Trả lời nhanh
Phương trình: Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu↓. Đây là phản ứng thế xảy ra ở nhiệt độ thường trong dung dịch, vì Fe hoạt động hoá học mạnh hơn Cu. Hiện tượng: có kim loại màu đỏ bám vào sắt, dung dịch xanh lam nhạt dần chuyển sang lục nhạt. Sản phẩm của sắt là Fe(II), không phải Fe(III).
Phương trình hoá học
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu↓
Phương trình ion rút gọn (dạng hay dùng nhất để làm bài tập):
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
Phương trình đã cân bằng sẵn: mỗi nguyên tử Fe nhường 2 electron, mỗi ion Cu2+ nhận 2 electron nên tỉ lệ mol là 1 : 1 : 1 : 1.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: nhúng sắt (đinh, lá, bột) vào dung dịch muối đồng(II) nitrat ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác.
- Hiện tượng: trên bề mặt sắt xuất hiện lớp kim loại màu đỏ (đồng). Màu xanh lam của Cu2+ nhạt dần, dung dịch chuyển sang màu lục nhạt đặc trưng của Fe2+.
- Loại phản ứng: phản ứng thế, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử.
Bản chất: vì sao sắt đẩy được đồng?
Trong dãy hoạt động hoá học, Fe đứng trước Cu nên Fe có tính khử mạnh hơn Cu, còn ion Cu2+ có tính oxi hoá mạnh hơn Fe2+. Quy tắc nhớ: chất khử mạnh + chất oxi hoá mạnh → chất khử yếu + chất oxi hoá yếu.
| Quá trình | Nửa phản ứng | Vai trò |
|---|---|---|
| Oxi hoá | Fe → Fe2+ + 2e | Fe là chất khử |
| Khử | Cu2+ + 2e → Cu | Cu(NO3)2 là chất oxi hoá |
Ion NO3− chỉ là ion “khán giả”, không tham gia phản ứng trong môi trường này.
Vì sao tạo Fe(NO3)2 mà không phải Fe(NO3)3?
Cu2+ là chất oxi hoá yếu, chỉ oxi hoá được Fe lên Fe2+. Nó không đủ mạnh để oxi hoá tiếp Fe2+ thành Fe3+. Vì vậy, dù sắt dư hay Cu(NO3)2 dư, muối sắt thu được vẫn là Fe(NO3)2.
Cu(NO3)2 → Cu: các cách điều chế đồng từ muối
- Dùng kim loại mạnh hơn Cu (Fe, Zn, Mg, Al…): Zn + Cu(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Cu. Không dùng Na, K, Ca, Ba vì chúng phản ứng với nước trước.
- Điện phân dung dịch: 2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2 + 4HNO3 (điện phân, có điện cực trơ). Đồng bám ở catot, khí O2 thoát ra ở anot.
Dạng bài hay gặp: khối lượng thanh sắt tăng
Mỗi 1 mol Fe (56 g) tan ra thì có 1 mol Cu (64 g) bám vào. Khối lượng thanh kim loại tăng 64 − 56 = 8 g cho mỗi mol phản ứng. Đây là chìa khoá của phương pháp tăng – giảm khối lượng:
Δm = 8 × nFe phản ứng = 8 × nCu(NO3)2 phản ứng
Ví dụ (tự đặt): Ngâm một thanh sắt trong 200 ml dung dịch Cu(NO3)2 0,5M đến khi phản ứng hoàn toàn (sắt dư). Khối lượng thanh sắt tăng bao nhiêu?
nCu(NO3)2 = 0,2 × 0,5 = 0,1 mol → Δm = 8 × 0,1 = 0,8 g. Thanh sắt tăng 0,8 g.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Fe(NO3)3. Đúng phải là Fe(NO3)2.
- Nhầm chiều phản ứng: Cu + Fe(NO3)2 không xảy ra vì Cu yếu hơn Fe.
- Quên rằng khối lượng thanh sắt tăng (không giảm), vì Cu nặng hơn Fe.
- Tính khối lượng muối Fe(NO3)2 bằng 242 (là M của Fe(NO3)3). Đúng: M Fe(NO3)2 = 56 + 2×62 = 180 g/mol.
Bài luyện tập
Bài 1. Cho 11,2 g bột Fe vào dung dịch chứa 0,1 mol Cu(NO3)2. Sau phản ứng hoàn toàn, tính khối lượng chất rắn và khối lượng muối trong dung dịch.
Giải: nFe = 11,2 : 56 = 0,2 mol, Fe dư. Phản ứng: Cu(NO3)2 hết, tạo 0,1 mol Cu (6,4 g) và 0,1 mol Fe(NO3)2. Fe dư = 0,1 mol = 5,6 g. Chất rắn = 6,4 + 5,6 = 12 g. Muối trong dung dịch: 0,1 × 180 = 18 g.
Bài 2. Nhúng đinh sắt nặng 5,6 g vào 100 ml dung dịch Cu(NO3)2 1M. Phản ứng hoàn toàn, chất rắn thu được nặng bao nhiêu gam?
Giải: nFe = 0,1 mol, nCu(NO3)2 = 0,1 mol, vừa đủ. Thu được 0,1 mol Cu = 6,4 g.
Bài 3. Trong các cặp sau, cặp nào xảy ra phản ứng: (a) Cu + Fe(NO3)2; (b) Fe + Cu(NO3)2; (c) Ag + Cu(NO3)2?
Đáp án: chỉ (b). Cu không đẩy được Fe, Ag đứng sau Cu nên cũng không đẩy được Cu.
Câu hỏi thường gặp
Fe tác dụng với Cu(NO3)2 tạo muối sắt nào?
Tạo Fe(NO3)2 (sắt(II) nitrat). Cu2+ là chất oxi hoá yếu, chỉ đưa Fe lên mức oxi hoá +2, không tạo được Fe(NO3)3.
Hiện tượng khi cho đinh sắt vào dung dịch Cu(NO3)2 là gì?
Có lớp kim loại đỏ (đồng) bám trên đinh sắt, dung dịch xanh lam nhạt dần và chuyển sang màu lục nhạt của muối Fe(II).
Cu có phản ứng với Fe(NO3)2 không?
Không. Cu đứng sau Fe trong dãy hoạt động hoá học nên không đẩy được Fe ra khỏi muối.
Vì sao khối lượng thanh sắt tăng sau phản ứng?
Cứ 1 mol Fe (56 g) tan ra thì có 1 mol Cu (64 g) bám vào, nên thanh kim loại tăng 8 g cho mỗi mol phản ứng.