Trả lời nhanh
Số oxi hóa của FeS2 là +2 với sắt và −1 với mỗi lưu huỳnh. Đề cho sẵn S có số oxi hóa −1, hợp chất trung hòa nên gọi số oxi hóa của Fe là x thì x + 2×(−1) = 0, vậy x = +2. Công thức cấu tạo phù hợp là Fe2+[S–S]2−: hai nguyên tử S liên kết cộng hóa trị với nhau thành ion đisunfua, không phải hai ion S2− đứng riêng. Một số đáp án chỉ vẽ vòng ba đỉnh Fe, S, S; vòng đó chỉ đúng khi cạnh S–S là liên kết của nhóm S22− và có ghi điện tích.
Câu hỏi và các phương án hay gặp
Câu gốc là ý c của bài quặng pirit, dạng tự luận: đề xuất một công thức cấu tạo phù hợp cho FeS2, biết S có số oxi hóa −1 trong chất này. Đề không in sẵn A, B, C, D. Dạng trắc nghiệm dưới đây gom các công thức em dễ nhầm. Lưu ý: thứ tự phương án có thể khác trong đề của em.
- A. S=Fe=S, Fe có số oxi hóa +4, mỗi S có số oxi hóa −2.
- B. Fe2+[S–S]2−, hai nguyên tử S liên kết với nhau, mỗi S có số oxi hóa −1.
- C. Fe3+ đứng cạnh hai ion S2− riêng, không có liên kết S–S.
- D. Fe2+ đứng cạnh hai ion S2− riêng, không có liên kết S–S.
Chọn B.
Vì sao B đúng và ba phương án kia sai
Hợp chất trung hòa có tổng số oxi hóa bằng 0. Đề khóa mỗi S ở −1. Hai nguyên tử S góp 2×(−1) = −2. Phần còn lại trên Fe phải là +2 thì mới về 0. Đó là lý do không được gán Fe bằng +3 hay +4 khi đã nhận dữ kiện của đề.
Số −1 trên lưu huỳnh không phải ion S− đơn lẻ. Hai nguyên tử S góp chung một cặp electron, tạo nhóm S22−, gọi là ion đisunfua. Mỗi S trong nhóm ấy có số oxi hóa −1, giống mỗi oxi trong H2O2 có số oxi hóa −1 chứ không phải −2. Công thức cấu tạo mức phổ thông cần thể hiện đúng liên kết S–S đó và điện tích +2 của sắt.
Phương án A sai ngay dữ kiện: nó gán S bằng −2 trong khi đề nói −1. Nếu vẫn cố giữ hai S ở −2 thì Fe phải là +4 để tổng bằng 0, nhưng FeS2 của quặng pirit không phải sắt +4. Viết S=Fe=S còn dựng hai liên kết đôi quanh sắt, không có cặp S–S.
Phương án C sai cả điện tích lẫn cấu tạo. Hai ion S2− cộng lại là −4. Fe3+ chỉ bù được +3, tổng còn −1, không phải chất trung hòa. Công thức cũng thiếu liên kết S–S nên không giải thích được số oxi hóa −1.
Phương án D giữ đúng Fe2+ nhưng giữ sai lưu huỳnh. Hai ion S2− riêng cho tổng −4, cộng với +2 còn −2. Muốn trung hòa với Fe2+, phần lưu huỳnh chỉ được mang −2 cho cả hai nguyên tử, tức là nhóm S22−, không phải hai ion sunfua.
Số oxi hóa này dùng thế nào khi đốt quặng
Pirit có thành phần chính là FeS2, dùng trong sơ đồ sản xuất axit sulfuric: FeS2 ra SO2, SO2 ra SO3, SO3 ra H2SO4. Phương trình đốt trong không khí là:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Đếm nguyên tử: Fe 4 = 4, S 8 = 8, O 22 = 6 + 16. Khi gán số oxi hóa, Fe đi từ +2 lên +3, mỗi Fe nhường 1 electron, bốn Fe nhường 4 electron. Mỗi S đi từ −1 lên +4, nhường 5 electron, tám S nhường 40 electron. Tổng electron nhường là 44. Mười một phân tử O2 có 22 nguyên tử O, mỗi O nhận 2 electron, vừa đủ 44. Nếu em gán nhầm S trong FeS2 là −2, bước thăng bằng electron sẽ lệch và không ra hệ số 11 của oxi.
Hai phương trình sau của sơ đồ: 2SO2 + O2 → 2SO3, rồi SO3 + H2O → H2SO4. Phản ứng thứ nhất đổi S từ +4 lên +6, là oxi hóa khử, SO2 là chất khử và O2 là chất oxi hóa. Phản ứng với nước không đổi số oxi hóa.
Với 1 tấn quặng chứa 60% FeS2, hiệu suất cả quá trình 80%, khối lượng dung dịch H2SO4 98% là 0,8 tấn. Cách tính: khối lượng FeS2 tinh là 0,6 tấn = 600 000 g. Khối lượng mol FeS2 là 56 + 64 = 120 g/mol, nên có 600 000 : 120 = 5 000 mol. Mỗi mol FeS2 cho nhiều nhất 2 mol H2SO4, lí thuyết 10 000 mol. Lấy 80% còn 8 000 mol. Khối lượng axit nguyên chất 8 000 × 98 = 784 000 g = 0,784 tấn. Dung dịch 98% có khối lượng 0,784 : 0,98 = 0,8 tấn.
Ba câu luyện và đáp án
Câu 1. Trong FeS, S có số oxi hóa −2. Số oxi hóa của Fe là bao nhiêu? Đáp án: +2, vì x + (−2) = 0.
Câu 2. Vì sao FeS và FeS2 cùng có Fe ở +2 mà công thức lưu huỳnh khác nhau? Đáp án: FeS có ion S2−. FeS2 có ion S22−, mỗi S là −1 và có liên kết S–S.
Câu 3. H2O2 có mỗi O ở −1. Hãy viết nhóm tương tự trong FeS2. Đáp án: nhóm O–O trong peoxit tương ứng nhóm S–S trong đisunfua. Cả hai đều làm nguyên tố ấy khác số oxi hóa thường gặp (−2).
Câu hỏi thường gặp
Số oxi hóa của Fe và S trong FeS2 là bao nhiêu?
Fe là +2, mỗi S là −1. Hai số −1 cộng lại thành −2, vừa khử +2 của sắt nên hợp chất trung hòa.
Công thức cấu tạo nào phù hợp khi S có số oxi hóa −1?
Fe²⁺[S–S]²−. Hai nguyên tử lưu huỳnh liên kết với nhau thành ion đisunfua, sắt ở dạng ion +2.
Vì sao không viết FeS2 thành Fe4+ và hai S2−?
Vì đề đã cho mỗi S là −1, không phải −2. Hai ion S2− cũng không còn liên kết S–S của pirit.
1 tấn quặng 60% FeS2, hiệu suất 80%, ra bao nhiêu tấn dung dịch H2SO4 98%?
Ra 0,8 tấn dung dịch. Có 5000 mol FeS2, lí thuyết 10000 mol axit, sau hiệu suất còn 8000 mol, tức 0,784 tấn axit nguyên chất.
Phản ứng nào trong sơ đồ FeS2 ra axit sulfuric không phải oxi hóa khử?
SO3 tác dụng với nước tạo H2SO4. Số oxi hóa của lưu huỳnh giữ nguyên +6.