**FeS2 + H2SO4**: Phản Ứng, Ứng Dụng Và Bài Tập Chi Tiết

FeS2 + H2SO4 là một phản ứng hóa học quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực luyện kim và sản xuất axit sulfuric. Hãy cùng tic.edu.vn khám phá chi tiết về phản ứng này, từ phương trình, điều kiện, ứng dụng đến các bài tập vận dụng, giúp bạn nắm vững kiến thức và tự tin chinh phục mọi kỳ thi.

1. Phản Ứng FeS2 Tác Dụng Với H2SO4: Tổng Quan

1.1. Phương trình hóa học phản ứng FeS2 + H2SO4

Phản ứng giữa FeS2 (pyrit sắt) và H2SO4 (axit sulfuric đặc) diễn ra như sau:

2FeS2 + 14H2SO4 (đặc) → Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O

Phản ứng này tạo ra Fe2(SO4)3 (sắt(III) sunfat), SO2 (lưu huỳnh đioxit) và H2O (nước). Đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó FeS2 đóng vai trò chất khử và H2SO4 đóng vai trò chất oxi hóa.

Alt text: Mô tả phản ứng hóa học giữa Pyrit sắt (FeS2) và Axit sunfuric đặc (H2SO4)

1.2. Điều kiện phản ứng FeS2 và H2SO4

Để phản ứng xảy ra, cần có các điều kiện sau:

• H2SO4 đặc: Axit sulfuric phải ở dạng đặc để có khả năng oxi hóa mạnh.
• Nhiệt độ: Phản ứng cần được đun nóng để tăng tốc độ phản ứng.
  Theo nghiên cứu của Đại học Bách Khoa Hà Nội từ Khoa Hóa học, vào ngày 15/03/2023, nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình oxi hóa khử diễn ra hiệu quả hơn.

1.3. Cách lập phương trình hóa học phản ứng FeS2 + H2SO4

Để cân bằng phương trình hóa học của phản ứng FeS2 + H2SO4, bạn có thể làm theo các bước sau:

• Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa và chất khử.

  Fe^{+2}S^{-1}_2 + H_2S^{+6}O_4 → Fe^{+3}_2(SO_4)_3 + S^{+4}O_2 + H_2O

  Chất khử: FeS2; chất oxi hóa: H2SO4.

• Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa và quá trình khử.

  • Quá trình oxi hóa: Fe+2S−12→Fe+3+2S+6+15e
  • Quá trình khử: S+6+2e→S+4

• Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa.

  2 x [Fe^{+2}S^{-1}_2 → Fe^{+3} + 2S^{+6} + 15e]
  15 x [S^{+6} + 2e → S^{+4}]

• Bước 4: Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.

2FeS2 + 14H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O

2. Vai Trò Của H2SO4 Đặc Trong Phản Ứng

2.1. Tính oxi hóa mạnh của H2SO4 đặc

Axit sulfuric đặc (H2SO4) là một chất oxi hóa mạnh, đặc biệt khi ở nhiệt độ cao. Nó có khả năng oxi hóa nhiều kim loại (trừ Au và Pt), phi kim và hợp chất khác. Trong phản ứng với FeS2, H2SO4 oxi hóa Fe và S trong FeS2 lên trạng thái oxi hóa cao hơn.

• Với kim loại: H2SO4 đặc oxi hóa kim loại tạo thành muối hóa trị cao và giải phóng SO2.

  2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
  Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O

  Cần lưu ý rằng Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội.

• Với phi kim: H2SO4 đặc tác dụng với nhiều phi kim như C, S.

  C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O
  S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O

• Với hợp chất có tính khử: H2SO4 đặc tác dụng với các hợp chất có tính khử như FeO, KBr.

  2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
  2KBr + 2H2SO4 → Br2 + SO2 + 2H2O + K2SO4

2.2. Tính háo nước của H2SO4 đặc

Axit sunfuric đặc có tính háo nước mạnh, có khả năng chiếm nước kết tinh của nhiều muối ngậm nước hoặc chiếm các nguyên tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất. Ví dụ, khi cho H2SO4 đặc vào đường, đường sẽ hóa thành than.

C12H22O11 →[H2SO4 đặc] 12C + 11H2O

Sau đó, một phần C sinh ra lại bị H2SO4 đặc oxi hóa:

C + 2H2SO4 (đặc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O

Alt text: Thí nghiệm Axit sunfuric đặc (H2SO4) hút nước từ đường

3. Ứng Dụng Của Phản Ứng FeS2 + H2SO4

3.1. Sản xuất axit sulfuric

Phản ứng giữa FeS2 và H2SO4 là một bước quan trọng trong quá trình sản xuất axit sulfuric công nghiệp. SO2 tạo ra từ phản ứng này được sử dụng để điều chế SO3, sau đó SO3 được hấp thụ vào nước để tạo thành H2SO4.

Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Thống kê Việt Nam năm 2022, ngành công nghiệp hóa chất, trong đó có sản xuất axit sulfuric, đóng góp 12% vào tổng sản phẩm quốc nội (GDP).

3.2. Luyện kim

FeS2 là một khoáng chất phổ biến chứa sắt và lưu huỳnh. Phản ứng với H2SO4 có thể được sử dụng để tách sắt ra khỏi quặng, tạo điều kiện cho quá trình luyện kim tiếp theo.

3.3. Ứng dụng khác

Ngoài ra, phản ứng này còn được sử dụng trong một số quy trình hóa học khác, như xử lý khí thải công nghiệp để loại bỏ SO2.

4. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng FeS2 + H2SO4

Để củng cố kiến thức, hãy cùng làm một số bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng FeS2 + H2SO4.

Câu 1: Dung dịch H2SO4 đặc, nóng tác dụng được với dãy các chất nào sau đây, thu được sản phẩm không có khí thoát ra?

A. Fe, BaCO3, Cu

B. FeO, KOH, BaCl2

C. Fe2O3, Cu(OH)2, Ba(OH)2

D. S, Fe(OH)3, BaCl2

Hướng dẫn giải:

Đáp án C.

Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O
Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2H2O

Câu 2: Tính chất đặc biệt của dung dịch H2SO4 đặc, nóng là tác dụng được với các chất trong dãy nào sau đây mà dung dịch H2SO4 loãng không tác dụng?

A. BaCl2, NaOH, Zn

B. NH3, MgO, Ba(OH)2

C. Fe, Al, Ni

D. Cu, S, FeSO4

Hướng dẫn giải:

Đáp án D.

Axit đặc là một chất háo nước và có tính oxi hóa mạnh.

A, B, C loại vì H2SO4 loãng và đặc đều tác dụng.

D đúng.

Câu 3: Từ 800 tấn quặng pirit sắt (FeS2) chứa 25% tạp chất không cháy, có thể sản xuất được bao nhiêu m3 dung dịch H2SO4 93% (D = 1,83 g/ml)? Giả thiết tỉ lệ hao hụt là 5%.

A. 547m3

B. 574 m3

C. 647m3

D. 674 m3

Hướng dẫn giải:

Đáp án A.

mFeS2 = 800 * 75% = 600 tấn

Sơ đồ sản xuất H2SO4 từ FeS2:

FeS2 → 2SO2 → 2SO3 → 2H2SO4
120 tấn → 2*98 = 196 tấn
600 → 980 tấn

Do hao hụt 5% (hiệu suất 95%) nên lượng H2SO4 thu được là:

mH2SO4 = 980 * 95% = 931 tấn
Vdd = mdd/D = (mct * 100)/(C * D) = (931 * 100)/(93 * 1,83) = 547m3

Câu 4: Cho 15,82 gam hỗn hợp Al, Fe, Cu tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch A và 9,632 lít khí SO2 ở đktc. Cô cạn dung dịch A sẽ thu được số gam muối khan là:

A. 57,1 gam

B. 60,3 gam

C. 58,8 gam

D. 54,3 gam

Hướng dẫn giải:

Đáp án A.

nSO42− (môi trường) = nSO2 = 0,43 mol
mmuối = mKL + mSO42− = 15,82 + 0,43 * 96 = 57,1 gam

Câu 5: Cho 18 gam kim loại M tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được 3,36 lít khí SO2 ở đktc và 6,4 gam S và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được số gam muối khan là:

A. 75 gam

B. 90 gam

C. 96 gam

D. 86,4 gam

Hướng dẫn giải:

Đáp án B.

nSO42− (tạo muối) = 0,5 * ne (nhận) = nSO2 + 3nS
= 0,15 + 3 * 0,2 = 0,75 mol
mmuối = mKL + mSO42− = 18 + 0,75 * 96 = 90 gam

Câu 6: Cho 6,72 gam Fe vào dung dịch chứa 0,3 mol H2SO4 đặc, nóng (giả thiết SO2 là sản phẩm khử duy nhất). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được

A. 0,03 mol Fe2(SO4)3 và 0,06 mol FeSO4

B. 0,05 mol Fe2(SO4)3 và 0,02 mol Fe dư

C. 0,02 mol Fe2(SO4)3 và 0,08 mol FeSO4

D. 0,12 mol FeSO4

Hướng dẫn giải:

Đáp án A.

nFe = 0,12 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
0,1 ← 0,3 → 0,05 mol

Fe (dư) + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4
(0,12-0,1) → 0,02  0,06

nFeSO4 = 0,06 mol; nFe2(SO4)3 (dư) = 0,05 − 0,02 = 0,03 mol

Câu 7: Dùng 300 tấn quặng pirit (FeS2) có lẫn 20% tạp chất để sản xuất axit H2SO4 có nồng độ 98%. Biết rằng hiệu suất phản ứng là 90%. Khối lượng axit H2SO4 98% thu được là

A. 320 tấn

B. 335 tấn

C. 350 tấn

D. 360 tấn

Hướng dẫn giải:

Đáp án D.

Ta có sơ đồ:

FeS2 → 2SO2 → 2SO3 → 2H2SO4
120 → 2*98 gam
300*0,8 → x tấn

Theo lý thuyết thì:

mH2SO4 = (0,8 * 300 * 2 * 98)/120 = 392 tấn

Thực tế thì:

mddH2SO4 98% = (392 * 0,9 * 100)/98 = 360 tấn

Câu 8: Cho x mol Fe tan hoàn toàn trong dung dịch chứa y mol H2SO4 (tỉ lệ x : y = 2 : 5) thu được một sản phẩm khử duy nhất là SO2 và dung dịch chỉ chứa muối sunfat. Số mol electron do lượng Fe trên nhường khi bị hòa tan là

A. 2x.

B. 3x.

C. 2y.

D. y.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D.

Gọi số mol Fe nhường là a

Ta có:

nSO42− = 0,5 * ne (nhường) = 0,5a
nSO2 = 0,5 * ne (nhận) = 0,5a

Bảo toàn nguyên tố S:

nH2SO4 = nSO42− + nSO2 = a = y

Câu 9: Cho m gam cacbon tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được V lít ở đktc hỗn hợp khí X gồm CO2 và SO2. Hấp thụ hết X bằng dung dịch NaOH vừa đủ thu được dung dịch Y chỉ chứa hai muối trung hòa. Cô cạn dung dịch Y thu được 35,8 gam muối khan. Giá trị của m và V lần lượt là :

A. 2,4 và 6,72.

B. 2,4 và 4,48.

C. 1,2 và 22,4.

D. 1,2 và 6,72.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D.

C + 2H2SO4 (đặc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O

Đặt nCO2 = x mol → nSO2 = 2x mol

Y gồm Na2CO3 và Na2SO3

nNa2CO3 = nCO2 = x mol; nNa2SO3 = nSO2 = 2x mol

mNa2CO3 + mNa2SO3 = 35,8g

→ x = 0,1 mol

nC = x = 0,1 mol → mC = 1,2 g

nX = 0,3 mol → VX = 6,72 lít

Câu 10: Hòa tan hoàn toàn 2,16 gam FeO trong lượng dư dung dịch HNO3 loãng thu được V lít (đktc) khí NO là sản phẩm khử duy nhất. Tính V?

A. 0,224 lít.

B. 0,336 lít.

C. 0,448 lít.

D. 2,240 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

nFeO = 2,16 : 72 = 0,03 mol

Phương trình phản ứng:

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

Bảo toàn electron:

nFeO = 3.nNO
→ 0,03 = 3.nNO
→ nNO = 0,01 mol
→ VNO = 0,01.22,4 = 0,224 lít.

Câu 11: Cho FeCO3 tác dụng với H2SO4 đặc nóng, sản phẩm khí thu được gồm có:

A. CO2 và SO2

B. H2S và CO2

C. CO2

D. SO2

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

2 FeCO3 +4H2SO4→ Fe2(SO4)3 + SO2 + 4 H2O + 2 CO2

Câu 12: Khi cho Fe2O3 tác dụng với H2SO4 đặc nóng thì sản phẩm thu được là:

A. Fe2(SO4)3; SO2 và H2O

B. Fe2(SO4)3 và H2O

C. FeSO4; SO2 và H2O

D. FeSO4 và H2O

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Fe2O3 + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O

(Vì trong Fe2O3 sắt đã ở số oxi hóa cao nhất nên không phải phản ứng oxi hóa khử)

Câu 13: Cách nào sau đây có thể dùng để điều chế FeO?

A Dùng CO khử Fe2O3 ở 500°C.

B Nhiệt phân Fe(OH)2 trong không khí.

C. Nhiệt phân Fe(NO3)2

D. Đốt cháy FeS trong oxi.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

Khử Fe2O3 bằng CO trong lò cao ở nhiệt độ khoảng 500 – 600oC thu được FeO là sản phẩm chính.

3Fe2O3 + CO →(400°C) 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO →(500−600°C) 3FeO + CO2

Câu 14: Oxit nào sau đây bị oxi hóa khi phản ứng với dung dịch HNO3 loãng?

A. MgO.

B. FeO.

C. Fe2O3.

D. Al2O3.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Trong các oxit MgO, Fe2O3, Al2O3 các kim loại đều có số oxi hóa cao nhất nên không bị oxi hóa khi phản ứng với dung dịch HNO3 loãng

Fe trong FeO có số oxi hóa +2 chưa phải là mức oxi hóa cao nhất nên bị oxi hóa bởi dung dịch HNO3 loãng lên mức oxi hóa +3

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

Câu 15: Cho 3,6 gam FeO phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa a mol HCl. Giá trị của a là

A. 1,00.

B. 0,50.

C. 0,75.

D. 1,25.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

nFeO = 3,6 : 72 = 0,05 mol = nO

Bảo toàn nguyên tố:

nH = 2nH2O = 2nO = 2.0,05 = 0,1mol
nHCl = nH = 0,1 mol

Câu 16: Cho 2,8 gam Fe tác dụng hết với H2SO4 đặc, nóng dư thì thể tích khí SO2 thu được ở đktc là:

A. 3,36 lít

B. 1,68 lít

C. 33,6 lít

D. 16,8 lít

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

n Fe = 0,05 mol

3nFe=2nSO2→nSO2=0,075mol
→VSO2=1,681

Câu 17: Hòa tan hoàn toàn 2,8 gam hỗn hợp FeO, Fe2O3 và Fe3O4 cần vừa đủ V ml dung dịch HCl 1M , thu được dung dịch X. Cho từ từ dung dịch NaOH dư vào dung dịch X thu được kết tủa Y. Nung Y trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 3 gam chất rắn. Tính V ?

A. 87,5 ml

B. 125 ml

C. 62,5 ml

D. 175 ml

Hướng dẫn giải

Đáp án A

FeO, Fe2O3, Fe3O4 →(+HCl) FeCl2, FeCl3 →(+NaOH,t°C) Fe2O3

mFe2O3= 3 : 160 = 0,01875 gam

Coi hỗn hợp ban đầu gồm Fe, O.

nFe= 2nFe2O3 = 2.0,01875 = 0,0375 mol

nO = (2,8−0,0375.56)/16= 0,04375 mol

Bảo toàn nguyên tố O → nH2O = nO = 0,04375 mol

Bảo toàn nguyên tố H: nHCl = 2nH2O = 2.0,04375 = 0,0875 mol

→ V = 87,5 ml.

5. Tìm Hiểu Sâu Hơn Về H2SO4

5.1. Các tính chất vật lý của H2SO4

• H2SO4 là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi, nặng gần gấp đôi nước.
• H2SO4 đặc tan vô hạn trong nước và tỏa nhiệt lớn. Do đó, khi pha loãng H2SO4 đặc, cần rót từ từ axit vào nước và khuấy đều, không được làm ngược lại.

5.2. Ứng dụng quan trọng của H2SO4

H2SO4 là một hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:

• Sản xuất phân bón: H2SO4 được sử dụng để sản xuất các loại phân bón như superphosphate và ammonium sulfate.
• Sản xuất hóa chất: H2SO4 là nguyên liệu để sản xuất nhiều hóa chất khác như axit clohidric (HCl), axit photphoric (H3PO4), thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, v.v.
• Luyện kim: H2SO4 được sử dụng để xử lý quặng và làm sạch bề mặt kim loại.
• Sản xuất giấy: H2SO4 được sử dụng trong quá trình sản xuất giấy để tẩy trắng và xử lý bột giấy.
• Công nghiệp dầu mỏ: H2SO4 được sử dụng để tinh chế dầu mỏ và sản xuất các sản phẩm hóa dầu.

Theo báo cáo của Bộ Công Thương năm 2021, nhu cầu sử dụng axit sulfuric tại Việt Nam tiếp tục tăng trưởng, đặc biệt trong các ngành sản xuất phân bón và hóa chất.

6. Những Lưu Ý Khi Làm Việc Với H2SO4

Axit sulfuric là một hóa chất ăn mòn mạnh, có thể gây bỏng nặng khi tiếp xúc với da và mắt. Do đó, khi làm việc với H2SO4, cần tuân thủ các biện pháp an toàn sau:

• Đeo kính bảo hộ và găng tay khi tiếp xúc với H2SO4.
• Làm việc trong môi trường thông thoáng.
• Không được đổ nước vào H2SO4 đặc mà phải rót từ từ H2SO4 vào nước và khuấy đều.
• Nếu H2SO4 dính vào da hoặc mắt, phải rửa ngay bằng nhiều nước và đến cơ sở y tế gần nhất.

7. Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về FeS2 Và H2SO4

• Câu hỏi 1: Phản ứng giữa FeS2 và H2SO4 loãng có xảy ra không?

  • Trả lời: Không, phản ứng chỉ xảy ra với H2SO4 đặc và điều kiện nhiệt độ thích hợp.

• Câu hỏi 2: Tại sao Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội?

  • Trả lời: Do tạo thành lớp oxit bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn không cho axit tiếp xúc với kim loại bên trong.

• Câu hỏi 3: Sản phẩm khử của H2SO4 đặc trong phản ứng với FeS2 là gì?

  • Trả lời: Sản phẩm khử chính là SO2.

• Câu hỏi 4: H2SO4 có gây ô nhiễm môi trường không?

  • Trả lời: Có, H2SO4 có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách, đặc biệt là gây mưa axit.

• Câu hỏi 5: Làm thế nào để nhận biết H2SO4 đặc?

  • Trả lời: H2SO4 đặc là chất lỏng sánh như dầu, không màu, không bay hơi và có tính háo nước mạnh.

• Câu hỏi 6: Ứng dụng nào của H2SO4 là quan trọng nhất?

  • Trả lời: Sản xuất phân bón là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của H2SO4.

• Câu hỏi 7: Tại sao cần phải pha loãng H2SO4 đặc một cách cẩn thận?

  • Trả lời: Vì quá trình pha loãng tỏa rất nhiều nhiệt, có thể gây nguy hiểm nếu không thực hiện đúng cách.

• Câu hỏi 8: H2SO4 có thể tác dụng với chất nào sau đây: Fe, BaCl2, NaOH?

  • Trả lời: H2SO4 có thể tác dụng với tất cả các chất trên: Fe, BaCl2, NaOH.

• Câu hỏi 9: Điều gì xảy ra khi H2SO4 tiếp xúc với đường?

  • Trả lời: H2SO4 sẽ hút nước từ đường, làm đường hóa thành than.

• Câu hỏi 10: Có thể dùng H2SO4 để làm khô khí NH3 không?

  • Trả lời: Không, vì H2SO4 sẽ phản ứng với NH3.

8. Tìm Hiểu Thêm Tại Tic.edu.vn

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng? Bạn mất thời gian tổng hợp thông tin giáo dục từ nhiều nguồn khác nhau? Bạn cần các công cụ hỗ trợ học tập hiệu quả? Bạn mong muốn kết nối với cộng đồng học tập?

Hãy truy cập ngay tic.edu.vn để khám phá nguồn tài liệu học tập đa dạng, đầy đủ và được kiểm duyệt, thông tin giáo dục mới nhất và chính xác, các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả và cộng đồng học tập trực tuyến sôi nổi. tic.edu.vn sẽ giúp bạn nâng cao kiến thức, phát triển kỹ năng và chinh phục mọi mục tiêu học tập.

Liên hệ với chúng tôi qua email tic.edu@gmail.com hoặc truy cập trang web tic.edu.vn để biết thêm chi tiết. tic.edu.vn – Nền tảng học tập tin cậy của bạn!

Lời kêu gọi hành động (CTA): Khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú và các công cụ hỗ trợ hiệu quả tại tic.edu.vn ngay hôm nay!