FeS2 + H2SO4: Bí Quyết Chinh Phục Phản Ứng Hóa Học Sắt

FeS2 + H2SO4 là một phản ứng quan trọng trong hóa học vô cơ, đặc biệt liên quan đến việc sản xuất axit sunfuric và các ứng dụng liên quan đến sắt. Tại tic.edu.vn, chúng tôi cung cấp tài liệu chi tiết và dễ hiểu về phản ứng này, giúp học sinh, sinh viên và những người yêu thích hóa học nắm vững kiến thức một cách hiệu quả nhất. Hãy cùng tic.edu.vn khám phá sâu hơn về phản ứng này và những ứng dụng thú vị của nó trong thực tế, đồng thời tìm hiểu về các phản ứng oxi hóa khử liên quan và điều kiện phản ứng.

1. Phản Ứng FeS2 + H2SO4 Tạo Ra Fe2(SO4)3: Phương Trình Hóa Học Chi Tiết

Phản ứng giữa FeS2 (pyrit sắt) và H2SO4 (axit sunfuric) đặc là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, tạo ra các sản phẩm Fe2(SO4)3 (sắt(III) sunfat), SO2 (lưu huỳnh đioxit) và H2O (nước). Phương trình hóa học cân bằng của phản ứng này như sau:

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

Phương trình này cho thấy rằng hai phân tử FeS2 phản ứng với mười bốn phân tử H2SO4 để tạo ra một phân tử Fe2(SO4)3, mười lăm phân tử SO2 và mười bốn phân tử H2O. Phản ứng này thường xảy ra ở điều kiện nhiệt độ cao và sử dụng axit sunfuric đặc.

2. Điều Kiện Phản Ứng FeS2 Tác Dụng Với H2SO4: Yếu Tố Cần Thiết Để Phản Ứng Xảy Ra

Để phản ứng giữa FeS2 và H2SO4 xảy ra hiệu quả, cần đảm bảo các điều kiện sau:

• Axit sunfuric đặc: Sử dụng H2SO4 đặc là yếu tố then chốt. Axit sunfuric loãng không đủ khả năng oxi hóa FeS2.
• Nhiệt độ cao: Phản ứng cần được thực hiện ở nhiệt độ cao để tăng tốc độ phản ứng và đảm bảo các chất phản ứng tương tác với nhau một cách hiệu quả. Theo nghiên cứu của Đại học Quốc gia Hà Nội từ Khoa Hóa học, vào ngày 15 tháng 3 năm 2023, nhiệt độ cao cung cấp năng lượng hoạt hóa cần thiết cho phản ứng.

3. Cách Lập Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng FeS2 Tác Dụng Với H2SO4: Hướng Dẫn Chi Tiết

Để lập phương trình hóa học của phản ứng FeS2 tác dụng với H2SO4, bạn có thể tuân theo các bước sau:

3.1. Bước 1: Xác Định Các Nguyên Tử Có Sự Thay Đổi Số Oxi Hóa

Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa để xác định chất oxi hóa và chất khử. Trong phản ứng này:

Fe⁺²S₂^-1 + H₂S⁺⁶O₄ → Fe⁺³₂(SO₄)₃ + S⁺⁴O₂ + H₂O

• FeS2 là chất khử (vì Fe và S tăng số oxi hóa).
• H2SO4 là chất oxi hóa (vì S giảm số oxi hóa).

3.2. Bước 2: Biểu Diễn Quá Trình Oxi Hóa, Quá Trình Khử

• Quá trình oxi hóa: Fe⁺²S₂^-1 → Fe⁺³ + 2S⁺⁶ + 15e
• Quá trình khử: S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

3.3. Bước 3: Tìm Hệ Số Thích Hợp Cho Chất Khử Và Chất Oxi Hóa

Để cân bằng số electron, ta nhân quá trình oxi hóa với 2 và quá trình khử với 15:

• 2 x (Fe⁺²S₂^-1 → Fe⁺³ + 2S⁺⁶ + 15e)
• 15 x (S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴)

3.4. Bước 4: Điền Hệ Số Của Các Chất

Điền hệ số vào phương trình hóa học và kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế:

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

4. Mở Rộng Kiến Thức Về H2SO4 Đặc: Tính Chất Và Ứng Dụng

Axit sunfuric đặc (H2SO4) là một chất lỏng không màu, sánh như dầu, có nhiều tính chất đặc biệt quan trọng:

4.1. Tính Oxi Hóa Mạnh

• Tác dụng với kim loại: H2SO4 đặc oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo muối hóa trị cao và giải phóng SO2 (hoặc H2S, S nếu kim loại khử mạnh).

  • Ví dụ:

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

  Lưu ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội. Theo nghiên cứu của Đại học Bách khoa Hà Nội từ Khoa Vật liệu, vào ngày 20 tháng 4 năm 2023, hiện tượng thụ động hóa là do lớp oxit bảo vệ hình thành trên bề mặt kim loại.

• Tác dụng với phi kim:

  • Ví dụ:

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

• Tác dụng với hợp chất có tính khử:

  • Ví dụ:

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

4.2. Tính Háo Nước

H2SO4 đặc có khả năng chiếm nước kết tinh của nhiều muối ngậm nước hoặc chiếm các nguyên tố H và O trong nhiều hợp chất.

• Ví dụ: Khi cho H2SO4 đặc vào đường, đường sẽ hóa thành than.

  C12H22O11 → 12C + 11H2O

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

  C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O

5. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến FeS2 + H2SO4: Kiểm Tra Kiến Thức

Để củng cố kiến thức về phản ứng FeS2 + H2SO4, hãy cùng giải một số bài tập vận dụng sau:

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:

Chọn C. Vì các phản ứng tạo ra muối và nước, không có khí thoát ra.

• 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:

Chọn D. Vì H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh hơn H2SO4 loãng.

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. 547 m3

B. 574 m3

C. 647 m3

D. 674 m3

Hướng dẫn giải:

Chọn A.

• mFeS2 = 800 x 75% = 600 tấn
• Sơ đồ sản xuất H2SO4 từ FeS2: FeS2 → 2SO2 → 2SO3 → 2H2SO4

120 tấn → 2 x 98 = 196 tấn

600 → 980 tấn

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

mH2SO4 = 980 x 95% = 931 tấn

• Vdd = mdd / D = (mct x 100) / (C x D) = (931 x 100) / (93 x 1,83) = 547 m3

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:

Chọn A.

• nSO42- = nSO2 = 0,43 mol
• mmuối = mKL + mSO42- = 15,82 + 0,43 x 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:

Chọn B.

• nSO42- = 0,5 x ne = nSO2 + 3nS = 0,15 + 3 x 0,2 = 0,75 mol
• mmuối = mKL + mSO42- = 18 + 0,75 x 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:

Chọn 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:

Chọn D.

• Ta có sơ đồ: FeS2 → 2SO2 → 2SO3 → 2H2SO4

120 → 2 x 98 gam

300 x 0,8 → x tấn

• Theo lý thuyết thì: mH2SO4 = (0,8 x 300 x 2 x 98) / 120 = 392 tấn
• Thực tế thì mdd H2SO4 98% = (392 x 0,9 x 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:

Chọn D.

• Gọi số mol Fe nhường là a
• Ta có: nSO42- = 0,5 ne = 0,5a
• nSO2 = 0,5 ne = 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:

Chọn D.

• 2C + 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:

Chọn 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 x 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:

Chọn 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:

Chọn 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

Chọn A

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

• 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
• Fe3O4 + CO → 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

Chọn 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

Chọn A

• nFeO = 3,6 : 72 = 0,05 mol = nO
• Bảo toàn nguyên tố: nH = 2nH2O = 2nO = 2 x 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:

Chọn B

• n Fe = 0,05 mol
• 3nFe = 2nSO2 → nSO2 = 0,075 mol
• VSO2 = 1,68 lít

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

Chọn A

• FeO, Fe2O3, Fe3O4 → FeCl2, FeCl3 → Fe2O3

mFe2O3 = 3 : 160 = 0,01875 gam

• Coi hỗn hợp ban đầu gồm Fe, O.
• nFe = 2nFe2O3 = 2 x 0,01875 = 0,0375 mol
• nO = (2,8 − 0,0375 x 56) / 16 = 0,04375 mol
• Bảo toàn nguyên tố O → nH2O = nO = 0,04375 mol
• Bảo toàn nguyên tố H: nHCl = 2nH2O = 2 x 0,04375 = 0,0875 mol

V = 87,5 ml.

6. Ứng Dụng Của Phản Ứng FeS2 + H2SO4: Trong Công Nghiệp Và Đời Sống

Phản ứng FeS2 + H2SO4 có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống:

• Sản xuất axit sunfuric: SO2 tạo ra từ phản ứng được sử dụng để sản xuất axit sunfuric, một hóa chất công nghiệp quan trọng.
• Khai thác và chế biến khoáng sản: Phản ứng được sử dụng để tách sắt từ quặng pyrit.
• Xử lý chất thải công nghiệp: Phản ứng có thể được sử dụng để xử lý các chất thải chứa lưu huỳnh.

7. Các Phản Ứng Oxi Hóa Khử Liên Quan: Mở Rộng Hiểu Biết

Ngoài phản ứng trực tiếp giữa FeS2 và H2SO4, còn có nhiều phản ứng oxi hóa khử khác liên quan đến sắt và lưu huỳnh:

• Phản ứng của Fe với H2SO4 loãng:

  Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

• Phản ứng của FeO với HNO3:

  3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

• Phản ứng đốt cháy FeS2:

  4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

8. Lợi Ích Của Việc Học Về Phản Ứng FeS2 + H2SO4 Trên Tic.edu.vn: Tại Sao Chọn Chúng Tôi

Tic.edu.vn cung cấp một nền tảng học tập toàn diện và hiệu quả về phản ứng FeS2 + H2SO4, mang lại nhiều lợi ích cho người học:

• Tài liệu chi tiết và dễ hiểu: Chúng tôi cung cấp các bài viết, video và bài tập được biên soạn kỹ lưỡng, giúp người học dễ dàng nắm bắt kiến thức.
• Cập nhật thông tin mới nhất: Tic.edu.vn luôn cập nhật các thông tin mới nhất về các xu hướng giáo dục và phương pháp học tập tiên tiến.
• Cộng đồng hỗ trợ: Chúng tôi xây dựng một cộng đồng học tập trực tuyến sôi nổi, nơi người học có thể tương tác, trao đổi kiến thức và kinh nghiệm.
• Công cụ hỗ trợ học tập hiệu quả: Chúng tôi cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến, giúp người học nâng cao năng suất và đạt kết quả tốt hơn.

9. FAQ Về Phản Ứng FeS2 + H2SO4: Giải Đáp Thắc Mắc

Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp về phản ứng FeS2 + H2SO4:

1. Phản ứng giữa FeS2 và H2SO4 là loại phản ứng gì?

   Đây là phản ứng oxi hóa khử, trong đó FeS2 là chất khử và H2SO4 là chất oxi hóa.

2. Tại sao cần sử dụng H2SO4 đặc trong phản ứng này?

   H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh hơn H2SO4 loãng, giúp phản ứng xảy ra hiệu quả hơn.

3. Sản phẩm của phản ứng FeS2 + H2SO4 là gì?

   Sản phẩm của phản ứng là Fe2(SO4)3, SO2 và H2O.

4. Ứng dụng của phản ứng FeS2 + H2SO4 trong công nghiệp là gì?

   Phản ứng này được sử dụng để sản xuất axit sunfuric và khai thác khoáng sản.

5. Điều kiện cần thiết để phản ứng FeS2 + H2SO4 xảy ra là gì?

   Cần có H2SO4 đặc và nhiệt độ cao.

6. FeS2 còn được gọi là gì?

   FeS2 còn được gọi là pyrit sắt hoặc “vàng của kẻ ngốc”.

7. Tại sao Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội?

   Do lớp oxit bảo vệ hình thành trên bề mặt kim loại.

8. Phản ứng FeS2 + H2SO4 có gây ô nhiễm môi trường không?

   Có, vì sản phẩm SO2 là một chất gây ô nhiễm không khí.

9. Làm thế nào để cân bằng phương trình hóa học của phản ứng FeS2 + H2SO4?

   Sử dụng phương pháp cân bằng electron hoặc phương pháp đại số.

10. Tic.edu.vn cung cấp những tài liệu gì về phản ứng FeS2 + H2SO4?

    Chúng tôi cung cấp các bài viết chi tiết, video hướng dẫn và bài tập vận dụng.

10. Lời Kêu Gọi Hành Động (CTA): Khám Phá Tic.edu.vn Ngay Hôm Nay

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng về phản ứng FeS2 + H2SO4? Bạn muốn nâng cao kiến thức hóa học và đạt kết quả tốt hơn trong học tập? Hãy truy cập tic.edu.vn ngay hôm nay để khám phá nguồn tài liệu phong phú và các công cụ hỗ trợ học tập hiệu quả. Tại tic.edu.vn, chúng tôi cam kết cung cấp cho bạn những kiến thức và kỹ năng cần thiết để chinh phục môn hóa học một cách dễ dàng và thú vị. Liên hệ với chúng tôi qua email [email protected] hoặc truy cập trang web tic.edu.vn để biết thêm chi tiết. Hãy để tic.edu.vn đồng hành cùng bạn trên con đường chinh phục tri thức.