Fe + H2SO4 Đặc Nóng: Phản Ứng, Ứng Dụng & Bài Tập Chi Tiết

Phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng tạo ra Fe2(SO4)3, SO2 và H2O là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, được trình bày chi tiết trên tic.edu.vn. Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức chuyên sâu, các bài tập vận dụng, và hướng dẫn thực hành giúp bạn nắm vững phản ứng này, cùng với những ứng dụng và lợi ích mà nó mang lại trong học tập và nghiên cứu. Hãy cùng tic.edu.vn khám phá thế giới hóa học đầy thú vị này!

1. Phản Ứng Fe + H2SO4 Đặc Nóng Là Gì?

Phản ứng giữa sắt (Fe) và axit sulfuric đặc, nóng (H2SO4 đặc nóng) là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó sắt bị oxi hóa thành ion sắt(III) và axit sulfuric bị khử thành khí sulfur dioxide. Phản ứng này thường được sử dụng trong các bài toán hóa học và có nhiều ứng dụng thực tế.

Phương trình hóa học tổng quát của phản ứng là:

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

2. Chi Tiết Phương Trình Phản Ứng Fe Tác Dụng Với H2SO4 Đặc Nóng

2.1. Phương Trình Phản Ứng Đã Cân Bằng

Phương trình hóa học cân bằng của phản ứng sắt tác dụng với axit sulfuric đặc, nóng là:

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

2.2. Cân Bằng Phản Ứng Oxi Hóa Khử Theo Phương Pháp Thăng Bằng Electron

Để cân bằng phản ứng oxi hóa khử này, chúng ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron:

• Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa và chất khử:

  Fe⁰ + H₂S⁺⁶O₄ → Fe⁺³₂(SO₄)₃ + S⁺⁴O₂↑ + H₂O

  Chất khử: Fe; chất oxi hóa: H2SO4.

• Bước 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

• Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa:

  2 × (Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e)

  3 × (S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴)

• Bước 4: Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế:

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

2.3. Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng xảy ra khi có nhiệt độ cao, do đó cần đun nóng hỗn hợp phản ứng. Nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ phản ứng và đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn.

2.4. Cách Tiến Hành Phản Ứng

1. Chuẩn bị:
   • Ống nghiệm.
   • Đinh sắt nhỏ hoặc bột sắt.
   • Axit sulfuric đặc.
   • Đèn cồn hoặc bếp đun.
2. Tiến hành:
   • Cho đinh sắt hoặc bột sắt vào ống nghiệm.
   • Nhỏ từ từ axit sulfuric đặc vào ống nghiệm.
   • Đun nóng ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

2.5. Hiện Tượng Hóa Học

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

3. Ý Nghĩa Của Phản Ứng Fe + H2SO4 Đặc Nóng Trong Thực Tiễn

3.1. Ứng Dụng Trong Phòng Thí Nghiệm

Phản ứng này được sử dụng để điều chế khí SO2 trong phòng thí nghiệm. Khí SO2 có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu hóa học.

3.2. Ứng Dụng Trong Luyện Kim

Phản ứng này có thể được sử dụng trong quá trình xử lý quặng sắt, giúp loại bỏ các tạp chất sulfur.

3.3. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Hóa Chất

Phản ứng này có thể được sử dụng để sản xuất muối sắt(III) sunfat, một hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp.

4. Tính Chất Hóa Học Của Sắt (Fe)

Sắt là một kim loại có nhiều tính chất hóa học quan trọng. Dưới đây là một số tính chất quan trọng của sắt:

4.1. Tính Khử Trung Bình

Sắt là một chất khử trung bình. Trong các phản ứng, sắt có thể nhường 2 hoặc 3 electron:

• Fe → Fe³⁺ + 3e
• Fe → Fe²⁺ + 2e

4.2. Tác Dụng Với Phi Kim

Ở nhiệt độ cao, sắt khử nguyên tử phi kim thành ion âm và bị oxi hóa đến số oxi hoá +2 hoặc +3. Sắt tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng:

• Với halogen: Tạo 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 O2:

  3Fe + 2O₂ →^t0 Fe₃O₄

  Thực tế khi giải các bài tập thường gặp trường hợp tạo ra hỗn hợp gồm Fe và các oxit sắt.

• Với S:

  Fe + S →^t0 FeS

4.3. Tác Dụng Với Dung Dịch Axit

• Với H⁺ (HCl, H2SO4 loãng…): Tạo muối sắt (II) + H2

  Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

  Fe + H₂SO₄ loãng → FeSO₄ + H₂

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

  • Fe thụ động với H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc, nguội → có thể dùng thùng Fe chuyên chở axit HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội.

  • Với dung dịch HNO3 loãng: tạo muối sắt (III) + NO + H2O

    Fe + 4HNO3 (loãng) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

  • Với dung dịch HNO3 đậm đặc, nóng: tạo muối muối sắt (III) + NO2 + H2O

    Fe + 6HNO3 →^t0 Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

  • Với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng: tạo muối sắt (III) + SO2 + H2O

    2Fe + 6H2SO4 →^t0 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

  Chú ý: Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc là muối sắt (III), nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

  2Fe³⁺ + Fe → 3Fe²⁺ hoặc 2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺

4.4. Tác Dụng Với Dung Dịch Muối

• Fe có thể khử được ion các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa ra khỏi muối → muối sắt (II) + kim loại.

  Ví dụ: Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2

• Fe tham gia phản ứng với muối Fe³⁺ → muối sắt (II):

  2FeCl3 + Fe → 3FeCl2

Chú ý: Với muối Ag⁺, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối Fe³⁺:

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag

Fe(NO3)2 + AgNO3 dư → Fe(NO3)3 + Ag

4.5. Tác Dụng Với Nước

Fe 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

5. Tính Chất Hóa Học Của H2SO4

Axit sulfuric (H2SO4) là một axit mạnh có nhiều tính chất hóa học đặc biệt.

5.1. 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 hiđro.

  Ví dụ:

  H2SO4 (loãng) + Mg → MgSO4 + H2 (↑)

  3H2SO4 (loãng) + 2Al → Al2(SO4)3 + 3H2 (↑)

  Chú 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 basic oxide 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

5.2. Tính Chất Của Axit Sunfuric Đặc

a) Tính oxi hóa mạnh

• Axit sunfuric đặc oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo muối hoá trị cao và thường giải phóng SO2 (có thể H2S, S nếu kim loại khử mạnh như Mg).

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

  Cu + 2H2SO4 →^to CuSO4 + SO2 + 2H2O

  Chú 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

b) H2SO4 đặc có 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

6. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến Fe + H2SO4 Đặc Nóng

Câu 1. Cho 11,2 gam Fe tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư, thu được V lít khí SO2 (đktc). Giá trị của V là

A. 3,36.

B. 5,04.

C. 6,72.

D. 8,96.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nFe = 11,2 / 56 = 0,2 mol

Phương trình phản ứng:

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

Từ phương trình, ta thấy: nSO2 = (3/2) nFe = (3/2) 0,2 = 0,3 mol

Vậy V = 0,3 * 22,4 = 6,72 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.

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

Phương trình phản ứng:

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

Từ phương trình, ta thấy: nFe = (2/3) nSO2 = (2/3) 0,3 = 0,2 mol

Vậy m = 0,2 * 56 = 11,2 gam.

Câu 3. Hòa tan hoàn toàn 5,6 gam Fe vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư thu được V lít khí SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 2,24 lít.

B. 3,36 lít.

C. 4,48 lít.

D. 1,12 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nFe = 5,6 / 56 = 0,1 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,1 = 0,15 mol

VSO2 = 0,15 * 22,4 = 3,36 lít.

Câu 4. Cho 11,2 gam Fe phản ứng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau phản ứng thu được dung dịch X và 6,72 lít khí SO2 (đktc). Khối lượng muối trong dung dịch X là:

A. 30 gam.

B. 40 gam.

C. 50 gam.

D. 60 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

nFe = 11,2 / 56 = 0,2 mol

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

nFe2(SO4)3 = 1/2 nFe = 1/2 * 0,2 = 0,1 mol

mFe2(SO4)3 = 0,1 * 400 = 40 gam.

Câu 5. Cho 5,6 gam Fe tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 2,24 lít.

B. 4,48 lít.

C. 3,36 lít.

D. 6,72 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nFe = 5,6 / 56 = 0,1 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,1 = 0,15 mol

VSO2 = 0,15 * 22,4 = 3,36 lít.

Câu 6. Cho 2,8 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 1,12 lít.

B. 2,24 lít.

C. 3,36 lít.

D. 4,48 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

nFe = 2,8 / 56 = 0,05 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,05 = 0,075 mol

VSO2 = 0,075 * 22,4 = 1,68 lít.

Câu 7. Cho 8,4 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 1,12 lít.

B. 2,24 lít.

C. 3,36 lít.

D. 4,48 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

nFe = 8,4 / 56 = 0,15 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,15 = 0,225 mol

VSO2 = 0,225 * 22,4 = 5,04 lít.

Câu 8. Cho 16,8 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 3,36 lít.

B. 6,72 lít.

C. 10,08 lít.

D. 13,44 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nFe = 16,8 / 56 = 0,3 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,3 = 0,45 mol

VSO2 = 0,45 * 22,4 = 10,08 lít.

Câu 9. Cho 22,4 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 6,72 lít.

B. 13,44 lít.

C. 20,16 lít.

D. 26,88 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nFe = 22,4 / 56 = 0,4 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,4 = 0,6 mol

VSO2 = 0,6 * 22,4 = 13,44 lít.

Câu 10. Cho 28 gam Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị của V là:

A. 10,08 lít.

B. 20,16 lít.

C. 30,24 lít.

D. 40,32 lít.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

nFe = 28 / 56 = 0,5 mol

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

nSO2 = 3/2 nFe = 3/2 * 0,5 = 0,75 mol

VSO2 = 0,75 * 22,4 = 16,8 lít.

7. Các Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về Phản Ứng Fe + H2SO4 Đặc Nóng

7.1. Tại Sao Phản Ứng Fe + H2SO4 Đặc Nóng Cần Nhiệt Độ Cao?

Phản ứng cần nhiệt độ cao để cung cấp năng lượng hoạt hóa, giúp phá vỡ các liên kết trong phân tử và tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn.

7.2. Khí SO2 Tạo Ra Từ Phản Ứng Có Độc Không?

Có, khí SO2 là một khí độc, có mùi hắc và gây kích ứng đường hô hấp. Cần thực hiện phản ứng trong môi trường thông thoáng hoặc có hệ thống hút khí để đảm bảo an toàn.

7.3. Có Thể Sử Dụng H2SO4 Loãng Thay Cho H2SO4 Đặc Không?

Không, H2SO4 loãng sẽ phản ứng với Fe tạo ra FeSO4 và H2, không tạo ra SO2. H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh hơn, cần thiết để tạo ra SO2.

7.4. Làm Thế Nào Để Nhận Biết Khí SO2 Tạo Thành?

Khí SO2 có thể được nhận biết bằng cách dẫn khí qua dung dịch thuốc tím (KMnO4). Nếu dung dịch thuốc tím mất màu, chứng tỏ có khí SO2.

7.5. Sản Phẩm Fe2(SO4)3 Tạo Ra Có Ứng Dụng Gì?

Fe2(SO4)3 được sử dụng trong xử lý nước thải, làm chất keo tụ để loại bỏ các chất bẩn và tạp chất.

7.6. Phản Ứng Fe + H2SO4 Đặc Nóng Có Tuân Theo Định Luật Bảo Toàn Không?

Có, mọi phản ứng hóa học, bao gồm cả phản ứng này, đều tuân theo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố.

7.7. Làm Sao Để Cân Bằng Phương Trình Phản Ứng Này Nhanh Chóng?

Sử dụng phương pháp thăng bằng electron là cách hiệu quả để cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử này.

7.8. Phản Ứng Này Có Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Không?

Có, phản ứng này có thể được sử dụng trong công nghiệp luyện kim để loại bỏ tạp chất sulfur từ quặng sắt.

7.9. Axit H2SO4 Đặc Có Tính Háo Nước Là Gì?

Tính háo nước của H2SO4 đặc là khả năng hấp thụ mạnh mẽ nước từ môi trường xung quanh, hoặc từ các hợp chất khác, gây ra hiện tượng mất nước hoặc than hóa.

7.10. Có Những Lưu Ý An Toàn Nào Khi Thực Hiện Phản Ứng Này?

Khi thực hiện phản ứng này, cần đeo kính bảo hộ và găng tay để tránh tiếp xúc trực tiếp với axit. Phản ứng nên được thực hiện trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí để tránh hít phải khí SO2 độc hại.

8. Tại Sao Bạn Nên Tìm Hiểu Về Phản Ứng Fe + H2SO4 Đặc Nóng Trên Tic.edu.vn?

• Nguồn tài liệu đa dạng và đầy đủ: tic.edu.vn cung cấp thông tin chi tiết, chính xác và được kiểm duyệt về phản ứng Fe + H2SO4 đặc nóng.
• Cập nhật thông tin mới nhất: Chúng tôi liên tục cập nhật các thông tin mới nhất về các xu hướng giáo dục, phương pháp học tập tiên tiến và các nguồn tài liệu mới liên quan đến hóa học.
• Công cụ hỗ trợ học tập hiệu quả: tic.edu.vn cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả, giúp bạn ghi chú, quản lý thời gian và học tập hiệu quả hơn.
• Cộng đồng học tập sôi nổi: Tham gia cộng đồng học tập trực tuyến của tic.edu.vn để trao đổi kiến thức, kinh nghiệm và học hỏi lẫn nhau.
• Phát triển kỹ năng: tic.edu.vn giới thiệu các khóa học và tài liệu giúp bạn phát triển kỹ năng mềm và kỹ năng chuyên môn, phục vụ cho học tập và sự nghiệp.

9. Khám Phá Thế Giới Hóa Học Cùng Tic.edu.vn

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm nguồn tài liệu học tập chất lượng? Bạn mất thời gian tổng hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau? Hãy để tic.edu.vn giúp bạn! Chúng tôi cung cấp nguồn tài liệu học tập đa dạng, đầy đủ và được kiểm duyệt, giúp bạn cập nhật thông tin giáo dục mới nhất và chính xác nhất.

Đừng bỏ lỡ cơ hội khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú và các công cụ hỗ trợ hiệu quả trên tic.edu.vn. Hãy truy cập ngay trang web của chúng tôi và bắt đầu hành trình chinh phục tri thức!

Liên hệ với chúng tôi:

• Email: tic.edu@gmail.com
• Website: tic.edu.vn

Hãy cùng tic.edu.vn xây dựng một cộng đồng học tập vững mạnh và phát triển toàn diện!