Trả lời nhanh
Phương trình: Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu↓. Phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường trong dung dịch. Sắt hoạt động hoá học mạnh hơn đồng nên khử ion Cu2+ thành kim loại Cu màu đỏ bám vào sắt. Sắt chỉ bị oxi hoá lên Fe2+, nên sản phẩm là FeCl2, không phải FeCl3.
Phương trình phản ứng CuCl2 + Fe
Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu↓
| Thông tin | Nội dung |
|---|---|
| Loại phản ứng | Thế (kim loại đẩy kim loại ra khỏi dung dịch muối), oxi hoá – khử |
| Điều kiện | Nhiệt độ thường, CuCl2 ở dạng dung dịch |
| Chất tham gia | Sắt (rắn, màu xám), CuCl2 (dung dịch màu xanh lam) |
| Sản phẩm | FeCl2 (dung dịch lục nhạt), Cu (rắn, màu đỏ) |
Hiện tượng quan sát được
- Màu xanh lam của dung dịch CuCl2 nhạt dần, chuyển sang màu lục nhạt của Fe2+.
- Một lớp chất rắn màu đỏ (đồng) bám lên bề mặt đinh sắt.
- Đinh sắt mòn dần, bị ăn mòn từ bề mặt.
Nếu dùng dư sắt thì đến khi hết Cu2+, dung dịch gần như mất màu xanh. Đây cũng là cách nhận ra phản ứng đã xảy ra hoàn toàn.
Bản chất oxi hoá – khử
Viết phương trình ion rút gọn: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu. Ion Cl– không tham gia, chỉ là ion “khán giả”.
- Quá trình oxi hoá: Fe → Fe2+ + 2e (Fe là chất khử).
- Quá trình khử: Cu2+ + 2e → Cu (Cu2+ là chất oxi hoá).
Dựa vào dãy điện hoá: cặp Fe2+/Fe có thế điện cực chuẩn khoảng –0,44 V, cặp Cu2+/Cu khoảng +0,34 V. Chất oxi hoá mạnh (Cu2+) phản ứng với chất khử mạnh (Fe) tạo chất oxi hoá yếu hơn (Fe2+) và chất khử yếu hơn (Cu). Đó là quy tắc α.
Vì sao tạo FeCl2 mà không tạo FeCl3?
Cặp Fe3+/Fe2+ có thế khoảng +0,77 V, cao hơn cặp Cu2+/Cu. Vì vậy Cu2+ không đủ mạnh để oxi hoá Fe2+ lên Fe3+. Cu2+ chỉ oxi hoá Fe lên mức Fe2+, dù CuCl2 có dư.
Mẹo nhớ: sắt tác dụng với muối của kim loại yếu hơn, axit loãng (HCl, H2SO4 loãng), S, Cu2+, Ag+ (ít) thì thường ra Fe(II). Muốn ra Fe(III) cần chất oxi hoá mạnh như Cl2, HNO3, H2SO4 đặc nóng.
Bài toán tăng – giảm khối lượng thanh sắt
Mỗi 1 mol Fe tan (56 g) thì có 1 mol Cu bám vào (64 g). Khối lượng thanh sắt tăng 64 – 56 = 8 g cho mỗi mol phản ứng.
Ví dụ (tự đặt): Nhúng thanh sắt vào 200 ml dung dịch CuCl2 0,5M đến khi phản ứng hoàn toàn (sắt dư). Tính khối lượng Cu sinh ra, độ tăng khối lượng thanh sắt và nồng độ FeCl2.
- n(CuCl2) = 0,2 × 0,5 = 0,1 mol.
- Theo phương trình, n(Cu) = n(Fe phản ứng) = n(FeCl2) = 0,1 mol.
- m(Cu) = 0,1 × 64 = 6,4 g.
- Khối lượng thanh sắt tăng = 0,1 × 8 = 0,8 g.
- CM(FeCl2) = 0,1 / 0,2 = 0,5M (coi thể tích không đổi).
So sánh với các kim loại khác
| Phản ứng | Có xảy ra? | Ghi chú |
|---|---|---|
| Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu | Có | Zn mạnh hơn Fe, phản ứng nhanh |
| Mg + CuCl2 → MgCl2 + Cu | Có | Mg đứng trước Fe |
| Cu + FeCl2 | Không | Cu yếu hơn Fe |
| Ag + CuCl2 | Không | Ag yếu hơn Cu |
| Na + dung dịch CuCl2 | Không đẩy Cu | Na tác dụng với nước trước, tạo NaOH rồi kết tủa Cu(OH)2 |
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là FeCl3. Đúng phải là FeCl2.
- Quên kí hiệu kết tủa/chất rắn của Cu hoặc quên cân bằng (phản ứng này tỉ lệ 1 : 1 : 1 : 1, đã cân bằng sẵn).
- Áp dụng cho kim loại kiềm, kiềm thổ tan trong nước (Na, K, Ca, Ba) như phản ứng đẩy kim loại.
- Tính nhầm chiều thay đổi khối lượng: sắt tan 56 g nhưng đồng bám 64 g nên thanh sắt tăng.
Bài luyện tập
Bài 1. Nhúng đinh sắt vào dung dịch CuCl2, sau phản ứng lấy đinh ra, rửa sạch, sấy khô thì khối lượng đinh tăng 1,6 g. Tính khối lượng Cu bám vào đinh.
Đáp án: n(Cu) = 1,6 / 8 = 0,2 mol, m(Cu) = 0,2 × 64 = 12,8 g.
Bài 2. Cho 2,8 g bột Fe vào dung dịch chứa 0,06 mol CuCl2. Sau phản ứng hoàn toàn, chất rắn thu được có khối lượng bao nhiêu?
Đáp án: n(Fe) = 2,8 / 56 = 0,05 mol < 0,06 mol nên Fe hết, CuCl2 dư. n(Cu) = 0,05 mol, m(Cu) = 3,2 g. Chất rắn chỉ có Cu: 3,2 g.
Bài 3. Trong các cặp chất sau, cặp nào xảy ra phản ứng: (a) Fe và dung dịch CuCl2; (b) Cu và dung dịch FeCl2; (c) Cu và dung dịch FeCl3?
Đáp án: (a) và (c) có phản ứng. (a) Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu. (c) Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2. (b) không xảy ra vì Cu yếu hơn Fe.
Ứng dụng
Phản ứng này là cơ sở của phương pháp thuỷ luyện điều chế đồng: cho sắt phế liệu vào dung dịch chứa Cu2+ để thu hồi đồng. Trong phòng thí nghiệm, đinh sắt cũng được dùng để nhận ra sự có mặt của Cu2+ trong dung dịch.
Câu hỏi thường gặp
Fe tác dụng với CuCl2 tạo FeCl2 hay FeCl3?
Tạo FeCl2. Ion Cu2+ là chất oxi hoá yếu, chỉ oxi hoá Fe lên Fe2+. Dù CuCl2 dư cũng không tạo Fe3+.
Hiện tượng khi cho đinh sắt vào dung dịch CuCl2 là gì?
Có lớp kim loại màu đỏ (Cu) bám vào đinh sắt, dung dịch màu xanh lam nhạt dần và chuyển sang lục nhạt do tạo FeCl2.
Phương trình ion rút gọn của phản ứng Fe + CuCl2 là gì?
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu. Ion Cl– không tham gia phản ứng nên được lược bỏ.
Sau phản ứng khối lượng thanh sắt tăng hay giảm?
Tăng. Mỗi mol Fe tan ra (56 g) thì có 1 mol Cu (64 g) bám vào, nên khối lượng thanh sắt tăng 8 g cho mỗi mol phản ứng.