Khi ngâm một đinh sắt sạch vào dung dịch CuSO4, một phản ứng hóa học xảy ra, dẫn đến sự thay đổi về khối lượng của đinh sắt và nồng độ của dung dịch CuSO4. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, cách tính toán liên quan và các yếu tố ảnh hưởng.
Phản ứng xảy ra như sau:
Fe(r) + CuSO4(dd) → FeSO4(dd) + Cu(r)
Sắt (Fe) tác dụng với đồng(II) sunfat (CuSO4) tạo thành sắt(II) sunfat (FeSO4) và đồng (Cu) kim loại. Đồng kim loại bám vào bề mặt đinh sắt, làm tăng khối lượng của nó.
Để giải các bài toán liên quan đến việc ngâm đinh sắt trong dung dịch CuSO4, chúng ta cần nắm vững các bước sau:
-
Xác định số mol các chất: Tính số mol của CuSO4 ban đầu dựa vào nồng độ và thể tích dung dịch.
-
Phản ứng: Theo phương trình phản ứng, 1 mol Fe phản ứng với 1 mol CuSO4 tạo ra 1 mol Cu.
-
Tính toán khối lượng tăng: Khối lượng đinh sắt tăng lên là do lượng đồng (Cu) bám vào nhiều hơn lượng sắt (Fe) đã tan ra. Công thức tính:
Δm = mCu – mFe = nCu MCu – nFe MFe
Trong đó:
- Δm: độ tăng khối lượng (gam)
- mCu: khối lượng đồng tạo thành (gam)
- mFe: khối lượng sắt phản ứng (gam)
- nCu, nFe: số mol đồng tạo thành và sắt phản ứng (mol)
- MCu = 64 g/mol, MFe = 56 g/mol
-
Tính toán nồng độ CuSO4 sau phản ứng: Nếu bài toán yêu cầu, ta cần tính số mol CuSO4 còn lại sau phản ứng và từ đó suy ra nồng độ.
Ví dụ minh họa: Ngâm một đinh sắt sạch trong 200 ml dung dịch CuSO4. Sau phản ứng kết thúc lấy đinh sắt ra rửa nhẹ và làm khô thấy khối lượng đinh sắt tăng 8 gam. Tính nồng độ CuSO4 ban đầu.
Giải:
Gọi số mol Fe phản ứng là x mol. Theo phương trình, số mol Cu tạo thành cũng là x mol.
Độ tăng khối lượng của đinh sắt là:
Δm = 64x – 56x = 8x = 8 gam
=> x = 1 mol.
Số mol CuSO4 ban đầu bằng số mol Fe phản ứng, tức là 1 mol.
Nồng độ CuSO4 ban đầu là:
C = n/V = 1 mol / 0.2 lít = 5M
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng:
- Nồng độ dung dịch CuSO4: Nồng độ càng cao, phản ứng xảy ra càng nhanh.
- Diện tích bề mặt đinh sắt: Diện tích bề mặt càng lớn, tốc độ phản ứng càng cao.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng thường làm tăng tốc độ phản ứng (tuy nhiên trong bài toán này thường bỏ qua yếu tố nhiệt độ).
- Khuấy trộn: Khuấy trộn giúp dung dịch tiếp xúc tốt hơn với đinh sắt.
Phản ứng giữa đinh sắt và dung dịch CuSO4 tạo ra đồng kim loại
Ảnh minh họa phản ứng hóa học: Đinh sắt phản ứng với dung dịch đồng sunfat tạo thành lớp đồng màu đỏ bám trên bề mặt sắt.
Bài tập ứng dụng:
- Ngâm một lá sắt có khối lượng 5 gam vào 50 ml dung dịch CuSO4 1M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng lá sắt là bao nhiêu?
- Ngâm một thanh sắt vào 200 ml dung dịch CuSO4. Sau một thời gian, lấy thanh sắt ra, rửa sạch, làm khô, thấy khối lượng giảm 0,16 gam. Tính số mol CuSO4 đã phản ứng.
Kết luận:
Việc ngâm đinh sắt trong dung dịch CuSO4 là một thí nghiệm hóa học thú vị, minh họa rõ ràng cho phản ứng oxi hóa khử giữa kim loại và dung dịch muối. Nắm vững kiến thức về phản ứng này giúp chúng ta giải quyết các bài tập liên quan và hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của kim loại. Việc tính toán chính xác số mol và sự thay đổi khối lượng là rất quan trọng để đưa ra kết quả đúng.
