Trả lời nhanh
Fe + ZnSO4 không xảy ra phản ứng, vì Fe đứng sau Zn trong dãy điện hóa nên không khử được ion Zn2+. Phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại: Zn đẩy được sắt khỏi muối sắt, ví dụ 3Zn + Fe2(SO4)3 → 3ZnSO4 + 2Fe khi Zn dư đủ nhiều.
1. Fe + ZnSO4 có phản ứng không?
Quy tắc cần nhớ: kim loại mạnh hơn đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. Trong dãy hoạt động, thứ tự là Zn đứng trước Fe, nên Zn mạnh hơn Fe.
Vì vậy sắt không thể lấy electron khỏi… à đúng hơn, sắt không thể nhường electron cho Zn2+ để tạo Zn. Kết luận:
Fe + ZnSO4 → không phản ứng.
Có thể giải thích bằng thế điện cực chuẩn: E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V nhỏ hơn E°(Fe2+/Fe) = −0,44 V. Cặp có E° nhỏ hơn có dạng khử mạnh hơn (Zn), dạng oxi hóa của cặp có E° lớn hơn (Fe2+) mới oxi hóa được Zn, chứ Zn2+ không oxi hóa được Fe.
2. Phản ứng ngược: Zn + Fe2(SO4)3 → ZnSO4 + …
Đây là phản ứng thường gặp trong đề bài. Fe2(SO4)3 chứa Fe3+ có tính oxi hóa mạnh (E°(Fe3+/Fe2+) = +0,77 V), nên Zn khử dần theo hai bước:
- Bước 1 (Zn thiếu): Fe3+ bị khử về Fe2+
Zn + Fe2(SO4)3 → ZnSO4 + 2FeSO4 - Bước 2 (Zn còn dư): Fe2+ bị khử tiếp thành Fe
Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe↓
Cộng hai bước (nhân bước 2 với 2): 3Zn + Fe2(SO4)3 → 3ZnSO4 + 2Fe.
Kiểm tra cân bằng: vế trái có 3 Zn, 2 Fe, 3 gốc SO4; vế phải có 3 Zn, 2 Fe, 3 gốc SO4. Đúng.
3. Sản phẩm phụ thuộc tỉ lệ mol
| Tỉ lệ n(Zn) : n(Fe2(SO4)3) | Kết quả |
|---|---|
| < 1 : 1 | Chỉ xảy ra bước 1; Fe2(SO4)3 còn dư, Zn hết |
| = 1 : 1 | Vừa đủ bước 1: dung dịch có ZnSO4, FeSO4 |
| giữa 1 : 1 và 3 : 1 | Có cả bước 2; thu được Fe, Zn hết, dung dịch còn FeSO4 |
| ≥ 3 : 1 | Toàn bộ Fe3+ thành Fe; ở 3 : 1 vừa đủ, hơn nữa thì Zn dư |
Hiện tượng: dung dịch Fe2(SO4)3 màu vàng nâu nhạt dần, chuyển sang gần như không màu hoặc xanh lục rất nhạt (FeSO4); khi Zn đủ nhiều, xuất hiện chất rắn màu xám bám trên thanh kẽm.
4. Mẹo nhớ
- Fe3+ luôn bị khử về Fe2+ trước, rồi mới đến Fe. Hãy viết theo thứ tự này.
- Quy tắc “α” (dãy điện hóa): chất khử mạnh nhất phản ứng với chất oxi hóa mạnh nhất trước. Ở đây Zn gặp Fe3+ trước, sau đó mới gặp Fe2+.
- Muối sắt (II) sinh ra từ Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4 cũng là phản ứng đúng, đừng nhầm với Fe + ZnSO4.
5. Lỗi sai thường gặp
- Viết Fe + ZnSO4 → FeSO4 + Zn: sai, vì sắt yếu hơn kẽm.
- Viết Zn + Fe2(SO4)3 → ZnSO4 + Fe mà không cân bằng (đúng phải có hệ số 3 và 2).
- Bỏ qua bước tạo FeSO4 khi Zn chưa đủ nhiều.
6. Bài luyện tập
Bài 1. Cho 6,5 g Zn vào dung dịch chứa 0,05 mol Fe2(SO4)3. Tính khối lượng chất rắn thu được và các muối trong dung dịch sau phản ứng.
Giải: n(Zn) = 6,5 : 65 = 0,1 mol. Bước 1: 0,05 mol Zn phản ứng hết 0,05 mol Fe2(SO4)3, tạo 0,05 mol ZnSO4 và 0,1 mol FeSO4. Zn còn 0,05 mol, phản ứng với 0,05 mol FeSO4 tạo 0,05 mol Fe. Khối lượng Fe = 0,05 × 56 = 2,8 g. Dung dịch có ZnSO4 (0,1 mol) và FeSO4 dư (0,05 mol).
Bài 2. Cặp chất nào sau đây xảy ra phản ứng: (a) Fe + ZnSO4; (b) Zn + FeSO4; (c) Fe + Fe2(SO4)3?
Đáp án: (b) và (c) xảy ra; (a) không xảy ra. Phương trình: Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe; Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4.
Bài 3. Cần tối thiểu bao nhiêu gam Zn để khử hết 0,02 mol Fe2(SO4)3 thành Fe?
Đáp án: theo 3Zn : 1Fe2(SO4)3, n(Zn) = 0,06 mol, khối lượng = 0,06 × 65 = 3,9 g.
Câu hỏi thường gặp
Fe tác dụng với ZnSO4 có tạo ra Zn không?
Không. Sắt đứng sau kẽm trong dãy hoạt động hóa học nên không đẩy được kẽm ra khỏi dung dịch muối ZnSO4, phản ứng không xảy ra.
Zn + Fe2(SO4)3 tạo ra sản phẩm gì?
Nếu Zn thiếu, tạo ZnSO4 và FeSO4: Zn + Fe2(SO4)3 → ZnSO4 + 2FeSO4. Nếu Zn dư đủ, tiếp tục khử đến Fe: 3Zn + Fe2(SO4)3 → 3ZnSO4 + 2Fe.
Vì sao Fe3+ bị khử về Fe2+ trước khi thành Fe?
Vì Fe3+ có tính oxi hóa mạnh hơn Fe2+ (thế điện cực chuẩn của Fe3+/Fe2+ là +0,77 V, lớn hơn Fe2+/Fe là −0,44 V), nên bị chất khử mạnh Zn khử trước.
Hiện tượng khi cho kẽm vào dung dịch Fe2(SO4)3 là gì?
Dung dịch vàng nâu nhạt màu dần; khi Zn đủ nhiều còn thấy chất rắn màu xám (sắt) bám lên kẽm.