Trả lời nhanh
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu↓. Sắt hoạt động hoá học mạnh hơn đồng nên đẩy đồng ra khỏi dung dịch muối. Hiện tượng: lớp kim loại đồng màu đỏ bám lên bề mặt sắt, màu xanh lam của dung dịch nhạt dần rồi chuyển thành xanh lục rất nhạt của muối sắt(II).
Phương trình phản ứng
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu↓
Phương trình ion thu gọn: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường, các hệ số đều bằng 1 nên không cần cân bằng phức tạp.
Vì sao sắt đẩy được đồng?
Trong dãy hoạt động hoá học của kim loại, kim loại đứng trước có thể đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối (không áp dụng cho kim loại tan trong nước như Na, K, Ca, Ba). Sắt đứng trước đồng, nên:
- Fe nhường electron: Fe → Fe2+ + 2e (Fe là chất khử).
- Cu2+ nhận electron: Cu2+ + 2e → Cu (Cu2+ là chất oxi hoá).
Số electron cho bằng số electron nhận (đều là 2), nên tỉ lệ mol Fe : Cu(NO3)2 = 1 : 1.
Hiện tượng quan sát được
- Trên thanh hoặc đinh sắt xuất hiện lớp chất rắn màu đỏ (đồng) bám vào.
- Dung dịch ban đầu có màu xanh lam của ion Cu2+, màu này nhạt dần theo thời gian.
- Khi Cu(NO3)2 phản ứng hết, dung dịch gần như không màu hoặc xanh lục rất nhạt do có Fe(NO3)2.
Một điểm cần chú ý: sắt chỉ lên Fe(II)
Khi sắt tác dụng với muối của kim loại yếu hơn như Cu2+, sản phẩm là muối sắt(II). Ngay cả khi Cu(NO3)2 dư, ion Cu2+ cũng không oxi hoá tiếp Fe2+ lên Fe3+, vì Cu2+ không đủ mạnh để làm việc đó.
| Dung dịch muối | Phương trình với Fe | Ghi chú |
|---|---|---|
| Cu(NO3)2 | Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu | Dù Cu(NO3)2 dư vẫn chỉ tạo Fe(II) |
| AgNO3 (vừa đủ) | Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag | Ag+ oxi hoá mạnh hơn Cu2+ |
| AgNO3 (dư) | Fe + 3AgNO3 → Fe(NO3)3 + 3Ag | Ag+ dư oxi hoá tiếp Fe2+ thành Fe3+ |
| ZnSO4 | Không phản ứng | Fe đứng sau Zn |
Từ bảng, em thấy cùng một thanh sắt nhưng sản phẩm phụ thuộc vào tính oxi hoá của ion kim loại trong muối.
Ứng dụng của phản ứng
- Điều chế đồng bằng phương pháp thuỷ luyện: ngâm sắt vụn vào dung dịch muối đồng để thu hồi đồng từ nước thải mỏ.
- Giải thích hiện tượng đinh sắt để lâu trong dung dịch muối đồng bị phủ một lớp đỏ.
- Dùng trong thí nghiệm kiểm chứng dãy hoạt động hoá học của kim loại.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Fe(NO3)3. Đây là lỗi hay gặp nhất: sắt với muối đồng chỉ tạo muối sắt(II).
- Quên dấu ↓ cho kim loại đồng, hoặc quên ghi hiện tượng đồng màu đỏ.
- Cho rằng phản ứng xảy ra cả khi dùng Cu đẩy Fe. Chiều ngược lại là không xảy ra vì Cu đứng sau Fe.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Nhúng một thanh sắt nặng 10 gam vào 100 ml dung dịch Cu(NO3)2 0,5M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, lấy thanh sắt ra, rửa sạch, sấy khô. Khối lượng thanh sắt lúc này là bao nhiêu? (Giả sử toàn bộ đồng sinh ra bám vào thanh, sắt còn dư.)
Lời giải: n(Cu(NO3)2) = 0,1 × 0,5 = 0,05 mol. Cứ 1 mol Fe tan (56 gam) thì có 1 mol Cu (64 gam) bám vào, khối lượng thanh tăng 64 − 56 = 8 gam. Với 0,05 mol, khối lượng tăng 0,05 × 8 = 0,4 gam. Vậy thanh nặng 10,4 gam, trong đó có 3,2 gam đồng bám vào.
Bài 2. Cho 5,6 gam Fe vào dung dịch chứa 0,15 mol Cu(NO3)2. Tính khối lượng Cu thu được và số mol Cu(NO3)2 còn dư.
Lời giải: n(Fe) = 5,6/56 = 0,1 mol, ít hơn 0,15 mol nên Fe hết. n(Cu) = 0,1 mol, m(Cu) = 6,4 gam. Cu(NO3)2 còn dư 0,15 − 0,1 = 0,05 mol.
Bài 3. Vì sao không thể bảo quản dung dịch CuSO4 hay Cu(NO3)2 trong thùng sắt?
Đáp án: vì sắt đẩy đồng ra khỏi muối, thùng bị ăn mòn dần và dung dịch bị nhiễm muối sắt.
Câu hỏi thường gặp
Fe tác dụng với Cu(NO3)2 tạo ra sản phẩm gì?
Tạo muối sắt(II) nitrat Fe(NO3)2 và kim loại đồng: Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu.
Hiện tượng khi cho đinh sắt vào dung dịch Cu(NO3)2 là gì?
Có lớp kim loại màu đỏ (đồng) bám lên đinh sắt, màu xanh của dung dịch nhạt dần.
Khi dư Cu(NO3)2, sắt có thể lên Fe(III) không?
Không. Cu2+ không oxi hoá được Fe2+ thành Fe3+ nên sản phẩm luôn là Fe(NO3)2.
Sau phản ứng khối lượng thanh sắt tăng hay giảm?
Tăng, vì mỗi mol Fe tan (56 g) thì có 1 mol Cu (64 g) bám vào, khối lượng tăng 8 g cho mỗi mol phản ứng.