Phản ứng giữa sắt (Fe) và clo (Cl2) là một trong những phản ứng hóa học quan trọng, thuộc loại phản ứng oxi hóa khử và phản ứng hóa hợp. Sản phẩm tạo thành là sắt(III) clorua (FeCl3). Dưới đây là thông tin chi tiết về phản ứng này, điều kiện thực hiện và các bài tập liên quan.
Phương trình phản ứng Fe tác dụng với Cl2
Phương trình hóa học cân bằng của phản ứng giữa sắt và clo là:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Điều kiện để Fe tác dụng với Cl2
Để phản ứng xảy ra hiệu quả, cần đảm bảo các điều kiện sau:
- Nhiệt độ: Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao.
- Tiếp xúc: Cần đảm bảo sắt và clo tiếp xúc trực tiếp với nhau.
Cách thực hiện phản ứng Fe + Cl2
- Chuẩn bị một dây sắt đã được quấn thành hình lò xo.
- Nung nóng đỏ dây sắt.
- Đưa nhanh dây sắt đã nung nóng vào bình chứa khí clo.
Hiện tượng khi Fe tác dụng với Cl2
Dấu hiệu nhận biết phản ứng:
- Sắt cháy sáng trong bình khí clo.
- Xuất hiện khói màu nâu đỏ, đó chính là sắt(III) clorua (FeCl3).
- Có thể quan sát được sự tạo thành của FeCl3 bám trên thành bình.
Tính chất hóa học của sắt (Fe)
Sắt là một kim loại có tính khử trung bình. Trong các phản ứng hóa học, sắt có thể bị oxi hóa lên số oxi hóa +2 hoặc +3, tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa.
Tác dụng với phi kim
Ở nhiệt độ cao, sắt có thể khử các nguyên tử phi kim thành ion âm, đồng thời bản thân sắt bị oxi hóa.
- Với lưu huỳnh: Fe0 + S0 →to Fe+2S-2
- Với oxi: 3Fe + 2O20 →to Fe3O-24
- Với clo: 2Fe0 + 3Cl20 →to 2Fe+3Cl-13
Tác dụng với axit
-
Với HCl, H2SO4 loãng: Sắt bị oxi hóa lên số oxi hóa +2 và giải phóng khí H2.
Ví dụ: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
-
Với HNO3 đặc nóng, H2SO4 đặc nóng: Sắt bị oxi hóa lên số oxi hóa +3 và không giải phóng khí H2.
Ví dụ: Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
Lưu ý: Sắt bị thụ động hóa bởi HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
Tác dụng với dung dịch muối
Sắt có thể khử ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa. Trong các phản ứng này, sắt thường bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.
Ví dụ: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Đặc biệt:
Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
Nếu Ag+ dư, phản ứng tiếp tục: Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag
Tác dụng với nước
Ở nhiệt độ thường, sắt không phản ứng với nước. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, sắt có thể khử hơi nước tạo thành H2 và Fe3O4 hoặc FeO.
3Fe + 4H2O →to 570oC Fe3O4 + 4H2
Fe + H2O →to > 570oC FeO + H2
Bài tập vận dụng về sắt và hợp chất của sắt
Câu 1: Cho 5,6 gam Fe tác dụng hoàn toàn với khí clo dư. Khối lượng FeCl3 thu được là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
- Số mol Fe: nFe = 5,6 / 56 = 0,1 mol
- Theo phương trình: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3, tỉ lệ mol Fe và FeCl3 là 1:1
- Vậy nFeCl3 = nFe = 0,1 mol
- Khối lượng FeCl3: mFeCl3 = 0,1 * 162,5 = 16,25 gam
Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn 11,2 gam bột sắt trong khí clo dư. Tính thể tích khí clo (đktc) đã tham gia phản ứng.
Hướng dẫn giải:
- Số mol Fe: nFe = 11,2 / 56 = 0,2 mol
- Theo phương trình: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3, tỉ lệ mol Fe và Cl2 là 2:3
- Vậy nCl2 = (3/2) nFe = (3/2) 0,2 = 0,3 mol
- Thể tích Cl2 (đktc): VCl2 = 0,3 * 22,4 = 6,72 lít
Câu 3: Cho một lá sắt nặng 5,6 gam vào dung dịch HCl dư. Sau khi phản ứng hoàn toàn, thêm dung dịch clo dư vào dung dịch thu được. Tính khối lượng muối thu được sau khi cô cạn dung dịch.
Hướng dẫn giải:
-
Bước 1: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
nFe = 5,6/56 = 0,1 mol => nFeCl2 = 0,1 mol
-
Bước 2: 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3
nFeCl3 = nFeCl2 = 0,1 mol
-
Khối lượng FeCl3 thu được: mFeCl3 = 0,1 * 162,5 = 16,25 gam
Phản ứng giữa Fe và Cl2 là một ví dụ điển hình về phản ứng oxi hóa khử, thể hiện tính khử của sắt và tính oxi hóa mạnh của clo. Nắm vững kiến thức về phản ứng này giúp ích cho việc học tập và nghiên cứu hóa học.
