Nêu hiện tượng và viết phản ứng hóa học khi cho Fe dư tác dụng với dung dịch H2S…

Bước 1: Phân tích phản ứng khi cho Fe dư tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng và khuấy đều.

1. Hiện tượng:

Khi cho Fe (sắt) vào dung dịch H2SO4 (axit sunfuric) đặc, nóng và khuấy đều, các em sẽ quan sát thấy các hiện tượng sau:

• Sắt (Fe) tan dần, dung dịch ban đầu không màu chuyển dần sang màu xanh nhạt.
• Có khí không màu, mùi hắc (mùi SO2 – lưu huỳnh đioxit) thoát ra.

2. Giải thích và Phương trình hóa học:

Lý do áp dụng phương pháp: Đây là một phản ứng oxi hóa – khử đặc trưng giữa kim loại (Fe có tính khử) và axit có tính oxi hóa mạnh (H2SO4 đặc, nóng). Điều kiện “Fe dư” là rất quan trọng để xác định sản phẩm cuối cùng của muối sắt.

Ban đầu, khi Fe tác dụng với H2SO4 đặc, nóng, sắt sẽ bị oxi hóa lên sắt(III) và H2SO4 sẽ bị khử xuống SO2. Phương trình phản ứng là:

$$2\mathrm{Fe}+6{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4(\mathrm{đặc},\mathrm{nóng})\to {\mathrm{Fe}}_2{({\mathrm{SO}}_4)}_3+3{\mathrm{SO}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$

Tuy nhiên, đề bài cho biết “Fe dư” và dung dịch thu được có “màu xanh nhạt” (đặc trưng của ion Fe²⁺). Điều này có nghĩa là lượng sắt còn dư sau khi H2SO4 đã phản ứng hết sẽ tiếp tục khử muối sắt(III) vừa tạo thành về muối sắt(II). Đây là một tính chất quan trọng của sắt: Fe có thể khử ion Fe³⁺ thành Fe²⁺.

$$\mathrm{Fe}+{\mathrm{Fe}}_2{({\mathrm{SO}}_4)}_3\to 3{\mathrm{FeSO}}_4$$

Vậy, phương trình tổng quát cho toàn bộ quá trình khi có Fe dư là:

$$\mathrm{Fe}+2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4(\mathrm{đặc},\mathrm{nóng})\to {\mathrm{FeSO}}_4+{\mathrm{SO}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$

Dung dịch thu được sau phản ứng này là dung dịch FeSO4 (sắt(II) sunfat), có màu xanh nhạt.

Bước 2: Phân tích phản ứng khi lọc bỏ Fe dư, lấy dung dịch màu xanh nhạt cho tác dụng với lượng dư dung dịch NH3.

1. Hiện tượng:

Khi cho dung dịch NH3 (amoniac) dư vào dung dịch FeSO4 (dung dịch màu xanh nhạt) thu được ở bước 1, các em sẽ quan sát thấy:

• Xuất hiện kết tủa màu trắng xanh.

2. Giải thích và Phương trình hóa học:

Lý do áp dụng phương pháp: Đây là phản ứng trao đổi ion giữa muối của kim loại yếu (FeSO4) và một bazơ yếu (NH3 trong nước tạo ra NH4OH). Muối FeSO4 sẽ phản ứng với amoniac tạo thành hidroxit sắt(II) không tan.

Dung dịch NH3 khi tan trong nước sẽ tạo ra một lượng nhỏ ion OH^– (OH^– của amoniac là một bazơ yếu):

$${\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{NH}}_4\mathrm{OH}$$

Sau đó, FeSO4 sẽ phản ứng với NH4OH để tạo thành kết tủa Fe(OH)2 (sắt(II) hidroxit), có màu trắng xanh:

$${\mathrm{FeSO}}_4+2{\mathrm{NH}}_4\mathrm{OH}\to \mathrm{Fe}{(\mathrm{OH})}_2\downarrow +{({\mathrm{NH}}_4)}_2{\mathrm{SO}}_4$$

Hoặc có thể viết trực tiếp như sau (đơn giản hơn cho cấp THCS):

$${\mathrm{FeSO}}_4+2{\mathrm{NH}}_3+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{Fe}{(\mathrm{OH})}_2\downarrow +{({\mathrm{NH}}_4)}_2{\mathrm{SO}}_4$$

Lượng dung dịch NH3 dư không làm tan kết tủa Fe(OH)2 vì Fe(OH)2 không có tính lưỡng tính và cũng không tạo phức với NH3 trong điều kiện này ở chương trình THCS.

Cô hy vọng bài giải chi tiết này đã giúp các em hiểu rõ hơn về các phản ứng hóa học và cách vận dụng kiến thức để giải bài tập nhé!