Phản ứng giữa Fe (sắt) và Fe(NO₃)₃ (sắt(III) nitrate) là một phản ứng oxi hóa – khử quan trọng trong hóa học vô cơ, trong đó Fe (sắt) khử Fe³⁺ thành Fe²⁺. Phản ứng này có thể được sử dụng để nghiên cứu các tính chất của sắt, đặc biệt là trong việc thay đổi mức độ oxi hóa của sắt từ +3 xuống +2. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết về phương trình phản ứng, các điều kiện cần thiết để phản ứng xảy ra, cách thực hiện phản ứng, nhận biết sản phẩm, cũng như các kiến thức mở rộng về các chất tham gia và sản phẩm của phản ứng này.
Phương trình phản ứng
Phương trình phản ứng giữa Fe và Fe(NO₃)₃ là:
Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂
Điều kiện phản ứng
Để phản ứng giữa Fe và Fe(NO₃)₃ diễn ra thuận lợi, cần thoả mãn một số điều kiện. Về nhiệt độ, phản ứng này có thể diễn ra ở nhiệt độ phòng mà không cần gia nhiệt mạnh. Tuy nhiên, nếu muốn tăng tốc độ phản ứng, có thể gia nhiệt nhẹ để giúp các ion dễ dàng tham gia vào phản ứng. Phản ứng xảy ra trong môi trường dung dịch, vì Fe(NO₃)₃ cần hòa tan trong nước để tạo thành các ion Fe³⁺ trong dung dịch. Các ion này sau đó sẽ bị khử bởi Fe (sắt) để tạo ra Fe²⁺ trong sản phẩm Fe(NO₃)₂.
Cách thực hiện phản ứng
Dụng cụ và hóa chất:
Để thực hiện phản ứng giữa Fe và Fe(NO₃)₃, cần chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ và hóa chất sau: Sắt (Fe), có thể sử dụng bột sắt, lá sắt, hoặc dây sắt; dung dịch Fe(NO₃)₃ đã được hòa tan trong nước; ống nghiệm hoặc bình phản; dụng cụ bảo vệ như găng tay, kính bảo hộ, và áo choàng bảo vệ để tránh tiếp xúc trực tiếp với dung dịch có tính ăn mòn hoặc các hợp chất khác.
Các bước thực hiện thí nghiệm:
Sau khi chuẩn bị đầy đủ dụng cụ và hoá chất cho thí nghiệm phản ứng giữa Fe và Fe(NO₃)₃, đầu tiên chúng ta đặt ống nghiệm hoặc bình phản ứng lên giá và kẹp chắc chắn để tránh rủi ro khi thực hiện phản ứng. Tiếp theo, cho dung dịch Fe(NO₃)₃ vào bình phản ứng.Sau đó, chúng ta thêm một mẩu sắt (lá sắt hoặc bột sắt) vào dung dịch Fe(NO₃)₃. Quan sát thí nghiệm, chúng ta thấy phản ứng xảy ra ngay lập tức khi Fe khử Fe³⁺ thành Fe²⁺, tạo ra Fe(NO₃)₂.Sau một thời gian, dung dịch sẽ chuyển từ màu đỏ nâu sang màu xanh hoặc xanh nhạt, đó là dấu hiệu của sự hình thành Fe(NO₃)₂.
Nhận biết phản ứng
Dấu hiện phản ứng giữa Fe và Fe(NO₃)₃ là có sự thay đổi màu dung dịch: Dung dịch Fe(NO₃)₃ ban đầu có màu đỏ nâu do sự hiện diện của ion Fe³⁺. Sau khi phản ứng, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh hoặc xanh nhạt, biểu thị sự hình thành Fe(NO₃)₂ (sắt(II) nitrate), trong đó sắt có số oxi hóa +2.
Kiến thức mở rộng về chất tham gia và sản phẩm
Fe(NO₃)₃ (Sắt(III) Nitrate)
Fe(NO₃)₃ là muối của sắt(III) với axit nitric, có màu đỏ nâu đặc trưng. Muối này tan tốt trong nước và thường được sử dụng trong các phản ứng hóa học để cung cấp ion Fe³⁺. Fe(NO₃)₃ đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng oxy hóa-khử, nơi Fe³⁺ có thể bị khử thành Fe²⁺ hoặc các hợp chất sắt khác. Ngoài ra, Fe(NO₃)₃ còn được sử dụng trong sản xuất các hợp chất hóa học khác và đôi khi cũng được dùng trong các ứng dụng phân tích hóa học, đặc biệt là trong việc xác định các chất và nghiên cứu các phản ứng hóa học liên quan đến sắt.
Fe(NO₃)₂ (Sắt(II) Nitrate)
Fe(NO₃)₂ là muối của sắt(II) trong môi trường axit nitric, có màu xanh nhạt khi hòa tan trong nước. Đây là muối tan trong nước và có tính chất khử mạnh, vì Fe²⁺ có khả năng nhường electron trong các phản ứng oxi hóa – khử. Fe(NO₃)₂ được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng phân tích hóa học, giúp xác định sự hiện diện của các chất và ion trong dung dịch. Ngoài ra, muối này còn được sử dụng trong sản xuất mực in và thuốc nhuộm, nhờ khả năng tạo màu sắc bền và đẹp. Fe(NO₃)₂ cũng có ứng dụng trong chế tạo hợp chất kim loại, đặc biệt là trong việc sản xuất các hợp kim hoặc các hợp chất có chứa sắt.
Bài tập vận dụng
Bài tập 1: Phản ứng và nhận biết
Sắt phản ứng với sắt(III) nitrat tạo ra sắt(II) nitrat. Viết phương trình phản ứng dưới dạng tổng quát.
Đáp án: Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂
Quan sát bằng mắt thường, ta có thể nhận biết phản ứng trên không? Dấu hiệu nào giúp nhận biết phản ứng đã xảy ra?
Đáp án: Dung dịch Fe(NO₃)₃ ban đầu có màu đỏ nâu do sự hiện diện của ion Fe³⁺. Sau khi phản ứng, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh hoặc xanh nhạt, biểu thị sự hình thành Fe(NO₃)₂.
Bài tập 2. Tính toán theo phương trình phản ứng
a) Tính khối lượng sắt cần sử dụng để phản ứng hoàn toàn với 48,4 Fe(NO₃)₃.
b) Tính thể tích dung dịch sắt(III) nitrat cần dùng để phản ứng hoàn toàn với 11,2 gam sắt. Biết dung dịch sắt(III) nitrat có nồng độ mol là 5
c) Nếu muốn thu được 54 gam Fe(NO₃)₂, tính khối lượng sắt phải sử dụng trong phản ứng.
Đáp án: a) 5,6g; b) 0,08 l; c) 5,6 g
Phương trình phản ứng giữa sắt và sắt(III) nitrat tạo thành sắt(II) nitrat là:
Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂
a)
Số mol Fe(NO₃)₃: n = 48,4/242 = 0,2 mol
Theo phương trình, 1 mol Fe phản ứng với 2 mol Fe(NO₃)₃ nên để phản ứng hết với Fe(NO₃)₃ thì số mol Fe cần dùng:
nFe = nFe(NO₃)₃/2 = 0,1 mol
Vậy khối lượng sắt cần sử dụng để phản ứng hoàn toàn với 48,4 Fe(NO₃)₃
mFe = nFe * 56 = 0,1*56 = 5,6g
b)
Số mol Fe: nFe = 11,2/56 = 0,2 mol
Số mol cần dùng:
nFe(NO₃)₃ = nFe*2 = 0,4 mol
Thể tích dung dịch săt (III) nitrat cần dùng để phản ứng hoàn toàn với 11,2 gam sắt là:
VFe(NO₃)₃ = nFe(NO₃)₃/CMFe(NO₃)₃ = 0,4/5 = 0,08(l)
c)
Số mol Fe(NO₃)₂: nFe(NO₃)₂ = mFe(NO₃)₂/MFe(NO₃)₂ = 54/180 = 0,3 mol
Số mol Fe cần dùng để tạo thành 54 gam Fe(NO₃)₂:
nFe = nFe(NO₃)₂/3 = 0,1 mol
Vậy khối lượng sắt cần dùng là:
mFe = nFe * 56 = 0,1*56 = 5,6g
