Lớp 12Hóa học

Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2: phương trình, hiện tượng, bài tập

Trả lời nhanh

Iron tác dụng với dung dịch sulfuric acid loãng tạo iron(II) sulfate và khí hydrogen:

Fe + H2SO4 (loãng) → FeSO4 + H2↑

Phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường. Hiện tượng: iron tan dần, có bọt khí không màu thoát ra, dung dịch chuyển sang màu lục nhạt. Với acid loãng, iron chỉ lên số oxi hoá +2, không tạo Fe2(SO4)3.

Phương trình phản ứng Fe + H2SO4 loãng

Phương trình đã cân bằng (hệ số đều bằng 1):

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑

  • Chất tham gia: iron (sắt) Fe, sulfuric acid H2SO4 loãng.
  • Sản phẩm: iron(II) sulfate FeSO4 (sắt(II) sunfat) và khí hydrogen H2.
  • Điều kiện: nhiệt độ thường, acid loãng. Đun nóng nhẹ làm phản ứng nhanh hơn.
  • Loại phản ứng: phản ứng thế, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử.

Phương trình ion thu gọn: Fe + 2H+ → Fe2+ + H2↑. Dạng ion cho thấy bản chất: chính ion H+ của acid oxi hoá iron, ion SO42− đứng ngoài phản ứng.

Hiện tượng quan sát được

  1. Mẩu iron (đinh sắt, bột sắt) tan dần trong dung dịch.
  2. Có bọt khí không màu, không mùi thoát ra trên bề mặt kim loại. Đưa que đóm đang cháy lại gần miệng ống nghiệm thu khí, khí cháy với tiếng nổ nhỏ (đặc trưng của hydrogen lẫn không khí).
  3. Dung dịch từ không màu chuyển dần sang màu lục nhạt (xanh lục rất nhạt) do có ion Fe2+.

Để lâu ngoài không khí, dung dịch FeSO4 có thể ngả vàng vì một phần Fe2+ bị oxygen trong không khí oxi hoá thành Fe3+.

Xác định chất oxi hoá, chất khử

Nguyên tố Số oxi hoá trước Số oxi hoá sau Vai trò
Fe 0 +2 Nhường 2 electron → chất khử
H (trong H2SO4) +1 0 Nhận electron → H2SO4 là chất oxi hoá
S +6 +6 Không đổi

Quá trình: Fe0 → Fe+2 + 2e và 2H+1 + 2e → H20. Số electron nhường bằng số electron nhận nên mọi hệ số bằng 1.

Vì sao tạo FeSO4 mà không tạo Fe2(SO4)3?

Trong acid loãng, tác nhân oxi hoá chỉ là ion H+. Đây là chất oxi hoá yếu, chỉ đủ đưa Fe lên Fe2+. Hơn nữa, nếu có Fe3+ sinh ra, iron dư sẽ khử ngay về Fe2+ (Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+).

Ngược lại, với H2SO4 đặc, nóng, chất oxi hoá là S+6 trong gốc sulfate. Khi đó iron lên +3 và không giải phóng H2:

2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

Còn H2SO4 đặc, nguội làm iron bị thụ động hoá, phản ứng gần như không xảy ra. Vì thế người ta có thể chứa sulfuric acid đặc trong bình bằng thép.

Loại acid Sản phẩm muối Khí thoát ra
H2SO4 loãng FeSO4 (Fe +2) H2
H2SO4 đặc, nóng Fe2(SO4)3 (Fe +3) SO2
H2SO4 đặc, nguội Iron bị thụ động, không phản ứng

Mở rộng: phản ứng tương tự và lỗi sai thường gặp

  • Iron tác dụng với HCl cũng cho muối iron(II): Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑.
  • Các kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học như Mg, Al, Zn đều phản ứng với H2SO4 loãng giải phóng H2. Cu, Ag đứng sau H nên không phản ứng với H2SO4 loãng.
  • Lỗi 1: viết Fe + H2SO4 loãng → Fe2(SO4)3. Sai, vì acid loãng chỉ đưa Fe lên +2.
  • Lỗi 2: ghi sản phẩm khí là SO2. Khí SO2 chỉ sinh ra với acid đặc, nóng.
  • Lỗi 3: mô tả dung dịch màu vàng nâu. Màu vàng nâu là của muối Fe3+; dung dịch Fe2+ có màu lục nhạt.

Mẹo nhớ: “Loãng – lên hai – ra hydrogen; đặc nóng – lên ba – ra SO2; đặc nguội – đứng yên”.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng dư. Tính thể tích khí H2 thu được ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar) và khối lượng muối tạo thành.

Lời giải: nFe = 5,6 : 56 = 0,1 mol. Theo phương trình, nH2 = nFeSO4 = nFe = 0,1 mol.

  • VH2 = 0,1 × 24,79 = 2,479 lít (ở đkc). Nếu đề dùng điều kiện tiêu chuẩn cũ (0 °C, 1 atm) thì V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.
  • MFeSO4 = 56 + 32 + 64 = 152 g/mol → mmuối = 0,1 × 152 = 15,2 gam.

Bài 2. Hoà tan hoàn toàn m gam Fe trong H2SO4 loãng dư, thu được 3,7185 lít H2 (đkc). Tìm m.

Lời giải: nH2 = 3,7185 : 24,79 = 0,15 mol → nFe = 0,15 mol → m = 0,15 × 56 = 8,4 gam.

Bài 3. Cho đinh sắt vào ống nghiệm chứa H2SO4 đặc, nguội. Có hiện tượng gì? Giải thích.

Lời giải: Hầu như không có hiện tượng, vì iron bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc, nguội: bề mặt kim loại tạo lớp màng bảo vệ ngăn phản ứng tiếp diễn.

Câu hỏi thường gặp

Fe tác dụng với H2SO4 loãng tạo ra muối gì?

Tạo muối iron(II) sulfate FeSO4 và khí H2. Iron chỉ lên số oxi hoá +2 khi phản ứng với acid loãng.

Fe + H2SO4 loãng có hiện tượng gì?

Iron tan dần, có bọt khí không màu (H2) thoát ra và dung dịch chuyển sang màu lục nhạt.

Fe có tác dụng với H2SO4 đặc nguội không?

Không. Iron bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc, nguội (tương tự Al và Cr), nên phản ứng gần như không xảy ra.

Phản ứng Fe + H2SO4 loãng thuộc loại phản ứng gì?

Đây là phản ứng thế và cũng là phản ứng oxi hoá – khử: Fe là chất khử, ion H+ của acid là chất oxi hoá.

Bài học liên quan