Bài học

Phản ứng của sắt với acid và dung dịch muối

Em sẽ làm được gì?

Viết được phương trình sắt tác dụng với acid loãng và dung dịch muối, giải thích được vì sao sản phẩm luôn là hợp chất sắt(II), và tính được lượng chất trong bài toán có hỗn hợp kim loại.

Cần nhớ trước

Nhớ lại: sắt tác dụng với phi kim tạo FeCl₃ (bài trước); dãy hoạt động hóa học; công thức $n=\dfrac{m}{M}$ , $V=n\times 24{,}79$ lít (đkc).

Nhớ lại: sắt tác dụng với phi kim tạo FeCl₃ (bài trước); dãy hoạt động hóa học; công thức $n=\dfrac{m}{M}$, $V=n\times 24{,}79$ lít (đkc).

Khởi động

Bài trước, sắt phản ứng với chlorine tạo FeCl₃ (sắt III). Vậy khi cho sắt vào dung dịch acid HCl — một acid quen thuộc trong phòng thí nghiệm — sản phẩm có phải cũng là hợp chất sắt(III) không?

Sắt tác dụng với dung dịch acid loãng

Sắt đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động nên phản ứng được với acid loãng (HCl, H₂SO₄ loãng), giải phóng khí hydrogen. Vì HCl loãng có tính oxi hóa yếu hơn nhiều so với chlorine, phản ứng chỉ đủ oxi hóa sắt lên hóa trị II:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$

Đây là điểm học sinh rất hay nhầm: dù cùng chứa nguyên tố chlorine, sản phẩm của Fe với HCl (FeCl₂) khác hẳn sản phẩm của Fe với khí Cl₂ (FeCl₃).

Sắt đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động nên phản ứng được với acid loãng (HCl, H₂SO₄ loãng), giải phóng khí hydrogen. Vì HCl loãng có tính oxi hóa **yếu hơn nhiều** so với chlorine, phản ứng chỉ đủ oxi hóa sắt lên hóa trị **II**: $$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$$ Đây là điểm học sinh rất hay nhầm: dù cùng chứa nguyên tố chlorine, sản phẩm của Fe với HCl (FeCl₂) khác hẳn sản phẩm của Fe với khí Cl₂ (FeCl₃).

Sắt tác dụng với dung dịch muối

Sắt đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của kim loại đó, tương tự nhôm:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

Hiện tượng: dung dịch xanh lam nhạt dần, có lớp kim loại đồng màu đỏ bám vào bề mặt sắt. Tương tự, sắt cũng đẩy được bạc ra khỏi dung dịch bạc nitrate:

$Fe + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2Ag$

Sắt đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của kim loại đó, tương tự nhôm: $$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$$ Hiện tượng: dung dịch xanh lam nhạt dần, có lớp kim loại đồng màu đỏ bám vào bề mặt sắt. Tương tự, sắt cũng đẩy được bạc ra khỏi dung dịch bạc nitrate: $$Fe + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2Ag$$

Fe và Zn (hóa trị II) sinh ra 0,1 mol H₂; Al (hóa trị III) sinh ra 0,15 mol H₂ — cùng số mol kim loại nhưng hóa trị khác nhau cho thể tích khí khác nhau.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Tính thể tích khí theo phương trình (dạng chuẩn)

1
Cho 5,6 gam sắt tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl. Tính thể tích khí H₂ thu được ở đkc.
2
$M_{Fe}=56$ g/mol, $n_{Fe} = \dfrac{5{,}6}{56} = 0{,}1$ mol.
$M_{Fe}=56$ g/mol, $n_{Fe} = \dfrac{5{,}6}{56} = 0{,}1$ mol.
3
$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2$ . Tỉ lệ Fe : H₂ = 1 : 1 nên $n_{H_2} = 0{,}1$ mol.
$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2$. Tỉ lệ Fe : H₂ = 1 : 1 nên $n_{H_2} = 0{,}1$ mol.
4
$V_{H_2} = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ lít.
$V_{H_2} = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ lít.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Hỗn hợp kim loại tác dụng acid (dạng đề thi)

1
Cho 10 gam hỗn hợp Fe và Cu tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 2,479 lít khí (đkc). Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp.
2
Cu đứng sau H trong dãy hoạt động nên không phản ứng với HCl — chỉ có Fe phản ứng sinh khí H₂.
3
$n_{H_2} = 2{,}479/24{,}79 = 0{,}1$ mol. Theo $Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2$ , tỉ lệ Fe:H₂ = 1:1 nên $n_{Fe}=0{,}1$ mol, tức $m_{Fe}=0{,}1\times 56=5{,}6$ gam.
$n_{H_2} = 2{,}479/24{,}79 = 0{,}1$ mol. Theo $Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2$, tỉ lệ Fe:H₂ = 1:1 nên $n_{Fe}=0{,}1$ mol, tức $m_{Fe}=0{,}1\times 56=5{,}6$ gam.
4
$m_{Cu} = 10 - 5{,}6 = 4{,}4$ gam. $\%Fe = \dfrac{5{,}6}{10}\times 100\% = 56\%$ ; $\%Cu = 44\%$ .
$m_{Cu} = 10 - 5{,}6 = 4{,}4$ gam. $\%Fe = \dfrac{5{,}6}{10}\times 100\% = 56\%$; $\%Cu = 44\%$.
5
Hỗn hợp gồm 56% Fe và 44% Cu về khối lượng. Chìa khóa của dạng bài này là nhận ra chỉ kim loại đứng trước H mới phản ứng và sinh khí.

Sắt tác dụng với muối sắt(III) — sắt khử Fe³⁺ về Fe²⁺

Sắt còn có một phản ứng đặc biệt: phản ứng với chính muối của nguyên tố sắt nhưng ở hóa trị cao hơn — dung dịch sắt(III) chloride. Vì sắt kim loại có tính khử, còn ion Fe³⁺ có tính oxi hóa, sắt kim loại nhường electron cho Fe³⁺ để đưa nó về Fe²⁺:

$Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2$

Đây không phải phản ứng đẩy kim loại thông thường (không sinh ra kim loại mới như khi Fe đẩy Cu), mà là phản ứng oxi hóa – khử chuyển hóa trị: Fe (hóa trị 0) nhường electron, Fe³⁺ nhận electron thành Fe²⁺. Phản ứng này giải thích vì sao trong tự nhiên, nước có lẫn ion Fe³⁺ tiếp xúc với vật bằng sắt sẽ dần chuyển hết về dạng Fe²⁺.

Sắt còn có một phản ứng đặc biệt: phản ứng với **chính muối của nguyên tố sắt nhưng ở hóa trị cao hơn** — dung dịch sắt(III) chloride. Vì sắt kim loại có tính khử, còn ion Fe³⁺ có tính oxi hóa, sắt kim loại nhường electron cho Fe³⁺ để đưa nó về Fe²⁺: $$Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2$$ Đây **không phải** phản ứng đẩy kim loại thông thường (không sinh ra kim loại mới như khi Fe đẩy Cu), mà là phản ứng oxi hóa – khử chuyển hóa trị: Fe (hóa trị 0) nhường electron, Fe³⁺ nhận electron thành Fe²⁺. Phản ứng này giải thích vì sao trong tự nhiên, nước có lẫn ion Fe³⁺ tiếp xúc với vật bằng sắt sẽ dần chuyển hết về dạng Fe²⁺.

Ví dụ

Ví dụ 3 — Sắt phản ứng với muối sắt(III) (dạng đề thi)

1
Cho 5,6 gam bột sắt vào 200 ml dung dịch FeCl₃ 1M, phản ứng xảy ra vừa đủ. Tính khối lượng FeCl₂ tạo thành.
2
$n_{Fe} = 5{,}6/56 = 0{,}1$ mol; $n_{FeCl_3} = 0{,}2 \times 1 = 0{,}2$ mol.
$n_{Fe} = 5{,}6/56 = 0{,}1$ mol; $n_{FeCl_3} = 0{,}2 \times 1 = 0{,}2$ mol.
3
Theo $Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2$ , tỉ lệ Fe : FeCl₃ = 1 : 2 — với $n_{Fe}=0{,}1$ mol cần đúng $0{,}2$ mol FeCl₃, khớp với đề bài (phản ứng vừa đủ). Số mol FeCl₂ sinh ra: $n_{FeCl_2} = 3\times n_{Fe} = 3\times 0{,}1 = 0{,}3$ mol.
Theo $Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2$, tỉ lệ Fe : FeCl₃ = 1 : 2 — với $n_{Fe}=0{,}1$ mol cần đúng $0{,}2$ mol FeCl₃, khớp với đề bài (phản ứng vừa đủ). Số mol FeCl₂ sinh ra: $n_{FeCl_2} = 3\times n_{Fe} = 3\times 0{,}1 = 0{,}3$ mol.
4
$M_{FeCl_2} = 56+71 = 127$ g/mol nên $m_{FeCl_2} = 0{,}3\times 127 = 38{,}1$ gam. Lỗi hay gặp: chỉ nhân $M_{FeCl_2}$ với số mol Fe ban đầu (0,1 mol) mà quên hệ số cân bằng thực tế của FeCl₂ trong phương trình là 3, không phải 1.
$M_{FeCl_2} = 56+71 = 127$ g/mol nên $m_{FeCl_2} = 0{,}3\times 127 = 38{,}1$ gam. Lỗi hay gặp: chỉ nhân $M_{FeCl_2}$ với số mol Fe ban đầu (0,1 mol) mà quên hệ số cân bằng thực tế của FeCl₂ trong phương trình là **3**, không phải 1.

Sai lầm thường gặp

Lỗi phổ biến: viết Fe + HCl → FeCl₃ + H₂ (nhầm hóa trị III như khi phản ứng với Cl₂). Với acid loãng, sản phẩm luôn là FeCl₂ (sắt II), không phải FeCl₃. Với phản ứng Fe + FeCl₃, lỗi khác là tưởng đây là phản ứng đẩy kim loại (sinh kim loại mới) — thực chất chỉ có sự chuyển hóa trị Fe³⁺ → Fe²⁺, không sinh ra kim loại Fe mới.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tóm tắt

Sắt phản ứng với acid loãng và dung dịch muối kim loại yếu hơn đều tạo hợp chất sắt(II) (FeCl₂, FeSO₄, Fe(NO₃)₂) vì các chất này có tính oxi hóa yếu hơn chlorine. Trong bài toán hỗn hợp kim loại + acid, chỉ kim loại đứng trước H mới phản ứng.

Để một chiếc đinh sắt ngoài trời một thời gian, em sẽ thấy nó tự oxi hóa dần — đó chính là hiện tượng gỉ sắt, chủ đề của chương tiếp theo.