Lớp 11Hóa học

Fe + H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O: Cân bằng, hiện tượng

Trả lời nhanh

Iron (sắt) tác dụng với sulfuric acid đặc, nóng tạo iron(III) sulfate, khí sulfur dioxide và nước:

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

Sắt bị oxi hoá lên +3. Nếu sắt còn dư sau phản ứng, Fe khử tiếp Fe3+ về Fe2+ nên muối thu được có FeSO4.

Phương trình Fe + H2SO4 đặc nóng

Nội dung Chi tiết
Phương trình 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
Điều kiện H2SO4 đặc, đun nóng
Chất khử Fe (số oxi hoá 0 → +3)
Chất oxi hoá H2SO4 (S: +6 → +4)
Hệ số 2 : 6 : 1 : 3 : 6 (tổng hệ số = 18)

Hiện tượng phản ứng

  • Mẩu sắt tan dần trong acid đặc khi đun nóng.
  • Có khí không màu, mùi hắc thoát ra, đó là sulfur dioxide (SO2).
  • Dung dịch sau phản ứng (khi pha loãng) có màu vàng nâu nhạt của ion Fe3+.

Có thể nhận biết SO2 bằng cách dẫn khí qua dung dịch nước bromine: màu vàng nâu của bromine bị nhạt dần (SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr).

Cách cân bằng phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Fe0 → Fe+3; S+6 (trong H2SO4) → S+4 (trong SO2).
  2. Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử:
    • Quá trình oxi hoá: Fe0 → Fe+3 + 3e
    • Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4
  3. Tìm hệ số cân bằng electron: bội chung nhỏ nhất của 3 và 2 là 6, nên nhân quá trình oxi hoá với 2 và quá trình khử với 3.
  4. Đặt hệ số: 2Fe, 3SO2. Vì Fe2(SO4)3 chứa 2 nguyên tử Fe nên hệ số của muối là 1.
  5. Cân bằng S: vế phải có 3 S trong muối + 3 S trong SO2 = 6 S, vậy cần 6H2SO4.
  6. Cân bằng H và kiểm tra O: 12 nguyên tử H → 6H2O. Kiểm tra O: vế trái 24, vế phải 12 + 6 + 6 = 24. Phương trình đã cân bằng.

Mẹo nhớ: trong H2SO4 đặc, một phần acid đóng vai trò chất oxi hoá (tạo SO2), phần còn lại chỉ làm môi trường (tạo muối sulfate). Ở phản ứng này, 3 trong 6 phân tử acid là chất oxi hoá, 3 phân tử làm môi trường.

Vì sao sắt lên +3 mà không lên +2?

H2SO4 đặc, nóng có tính oxi hoá mạnh do S ở số oxi hoá cao nhất +6. Chất oxi hoá mạnh đưa sắt lên mức oxi hoá cao nhất thường gặp là +3. Điều này khác hẳn với H2SO4 loãng, nơi tác nhân oxi hoá là ion H+ (tính oxi hoá yếu hơn) nên chỉ đưa sắt lên +2 và giải phóng H2.

Tiêu chí H2SO4 loãng H2SO4 đặc, nóng
Phương trình Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑ 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
Số oxi hoá của Fe +2 +3
Khí sinh ra H2 (không màu, không mùi) SO2 (không màu, mùi hắc)
Tác nhân oxi hoá Ion H+ S+6 trong gốc sulfate

Sắt dư thì muối thu được là gì?

Đây là điểm mà rất nhiều bạn bỏ sót. Khi lượng Fe nhiều hơn lượng cần để phản ứng hết với acid, phần Fe còn lại sẽ khử Fe3+ về Fe2+:

Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4

Gộp hai giai đoạn khi sắt dư, ta có phương trình tổng:

Fe + 2H2SO4 (đặc, t°) → FeSO4 + SO2↑ + 2H2O

Vì vậy, khi đề cho “sắt dư” hoặc “sau phản ứng còn lại m gam chất rắn không tan”, em cần nghĩ ngay đến muối FeSO4 (có thể kèm Fe2(SO4)3 nếu Fe chỉ dư ít).

Sắt có tác dụng với H2SO4 đặc nguội không?

Không. Sắt bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc, nguội (tương tự với HNO3 đặc, nguội). Trên bề mặt kim loại hình thành một lớp màng bảo vệ khiến phản ứng gần như dừng lại. Aluminium (Al) và chromium (Cr) cũng có tính chất này. Nhờ đó, người ta có thể dùng thùng bằng sắt để chứa, vận chuyển sulfuric acid đặc.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là FeSO4 và H2 như với acid loãng.
  • Quên điều kiện “đặc, nóng” và cho rằng Fe phản ứng được với acid đặc, nguội.
  • Cân bằng sai vì chỉ tính S trong SO2 mà quên S trong muối Fe2(SO4)3.
  • Bỏ qua phản ứng Fe + Fe3+ khi đề cho sắt dư.

Bài tập vận dụng có lời giải

Thể tích khí đo ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar), 1 mol khí chiếm 24,79 L. Fe = 56; S = 32; O = 16.

Bài 1

Hoà tan hết 5,6 gam Fe trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư. Tính thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) và khối lượng muối thu được.

Lời giải: nFe = 5,6 : 56 = 0,1 mol. Theo phương trình, nSO2 = 3/2 · nFe = 0,15 mol → V = 0,15 × 24,79 ≈ 3,72 L.

nFe2(SO4)3 = 0,05 mol → m = 0,05 × 400 = 20 gam.

Cách nhanh bằng bảo toàn electron: 3nFe = 2nSO2 → nSO2 = 0,3 : 2 = 0,15 mol.

Bài 2

Cho 11,2 gam Fe vào dung dịch chứa 0,3 mol H2SO4 đặc, đun nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, chỉ tạo SO2. Tính khối lượng chất rắn còn lại và khối lượng muối trong dung dịch.

Lời giải: nFe = 0,2 mol. Vì acid là chất phản ứng hết và Fe dư, dùng phương trình tổng khi Fe dư: Fe + 2H2SO4 → FeSO4 + SO2 + 2H2O.

  • Fe phản ứng = 0,3 : 2 = 0,15 mol → Fe còn lại 0,05 mol = 2,8 gam.
  • nFeSO4 = 0,15 mol → m = 0,15 × 152 = 22,8 gam.

Kiểm tra theo hai giai đoạn: 0,3 mol acid oxi hoá 0,1 mol Fe tạo 0,05 mol Fe2(SO4)3; 0,1 mol Fe còn lại khử hết 0,05 mol Fe2(SO4)3 (tốn 0,05 mol Fe) tạo 0,15 mol FeSO4. Kết quả trùng khớp.

Lưu ý an toàn khi làm thí nghiệm

Sulfuric acid đặc gây bỏng nặng và háo nước mạnh, còn khí SO2 độc, gây kích ứng đường hô hấp. Thí nghiệm chỉ được thực hiện với lượng nhỏ, trong tủ hút hoặc có ống dẫn khí vào dung dịch kiềm để hấp thụ SO2, dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Khi pha loãng acid đặc, luôn rót từ từ acid vào nước, không làm ngược lại.

Câu hỏi thường gặp

Fe tác dụng với H2SO4 đặc nóng tạo ra sản phẩm gì?

Tạo iron(III) sulfate Fe2(SO4)3, khí SO2 và nước: 2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Tổng hệ số của phương trình Fe + H2SO4 đặc nóng là bao nhiêu?

Với hệ số tối giản 2 : 6 : 1 : 3 : 6, tổng hệ số là 18.

Fe có phản ứng với H2SO4 đặc nguội không?

Không. Sắt bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc, nguội nên gần như không phản ứng; vì thế có thể dùng thùng sắt chứa acid đặc nguội.

Khi nào Fe tác dụng với H2SO4 đặc nóng lại tạo FeSO4?

Khi sắt dư. Phần Fe dư khử Fe2(SO4)3 thành FeSO4 theo phản ứng Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4.

Bài học liên quan