Trả lời nhanh
Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe. Kẽm hoạt động hoá học mạnh hơn sắt nên đẩy sắt ra khỏi dung dịch muối. Hiện tượng: kim loại sắt màu xám bám lên mảnh kẽm, màu lục nhạt của dung dịch FeSO4 nhạt dần. Còn với Fe2(SO4)3, kẽm trước hết khử Fe3+ thành Fe2+.
Phương trình phản ứng Zn + FeSO4
Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe↓
Đây là phản ứng thế (kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối), đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử.
- Điều kiện: xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, muối FeSO4 phải ở dạng dung dịch.
- Hiện tượng: có chất rắn màu xám (Fe) bám bên ngoài mảnh kẽm; dung dịch màu lục nhạt dần rồi gần như không màu khi FeSO4 phản ứng hết (ZnSO4 không màu).
- Cách tiến hành: thả một mảnh kẽm đã làm sạch vào ống nghiệm chứa dung dịch FeSO4, để yên vài phút rồi quan sát.
Vì sao phản ứng xảy ra?
Trong dãy hoạt động hoá học: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Au. Zn đứng trước Fe nên Zn dễ nhường electron hơn Fe.
Viết theo dạng ion:
- Chất khử: Zn → Zn2+ + 2e (Zn bị oxi hoá)
- Chất oxi hoá: Fe2+ + 2e → Fe (Fe2+ bị khử)
- Phương trình ion: Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Theo dãy điện hoá, cặp Zn2+/Zn có thế điện cực chuẩn thấp hơn cặp Fe2+/Fe. Vì vậy Zn khử được Fe2+, còn chiều ngược lại (Fe + ZnSO4) không xảy ra.
Zn + Fe2(SO4)3: dễ nhầm với phản ứng trên
Muối sắt(III) có tính oxi hoá mạnh hơn Fe(II), nên phản ứng diễn ra theo thứ tự: Fe3+ bị khử trước, sau đó mới đến Fe2+.
- Zn + Fe2(SO4)3 → ZnSO4 + 2FeSO4 (Zn thiếu, dung dịch từ vàng nâu chuyển sang lục nhạt)
- Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe (khi Zn còn dư sau bước 1)
- Gộp lại khi Zn dư nhiều: 3Zn + Fe2(SO4)3 → 3ZnSO4 + 2Fe
Đặt tỉ lệ k = nZn : nFe₂(SO₄)₃:
| Tỉ lệ k | Sản phẩm sau phản ứng |
|---|---|
| k < 1 | ZnSO4, FeSO4, còn Fe2(SO4)3 dư; chưa có Fe |
| k = 1 | ZnSO4, FeSO4; chưa có Fe |
| 1 < k < 3 | ZnSO4, FeSO4 còn dư, có Fe |
| k ≥ 3 | ZnSO4, Fe (k > 3 thì còn Zn dư) |
Bài tập có lời giải
Ví dụ (tự đặt)
Cho 13 g Zn vào 300 ml dung dịch FeSO4 0,5M. Tính khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng hoàn toàn.
- nZn = 13 : 65 = 0,2 mol; nFeSO₄ = 0,3 × 0,5 = 0,15 mol.
- Theo phương trình, Zn : FeSO4 = 1 : 1 nên FeSO4 hết, Zn dư 0,2 − 0,15 = 0,05 mol.
- nFe = 0,15 mol → mFe = 0,15 × 56 = 8,4 g; mZn dư = 0,05 × 65 = 3,25 g.
- Khối lượng chất rắn = 8,4 + 3,25 = 11,65 g.
Luyện tập
Bài 1. Nhúng thanh Zn dư vào 100 ml dung dịch FeSO4 1M. Sau khi phản ứng xong, khối lượng thanh kẽm thay đổi thế nào?
Đáp án: nFeSO₄ = 0,1 mol → Zn tan 0,1 × 65 = 6,5 g, Fe bám vào 0,1 × 56 = 5,6 g. Thanh kẽm giảm 0,9 g.
Bài 2. Cho 0,15 mol Zn vào dung dịch chứa 0,1 mol Fe2(SO4)3. Tính khối lượng Fe sinh ra.
Đáp án: Bước 1: 0,1 mol Zn khử hết 0,1 mol Fe2(SO4)3, tạo 0,2 mol FeSO4. Bước 2: 0,05 mol Zn còn lại khử 0,05 mol FeSO4 → 0,05 mol Fe, tức 2,8 g. Dung dịch còn 0,15 mol FeSO4 và 0,15 mol ZnSO4.
Bài 3. Hoàn thành (nếu xảy ra): (a) Fe + ZnSO4; (b) Zn + CuSO4.
Đáp án: (a) không xảy ra vì Fe yếu hơn Zn. (b) Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓.
Mẹo nhớ và lỗi hay gặp
- Mẹo: “Kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi muối” (trừ các kim loại tác dụng với nước như K, Na, Ba, Ca).
- Không viết FeSO4 thành Fe2(SO4)3: Fe trong FeSO4 có hoá trị II, sản phẩm khử Fe3+ bằng Zn thiếu cũng là FeSO4, không phải Fe.
- Khi Zn dư với muối sắt(III), đừng bỏ qua bước tạo Fe2+ trung gian; đây là chỗ sai nhiều nhất ở bài tính toán.
- Bài toán thanh kim loại: so sánh khối lượng kim loại tan (Zn = 65) với kim loại bám (Fe = 56) để suy ra khối lượng thanh tăng hay giảm.
Câu hỏi thường gặp
Zn tác dụng với FeSO4 có hiện tượng gì?
Có chất rắn màu xám là sắt bám lên mảnh kẽm, mảnh kẽm mòn dần, dung dịch màu lục nhạt của FeSO4 nhạt dần vì tạo ZnSO4 không màu.
Vì sao Fe không đẩy được Zn khỏi dung dịch ZnSO4?
Vì Fe đứng sau Zn trong dãy hoạt động hoá học, tính khử của Fe yếu hơn Zn nên không khử được Zn2+ thành Zn.
Zn + Fe2(SO4)3 tạo ra sản phẩm gì?
Nếu Zn thiếu: ZnSO4 và FeSO4. Nếu Zn dư (tỉ lệ mol Zn : Fe2(SO4)3 ≥ 3): ZnSO4 và Fe.
Sau phản ứng Zn + FeSO4, khối lượng thanh kẽm tăng hay giảm?
Giảm. Mỗi mol phản ứng có 65 g Zn tan ra nhưng chỉ có 56 g Fe bám vào, nên khối lượng thanh giảm 9 g cho mỗi mol.