Phản ứng giữa Fe (sắt) và FeCl₃ (sắt(III) clorua) là một phản ứng oxi hóa – khử đặc trưng, trong đó Fe (sắt) khử Fe³⁺thành Fe²⁺, tạo ra FeCl₂ (sắt(II) clorua) và giải phóng ion Cl⁻. Đây là một phản ứng thú vị trong hóa học vô cơ, đặc biệt trong việc nghiên cứu về các phản ứng giữa các muối kim loại và kim loại, phản ánh tính chất khử của sắt. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết về phương trình phản ứng, các điều kiện cần thiết để phản ứng diễn ra, cách thực hiện phản ứng, nhận biết sản phẩm, và những kiến thức mở rộng về các chất tham gia cũng như sản phẩm của phản ứng này.
Phương trình phản ứng
Phương trình phản ứng giữa Fe và FeCl₃ là:
Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂
Điều kiện phản ứng
Để phản ứng giữa Fe và FeCl₃ diễn ra thuận lợi, cần thoả mãn một số điều kiện: Phản ứng này có thể diễn ra ở nhiệt độ phòng, nhưng nếu gia nhiệt nhẹ sẽ giúp phản ứng diễn ra nhanh chóng hơn. Về môi trường, phản ứng này xảy ra trong môi trường dung dịch, vì FeCl₃ cần hòa tan trong nước để tạo thành các ion Fe³⁺trong dung dịch. Sau đó, Fe (sắt) sẽ khử các ion này thành Fe²⁺. Phản ứng này cần một khoảng thời gian để diễn ra hoàn toàn. Sau một khoảng thời gian, FeCl₂ sẽ hình thành trong dung dịch và FeCl₃ sẽ bị khử.
Cách thực hiện phản ứng
Dụng cụ và hóa chất:
Để thực hiện phản ứng giữa Fe và FeCl₃, 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 tùy vào mục đích thí nghiệm và cách thức quan sát; dung dịch FeCl₃ đã được hòa tan trong nước; ống nghiệm hoặc bình phản ứng, dùng để chứa các chất phản ứng và theo dõi quá trình phản ứng; 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:
Để thực hiện thí nghiệm phản ứng giữa Fe và FeCl₃, cần chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ và hoá chất. Đầu tiên, đặt ống nghiệm hoặc bình phản ứng lên giá và kẹp chắc chắn để tránh rủi ro khi thực hiện phản ứng. Sau đó, đổ một lượng dung dịch FeCl₃ vào bình phản ứng hoặc ống nghiệm. Tiếp theo, đặt một mẩu sắt (lá sắt hoặc bột sắt) vào dung dịch FeCl₃. Bạn sẽ thấy phản ứng xảy ra ngay lập tức khi Fe khử Fe³⁺ thành Fe²⁺, tạo ra FeCl₂. Quan sát hiện tượng 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 FeCl₂.
Nhận biết phản ứng
Sau khi thực hiện thí nghiệm phản ứng giữa Fe và FeCl₃, sau 1 thời gian, chúng ta quan sát được sự đổi màu của dung dịch: Dung dịch FeCl₃ ban đầu có màu đỏ nâu do ion Fe³⁺. Sau khi phản ứng, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh hoặc xanh nhạt, biểu thị sự hình thành FeCl₂ (sắt(II) clorua), trong đó sắt có số oxi hóa +2. Sau khi phản ứng hoàn tất, Fe²⁺ sẽ được tạo thành trong dung dịch và Fe³⁺ sẽ bị khử. Nếu có sự thay đổi màu dung dịch từ đỏ nâu sang xanh, chứng tỏ phản ứng đã hoàn tất.
Kiến thức mở rộng về chất tham gia và sản phẩm
FeCl₃ (Sắt(III) Clorua)
FeCl₃ là muối của sắt(III) với axit clohiđric, 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⁺. FeCl₃ đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng oxy hóa-khử, nơi Fe³⁺ có thể bị khử thành Fe²⁺ trong các quá trình khử. Ngoài ra, FeCl₃ còn được sử dụng trong sản xuất các hợp chất hóa học khác, bao gồm các hợp chất có chứa sắt và các muối clorua khác. Đôi khi, FeCl₃ cũng được sử dụng trong các ứng dụng phân tích hóa học, giúp xác định các chất và nghiên cứu các phản ứng liên quan đến sắt trong môi trường hóa học.
FeCl₂ (Sắt(II) Clorua)
FeCl₂ là muối của sắt(II) trong môi trường axit clohiđric, 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. FeCl₂được 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. FeCl₂ 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) clorua tạo ra sắt(II) clorua. Viết phương trình phản ứng dưới dạng tổng quát.
Đáp án: Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂
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 FeCl₃ ban đầu có màu đỏ nâu do ion Fe³⁺. Sau khi phản ứng, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh hoặc xanh nhạt. Nếu có sự thay đổi màu dung dịch từ đỏ nâu sang xanh, chứng tỏ phản ứng đã hoàn tất.
Bài tập 2. Tính toán theo phương trình phản ứng
a) Tính khối lượng sắt cần sử dụng để phản ứng hoàn toàn với 32,5 FeCl₃.
b) Tính thể tích dung dịch sắt(III) clorua cần dùng để phản ứng hoàn toàn với 11,2 gam sắt. Biết dung dịch sắt(III) clorua có nồng độ mol là 5
c) Nếu muốn thu được 38,1 gam FeCl₂, 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 + 2FeCl₃ → 3FeCl₂
a)
Số mol Fe(NO₃)₃: n = 32,5/162,5 = 0,2 mol
Theo phương trình, 1 mol Fe phản ứng với 2 mol FeCl₃ nên để phản ứng hết với FeCl₃ thì số mol Fe cần dùng:
nFe = nFeCl₃/2 = 0,1 mol
Vậy khối lượng sắt cần sử dụng để phản ứng hoàn toàn với 32,5g FeCl₃
mFe = nFe * 56 = 0,1*56 = 5,6g
b)
Số mol Fe: nFe = 11,2/56 = 0,2 mol
Số mol cần dùng:
nFeCl₃ = nFe*2 = 0,4 mol
Thể tích dung dịch sắt (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: nFeCl₂ = mFeCl₂/MFeCl₂ = 38,1/127 = 0,3 mol
Số mol Fe cần dùng để tạo thành 38,1 gam FeCl₂:
nFe = nFeCl₂/3 = 0,1 mol
Vậy khối lượng sắt cần dùng là:
mFe = nFe * 56 = 0,1*56 = 5,6g
