FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

1. Bản chất của các chất tham gia phản ứng:

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

– Trong phản ứng trên FeSO4 là chất khử.

– FeSO4 mang tính khử khi tác dụng với Cl2, axit,..

Tính chất vật lí và nhận biết 

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

– Nhận biết: Sử dụng dung dịch BaCl2, thấy xuất hiện kết tủa trắng:

FeSO4 + BaCl2 → BaSO4 + FeCl2.

Tính chất hóa học

– Mang đầy đủ tính chất hóa học của muối.

– Có tính khử và tính oxi hóa:

Tính khử: Fe2+ → Fe3+ + 1e

Tính oxi hóa: Fe2+ + 1e → Fe

a. Tính chất hóa học của muối:

– Tác dụng với dung dịch kiềm:

FeSO4 + KOH → K2SO4 + Fe(OH)2

– Tác dụng với 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. Tính oxi hóa:

FeSO4 + Mg → MgSO4 + Fe

1.2. Bản chất của H2SO4 (Axit sunfuric)

– Trong phản ứng trên H2SO4 là chất oxi hoá.

– Trong H2SO4 thì S có mức oxi hoá +6 cao nhất nên H2SO4 đặc có tính axit mạnh, oxi hoá mạn

Tính chất hoá 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 chuyển màu quỳ tím thành đỏ.

– Tác dụng với kim loại đứng trước H (trừ Pb) tạo thành muối sunfat.

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

– Tác dụng với oxit bazo tạo thành muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) và nước .

FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O

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

H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O

H2SO4­ + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

– H2SO4 tác dụng với muối tạo thành muối mới (trong đó kim loại vẫn 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 có tính axit mạnh, oxi hóa mạnh với tính chất hóa học nổi bật như:

– Tác dụng với kim loại: Khi cho mảnh Cu vào trong H2SO4 tạo ra dung dịch có màu xanh và có khí bay ra với mùi sốc.

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O

– Tác dụng với phi kim tạo thành oxit phi kim + H2O + SO2.

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

2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

– Tác dụng với các chất khử khác.

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

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

C12H22O11 + H2SO4 → 12C + H2SO4.11H2O

2. Phương trình phản ứng:

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

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

Phản ứng hóa học để chuyển đổi sắt (Fe) thành sắt sulfat (Fe2(SO4)3) có thể được tiến hành bằng cách cho phản ứng với axit sunfuric(H2SO4) để tạo thành sắt sulfat và khí sunfurơ (S02) và nước (H2O) ta có phương trình sau:

Fe + H2SO4 —> Fe2(S04)3 + SO2 + H2O

Cần có các điều kiện cần thiết phản ứng này có thể xảy ra là:

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

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

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

– Cần phải duy trì môi trường axit, đó là môi trường có độ pH thấp( khoảng 2 đến 3) bằng cách thêm axit sulfuric vào hỗn hợp phản ứng để duy trì môi trường axit trong suốt quá trình thực hiện;

– Phải sử dụng lò đun kín để tránh khí 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 vào tác dụng với H2SO4 :

Fe +H2SO4 —> FeSO4 + H2

Fe (sắt) tác dụng với H2SO4 (axit sulfuric) tạo ra FeSO4 (sắt sunfat) và H2 (hydro)

Phản ứng này có tính oxi hóa khử trong đó sắt bị oxi hóa và axit sulfuric bị khử.

Cân bằng phương trình chuẩn như sau :

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

Ở phản ứng này, Fe tác dụng với axit sulfuric (H2SO4) để tạo ra muối sunfat sắt (III)  Fe2(SO4)3 trong đó Fe bị oxi hóa khử từ hình thức oxi  sắt (II) lên oxi sắt (III) đồng thời, H2SO4 bị khử thành SO2 và nước.

2.2.  Fe khi tác dụng với H2SO4 ở cách nồng độ và nhiệt độ khác nhau:

Fe có tác dụng với H2SO4 loãng 

Fe (sắt) có thể tác dụng với H2SO4 loãng (axit sulfuric loãng) tạo ra ion sắt (II) và khí hydro:

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

Trong phản ứng hóa học này ta thấy axit sulfuric loãng bị khử thành khí hydro và sắt bọ oxi hóa thành ion sắt (II) (Fe2+) còn sản phẩm là sắt sunfat (FeSO4)

Khi tác dụng với axit sulfuric đậm đặc, Fe sẽ không phản ứng  được vì lớp oxit bảo vệ bề mặt sắt chống lại sự tác động của axit. Nếu muốn Fe tác dụng với axit sulfuric đậm đặc ta cần thêm một chất  oxi hóa như CuO (oxit đồng (II)) để phá vỡ lớp oxit trên bề mặt sắt và tạo điều kiện cho phản ứng hóa học xảy 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 tấc cả các chất trong phương trình:

Fe + H2SO4 —> Fe2(SO4)3 + SO2 +H2O

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

Bước 3: Cân bằng số nguyên tốc của các chất trên cả hai phía 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 trên cả hai phía của 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 trên cả hai phía chủa phương trình. Phản ứng diễn ra trong điều kiện loãng nghĩa là H2SO4 có nồng độ thấp hơn so với điều kiện đặc nóng do đó phản ứng sẽ diễn ra không quá mạnh và chỉ tạo ra một lượng nhỏ khí SO2.

Fe có tác dụng với H2SO4 đặc nóng

Fe có thể tác dụng với H2SO4 đặc nóng, nhưng phản ứng sẽ là một phản ứng nguy hiểm và dễ gây cháy nổ.

Trong phản ứng Fe +H2SO4 đặc, nhiệt độ cao của axit đặc sẽ tác động lên cấu trúc của kim loại sắt khiến cho sắt bị oxi hóa nhanh hơn và phản ứng sẽ diễn ra mạnh hơn.Phản ứng sẽ tạo ra khí hydro (H2) và muối sunfat sắt (II) FeSO4 cũng như khí SO2 nếu quá ttrinhf oxi diễn ra mạnh.

Tuy nhiên phản ứng này cũng rất nguy hiểm vì có thể tạo ra lượng lớn khí H2 trong một thời gian ngắn, gây nguye hiểm cho sức khỏe và dễ dẫn đến chảy nổ.Do đó khi thực hiện phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng cần phải được thực hiện dưới sự giám sát của các chuyên gia hoặc những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này

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

Fe +H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

Bước 1: Cân bằng số lượng nguyên tử sắt trên cả hai vế bằng cách thêm hệ số 2 phía trước FeSO4 ở vế phải:

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

Bước 2 : Cân bằng số lượng nguyên tử oxi trên cả hai vế bằng cách thêm hệ số 3 vào trước H2O ở vế phải :

Fe + H2SO4 —> Fe2(SO4)3 +3 SO2 + 3H2O

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

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 3H2O

Phương trình hóa học đã được cân bằng là :

Fe + H2SO4 –> Fe2(SO4)3 +3SO2 + 3H2O

Lưu ý: Sắt (Fe) không tác dụng với H2SO4 đặc nguội hay còn gọi là H2SO4 đậm đặc bởi vì có tính chất oxi hóa tạo ra lớp bảo vệ bề mặt trên sắt. Lớp bảo vệ này ngăn chặn phản ứng giữa sắt và axit sulfuric.

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

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

Để thức đẩy phản ứng ta thường cẩn phải dùng chất xúc tác như Cu (đồng) hoặc Pt( bạch kim)

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

3. Các bước thực hành thí nghiệm

Các vật dụng cần chuẩn bị khi thực hiện:

– Kim loại sắt (Fe) có thể sự dụng miếng sắt dạng lá, sợi, dây hoặc bột sắt;

– Axit sulfuric (H2SO4) phải  sử dụng axit H2SO4 đặc nóng có nồng độ cao hơn 95%;

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

– Nắp bình để đậy kín bình chưa axit khi phản ứng diễn ra;

– Kính chắn để che phủ bình chứa axit và giảm thiểu tác dộng của khí độc;

-Bình chứa nước để rửa ta và làm mát trong trường hợp cần thiết;

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

Cách thực hiện thí nghiệm :

Bước 1 : Chuẩn bị bình tách và cho axit sulfuric vào. Lưu ý phải đeo kính bảo hộ và khẩu trang và chú ý tránh tiếp xúc với axit;

Bước 2 : Thêm từ từ kim loại sắt vào bình chứa axit sulfuric. Lưu ý khi phản ứng sẽ diễn ra mạnh và tạo ra khí hydro (H2) và muối sunfat sắt (II) FeSO4, cũng như khí SO2 nếu quá trình oxi hóa quá mạnh cần chú ý đến việc đậy kín nắp bình và sử dụng kính chắn để giảm thiểu tác dụng của khí độc;

Bước 3 : Khi phản ứng kết thúc châm nước vào bình để làm mát và rửa tay sau khi thực hiện.

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

4. Câu hỏi vận dụng liên quan:

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

A. Dung dịch KMnO4 trong môi trường H2SO4

B. Dung dịch K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4

C. Dung dịch Br2

D. Dung dịch CuCl2

Đáp án:  D

giải đáp lựa 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.

Đáp án: A

Giải đáp lựa 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.

Đáp án: D

Giải đáp lựa chọn đáp án D vì:

Coi Fe và S ban đầu có trong chất có số oxi hóa là 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. Nhận định nào sau đây là nhận định đúng?

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

B. Sự khử là sự mất electron hay cho electron

C. Chất oxi hóa là chất nhường electron

D. Chất khử là chất nhận electron

Đáp án A