Phản ứng giữa sắt (Fe) và axit clohidric (HCl) là một phản ứng hóa học quan trọng, thuộc loại phản ứng oxi hóa khử và phản ứng thế. Sản phẩm tạo thành là sắt(II) clorua (FeCl2) và khí hidro (H2).
Phương Trình Phản Ứng Fe + HCl
Phương trình hóa học đầy đủ:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Giải thích phương trình:
- Sắt (Fe) tác dụng với axit clohidric (HCl) tạo thành sắt(II) clorua (FeCl2) và khí hidro (H2).
- Phản ứng này thuộc loại phản ứng oxi hóa khử, trong đó Fe bị oxi hóa và H+ bị khử.
Cân bằng phương trình:
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng:
Fe0 + H+1Cl → Fe+2Cl2 + H20
Bước 2: Xác định chất oxi hóa và chất khử:
- Chất khử: Fe (sắt)
- Chất oxi hóa: HCl (axit clohidric)
Bước 3: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử:
- Quá trình oxi hóa: Fe0 → Fe+2 + 2e
- Quá trình khử: 2H+1 + 2e → H20
Bước 4: Cân bằng electron:
1 x (Fe0 → Fe+2 + 2e)
1 x (2H+1 + 2e → H20)
Bước 5: Tổng hợp và hoàn thành phương trình:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Điều Kiện Phản Ứng Fe + HCl
Phản ứng giữa sắt và axit clohidric (HCl) có thể xảy ra ở điều kiện thường. Không cần điều kiện đặc biệt về nhiệt độ hoặc áp suất.
Cách Thực Hiện Phản Ứng
- Chuẩn bị một ống nghiệm hoặc cốc thủy tinh.
- Cho một lượng nhỏ sắt (dạng bột hoặc viên) vào ống nghiệm.
- Nhỏ từ từ dung dịch HCl vào ống nghiệm chứa sắt.
Hiện Tượng Phản Ứng
- Sắt tan dần trong dung dịch HCl.
- Xuất hiện bọt khí không màu, không mùi (khí H2).
- Dung dịch chuyển sang màu xanh nhạt (do sự tạo thành FeCl2).
Tính Chất Hóa Học Của Sắt
Sắt (Fe) là một kim loại có tính khử trung bình. Tùy thuộc vào chất oxi hóa, sắt có thể bị oxi hóa lên số oxi hóa +2 hoặc +3.
Tác Dụng Với Phi Kim
-
Với Lưu Huỳnh (S):
Fe + S → FeS (khi đun nóng)
-
Với Oxi (O2):
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (khi đun nóng)
Alt: Hình ảnh minh họa phản ứng giữa sắt và oxi, tạo thành oxit sắt từ Fe3O4, ứng dụng trong luyện kim.
-
Với Clo (Cl2):
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (khi đun nóng)
Tác Dụng Với Axit
-
Với HCl và H2SO4 loãng:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
-
Với HNO3 và H2SO4 đặc, nóng:
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (loãng)
Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (đặc)
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (đặc, nóng)
Lưu ý: Sắt bị thụ động hóa bởi HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội.
Tác Dụng Với Dung Dịch Muối
Fe có thể khử ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Đặc biệt:
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag (nếu AgNO3 dư, Fe(NO3)2 tiếp tục phản ứng tạo Fe(NO3)3)
Fe(NO3)2 + AgNO3 → Fe(NO3)3 + Ag
Tác Dụng Với Nước
Ở nhiệt độ thường, Fe không phản ứng với nước. Ở nhiệt độ cao:
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (t > 570°C)
Fe + H2O → FeO + H2 (t > 570°C)
Alt: Hình ảnh thí nghiệm minh họa sắt tác dụng với dung dịch HCl, tạo thành FeCl2 và khí H2, quan sát sự tan của sắt và bọt khí thoát ra.
Bài Tập Về Phản Ứng Fe + HCl
Câu 1: Cho 5.6 gam Fe tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl dư. Tính thể tích khí H2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn.
Giải:
nFe = 5.6/56 = 0.1 mol
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
nH2 = nFe = 0.1 mol
V H2 = 0.1 * 22.4 = 2.24 lít
Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 11.2 gam Fe vào dung dịch HCl, sau phản ứng thu được dung dịch X. Cho dung dịch X tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa, nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Tính giá trị của m.
Giải:
nFe = 11.2/56 = 0.2 mol
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3 + 4H2O
nFe2O3 = 1/2 nFe = 0.1 mol
m = 0.1 * 160 = 16 gam
Câu 3: Cho m gam Fe tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 2.479 lít khí H2 (ở 25°C và 1 bar). Tính giá trị của m.
Giải:
PV = nRT => nH2 = PV/RT = (1 2.479)/(0.08314 298) = 0.1 mol
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
nFe = nH2 = 0.1 mol
m = 0.1 * 56 = 5.6 gam
Câu 4: Cho 20 gam hỗn hợp Fe và Cu tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 6.72 lít khí (đktc). Tính thành phần phần trăm về khối lượng của Fe trong hỗn hợp ban đầu.
Giải:
nH2 = 6.72/22.4 = 0.3 mol
Chỉ Fe phản ứng với HCl: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
nFe = nH2 = 0.3 mol
mFe = 0.3 56 = 16.8 gam
%Fe = (16.8/20) 100% = 84%
Ứng Dụng Của Phản Ứng Fe + HCl
Phản ứng giữa sắt và axit clohidric (Fe + HCl) có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau:
- Trong phòng thí nghiệm: Dùng để điều chế khí hidro.
- Trong công nghiệp: Tẩy gỉ sét trên bề mặt kim loại trước khi sơn hoặc mạ.
- Trong xử lý nước thải: Loại bỏ một số chất ô nhiễm.
Hy vọng bài viết này cung cấp đầy đủ thông tin chi tiết về phản ứng giữa sắt và axit clohidric (Fe + HCl), giúp bạn hiểu rõ hơn về phản ứng này và ứng dụng của nó.
