Chào em, cô sẽ hướng dẫn em giải bài tập này bằng phương pháp thăng bằng electron, là phương pháp chuẩn trong chương trình Hóa học 11 nhé.

Phản ứng này trông có vẻ phức tạp vì có nhiều sản phẩm, nhưng nếu chúng ta làm cẩn thận từng bước thì sẽ không có gì khó khăn cả. Bắt đầu nào!

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có sự thay đổi.

Để làm được điều này, em cần xác định số oxi hóa của từng nguyên tố trong các chất trước và sau phản ứng.

– Trong \(Fe(NO_3)_2\): Fe có số oxi hóa là \(+2\), N trong gốc \(NO_3^-\) có số oxi hóa là \(+5\).
– Trong \(H_2SO_4\): H là \(+1\), S là \(+6\), O là \(-2\). Các nguyên tố này không thay đổi số oxi hóa trong gốc \(SO_4^{2-}\) ở sản phẩm.
– Sau phản ứng:
+ Trong \(Fe(NO_3)_3\) và \(Fe_2(SO_4)_3\): Fe đều có số oxi hóa là \(+3\).
+ Trong \(NO\): N có số oxi hóa là \(+2\).

Kết luận:
– Nguyên tố Sắt (Fe) có số oxi hóa tăng từ \(+2\) lên \(+3\). Vậy \(Fe(NO_3)_2\) là chất khử.
– Nguyên tố Nitơ (N) có số oxi hóa giảm từ \(+5\) xuống \(+2\). Vậy \(Fe(NO_3)_2\) (cụ thể là gốc \(NO_3^-\) trong môi trường axit) cũng đóng vai trò là chất oxi hóa.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử.

– Quá trình oxi hóa (sự nhường electron):
\[Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3} + 1e\]

– Quá trình khử (sự nhận electron):
\[N^{+5} + 3e \rightarrow N^{+2}\]

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp để cân bằng electron.

Ta cần tìm bội số chung nhỏ nhất của số electron nhường (1) và số electron nhận (3). Bội số chung nhỏ nhất là 3.
– Lấy \(3 \div 1 = 3\), nhân quá trình oxi hóa với 3.
– Lấy \(3 \div 3 = 1\), nhân quá trình khử với 1.

Ta có:
\[
\begin{array}{c|l}
3 & Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3} + 1e \\
1 & N^{+5} + 3e \rightarrow N^{+2}
\end{array}
\]

Từ đây, ta xác định được tỉ lệ: cứ 3 nguyên tử \(Fe^{+2}\) phản ứng thì sẽ có 1 nguyên tử \(N^{+5}\) bị khử thành \(N^{+2}\).

Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và cân bằng các nguyên tố.

Đây là bước quan trọng nhất. Bài toán này có một điểm đặc biệt là Fe sau khi bị oxi hóa lại nằm ở hai sản phẩm khác nhau. Ta sẽ giải quyết bằng cách cân bằng các nguyên tố liên quan đến quá trình oxi hóa – khử trước, sau đó cân bằng các nguyên tố còn lại.

1. Từ tỉ lệ ở Bước 3, ta biết rằng cứ 3 Fe phản ứng thì có 1 NO tạo thành. Nhưng để tránh hệ số phân số phức tạp, chúng ta sẽ bắt đầu cân bằng từ vế phải, nơi các sản phẩm đã rõ ràng hơn.

Giả sử có a phân tử \(Fe(NO_3)_3\) và b phân tử \(Fe_2(SO_4)_3\).
\[… Fe(NO_3)_2 + … H_2SO_4 \rightarrow a Fe(NO_3)_3 + b Fe_2(SO_4)_3 + … H_2O + … NO\]

2. Cân bằng nguyên tố Nitơ (N):
Theo tỉ lệ 3:1 ở trên, nếu có \(a+2b\) nguyên tử Fe bị oxi hóa thì sẽ có \(\frac{a+2b}{3}\) phân tử NO được tạo thành.
Bảo toàn nguyên tố N:
Số N vế trái = \(2 \times (a+2b)\) (trong \(Fe(NO_3)_2\))
Số N vế phải = \(3a\) (trong \(Fe(NO_3)_3\)) + \(\frac{a+2b}{3}\) (trong NO)
\[2(a+2b) = 3a + \frac{a+2b}{3}\]
Nhân 2 vế với 3:
\[6(a+2b) = 9a + (a+2b)\]
\[6a + 12b = 10a + 2b\]
\[10b = 4a \Rightarrow \frac{a}{b} = \frac{10}{4} = \frac{5}{2}\]
Ta chọn cặp số nguyên đơn giản nhất: \(a=5\) và \(b=2\).

3. Đặt hệ số \(a=5, b=2\) vào phương trình:
\[… Fe(NO_3)_2 + … H_2SO_4 \rightarrow 5 Fe(NO_3)_3 + 2 Fe_2(SO_4)_3 + … H_2O + … NO\]

4. Cân bằng các nguyên tố còn lại:
– Fe: Vế phải có \(5 + 2 \times 2 = 9\) nguyên tử Fe. Vậy vế trái cần 9 phân tử \(Fe(NO_3)_2\).
\[9 Fe(NO_3)_2 + … H_2SO_4 \rightarrow 5 Fe(NO_3)_3 + 2 Fe_2(SO_4)_3 + … H_2O + … NO\]
– N: Vế trái có \(9 \times 2 = 18\) nguyên tử N. Vế phải trong \(5 Fe(NO_3)_3\) đã có \(5 \times 3 = 15\) nguyên tử N. Vậy số N còn lại trong NO là \(18 – 15 = 3\). Ta đặt hệ số 3 cho NO.
\[9 Fe(NO_3)_2 + … H_2SO_4 \rightarrow 5 Fe(NO_3)_3 + 2 Fe_2(SO_4)_3 + … H_2O + 3 NO\]
– S (Lưu huỳnh): Vế phải có \(2 \times 3 = 6\) nguyên tử S trong \(2 Fe_2(SO_4)_3\). Vậy vế trái cần 6 phân tử \(H_2SO_4\).
\[9 Fe(NO_3)_2 + 6 H_2SO_4 \rightarrow 5 Fe(NO_3)_3 + 2 Fe_2(SO_4)_3 + … H_2O + 3 NO\]
– H (Hiđro): Vế trái có \(6 \times 2 = 12\) nguyên tử H. Vậy vế phải cần 6 phân tử \(H_2O\).
\[9 Fe(NO_3)_2 + 6 H_2SO_4 \rightarrow 5 Fe(NO_3)_3 + 2 Fe_2(SO_4)_3 + 6 H_2O + 3 NO\]

Bước 5: Kiểm tra lại toàn bộ phương trình (đặc biệt là nguyên tố Oxi).

Đây là bước cuối cùng để đảm bảo chúng ta đã cân bằng chính xác.
– Vế trái: \(9 \times (3 \times 2) + 6 \times 4 = 54 + 24 = 78\) nguyên tử Oxi.
– Vế phải: \(5 \times (3 \times 3) + 2 \times (4 \times 3) + 6 \times 1 + 3 \times 1 = 45 + 24 + 6 + 3 = 78\) nguyên tử Oxi.

Số nguyên tử Oxi ở hai vế bằng nhau. Vậy phương trình đã được cân bằng đúng.

Phương trình hóa học hoàn chỉnh:
\[9Fe(NO_3)_2 + 6H_2SO_4 \rightarrow 5Fe(NO_3)_3 + 2Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O + 3NO\]

Hy vọng phần giải thích chi tiết này giúp em hiểu rõ hơn về cách cân bằng một phản ứng oxi hóa – khử phức tạp. Nếu có thắc mắc gì, em cứ hỏi nhé. Chúc em học tốt