Trả lời nhanh
Để từ FeSO4 thu được Fe, ta cho kim loại mạnh hơn sắt (không tan trong nước ở điều kiện thường) như Al, Zn, Mg tác dụng với dung dịch muối. Với nhôm: 2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe. Phản ứng xảy ra vì Al đứng trước Fe trong dãy hoạt động hoá học nên khử được ion Fe2+ thành Fe.
Phương trình phản ứng
2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe
Đây là phản ứng thế (kim loại đẩy kim loại ra khỏi dung dịch muối) và cũng là phản ứng oxi hoá – khử.
- Điều kiện: nhiệt độ thường, FeSO4 ở dạng dung dịch.
- Hiện tượng: thanh nhôm tan dần, có lớp kim loại màu xám đen bám ngoài thanh nhôm; màu lục nhạt của dung dịch FeSO4 nhạt dần rồi mất màu khi Fe2+ phản ứng hết.
- Lưu ý: nếu nhôm bị phủ màng oxit Al2O3 dày thì phản ứng khởi động chậm; nên dùng nhôm mới cạo sạch hoặc dạng bột.
Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
- Xác định số oxi hoá thay đổi: Al từ 0 lên +3; Fe từ +2 xuống 0.
- Viết các quá trình:
- Al → Al3+ + 3e (nhân 2)
- Fe2+ + 2e → Fe (nhân 3)
- Số electron cho = nhận = 6, nên hệ số: 2Al và 3Fe2+.
- Đặt hệ số vào phương trình phân tử: 2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe. Kiểm tra: 3 gốc SO4 ở vế trái, 3 gốc SO4 ở vế phải. Cân bằng.
Phương trình ion thu gọn: 2Al + 3Fe2+ → 2Al3+ + 3Fe.
Vai trò: Al là chất khử, FeSO4 (ion Fe2+) là chất oxi hoá.
Vì sao Al đẩy được Fe ra khỏi muối?
Trong dãy hoạt động hoá học: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Au, kim loại đứng trước khử được ion kim loại đứng sau trong dung dịch muối. Al đứng trước Fe nên Al khử được Fe2+. Ngược lại, Cu hoặc Ag đứng sau Fe nên không đẩy được Fe ra khỏi FeSO4.
Những cách khác để từ FeSO4 ra Fe
| Cách | Phương trình | Ghi chú |
|---|---|---|
| Dùng Zn | Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe | Thanh Zn tan, có Fe bám ngoài |
| Dùng Mg | Mg + FeSO4 → MgSO4 + Fe | Phản ứng nhanh |
| Điện phân dung dịch | 2FeSO4 + 2H2O → 2Fe + O2 + 2H2SO4 | Điều kiện: điện phân dung dịch; Fe thu ở catot (thực tế có thể kèm H2) |
Không dùng Na, K, Ca vì các kim loại này phản ứng với nước trước, tạo bazơ và khí H2, sau đó bazơ mới tác dụng với FeSO4 tạo kết tủa Fe(OH)2, không ra Fe.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Fe2(SO4)3: sai, vì Fe2+ bị khử về Fe chứ không bị oxi hoá lên Fe3+.
- Viết Al2SO4 (thiếu ngoặc): muối đúng là Al2(SO4)3 vì Al hoá trị III, gốc SO4 hoá trị II.
- Quên hệ số 3 và 2 khi cân bằng: nhớ “2 nhôm – 3 muối sắt – 3 sắt”.
Mẹo nhớ: Hệ số của kim loại tham gia và kim loại tạo thành luôn tỉ lệ nghịch với số electron mỗi nguyên tử trao đổi: Al cho 3e, Fe2+ nhận 2e nên tỉ lệ Al : Fe = 2 : 3.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Cho 2,7 g Al vào dung dịch FeSO4 dư. Tính khối lượng Fe thu được. (Fe = 56, Al = 27)
Giải: nAl = 2,7 : 27 = 0,1 mol. Theo phương trình, nFe = 0,1 × 3/2 = 0,15 mol, nên mFe = 0,15 × 56 = 8,4 g.
Bài 2. Nhúng thanh nhôm nặng 10 g vào dung dịch FeSO4. Sau một thời gian lấy thanh ra, rửa sạch, sấy khô, cân được 11,14 g. Tính khối lượng Fe bám vào thanh.
Giải: Gọi x là số mol Al đã phản ứng thì nFe = 1,5x. Khối lượng tăng = 56 × 1,5x − 27x = 57x = 1,14 nên x = 0,02 mol. nFe = 0,03 mol, mFe = 1,68 g. Kiểm tra: 10 − 0,54 + 1,68 = 11,14 g (đúng).
Bài 3 (trắc nghiệm). Kim loại nào sau đây khử được ion Fe2+ trong dung dịch FeSO4 thành Fe? A. Cu B. Ag C. Zn D. Na
Đáp án: C. Zn đứng trước Fe và không phản ứng với nước. Cu, Ag đứng sau Fe nên không phản ứng; Na tác dụng với nước trước nên không thu được Fe.
Câu hỏi thường gặp nhanh
Muốn nhận biết phản ứng đã xảy ra, hãy quan sát hai dấu hiệu: màu lục nhạt của dung dịch nhạt dần và có chất rắn màu xám bám trên thanh kim loại. Để chắc chắn đó là sắt, có thể dùng nam châm thử chất rắn thu được ở dạng bột.
Câu hỏi thường gặp
FeSO4 tác dụng với chất nào để ra Fe?
FeSO4 tác dụng với kim loại mạnh hơn sắt và không tan trong nước như Al, Zn, Mg thì tạo ra Fe. Ngoài ra có thể điện phân dung dịch FeSO4 để thu Fe ở catot.
Hiện tượng khi cho Al vào dung dịch FeSO4 là gì?
Nhôm tan dần, có chất rắn màu xám bám ngoài thanh nhôm, dung dịch lục nhạt của Fe2+ nhạt màu dần rồi mất màu khi phản ứng hết.
Vì sao không dùng Na để điều chế Fe từ dung dịch FeSO4?
Na phản ứng với nước trong dung dịch trước, tạo NaOH và H2. NaOH sau đó tạo kết tủa Fe(OH)2 với FeSO4 chứ không đẩy được Fe ra.
Cu có đẩy được Fe ra khỏi FeSO4 không?
Không, vì Cu đứng sau Fe trong dãy hoạt động hoá học nên tính khử yếu hơn Fe, không khử được Fe2+.