Fe + H2SO4 Đặc Nóng: Bí Quyết Làm Chủ Phản Ứng Hóa Học

Fe + H2so4 đặc Nóng là một phản ứng quan trọng trong hóa học vô cơ, đặc biệt thường gặp trong các bài kiểm tra và kỳ thi. Để giúp bạn nắm vững kiến thức về phản ứng này, tic.edu.vn sẽ cung cấp thông tin chi tiết nhất về phương trình, điều kiện, tính chất và các bài tập vận dụng liên quan, giúp bạn tự tin chinh phục mọi thử thách. Tìm hiểu ngay để làm chủ phản ứng oxi hóa khử, cân bằng phương trình hóa học và nắm vững kiến thức về sắt và axit sunfuric!

1. Phương Trình Phản Ứng Fe Tác Dụng H2SO4 Đặc, Nóng

Phương trình hóa học phản ứng giữa sắt (Fe) và axit sunfuric đặc, nóng (H2SO4) tạo ra sắt(III) sunfat (Fe2(SO4)3), khí sulfur dioxide (SO2) và nước (H2O) như sau:

2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

Phản ứng này thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử, trong đó sắt bị oxi hóa và lưu huỳnh trong axit sunfuric bị khử.

2. Cân Bằng Phản Ứng Oxi Hóa Khử

Để cân bằng phản ứng oxi hóa khử này, chúng ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron, một phương pháp hiệu quả và chính xác.

2.1. Xác Định Chất Oxi Hóa và Chất Khử

Trong phản ứng này, sắt (Fe) là chất khử vì nó nhường electron, còn axit sunfuric (H2SO4) là chất oxi hóa vì nó nhận electron.

Fe⁰ + H₂S⁺⁶O₄ → Fe₂⁺³(SO₄)₃ + S⁺⁴O₂↑ + H₂O

2.2. Biểu Diễn Quá Trình Oxi Hóa và Quá Trình Khử

• Quá trình oxi hóa: Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e
• Quá trình khử: S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

2.3. Tìm Hệ Số Thích Hợp

Để cân bằng số electron nhường và nhận, ta nhân quá trình oxi hóa với 2 và quá trình khử với 3:

• 2 x (Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e)
• 3 x (S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴)

2.4. Điền Hệ Số và Kiểm Tra

Điền các hệ số vào phương trình hóa học và kiểm tra sự cân bằng của số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế:

2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

3. Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng giữa Fe và H2SO4 đặc chỉ xảy ra khi đun nóng. Ở nhiệt độ thường, sắt bị thụ động hóa bởi axit sunfuric đặc, nguội do tạo thành lớp oxit bảo vệ trên bề mặt.

4. Cách Tiến Hành Phản Ứng

1. Chuẩn bị một ống nghiệm chứa một mẩu sắt nhỏ (ví dụ: đinh sắt).
2. Nhỏ từ từ axit sunfuric đặc vào ống nghiệm.
3. Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

5. Hiện Tượng Hóa Học

Khi phản ứng xảy ra, ta quan sát thấy:

• Sắt (Fe) tan dần trong dung dịch.
• Có khí không màu, mùi hắc thoát ra, đó là khí sulfur dioxide (SO2).

6. Tính Chất Hóa Học Của Fe

Sắt là một kim loại có tính khử trung bình. Trong các phản ứng hóa học, sắt có thể nhường 2 hoặc 3 electron, tạo thành ion Fe²⁺ hoặc Fe³⁺.

Fe → Fe³⁺ + 3e
Fe → Fe²⁺ + 2e

6.1. Tác Dụng Với Các Phi Kim

Ở nhiệt độ cao, sắt khử các nguyên tử phi kim thành ion âm và bị oxi hóa đến số oxi hóa +2 hoặc +3.

• Với halogen (X2): Tạo thành muối sắt(III) halogenua (trừ iot tạo muối sắt(II)).
  2Fe + 3X2 →t⁰ 2FeX3
  Ví dụ: 2Fe + 3Cl2 →t⁰ 2FeCl3
  Fe + I2 →t⁰ FeI2
• Với oxi (O2): Tạo thành oxit sắt từ (Fe3O4).
  3Fe + 2O2 →t⁰ Fe3O4
  Trong thực tế, phản ứng có thể tạo ra hỗn hợp gồm Fe và các oxit sắt.
• Với lưu huỳnh (S): Tạo thành sắt(II) sunfua (FeS).
  Fe + S →t⁰ FeS

6.2. Tác Dụng Với Dung Dịch Axit

• Với axit loãng (HCl, H2SO4 loãng): Tạo thành muối sắt(II) và khí hidro.
  Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
  Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2

  Phản ứng giữa sắt và axit clohidric tạo ra sắt clorua và khí hydro. Phản ứng này minh họa tính chất khử của sắt khi tác dụng với axit.

• Với axit có tính oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4 đặc):

  • Sắt bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc, nguội.
  • Với HNO3 loãng: Tạo thành muối sắt(III), khí NO và nước.
    Fe + 4HNO3 (loãng) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
  • Với HNO3 đặc, nóng: Tạo thành muối sắt(III), khí NO2 và nước.
    Fe + 6HNO3 →t⁰ Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
  • Với H2SO4 đặc, nóng: Tạo thành muối sắt(III), khí SO2 và nước.
    2Fe + 6H2SO4 →t⁰ Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
    Lưu ý: Nếu sau phản ứng còn dư Fe hoặc có Cu, phản ứng có thể tiếp tục tạo ra muối sắt(II).
    2Fe³⁺ + Fe → 3Fe²⁺
    2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺

6.3. Tác Dụng Với Dung Dịch Muối

• Sắt có thể khử ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa ra khỏi muối, tạo thành muối sắt(II) và kim loại.
  Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2
• Sắt tham gia phản ứng với muối Fe³⁺, tạo thành muối sắt(II).
  2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
  Lưu ý: Với muối Ag⁺, Fe có thể tạo thành muối Fe³⁺.
  Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag
  Fe(NO3)2 + AgNO3 dư → Fe(NO3)3 + Ag

6.4. Tác Dụng Với Nước

Sắt không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường. Ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng mạnh với hơi nước.

3Fe + 4H2O → 570⁰C Fe3O4 + 4H2
Fe + H2O → >570⁰C FeO + H2

7. Tính Chất Hóa Học Của H2SO4

Axit sunfuric (H2SO4) là một hợp chất hóa học quan trọng với nhiều ứng dụng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm.

7.1. Tính Chất Của Dung Dịch Axit Sunfuric Loãng

H2SO4 loãng có đầy đủ tính chất của một axit mạnh:

• Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ.
• Tác dụng với nhiều kim loại (Mg, Al, Zn, Fe,…) tạo thành muối sunfat và giải phóng khí hidro.
  Ví dụ: H2SO4 (loãng) + Mg → MgSO4 + H2 (↑)
  3H2SO4 (loãng) + 2Al → Al2(SO4)3 + 3H2 (↑)
  Lưu ý: Các kim loại Hg, Cu, Ag, Au, Pt …không tác dụng với H2SO4 loãng. Khi Fe tác dụng với H2SO4 loãng, sản phẩm thu được là muối sắt (II).
  H2SO4 (loãng) + Fe → FeSO4 + H2 (↑)
• Tác dụng với bazơ tạo thành muối sunfat và nước.
  Ví dụ: H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O
  H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O
• Tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối sunfat và nước.
  Ví dụ: H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O
  H2SO4 + Na2O → Na2SO4 + H2O
• Tác dụng với một số muối tạo thành muối sunfat và axit mới.
  Ví dụ: MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + CO2 ↑ + H2O

7.2. Tính Chất Của Axit Sunfuric Đặc

• Tính oxi hóa mạnh:
  • 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).
    2Fe + 6H2SO4 →t⁰ Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
    Cu + 2H2SO4 →t⁰ CuSO4 + SO2 + 2H2O
    Lưu ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội.
  • Tác dụng với nhiều phi kim:
    C + 2H2SO4 →t⁰ CO2 + 2SO2 + 2H2O
    S + 2H2SO4 →t⁰ 3SO2 + 2H2O
  • Tác dụng với nhiều hợp chất có tính khử:
    2FeO + 4H2SO4 →t⁰ Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
    2KBr + 2H2SO4 →t⁰ Br2 + SO2 + 2H2O + K2SO4
• Tính háo nước:
  Axit sunfuric 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 axit H2SO4 đặc vào đường, đường sẽ hóa thành than.
  C12H22O11 →H2SO4 đ 12C + 11H2O
  Sau đó một phần C sinh ra lại bị H2SO4 đặc oxi hóa:
  C + 2H2SO4 (đặc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O

8. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan

Để củng cố kiến thức, hãy cùng giải một số bài tập vận dụng liên quan đến phản ứng giữa Fe và H2SO4. Các bài tập này được thiết kế để giúp bạn hiểu rõ hơn về các khái niệm và áp dụng chúng vào giải quyết các vấn đề thực tế.

Câu 1. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư. Thể tích khí SO2 (đktc) thu được là:

A. 2,24 lít.
B. 3,36 lít.
C. 4,48 lít.
D. 6,72 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nFe = 5,6/56 = 0,1 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Từ phương trình, nSO2 = 3/2 nFe = 0,15 mol
VSO2 = 0,15 x 22,4 = 3,36 lít.

Câu 2. Cho m gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư, thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc). Giá trị của m là:

A. 5,6 gam.
B. 8,4 gam.
C. 11,2 gam.
D. 16,8 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nSO2 = 6,72/22,4 = 0,3 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Từ phương trình, nFe = 2/3 nSO2 = 0,2 mol
mFe = 0,2 x 56 = 11,2 gam.

Câu 3. Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam Fe vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư, thu được dung dịch X và V lít khí SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 4,48 lít.
B. 6,72 lít.
C. 8,96 lít.
D. 11,2 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nFe = 11,2/56 = 0,2 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Từ phương trình, nSO2 = 3/2 nFe = 0,3 mol
VSO2 = 0,3 x 22,4 = 6,72 lít.

Câu 4. Cho 8,4 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư, thu được dung dịch X và khí SO2. Cô cạn dung dịch X, khối lượng muối khan thu được là:

A. 20 gam.
B. 25 gam.
C. 30 gam.
D. 35 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nFe = 8,4/56 = 0,15 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Từ phương trình, nFe2(SO4)3 = 1/2 nFe = 0,075 mol
mFe2(SO4)3 = 0,075 x 400 = 30 gam.

Câu 5. Cho 16,8 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư, thu được dung dịch X và V lít khí SO2 (đktc). Hấp thụ hoàn toàn V lít khí SO2 vào 200 ml dung dịch NaOH 1M, thu được dung dịch Y chứa m gam muối. Giá trị của m là:

A. 12,6 gam.
B. 14,2 gam.
C. 15,9 gam.
D. 18,9 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

nFe = 16,8/56 = 0,3 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Từ phương trình, nSO2 = 3/2 nFe = 0,45 mol
nNaOH = 0,2 x 1 = 0,2 mol
T = nNaOH/nSO2 = 0,2/0,45 = 0,44 < 1, tạo muối NaHSO3
SO2 + NaOH → NaHSO3
0,2 ← 0,2 0,2
nSO2 dư = 0,45 – 0,2 = 0,25 mol
mNaHSO3 = 0,2 x 104 = 20,8 gam
mNa2SO3 = 0 gam
Tổng khối lượng muối = 20,8 gam

Câu 6: Cho hỗn hợp X gồm Fe và Cu tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được dung dịch Y và khí SO2. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NH3 dư, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu được chất rắn Z gồm Fe2O3 và CuO. Cho hỗn hợp khí SO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch nước vôi trong dư, thu được kết tủa T. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Dung dịch Y có khả năng hòa tan bột Cu.
B. Để hòa tan hết chất rắn Z cần dùng dung dịch chứa H2SO4 loãng và KNO3.
C. Chất rắn T là CaCO3.
D. Để hòa tan hết m gam hỗn hợp X cần dùng 1,5m gam dung dịch H2SO4 98%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

A. Sai, dung dịch Y không có khả năng hòa tan bột Cu vì không chứa Fe3+
B. Sai, để hòa tan hết chất rắn Z chỉ cần dùng dung dịch H2SO4 loãng.
C. Đúng, SO2 + Ca(OH)2 →t⁰ CaCO3 + H2O
D. Sai, để hòa tan hết m gam hỗn hợp X cần dùng lượng dung dịch H2SO4 98% khác với 1,5m gam.

Câu 7: Cho 11,2 gam Fe tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng, thu được V lít SO2 (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V là

A. 3,36.
B. 4,48.
C. 6,72.
D. 8,96.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nFe = 11,2 : 56 = 0,2 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
0,2 → 0,3 mol
VSO2 = 0,3.22,4 = 6,72 lít

Câu 8: Cho m gam Fe phản ứng hết với H2SO4 đặc, nóng, dư thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc). Giá trị của m là

A. 5,6.
B. 8,4.
C. 11,2.
D. 16,8.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nSO2 = 6,72 : 22,4 = 0,3 mol
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
0,2 ← 0,3 mol
mFe = 0,2.56 = 11,2 gam

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 16,8 gam Fe trong không khí dư, thu được m gam hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được V lít khí SO2 (đktc, là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V là

A. 3,36.
B. 4,48.
C. 6,72.
D. 8,96.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nFe = 16,8 : 56 = 0,3 mol
Sơ đồ: Fe → X → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O
Bảo toàn nguyên tố Fe: nFe2(SO4)3 = 0,15 mol
Bảo toàn electron: 3nFe = 2nSO2
nSO2 = 0,45 mol
VSO2 = 0,45.22,4 = 10,08 lít

Câu 10: Hòa tan hoàn toàn 2,8 gam hỗn hợp FeO, Fe2O3 và Fe3O4 cần vừa đủ V ml dung dịch HCl 1M, thu được dung dịch X. Cho từ từ dung dịch NaOH dư vào dung dịch X thu được kết tủa Y. Nung Y trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 3 gam chất rắn. Tính V ?

A. 87,5 ml
B. 125 ml
C. 62,5 ml
D. 175 ml

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

FeO, Fe2O3, Fe3O4 →+HCl FeCl2, FeCl3 →+NaOH,t°C Fe2O3mFe2O3 = 3 : 160 = 0,01875 gam
Coi hỗn hợp ban đầu gồm Fe, O.
nFe = 2nFe2O3 = 2.0,01875 = 0,0375 mol
→ nO = 2,8−0,0375.5616 = 0,04375 molBảo toàn nguyên tố O → nH2O = nO = 0,04375 molBảo toàn nguyên tố H: nHCl = 2nH2O = 2.0,04375 = 0,0875 mol

→ V = 87,5 ml.

9. Ý Định Tìm Kiếm Của Người Dùng

1. Phương trình phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng: Tìm kiếm phương trình hóa học chính xác và cân bằng của phản ứng.
2. Điều kiện phản ứng Fe tác dụng H2SO4 đặc nóng: Tìm kiếm các yếu tố cần thiết để phản ứng xảy ra (nhiệt độ, nồng độ axit).
3. Hiện tượng phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng: Tìm kiếm các dấu hiệu nhận biết phản ứng đã xảy ra (sự thay đổi màu sắc, khí thoát ra).
4. Bài tập Fe + H2SO4 đặc nóng có lời giải: Tìm kiếm các bài tập ví dụ để luyện tập và hiểu rõ hơn về phản ứng.
5. Ứng dụng của phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng: Tìm kiếm các ứng dụng thực tế của phản ứng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm.

10. Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

1. Phản ứng giữa Fe và H2SO4 đặc nóng có phải là phản ứng oxi hóa khử không?

Có, đây là phản ứng oxi hóa khử. Sắt (Fe) bị oxi hóa (tăng số oxi hóa) và lưu huỳnh trong H2SO4 bị khử (giảm số oxi hóa).

2. Tại sao Fe không phản ứng với H2SO4 đặc nguội?

Fe bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc nguội do tạo lớp oxit bảo vệ trên bề mặt kim loại.

3. Sản phẩm khí tạo thành trong phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng là gì?

Sản phẩm khí là sulfur dioxide (SO2), một chất khí không màu, có mùi hắc.

4. Làm thế nào để cân bằng phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng?

Sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp đại số để cân bằng phản ứng.

5. Phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng có ứng dụng gì trong thực tế?

Phản ứng này được sử dụng trong sản xuất hóa chất, xử lý kim loại và trong các thí nghiệm hóa học.

6. Fe có phản ứng với H2SO4 loãng không? Nếu có thì sản phẩm là gì?

Có, Fe phản ứng với H2SO4 loãng tạo thành muối sắt(II) sunfat (FeSO4) và khí hidro (H2).

7. Điều gì xảy ra nếu cho Fe dư vào dung dịch chứa Fe2(SO4)3?

Fe dư sẽ phản ứng với Fe2(SO4)3 tạo thành FeSO4.

8. Axit H2SO4 đặc có tính chất hóa học nào đặc biệt?

H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh và tính háo nước.

9. Làm thế nào để nhận biết khí SO2 tạo thành trong phản ứng?

Khí SO2 có thể được nhận biết bằng cách làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4).

10. Có những lưu ý gì khi thực hiện phản ứng giữa Fe và H2SO4 đặc nóng?

Cần thực hiện trong điều kiện an toàn, tránh hít phải khí SO2 và sử dụng đồ bảo hộ để tránh bị bỏng do axit.

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng? Bạn mất thời gian tổng hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau? Hãy đến với tic.edu.vn! Chúng tôi cung cấp nguồn tài liệu học tập đa dạng, đầy đủ và được kiểm duyệt kỹ càng, giúp bạn tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả học tập. Ngoài ra, tic.edu.vn còn cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả và xây dựng cộng đồng học tập sôi nổi để bạn có thể tương tác, trao đổi kiến thức và kinh nghiệm với những người cùng chí hướng.

Truy cập tic.edu.vn ngay hôm nay để khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú và các công cụ hỗ trợ hiệu quả. Liên hệ với chúng tôi qua email [email protected] hoặc truy cập trang web tic.edu.vn để biết thêm chi tiết.