FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

1. Bản chất chất phản ứng:

1.1. Bản chất của FeSO4 (Sắt(II) sunfat):

– Trong phản ứng trên FeSO4 là chất khử.

– FeSO4 là chất khử khi phản ứng với Cl2, axit,..

Tính chất vật lý và nhận thức

– Tính chất vật lý: Có khả năng hút ẩm tốt, thường tồn tại ở trạng thái ngậm nước. Tan tốt trong nước tạo dung dịch không màu.

– Nhận biết: Dùng dung dịch BaCl2 thấy xuất hiện kết tủa trắng:

FeSO4 + BaCl2 → BaSO4 + FeCl2.

Tính chất hóa học

– Tính chất hóa học đầy đủ của muối.

– Có tính khử và tính oxi hóa:

Sự khử: Fe2+ → Fe3+ + 1e

Sự oxi hóa: Fe2+ + 1e → Fe

Một. Tính chất hóa học của muối:

– Phản ứng với dung dịch kiềm:

FeSO4 + KOH → K2SO4 + Fe(OH)2

Tác dụng của muối:

FeSO4 + BaCl2 → BaSO4 + FeCl2.

b. Tính khử:

FeSO4 + Cl2 → FeCl3 +Fe2(SO4)3

2FeSO4 + 2H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

c. Oxy hóa:

FeSO4 + Mg → MgSO4 + Fe

1.2. Bản chất của H2SO4 (Axit Sunfuric)

Trong phản ứng trên, H2SO4 là chất oxi hóa.

– Trong H2SO4, S có mức oxi hóa +6 cao nhất nên H2SO4 đặc có tính axit mạnh, là chất oxi hóa mạn tính.

Tính chất hóa học của H2SO4 loãng

Axit sunfuric là một axit mạnh, hóa chất này có đầy đủ các tính chất hóa học chung của axit như:

– Axit sunfuric H2SO4 làm đổi màu quỳ tím thành đỏ.

– Phản ứng với các kim loại đứng trước H (trừ Pb) tạo thành muối sunfat.

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

– Phản ứng với oxit bazơ tạo thành muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) và nước.

FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O

Axit sunfuric tác dụng với bazơ tạo thành muối mới và nước.

H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

– H2SO4 phản ứng với muối tạo thành muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) và axit mới.

Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2

H2SO4 + 2KHCO3 → K2SO4 + 2H2O + 2CO2

Tính chất hóa học của H2SO4 đặc

Axit sunfuric đặc là một axit mạnh, là chất oxi hóa mạnh, có các tính chất hóa học nổi bật như:

– Tác dụng với kim loại: Khi cho mẩu Cu vào H2SO4 sinh ra dung dịch màu xanh lam và có khí bay ra mùi xốc.

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O

– Phản ứng với phi kim tạo oxit phi kim + H2O + SO2.

C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2O + 2SO2 (nhiệt độ)

2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

– Phản ứng với các chất khử khác.

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

– H2SO4 còn có tính háo nước đặc trưng như cho H2SO4 vào cốc đựng đường, sau phản ứng đường sẽ chuyển sang màu đen và phun trào theo phương trình hóa học sau.

C12H22O11 + H2SO4 → 12C + H2SO4.11H2O

2. Phương trình phản ứng:

2FeSO4 + 2H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O:

2.1. Điều kiện để xảy ra phản ứng Fe thành Fe2(SO4)3:

Phản ứng hóa học để chuyển đổi sắt (Fe) thành sắt sunfat (Fe2(SO4)3) có thể được thực hiện bằng cách cho nó phản ứng với axit sunfuric (H2SO4) để tạo thành sắt sunfat và khí lưu huỳnh (S02) và nước. (H2O) ta có phương trình sau:

Fe + H2SO4 —> Fe2(S04)3 + SO2 + H2O

Điều kiện cần để phản ứng này xảy ra là:

– Axit sunfuric phải có độ tinh khiết cao, tức là phải sử dụng axit sunfuric đậm đặc (hàm lượng H2SO4 >= 98%) để đảm bảo cùng một chất phản ứng đủ nồng độ và khả năng phản ứng cao;

– Phải sử dụng sắt nguyên chất để đảm bảo chất lượng sản phẩm Fe2(SO4)3;

– Cần cung cấp nhiệt độ cần thiết để phản ứng diễn ra nhanh chóng. Nhiệt độ cần cung cấp đủ và cần thiết cho phản ứng này xảy ra là từ 150 độ C đến 200 độ C;

– Cần duy trì môi trường axit tức là môi trường có pH thấp (khoảng 2 đến 3) bằng cách cho axit sunfuric vào hỗn hợp phản ứng để duy trì môi trường axit trong suốt quá trình;

– Phải sử dụng lò đốt kín để tránh SO2 thoát ra ngoài không khí gây ô nhiễm môi trường và gây hại cho sức khỏe.

Ta có phương trình rút gọn khi cho Fe tác dụng với H2SO4:

Fe + H2SO4 —> FeSO4 + H2

Fe (sắt) phản ứng với H2SO4 (axit sunfuric) để tạo ra FeSO4 (sắt sunfat) và H2 (hydro).

Phản ứng này là oxi hóa khử trong đó sắt bị oxi hóa và axit sunfuric bị khử.

Cân bằng phương trình chuẩn như sau:

2Fe + 3H2SO4 —> Fe2(SO4)3 +3 SO2 +4H2O

Trong phản ứng này, Fe tác dụng với axit sunfuric (H2SO4) tạo ra muối sắt(III) sunfat Fe2(SO4)3, trong đó Fe bị oxi hóa khử từ sắt(II) oxit thành sắt(III) đồng oxit. thời gian, H2SO4 bị khử thành SO2 và nước.

2.2. Fe khi phản ứng với H2SO4 ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau:

Fe phản ứng với H2SO4 loãng

Fe (sắt) có thể phản ứng với H2SO4 loãng (axit sunfuric loãng) tạo ra ion sắt (II) và khí hiđro:

Fe +H2SO4 (loãng) —> FeSO4 + H2 (bay hơi)

Trong phản ứng hóa học này, axit sunfuric loãng bị khử thành khí hydro và sắt bị oxi hóa thành ion sắt (II) (Fe2+) và sản phẩm là sắt sunfat (FeSO4).

Khi tác dụng với axit sunfuric đặc, Fe không phản ứng vì có lớp oxit bảo vệ bề mặt sắt trước tác dụng của axit. Nếu muốn Fe phản ứng với axit sunfuric đặc thì cần thêm chất oxi hóa như CuO (đồng(II) oxit) để phá vỡ lớp oxit trên bề mặt sắt và tạo điều kiện cho phản ứng hóa học diễn ra.

Cân bằng phản ứng oxi hóa khử Fe + H2SO4 —> Fe2(SO4)3 +SO2 +H20 ở điều kiện loãng:

Bước 1: Viết công thức hóa học của tất cả các chất trong phương trình:

Fe + H2SO4 —> Fe2(SO4)3 + SO2 +H2O

Bước 2: Xác định số nguyên tố, số phân tử của các chất trong phương trình

Bước 3: Cân bằng tỉ lệ nguyên của các chất ở cả hai vế của phương trình:

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

1 1 1 1 1

Bước 4: Cân bằng số phân tử của các chất ở hai vế phương trình:

Fe + H2SO4 –>Fe2(SO4)3 +SO2 +H2O

1 1 1 1 1

1 3 1 1 2

Bước 5: Kiểm tra lại phương trình đã cân bằng:

Fe + H2SO4 –> Fe2(S04)3 + SO2 + H2O

Ta có 1 nguyên tố Fe, 3 nguyên tố H, 1 nguyên tố S và 10 nguyên tố O ở cả hai vế của phương trình. Phản ứng diễn ra ở điều kiện loãng, nghĩa là H2SO4 có nồng độ thấp hơn so với điều kiện đặc nóng nên phản ứng sẽ không quá mạnh và chỉ tạo ra một lượng nhỏ SO2.

Fe phản ứng với H2SO4 đặc nóng.

Fe có thể phản ứng với H2SO4 đặc nóng nhưng phản ứng này nguy hiểm và dễ cháy nổ.

Trong phản ứng Fe + H2SO4 đặc, axit đặc ở nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng đến cấu tạo của kim loại sắt, làm cho sắt bị oxi hóa nhanh hơn, phản ứng xảy ra mạnh hơn. Phản ứng sẽ tạo ra khí hydro (H2). ) và muối sắt(II) sunfat FeSO4 cũng như khí SO2 nếu quá trình oxi hóa mạnh.

Tuy nhiên, phản ứng này cũng rất nguy hiểm vì có thể tạo ra một lượng lớn khí H2 trong thời gian ngắn, nguy hiểm cho sức khỏe và dễ dẫn đến cháy nổ. Vì vậy, khi thực hiện phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng cần tiến hành dưới sự giám sát của người có chuyên môn hoặc người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

Cân bằng phương trình Fe +H2SO4 –> Fe2(SO4)3 +SO2 + H2O ở điều kiện nóng ta có phương trình phản ứng sau:

Fe +H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

Bước 1: Cân bằng số nguyên tử sắt ở 2 vế bằng cách thêm hệ số 2 vào trước FeSO4 ở vế phải:

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

Bước 2: Cân bằng số nguyên tử oxi ở cả hai vế bằng cách cộng hệ số 3 trước H2O ở vế phải:

Fe + H2SO4 —> Fe2(SO4)3 +3 SO2 + 3H2O

Bước 3: Cân bằng số nguyên tử lưu huỳnh ở cả hai vế bằng cách thêm hệ số 3 vào trước SO2 ở vế phải:

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 3H2O

Phương trình hóa học cân bằng là:

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 +3SO2 + 3H2O

Ghi chú: Sắt (Fe) không phản ứng với H2SO4 đặc nguội hay còn gọi là H2SO4 đậm đặc vì nó có tính oxi hóa tạo lớp bề mặt bảo vệ trên sắt. Lớp bảo vệ này ngăn chặn phản ứng giữa sắt và axit sunfuric.

Tuy nhiên, nếu cho sắt vào H2SO4 đặc để nguội và tăng nhiệt độ thì lớp bảo vệ sẽ bị phá hủy, sắt bị oxi hóa và phản ứng xảy ra. Khi đó ta có phương trình phản ứng giữa Fe với H2SO4 đặc nguội tạo ra SO2, Fe2(SO4)3 và H2O. Phương trình cân bằng như sau:

Fe +H2SO4(rắn) –> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

Để tăng tốc độ phản ứng thông thường chúng ta cần sử dụng chất xúc tác như Cu (đồng) hoặc Pt (bạch kim).

Khi thực hiện các phản ứng hóa học giữa Fe và H2SO4 cần tuân theo các quy tắc an toàn, tránh xảy ra tai nạn, nguy hiểm cho sức khỏe.

3. Các bước thực hành thí nghiệm

Vật dụng cần chuẩn bị khi thực hiện:

– Sắt kim loại (Fe) có thể dùng sắt miếng ở dạng lá, sợi, dây hoặc sắt bột;

– Axit sunfuric (H2SO4) phải dùng axit H2SO4 đặc nóng có nồng độ cao hơn 95%;

– Bình tách hoặc bình chứa cofn axit, chọn loại chịu được axit và có đủ độ dày để tránh cháy nổ;

– Đậy nắp bình để đậy kín bình chứa axit khi phản ứng xảy ra;

– Che chắn bao che bình chứa axit và hạn chế tối đa tác động của khí độc;

– Bể chứa nước để rửa và làm mát trong trường hợp cần thiết;

– Găng tay, kính bảo hộ, khẩu trang bảo vệ cơ thể khỏi axit và khí độc.

Cách làm thí nghiệm:

Bước 1: Chuẩn bị bình tách và thêm axit sunfuric. Lưu ý đeo kính, khẩu trang bảo hộ lao động và chú ý tránh tiếp xúc với axit;

Bước 2: Cho từ từ kim loại đen vào bình đựng axit sunfuric. Lưu ý khi phản ứng sẽ diễn ra mạnh và sinh ra khí hiđro (H2) và muối sắt sunfat FeSO4, cũng như khí SO2 nếu quá trình oxi hóa quá mạnh, chú ý đậy chặt nắp và sử dụng bình thủy tinh. đảm bảo hạn chế tối đa ảnh hưởng của khí độc;

Bước 3: Khi phản ứng kết thúc, đổ đầy nước vào bình để làm nguội và rửa sạch tay sau khi thực hiện.

Lưu ý: Phản ứng giữa Fe và H2SO4 là phản ứng nguy hiểm, có thể dẫn đến cháy nổ nếu không thực hiện đúng cách. Do đó, việc thực hiện phản ứng cần được thực hiện cẩn thận và dưới sự giám sát của các chuyên gia hoặc người có kinh nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm.

4. Câu hỏi ứng dụng liên quan:

Câu 1. Dung dịch chất nào sau đây không làm mất màu dung dịch FeSO4?

A. Dung dịch KMnO4 trong H2SO4 . môi trường

B. Dung dịch K2Cr2O7 trong H2SO4 . môi trường

C.Br2 . giải pháp

D. CuCl2 . giải pháp

Trả lời: DỄ DÀNG

Đáp án Chọn đáp án D vì:

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4+ 8H2O

6FeSO4 + K2Cr2O7+ 7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4+ 7H2O

3Br2 + 6FeSO4 2Fe2(SO4)3+ 2FeBr3

Câu 2. Kim loại nào sau đây phản ứng được với dung dịch FeSO4 và dung dịch HNO3 đặc, nguội?

A. Mg.

B. Al.

C. Cr.

D. Cu.

Trả lời: A

Chọn đáp án A vì:

FeSO4 + Mg → Fe + MgSO4

3Mg + 8 HNO3 → 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Câu 3. Cho sơ đồ phản ứng: FeS2 + HNO3 → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO + H2O Sau khi cân bằng, hệ số cân bằng của HNO3 trong phản ứng là:

A.21.

B.15.

C.19.

D.8.

Trả lời: DỄ DÀNG

Đáp án Chọn đáp án D vì:

Coi Fe và S ban đầu có trong chất có số oxi hóa bằng 0

0FeS2+ H+5NO3→ +3Fe(NO3)3 + H2+6SO4+ +2NO + H2O

1x | 0FeS2→ +3Fe +2 +6S + 15e

5x |+5N + 3e → +2N

=> Phương trình hóa học

FeS2 + 8HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 5NO + 2H2O

=> hệ số của HNO3 là 8

Câu 4. Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Sự oxi hóa là sự nhường (thu) electron

B. Sự khử là sự nhường electron hay nhường electron

C. Chất oxi hóa là chất nhường electron

D. Chất khử là chất nhận electron

Đáp án A