Phản ứng đốt cháy FeS2 (pirit sắt) trong oxy tạo thành Fe2O3 và SO2 là một phản ứng quan trọng trong hóa học và công nghiệp. Bài viết này sẽ đi sâu vào phản ứng này, đặc biệt tập trung vào Số Oxh Của Fes2, cùng các ứng dụng và bài tập liên quan.
Phản Ứng Đốt Cháy Quặng Pirit Sắt: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Phương trình hóa học cân bằng cho phản ứng đốt cháy quặng pirit sắt (FeS2) là:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao.
Xác Định Số Oxi Hóa của FeS2
Để xác định số oxi hóa của Fe và S trong FeS2, ta thực hiện như sau:
- Tổng số oxi hóa trong một hợp chất bằng 0.
- Oxi hóa của O là -2 (trong hầu hết các trường hợp).
Trong FeS2, ta có:
- Fe có số oxi hóa là +2.
- S có số oxi hóa là -1.
Vậy, số oxh của FeS2 là Fe(+2)S2(-1).
Giải thích quá trình thay đổi số oxi hóa
Trong phản ứng trên, có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố:
- Fe tăng từ +2 trong FeS2 lên +3 trong Fe2O3 (oxi hóa).
- S tăng từ -1 trong FeS2 lên +4 trong SO2 (oxi hóa).
- O giảm từ 0 trong O2 xuống -2 trong Fe2O3 và SO2 (khử).
Ứng Dụng Của Phản Ứng Đốt Cháy FeS2
Phản ứng này có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp sản xuất axit sunfuric (H2SO4).
Sản Xuất Axit Sunfuric (H2SO4)
Đốt cháy quặng pirit sắt (FeS2) là giai đoạn đầu tiên trong quy trình sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc. Quy trình này gồm 3 công đoạn chính:
-
Sản xuất sulfur dioxide (SO2): Đốt cháy FeS2 hoặc lưu huỳnh (S).
S + O2 → SO24FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
-
Sản xuất sulfur trioxide (SO3): Oxi hóa SO2 thành SO3 bằng O2 dư, xúc tác V2O5, ở nhiệt độ 450-500°C.
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3
-
Hấp thụ SO3: Hấp thụ SO3 bằng H2SO4 98% để tạo ra oleum (H2SO4.nSO3), sau đó pha loãng oleum bằng nước để thu được H2SO4 đặc.
H2SO4 + nSO3 → H2SO4.nSO3H2SO4.nSO3 + nH2O → (n + 1)H2SO4
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Cho các chất: FeS, FeS2 , FeO, Fe2O3. Chất chứa hàm lượng sắt lớn nhất là:
A. FeS
B. FeS2
C. FeO
D. Fe2O3
Hướng dẫn giải:
Đáp án C
Hàm lượng Fe trong FeO là lớn nhất:
%Fe = 56.100/(56 + 16) = 77,78%
Câu 2: Dãy các chất nào sau đây tác dụng với dung dịch axit sunfuric loãng?
A. Fe2O3, CuO, Al2O3, MgO
B. Fe2O3, CuO, Al2O3, CO
C. P2O5, CuO, Al2O3, MgO
D. P2O5, CuO, SO3, MgO
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
Dãy các chất tác dụng với dung dịch axit sunfuric loãng: Fe2O3, CuO, Al2O3, MgO
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
Al2O3 + 3H 2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O
Câu 3: Hòa tan một oxit sắt vào dung dịch H2SO4 loãng dư được dung dịch X.
Chia dung dịch X làm 2 phần bằng nhau:
- Phần 1: Cho một ít vụn Cu vào thấy tan ra và cho dung dịch có màu xanh
- Phần 2: Cho một vài giọt dung dịch KMnO4 vào thấy bị mất màu.
Oxit sắt là
A. FeO.
B. Fe3O4.
C. Fe2O3.
D. FeO hoặc Fe2O3.
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
Cho Cu vào dung dịch thấy tan ra và có màu xanh chứng tỏ trong dung dịch có Fe3+:
Cu + 2Fe3+ → 2Fe2+ + Cu2+
Cho KMnO4 vào thấy dung dịch bị mất màu → chứng tỏ dung dịch có cả Fe2+ (xảy ra phản ứng oxi hóa khử giữa Fe2+ và KMnO4 do Mn+7 + 5e → Mn+2 và Fe+2 → Fe+3 + 1e.
Câu 4: Từ 1,6 tấn quặng pirit sắt có chứa 60% FeS2 có thể sản xuất được bao nhiêu tấn axit H2SO4? Biết hiệu suất của quá trình phản ứng là 90%. Kết quả gần nhất với đáp án nào sau đây?
A. 1,4 tấn
B. 1,5 tấn
C. 1,6 tấn
D. 1,5 tấn
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
Sơ đồ phản ứng: FeS2 → 2SO2 → 2SO3 → 2H2SO4
120 196
1,6.60% = 0,96 tấn → 1,568 tấn
=> khối lượng axit sunfuric thực tế thu được = 1,568.90% = 1,2544 tấn = 1411,2 kg
Đáp án cần chọn là: A
Câu 5: 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=0,8.300.2.98120=392 tấn
Thực tế thì mdd H2SO4 98%=392.0,9.10098=360tấn
Câu 6: 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
V dd=mddD=mct.100C.D=931.10093.1,83=547m3
