Trả lời nhanh
Kim loại Fe bị thụ động (không tan) trong dung dịch HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội. Hai phương án H2SO4 loãng và HCl đặc nguội đều sai, vì chúng không tạo được màng oxit bền trên bề mặt sắt nên Fe vẫn tan và giải phóng khí H2.
Thụ động hoá là gì?
Thụ động hoá là hiện tượng kim loại bị “mất khả năng phản ứng” với một axit mà bình thường nó phản ứng được. Nguyên nhân là axit có tính oxi hoá rất mạnh đã tạo trên bề mặt kim loại một lớp màng oxit mỏng, đặc khít và bền. Lớp màng này ngăn kim loại bên trong tiếp xúc với axit.
Với sắt, điều kiện để có thụ động hoá gồm đủ ba chữ: axit có tính oxi hoá mạnh (HNO3 hoặc H2SO4), nồng độ đặc và ở nhiệt độ nguội.
Loại trừ từng phương án
| Dung dịch | Fe có bị thụ động không? | Giải thích |
|---|---|---|
| H2SO4 loãng | Không | Là axit thường, H+ oxi hoá Fe thành Fe2+, sinh khí H2. |
| HCl đặc, nguội | Không | HCl chỉ có tính axit, không có tính oxi hoá mạnh, không tạo màng oxit bảo vệ. |
| HNO3 đặc, nguội | Có | Tạo màng oxit bền trên bề mặt sắt. |
| H2SO4 đặc, nguội | Có | Tương tự HNO3 đặc nguội. |
| HNO3 loãng | Không | Fe tan, sinh khí NO. |
Các phản ứng chứng minh
Những phản ứng sau xảy ra nên Fe không bị thụ động:
- Fe + H2SO4 (loãng) → FeSO4 + H2↑ (Fe tan dần, có bọt khí không màu).
- Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ (dù HCl đặc hay loãng, nguội hay nóng).
- Fe + 4HNO3 (loãng) → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (khí NO hoá nâu trong không khí).
Khi đun nóng, màng oxit bị phá vỡ nên sắt lại tan trong axit đặc:
- Fe + 6HNO3 (đặc) → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O (điều kiện: đun nóng; khí nâu đỏ).
- 2Fe + 6H2SO4 (đặc) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O (điều kiện: đun nóng; khí mùi hắc).
Ứng dụng thực tế
Nhờ tính chất này, người ta dùng thùng sắt (hoặc nhôm) để chuyên chở HNO3 đặc và H2SO4 đặc ở nhiệt độ thường. Nếu để nóng lên hoặc để axit bị pha loãng (ví dụ hút ẩm), thùng sẽ bị ăn mòn.
Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp
- Mẹo: nhớ cụm “Al, Fe, Cr – HNO3, H2SO4 – đặc, nguội”. Ba kim loại này đều thụ động trong hai axit đó.
- Lỗi 1: thấy chữ “đặc, nguội” liền chọn ngay, quên kiểm tra axit đó có tính oxi hoá mạnh hay không. HCl đặc nguội là “bẫy” quen thuộc.
- Lỗi 2: nhầm “thụ động” với “không phản ứng với mọi axit”. Fe vẫn tan trong HCl và H2SO4 loãng.
- Lỗi 3: bỏ qua điều kiện nguội. Cùng là H2SO4 đặc nhưng đun nóng thì Fe tan.
Bài luyện tập
- Kim loại nào sau đây bị thụ động trong H2SO4 đặc nguội: Cu, Al, Zn, Mg?
Đáp án: Al (ngoài ra còn Fe, Cr). Cu tan khi đun nóng, Zn và Mg tan ngay. - Cho Fe vào dung dịch HNO3 đặc nguội, rồi nhúng sang dung dịch CuSO4. Có hiện tượng gì?
Đáp án: Fe đã có màng oxit bảo vệ nên không đẩy được Cu ra khỏi dung dịch CuSO4 (hoặc phản ứng rất chậm, không rõ). - Hoà tan 5,6 gam Fe (0,1 mol) bằng dung dịch H2SO4 loãng dư, thể tích H2 thu được ở đkc (24,79 lít/mol) là bao nhiêu?
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2; n(H2) = 0,1 mol, V = 0,1 × 24,79 ≈ 2,479 lít.
Câu hỏi thường gặp
Fe bị thụ động trong những axit nào?
Fe bị thụ động trong HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội. Lớp oxit mỏng, bền tạo ra trên bề mặt sắt ngăn phản ứng tiếp tục xảy ra.
Vì sao HCl đặc nguội không làm Fe thụ động?
HCl chỉ thể hiện tính axit thông qua ion H+, không có tính oxi hoá mạnh để tạo màng oxit bảo vệ. Vì vậy Fe vẫn tan, tạo FeCl2 và khí H2.
Đun nóng thì Fe có tan trong H2SO4 đặc không?
Có. Khi đun nóng, màng oxit bị phá vỡ nên Fe tan, tạo Fe2(SO4)3, khí SO2 và nước.
Ngoài Fe, kim loại nào bị thụ động với HNO3 đặc nguội?
Al và Cr cũng bị thụ động trong HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.