Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu: Phương trình, hiện tượng

Trả lời nhanh

Phương trình: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓. Đây là phản ứng thế, xảy ra ngay ở nhiệt độ thường khi cho sắt vào dung dịch đồng(II) sunfat. Sắt hoạt động hoá học mạnh hơn đồng nên đẩy đồng ra khỏi muối. Đồng màu đỏ bám lên sắt, dung dịch xanh lam nhạt dần.

Phương trình hoá học Fe tác dụng với CuSO₄

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

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓

Phương trình ion rút gọn, giúp thấy rõ bản chất phản ứng:

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Ion SO₄^2- không tham gia phản ứng, chỉ “đứng xem”. Vì thế thay CuSO₄ bằng CuCl₂ hay Cu(NO₃)₂ thì sắt vẫn đẩy được đồng theo cùng kiểu.

Điều kiện và hiện tượng nhận biết

Điều kiện: nhiệt độ thường, sắt tiếp xúc với dung dịch muối đồng(II). Không cần xúc tác hay đun nóng.
Chất rắn: đinh sắt màu xám bị phủ một lớp kim loại màu đỏ (đồng).
Dung dịch: màu xanh lam của Cu²⁺ nhạt dần, chuyển sang màu lục nhạt của Fe²⁺.

Mẹo quan sát: nếu để lâu, lớp đồng xốp có thể rơi ra đáy cốc, còn dung dịch gần như hết màu xanh khi CuSO₄ đã phản ứng hết.

Vì sao phản ứng xảy ra? Bản chất oxi hoá – khử

Trong dãy hoạt động hoá học của kim loại, sắt đứng trước đồng. Kim loại đứng trước đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối (trừ các kim loại tan trong nước như Na, K, Ca, Ba).

Quá trình	Nửa phản ứng	Vai trò
Oxi hoá	Fe → Fe²⁺ + 2e	Fe là chất khử
Khử	Cu²⁺ + 2e → Cu	Cu²⁺ là chất oxi hoá

Số oxi hoá của Fe tăng từ 0 lên +2, của Cu giảm từ +2 xuống 0. Cặp Cu²⁺/Cu có tính oxi hoá mạnh hơn cặp Fe²⁺/Fe nên phản ứng xảy ra theo chiều thuận.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là Fe₂(SO₄)₃. Ion Cu²⁺ chỉ oxi hoá Fe lên Fe²⁺, không lên Fe³⁺. Sản phẩm luôn là FeSO₄.
Đảo chiều: Cu + FeSO₄. Phản ứng này không xảy ra vì Cu yếu hơn Fe.
Quên dấu ↓ cho Cu hoặc không nêu màu đỏ của đồng khi mô tả hiện tượng.
Nhầm với phản ứng của Na. Cho Na vào dung dịch CuSO₄ thì Na tác dụng với nước trước, tạo kết tủa Cu(OH)₂ xanh, không tạo Cu.

Dạng bài tính: khối lượng thanh sắt thay đổi

Mỗi 1 mol Fe tan (56 g) thì có 1 mol Cu (64 g) bám vào. Khối lượng thanh sắt tăng 8 g cho mỗi mol phản ứng. Từ đó có công thức nhanh:

Δm (tăng) = 8 × n_{Fe phản ứng} = 8 × n_{Cu sinh ra}

Ví dụ tự đặt: Nhúng thanh sắt vào 200 ml dung dịch CuSO₄ 0,5M cho đến khi dung dịch hết màu xanh. Tính khối lượng thanh sắt tăng.

n(CuSO₄) = 0,2 × 0,5 = 0,1 mol.
Theo phương trình, n(Fe) phản ứng = n(Cu) = 0,1 mol.
Khối lượng tăng = 0,1 × (64 − 56) = 0,8 g.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Cho 5,6 g bột sắt vào dung dịch chứa 0,2 mol CuSO₄. Sau phản ứng hoàn toàn, tính khối lượng Cu thu được và số mol CuSO₄ còn dư.

Đáp án: n(Fe) = 5,6 : 56 = 0,1 mol, ít hơn 0,2 mol CuSO₄ nên Fe hết. Cu tạo ra 0,1 mol, tức 0,1 × 64 = 6,4 g. CuSO₄ dư 0,2 − 0,1 = 0,1 mol.

Bài 2. Nhúng thanh sắt vào dung dịch CuSO₄, sau một thời gian lấy ra thấy khối lượng thanh tăng 1,6 g. Tính khối lượng Cu bám vào thanh.

Đáp án: n(Fe pư) = 1,6 : 8 = 0,2 mol, nên n(Cu) = 0,2 mol, m(Cu) = 0,2 × 64 = 12,8 g.

Bài 3. Trong các cặp sau, cặp nào có phản ứng: (a) Fe + ZnSO₄; (b) Cu + FeSO₄; (c) Fe + CuCl₂?

Đáp án: chỉ (c) xảy ra: Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu. Ở (a) Fe yếu hơn Zn, ở (b) Cu yếu hơn Fe nên không phản ứng.

Ứng dụng thực tế

Là cơ sở của phương pháp thuỷ luyện: dùng sắt vụn thu hồi đồng từ dung dịch chứa muối đồng.
Xử lý nước thải chứa ion Cu²⁺ bằng phoi sắt.
Thí nghiệm quen thuộc minh hoạ phản ứng thế và dãy hoạt động hoá học của kim loại.

Mẹo nhớ

Nhớ câu: “Sắt gặp muối đồng, đồng ra, sắt hoá trị II vào”. Sắt đi qua phản ứng với muối của kim loại yếu hơn thường chỉ lên hoá trị II; muốn lên hoá trị III phải gặp chất oxi hoá mạnh như Cl₂, HNO₃ hay H₂SO₄ đặc nóng.

Câu hỏi thường gặp

Fe + CuSO4 tạo ra FeSO4 hay Fe2(SO4)3?

Tạo FeSO4. Ion Cu2+ là chất oxi hoá yếu nên chỉ đưa sắt lên số oxi hoá +2. Fe2(SO4)3 chỉ xuất hiện khi dùng chất oxi hoá mạnh hơn như H2SO4 đặc nóng.

Hiện tượng khi cho đinh sắt vào dung dịch CuSO4 là gì?

Trên đinh sắt xuất hiện lớp kim loại màu đỏ là đồng; dung dịch màu xanh lam nhạt dần và chuyển sang lục nhạt do tạo FeSO4.

Cu có tác dụng với FeSO4 không?

Không. Đồng đứng sau sắt trong dãy hoạt động hoá học nên không đẩy được sắt ra khỏi dung dịch muối sắt(II).

Vì sao khối lượng thanh sắt tăng sau phản ứng?

Mỗi mol Fe tan ra (56 g) thì có một mol Cu (64 g) bám lên thanh, nên khối lượng thanh tăng 8 g cho mỗi mol phản ứng.