Phản ứng giữa Fe(OH)2 và H2SO4 đặc nóng là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng trong hóa học vô cơ. Dưới đây là phương trình phản ứng chi tiết, cùng với các điều kiện, hiện tượng và bài tập vận dụng liên quan.
Phương trình hóa học của phản ứng
Phương trình hóa học đầy đủ và cân bằng của phản ứng Fe(OH)2 tác dụng với H2SO4 đặc nóng là:
2Fe(OH)2 + 4H2SO4 đặc → Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 6H2O
Điều kiện phản ứng
Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường, tuy nhiên tốc độ phản ứng tăng lên đáng kể khi đun nóng.
Hiện tượng phản ứng
Khi cho Fe(OH)2 tác dụng với H2SO4 đặc nóng, ta quan sát được các hiện tượng sau:
- Fe(OH)2 tan dần.
- Có khí không màu, mùi hắc (SO2) thoát ra.
Giải thích phản ứng
Để hiểu rõ hơn về phản ứng, ta cần xác định chất oxi hóa và chất khử, cũng như quá trình oxi hóa và khử diễn ra.
Xác định chất oxi hóa và chất khử
- Fe(OH)2 đóng vai trò là chất khử (Fe+2 → Fe+3).
- H2SO4 đặc đóng vai trò là chất oxi hóa (S+6 → S+4).
Quá trình oxi hóa và khử
- Quá trình oxi hóa: Fe+2 → Fe+3 + 1e
- Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4
Cân bằng phương trình hóa học
Dựa trên quá trình oxi hóa và khử, ta cân bằng phương trình hóa học như sau:
- Nhân hệ số để cân bằng số electron trao đổi:
- 2 x (Fe+2 → Fe+3 + 1e)
- S+6 + 2e → S+4
- Điền hệ số vào phương trình:
2Fe(OH)2 + 4H2SO4 đặc → Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 6H2O
Kiến thức mở rộng về Fe(OH)2
- Fe(OH)2 nguyên chất là chất rắn màu trắng hơi xanh, không tan trong nước.
- Trong không khí, Fe(OH)2 dễ bị oxi hóa thành Fe(OH)3 màu nâu đỏ:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓
Điều chế Fe(OH)2: Cho dung dịch muối sắt(II) vào dung dịch kiềm, lúc đầu thu được kết tủa màu trắng hơi xanh:
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2↓
Sau đó kết tủa chuyển dần sang màu nâu đỏ. Để thu được Fe(OH)2 tinh khiết, cần thực hiện trong điều kiện không có không khí.
Tính chất của H2SO4 đặc
Tính oxi hóa mạnh
-
H2SO4 đặc oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo muối hóa trị cao và thường giải phóng SO2 (có thể H2S, S nếu kim loại khử mạnh như Mg).
Ví dụ:
2Fe + 6H2SO4 →to Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Cu + 2H2SO4 →to CuSO4 + SO2 + 2H2O
Lưu ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội.
-
Tác dụng với nhiều phi kim:
C + 2H2SO4 →to CO2 + 2SO2 + 2H2O
S + 2H2SO4 →to 3SO2 + 2H2O
-
Tác dụng với nhiều hợp chất có tính khử:
2FeO + 4H2SO4 →to Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
2KBr + 2H2SO4 →to Br2 + SO2 + 2H2O + K2SO4
Tính háo nước
H2SO4 đặc chiếm nước kết tinh của nhiều muối ngậm nước, hoặc chiếm các nguyên tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất. Ví dụ, khi cho H2SO4 đặc vào đường, đường sẽ hóa thành than:
C12H22O11 →H2SO4đ 12C + 11H2O
Sau đó một phần C sinh ra lại bị H2SO4 đặc oxi hóa:
C + 2H2SO4 (đặc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O
Bài tập vận dụng
Câu 1: Cho 6,72 gam Fe vào dung dịch chứa 0,3 mol H2SO4 đặc, nóng (giả thiết SO2 là sản phẩm khử duy nhất). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được:
A. 0,03 mol Fe2(SO4)3 và 0,06 mol FeSO4
B. 0,05 mol Fe2(SO4)3 và 0,02 mol Fe dư
C. 0,02 mol Fe2(SO4)3 và 0,08 mol FeSO4
D. 0,12 mol FeSO4
Hướng dẫn giải:
- nFe = 0,12 mol
- 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
0,1 ← 0,3 → 0,05 mol - Fe dư + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4
(0,12-0,1) → 0,02 0,06 - nFeSO4 = 0,06 mol; nFe2(SO4)3 dư = 0,05 – 0,02 = 0,03 mol
Đáp án A
Câu 2: Cho m gam cacbon tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm CO2 và SO2. Hấp thụ hết X bằng dung dịch NaOH vừa đủ thu được dung dịch Y chỉ chứa hai muối trung hòa. Cô cạn dung dịch Y thu được 35,8 gam muối khan. Giá trị của m và V lần lượt là:
A. 2,4 và 6,72.
B. 2,4 và 4,48.
C. 1,2 và 22,4.
D. 1,2 và 6,72.
Hướng dẫn giải:
- 2C + 2H2SO4 đặc →to CO2 + 2SO2 + 2H2O
- Đặt nCO2 = x mol → nSO2 = 2x mol
- Y gồm Na2CO3 và Na2SO3
- nNa2CO3 = nCO2 = x mol; nNa2SO3 = nSO2 = 2x mol
- mà mNa2CO3 + mNa2SO3 = 35,8 g → x = 0,1 mol
- nC = x = 0,1 mol → mC = 1,2 g
- → nX = 0,3 mol → VX = 6,72 lít
Đáp án D