. Hidro là gì:

là một chất có tác dụng khử.

2. Tìm hiểu về Hidro:

2.1. Hidro là gì:

Hidro là một nguyên tố phi kim, được đại diện bằng chữ H trong các phản ứng hóa học, có số nguyên tử là 1. Nguyên tử này là nguyên tử nhỏ nhất và thường tồn tại ở dạng khí với khối lượng nguyên tử 1.

Trong vũ trụ, Hidro là nguyên tố phổ biến, chiếm khoảng 75% tổng khối lượng và hơn 90% tổng số nguyên tử. Hidro thường tồn tại dưới dạng nguyên tử trong tầng cao của khí quyển Trái Đất và được biết đến là nguyên tử đơn giản nhất với một electron trong lớp vỏ. 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.

Trong điều kiện tiêu chuẩn (25°C và 1 atm), H2 tồn tại dưới dạng khí, nhưng có thể chuyển thành chất lỏng hoặc rắn ở nhiệt độ và áp suất cụ thể.

H2 có khối lượng riêng rất nhẹ, chỉ khoảng 1/14 so với không khí, điều này làm cho nó có khả năng bay lên không. Nó cũng là một chất khí dễ cháy và nổ, do đó cần phải cẩn trọng khi làm việc với nó.

Điểm sôi của hidro là -252,87°C và điểm đông là -259,16°C. Điều này cho thấy rằng hidro có nhiệt độ rất thấp, và khi làm lạnh nhanh chóng, hidro có thể chuyển sang trạng thái chất lỏng hoặc rắn.

Hidro không phản ứng với hầu hết các chất khác trong điều kiện thông thường, tuy nhiên nó có khả năng tạo thành hợp chất với một số nguyên tố và phân tử khác, ví dụ như oxi để tạo thành nước (H2O).

Thứ hai, về tính chất hóa học:

- Tương tác với kim loại: Hidro là một chất không kim có khả năng khử. Ở các nhiệt độ thích hợp, nó có thể kết hợp với oxi và oxit của các kim loại. Đây là những phản ứng hóa học đặc trưng của hidro và có sự tỏa nhiệt.

– Hidro tác dụng với oxi: Hidro tác dụng với oxi ở nhiệt độ thích hợp theo phương trình hóa học: 2H2 + O2 → 2H2O. Hỗn hợp được tạo bởi H2 và O2 có tính chất dễ phát nổ. Tỉ lệ H2:O2 là 2:1 về thể tích để tạo ra hỗn hợp nổ mạnh nhất.

– Hidro tác dụng với đồng oxit ở nhiệt độ khoảng 400 °C theo phương trình hóa học: H2 + CuO → Cu + H2O. Trong phản ứng này, hidro chiếm chỗ của oxi trong CuO, cho thấy tính chất khử của hidro.

2.3. Điều chế Hidro (H2):

Có thể tạo ra H2 (hidro) bằng cách phản ứng giữa kim loại và axit hoặc bằng cách phản ứng điện phân nước.

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

– Hidro (H2) có thể được tạo ra từ nước thông qua quá trình điện phân trong một thiết bị. Khi một dòng điện chạy qua nước, phân tử nước (H2O) sẽ phân ly thành hidro (H2) và oxi (O2): 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Lưu ý rằng để sản xuất H2, cần tuân thủ các biện pháp an toàn và có kiến thức về quy trình hóa học. Quá trình này nên được thực hiện trong một môi trường được giám sát và kiểm soát bởi các chuyên gia hoặc những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

2.4. Ứng dụng của Hidro (H2): 

Hydrogen (H2) là một chất khí không màu, không mùi, không độc và không cháy. Với đặc tính độc đáo này, H2 có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp, bao gồm:

Năng lượng: H2 có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng sạch và tái tạo trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm phản ứng hạt nhân, pin nhiên liệu, nhiên liệu cho xe chạy bằng hydro và cung cấp nhiệt và điện từ năng lượng mặt trời.

– Trong ngành công nghiệp hóa chất, H2 được dùng để sản xuất một số loại hóa chất như amoniac, metanol, etanol và các chất tương đương.

– Trong ngành công nghiệp điện tử, H2 được sử dụng để sản xuất bán dẫn, xử lý bề mặt và làm sạch 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 ăn uống.

- Trong lĩnh vực y tế: H2 giúp giảm căng thẳng oxi hóa trong cơ thể, ngăn chặn tác động tiêu cực của các gốc tự do. Điều này hỗ trợ trong việc ngăn ngừa và điều trị các bệnh liên quan đến quá trình oxi hóa, bao gồm viêm nhiễm, bệnh tim mạch và ung thư.

3. Tìm hiểu về Fe3O4:

3.1. Fe3O4 được hiểu là gì:

Magnetit là oxit sắt(,III) có ký hiệu hóa học Fe3O4. Đây là một loại khoáng chất tự nhiên có màu đen, có tính từ và từ trường mạnh, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất từ trường, nam châm và các thiết bị điện tử. Ngoài ra, magnetit cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp xi măng, sơn và các sản phẩm chống ăn mòn. Đây là một hỗn hợp của hai oxit là FeO và Fe2O3. Magnetit tập trung nhiều trong quặng manhetit và có tính từ.

Công thức phân tử: Fe3O4

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

– Đây là một loại chất rắn có màu nâu đỏ, không thể tan trong nước và có tính từ tính.

– Khi tiếp xúc với axit như HCl, H2SO4 loãng, oxit bazơ Fe3O4 sẽ tương ứng và tạo ra một hỗn hợp gồm muối sắt (II) và sắt (III).

Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

Fe3O4 + 4H2SO4 loãng → Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O

- Đối với tính khử, Fe3O4 được coi là một chất khử khi tương tác với các chất có khả năng oxi hóa mạnh, cụ thể là phản ứng: 3 Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O.

- Đối với tính oxi hóa, Fe3O4 được xem là một chất oxi hóa khi tương tác 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 Fe3O4:

– Trong tự nhiên oxit sát từ là thành phần quặng manhetit.

– Đốt sắt trong không khí chứa oxi để tạo ra oxit sắt theo phương trình: 3Fe + 2O2 → Fe3O4

– Nung sắt trong hơi nước khi nhiệt độ dưới 570 độ C để tạo ra oxit sắt và hidro theo phương trình: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

3.4. Ứng dụng của Fe3O4:

– Fe3O4 được ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ điện tử như là chất liệu cho việc sản xuất các thiết bị như cảm biến, bộ nhớ và linh kiện vi điều khiển.

– Ngoài ra, Fe3O4 còn được sử dụng làm vật liệu nam châm, nhờ tính chất từ tính mạnh, trong các ứng dụng công nghiệp và y tế.

- Ứng dụng trong các ảnh từ y tế: Fe3O4 được sử dụng trong MRI để tạo ra hình ảnh cơ thể.

- Tẩy sạch nước: Fe3O4 có khả năng loại bỏ chất hữu cơ và hợp chất kim loại nặng khỏi nước, làm cho nó phù hợp cho công việc xử lý nước.

– Công nghệ mô phỏng điện tử: Fe3O4 có thể được áp dụng trong việc tạo ra môi trường tính toán và mô phỏng hệ cho các ứng dụng điện tử.

4. Bài tập vận dụng và lời giải:

Câu 1: Khi sắt tác dụng với H2O ở nhiệt độ cao như 570 °C, sẽ tạo ra H2 và sản phẩm rắn.

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

nFe =  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