Hiện tượng ngâm một lá sắt (Fe) vào dung dịch đồng sunfat (CuSO4) là một thí nghiệm hóa học quen thuộc, minh họa rõ nét cho phản ứng oxi hóa khử giữa kim loại và dung dịch muối. Phản ứng này không chỉ thú vị về mặt quan sát mà còn mang nhiều ứng dụng thực tiễn quan trọng.
Phản ứng hóa học xảy ra:
Khi ngâm lá sắt vào dung dịch CuSO4, sắt sẽ tác dụng với đồng sunfat theo phương trình sau:
Fe (r) + CuSO4 (dd) → FeSO4 (dd) + Cu (r)
Alt text: Hiện tượng đồng kim loại màu đỏ bám trên lá sắt sau khi ngâm trong dung dịch CuSO4, minh họa phản ứng oxi hóa khử trong hóa học.
Trong đó:
- Fe (r) là sắt ở trạng thái rắn (lá sắt).
- CuSO4 (dd) là đồng sunfat ở trạng thái dung dịch (thường có màu xanh lam).
- FeSO4 (dd) là sắt sunfat ở trạng thái dung dịch (thường có màu xanh lục nhạt).
- Cu (r) là đồng ở trạng thái rắn (kim loại đồng).
Hiện tượng quan sát được:
- Lá sắt: Bề mặt lá sắt dần bị ăn mòn và có một lớp kim loại màu đỏ bám vào. Lớp kim loại màu đỏ này chính là đồng (Cu) được giải phóng từ dung dịch CuSO4.
- Dung dịch CuSO4: Màu xanh lam của dung dịch CuSO4 nhạt dần do lượng ion Cu2+ trong dung dịch giảm đi. Màu sắc của dung dịch có thể chuyển sang màu xanh lục nhạt do sự hình thành của ion Fe2+ từ FeSO4.
Giải thích phản ứng:
Phản ứng xảy ra là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó:
- Sắt (Fe) bị oxi hóa: Sắt nhường 2 electron để trở thành ion sắt(II) (Fe2+). Quá trình này được gọi là sự oxi hóa.
Fe → Fe2+ + 2e - Đồng (Cu2+) bị khử: Ion đồng(II) (Cu2+) nhận 2 electron để trở thành đồng kim loại (Cu). Quá trình này được gọi là sự khử.
Cu2+ + 2e → Cu
Sắt có tính khử mạnh hơn đồng nên nó có khả năng khử ion đồng(II) trong dung dịch muối đồng thành đồng kim loại.
Ứng dụng của phản ứng:
Phản ứng giữa sắt và đồng sunfat có nhiều ứng dụng trong thực tế, bao gồm:
- Luyện kim: Phản ứng này được sử dụng để điều chế đồng từ các hợp chất của đồng.
- Mạ điện: Dùng để tạo lớp phủ đồng lên các vật liệu khác, bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn.
- Thí nghiệm hóa học: Minh họa trực quan về phản ứng oxi hóa khử.
Bài tập vận dụng:
Một lá Fe được ngâm trong dung dịch CuSO4. Sau một thời gian, lấy lá Fe ra rửa nhẹ, làm khô và cân lại thấy khối lượng lá Fe tăng lên 1,6 gam. Tính khối lượng Cu bám trên lá Fe.
Giải:
Gọi x là số mol Fe đã phản ứng. Theo phương trình phản ứng:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
x mol x mol
Alt text: Sơ đồ phản ứng Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu, minh họa sự thay đổi khối lượng lá sắt do sự thay thế Fe bằng Cu, phục vụ giải bài tập hóa học.
Khối lượng lá Fe tăng lên là do lượng Cu tạo ra bám vào thay thế cho lượng Fe đã phản ứng. Ta có:
mCu – mFe = 1.6 gam
64x – 56x = 1.6
8x = 1.6
x = 0.2 mol
Vậy khối lượng Cu bám trên lá Fe là:
mCu = 0.2 * 64 = 12.8 gam
Kết luận:
Phản ứng ngâm lá sắt trong dung dịch đồng sunfat là một phản ứng hóa học quan trọng và thú vị, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của phản ứng oxi hóa khử và ứng dụng của nó trong thực tế. Việc nắm vững kiến thức về phản ứng này sẽ giúp ích rất nhiều trong học tập và nghiên cứu hóa học.
