Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

1. Phương trình phản ứng Fe tác dụng CuSO4:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

Đây là phản ứng hóa học giữa sắt và đồng sunfat. Phản ứng là một loại phản ứng dịch chuyển đơn, trong đó một nguyên tố thay thế một nguyên tố khác trong một hợp chất. Các nguyên tử sắt mất electron và trở thành ion sắt (II), trong khi các ion đồng (II) thu được electron và trở thành nguyên tử đồng. Các ion sắt (II) kết hợp với các ion sunfat để tạo thành sắt (II) sunfat, một chất rắn màu xanh nhạt. Các nguyên tử đồng được lắng đọng dưới dạng kim loại màu nâu đỏ trên bề mặt sắt. 

Phản ứng này thuộc loại phản ứng đơn chất, trong đó một nguyên tố thay thế một nguyên tố khác trong một hợp chất. Trong trường hợp này, sắt thay thế đồng trong đồng sunfat, tạo ra sắt sunfat và đồng kim loại.

Phương trình này cho thấy tỉ lệ mol giữa các chất tham gia và sản phẩm là 1:1:1:1. Nếu biết khối lượng mol của mỗi chất, ta có thể tính được khối lượng của các chất còn lại theo công thức:

m(Fe) = n(Fe) × M(Fe)

m(CuSO4) = n(CuSO4) × M(CuSO4)

m(FeSO4) = n(FeSO4) × M(FeSO4)

m(Cu) = n(Cu) × M(Cu)

Trong đó m là khối lượng, n là số mol, M là khối lượng mol của các chất.

Ví dụ: Nếu ta cho phản ứng 5,6 gam sắt với dung dịch đồng sunfat dư, ta có thể tính được khối lượng của các sản phẩm như sau:

n(Fe) = m(Fe) / M(Fe) = 5,6 / 56 = 0,1 mol

Do tỉ lệ mol là 1:1:1:1, ta có:

n(CuSO4) = n(Fe) = 0,1 mol

n(FeSO4) = n(Fe) = 0,1 mol

n(Cu) = n(Fe) = 0,1 mol

Từ đó suy ra:

m(CuSO4) = n(CuSO4) × M(CuSO4) = 0,1 × 159,5 = 15,95 gam

m(FeSO4) = n(FeSO4) × M(FeSO4) = 0,1 × 151,9 = 15,19 gam

m(Cu) = n(Cu) × M(Cu) = 0,1 × 63,5 = 6,35 gam

2. Phân tích phương trình phản ứng Fe tác dụng CuSO4:

2.1. Điều kiện xảy ra phản ứng Fe tác dụng CuSO4:

Phản ứng Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu là một phản ứng thế, trong đó kim loại sắt (Fe) thế chỗ đồng (Cu) trong dung dịch muối sunfat đồng (CuSO4). Để xảy ra phản ứng này, cần có một số điều kiện như sau:

Thứ nhất, nhiệt độ thường

Thứ hai, nồng độ dung dịch CuSO4 phải đủ cao để có đủ ion Cu2+ tác dụng với Fe.

Thứ ba, nhiệt độ dung dịch CuSO4 phải đủ cao để tăng tốc độ phản ứng và giảm khả năng bị oxy hóa của Fe.

Thứ tư, thời gian tiếp xúc giữa Fe và CuSO4 phải đủ lâu để phản ứng hoàn toàn.

Thứ năm, lượng Fe phải lớn hơn lượng CuSO4 theo tỉ lệ mol để có thể thay thế hết ion Cu2+ trong dung dịch.

2.2. Hiện tượng nhận biết phản ứng Fe tác dụng CuSO4:

Hiện tượng nhận biết phản ứng này là:

Xuất hiện mảnh kim loại đồng màu đỏ nâu trên bề mặt thanh sắt.

Dung dịch ban đầu có màu xanh lam nhạt dần và chuyển sang màu xanh lục nhạt.

Nhiệt độ dung dịch tăng lên do phản ứng tỏa nhiệt.

Để kiểm tra kết quả phản ứng, ta có thể:

Lấy một ít dung dịch sau phản ứng và cho vào ống nghiệm, sau đó nhỏ vài giọt dung dịch natri hydroxit (NaOH) vào. Nếu xuất hiện kết tủa trắng không tan, chứng tỏ có sự hiện diện của muối sunfat sắt (II) (FeSO4).

Lấy một ít kim loại đồng sau phản ứng và cho vào ống nghiệm, sau đó nhỏ vài giọt dung dịch axit clohidric (HCl) vào. Nếu xuất hiện khí hidro (H2) bay lên, chứng tỏ có sự hiện diện của kim loại đồng (Cu).

2.3. Cách thực hiện phản ứng Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu:

Để thực hiện phản ứng này, ta cần chuẩn bị các dụng cụ và chất hoá học sau: thanh sắt, dung dịch đồng sunfat, bình cầu, giá ba chân, bếp điện hoặc bếp cồn, que thủy tinh, giấy lọc và cốc thủy tinh. Các bước tiến hành như sau:

Đặt thanh sắt vào bình cầu và đổ dung dịch đồng sunfat vào cho đủ ngập thanh sắt.

Đặt bình cầu lên giá ba chân và nung nóng dung dịch bằng bếp điện hoặc bếp cồn.

Quan sát hiện tượng xảy ra trong bình cầu: dung dịch màu xanh lam của đồng sunfat dần chuyển sang màu xanh lục của sắt sunfat, trong khi có những hạt màu đỏ nâu của đồng kim loại xuất hiện trên thanh sắt.

Sau khi phản ứng kết thúc, tắt bếp và để bình cầu nguội.

Dùng que thủy tinh nhẹ nhàng gạt các hạt đồng kim loại ra khỏi thanh sắt và thu gom chúng vào một cốc thủy tinh.

Lọc dung dịch sắt sunfat qua giấy lọc và thu được dung dịch màu xanh lục trong suốt.

2.4. Cách cân bằng phương trình hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu:

Để cân bằng phương trình hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu, ta cần thực hiện các bước sau:

Thứ nhất, xác định số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế của phương trình. Ở vế trái, ta có 1 nguyên tử Fe, 1 nguyên tử Cu, 1 nguyên tử S và 4 nguyên tử O. Ở vế phải, ta có 1 nguyên tử Fe, 1 nguyên tử Cu, 1 nguyên tử S và 4 nguyên tử O.

Thứ hai, so sánh số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế. Nếu số nguyên tử bằng nhau, ta không cần làm gì. Nếu số nguyên tử khác nhau, ta cần thêm hệ số vào trước các chất để cân bằng số nguyên tử. Trong trường hợp này, số nguyên tử của mỗi nguyên tố đã bằng nhau nên ta không cần thêm hệ số nào.

Thứ ba, kiểm tra lại kết quả. Ta thấy rằng phương trình đã cân bằng vì số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế đều bằng nhau. Vậy phương trình cân bằng là: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.

2.5. Phương trình ion và phương trình ion rút gọn của phương trình hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu:

Phương trình ion của phương trình hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu là:

Fe + Cu2+ + SO42- → Fe2+ + SO42- + Cu

Để viết phương trình ion rút gọn của phương trình hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu, ta cần thực hiện các bước sau:

Xác định các chất điện li trong dung dịch và viết công thức ion của chúng. Ví dụ: CuSO4 điện li thành ion Cu2+ và SO42-, FeSO4 điện li thành ion Fe2+ và SO42-.

Loại bỏ các ion giống nhau ở hai vế của phương trình, vì chúng không tham gia vào phản ứng. Ví dụ: ion SO42- là ion giản đồ (spectator ion) vì nó xuất hiện ở cả hai vế.

Viết lại phương trình chỉ gồm các ion tham gia vào phản ứng. Ví dụ: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu.

Điều chỉnh hệ số sao cho số mol của mỗi nguyên tố bằng nhau ở hai vế. Ví dụ: hệ số của Fe, Cu2+, Fe2+ và Cu đều là 1.

Đây chính là phương trình ion rút gọn của phương trình hóa học ban đầu.

Phương trình ion rút gọn cho thấy sự chuyển hoá của các nguyên tử kim loại trong dung dịch. Fe bị oxi hoá thành Fe2+, còn Cu2+ bị khử thành Cu. Phản ứng này là một phản ứng oxi hoá khử .

2.6. Ứng dụng của phản ứng Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu:

Phản ứng Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó Fe bị oxi hóa thành Fe2+ và Cu2+ bị khử thành Cu. Phản ứng này có thể được sử dụng để nhận biết các dung dịch muối của Fe2+ và Cu2+, hoặc để tách các tạp chất của AgNO3 trong dung dịch Cu(NO3)2. Phản ứng này cũng có thể được sử dụng để sản xuất Cu kim loại từ quặng CuSO4, hoặc để điều chế FeSO4 từ Fe kim loại.

3. Bài tập vận dụng liên quan:

Câu 1: Để làm sạch dung dịch đồng nitrat Cu(NO3)2 có lẫn tạp chất bạc nitrat AgNO3. Ta dùng kim loại:

A. Ag

B. Cu.

C. Fe.

D. Au.

Câu 2: Để nhận biết 3 lọ mất nhãn đựng 3 dung dịch CuCl2, FeCl3, MgCl2, ta dùng:

A. Quỳ tím và nước

B. Dung dịch Ca(NO3)2

C. Dung dịch AgNO3

D. Dung dịch NaOH

Câu 3: Cho phản ứng hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu:

Trong phản ứng trên xảy ra

A. Sự oxi hóa Fe và sự oxi hóa Cu.

B. sự khử Fe2+ và sự oxi háo Cu.

C. sự oxi hóa Fe và sự khử Cu2+.

D. sự khử Fe2+ và sự khử Cu2+.

Câu 4: Cho m gam Fe tác dụng hết với dung dịch CuSO4 dư, thu được 12,8 gam Cu. Giá trị của m là:

A. 22,4.

B. 12,6.

C. 16,8.

D. 11,2.

Câu 5: Phản ứng nào sau đây xảy ra:

A. Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

B. Fe + ZnSO4 → FeSO4 + Zn

C. 2Fe + 3CuSO4 → Fe2(SO4)3 + 3Cu

D. 2Ag + Fe(NO3)2 → 2AgNO3 + Fe

Câu 6: Cho kim loại Fe tác dụng với dung dịch đồng sunfat. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, lấy kim loại Fe ra cân lại thấy khối lượng thanh kim loại là:

A. Tăng    

B. Giảm    

C. Không đổi    

D. Không xác định

Câu 7: Cho các kim loại sau Al; Zn ; Fe; Cu; Pb. Số kim loại tác dụng với dung dịch đồng sunfat là:

A. 1    

B. 2    

C. 3    

D. 4

4. Hướng dẫn lời giải:

Câu 1:

Đáp án: B. Cu

Câu 2: 

Đáp án: B. Dung dịch Ca(NO3)2

Câu 3:

Đáp án: C. sự oxi hóa Fe và sự khử Cu2+.

Câu 4:

Đáp án: D. 11,2.

nCu = 0,2 mol

PTHH: CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu

0,2 ← 0,2 mol

⟹ mFe = 0,2.56 = 11,2 gam

Câu 5:

Đáp án: A. Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

KIm loại đứng trước trong dãy hoạt động hóa học sẽ đẩy được muối của kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch.

Câu 6:

Đáp án: A. TăngTăng

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

MFe = 56 ———→ MCu = 64 ⇒ khối lượng tăng 64-56 = 8

Câu 7:

Đáp án: C. 33

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu