Phản ứng giữa Sắt(III) Clorua (FeCl₃) và Hydro Sunfua (H₂S) là phản ứng oxi hóa – khử, trong đó Fe³⁺ trong FeCl₃ bị khử thành Fe²⁺ (trong FeCl₂), còn S²⁻ trong H₂S bị oxi hóa thành S với axit Clohydric (HCl) là sản phẩm phụ.
Phương Trình Hóa Học
Phương trình chưa cân bằng:
\[FeC{l_3} + {H_2}S \to FeC{l_2} + S \downarrow + HCl\]
Phương trình đã cân bằng:
\[2FeC{l_3} + {H_2}S \to 2FeC{l_2} + S \downarrow + 2HCl\]
Điều Kiện Phản Ứng
Nhiệt độ: Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng.
Nguyên Lý Phản Ứng
Loại phản ứng: Oxi hóa – khử.
Cơ chế phản ứng
Phương trình electron:
- Quá trình khử: \[Fe^{3+} + e \to Fe^{2+}\]
- Quá trình oxi hóa: \[S^{2-} \to S^0 + 2e\]
Tổng quát: \[2FeC{l_3} + {H_2}S \to 2FeC{l_2} + S \downarrow + 2HCl\]
Phương trình ion đầy đủ:
\[2F{e^{3 + }} + 6C{l^ – } + {H_2}S \to 2F{e^{2 + }} + 6C{l^ – } + S \downarrow + 2{H^ + }\]
Phương trình ion rút gọn:
\[2F{e^{3 + }} + {H_2}S \to 2F{e^{2 + }} + S \downarrow + 2{H^ + }\]
Lưu ý:
H₂S phân ly yếu (H₂S ⇌ H⁺ + HS⁻ ⇌ 2H⁺ + S²⁻), cần môi trường không quá axit để cung cấp S²⁻.
Cách Thực Hiện Phản Ứng
Chuẩn bị:
Dung dịch FeCl₃: Hòa tan FeCl₃·6H₂O trong nước cất, tạo dung dịch ~0,3M.
dung dịch H₂S:
- Tạo khí H₂S bằng cách nhỏ HCl (2M) vào Na₂S trong thiết bị sinh khí.
- Hoặc dùng dung dịch H₂S bão hòa (hòa H₂S vào nước lạnh).
Dụng cụ: Bình phản ứng, ống dẫn khí, ống nghiệm, đũa thủy tinh, đèn cồn (nếu gia nhiệt).
Thiết bị: Tủ hút, kính bảo hộ, găng tay, bình hấp thụ H₂S dư (chứa NaOH).
Trình tự tiến hành:
- Chuẩn bị 10 mL dung dịch FeCl₃ (0,3M) trong bình phản ứng, đặt trong tủ hút.
- Dẫn khí H₂S từ từ qua dung dịch FeCl₃ (hoặc nhỏ 5 mL dung dịch H₂S bão hòa), khuấy nhẹ.
- Quan sát hiện tượng: Kết tủa màu vàng chanh (S) xuất hiện, dung dịch từ vàng/nâu đỏ (Fe³⁺) chuyển xanh nhạt (Fe²⁺).
- Nếu phản ứng chậm, gia nhiệt nhẹ (40-60°C) để tăng tốc độ.
- Tiếp tục dẫn H₂S đến khi không còn kết tủa mới, đảm bảo Fe³⁺ chuyển hết thành Fe²⁺.
Lưu ý:
- H₂S độc, thao tác trong tủ hút, dẫn H₂S dư qua dung dịch NaOH.
- FeCl₃ cần tươi, tránh thủy phân thành Fe(OH)₃ (kết tủa đỏ nâu).
- Môi trường pH 4-6; nếu pH quá thấp (<4) có thể tạo lưu huỳnh thay FeS₂.
- S (lưu huỳnh) có kết tủa bền, không tan trong nước, tan chậm trong axit mạnh.
- HCl là sản phẩm phụ, làm dung dịch chua, cần trung hòa nếu phân tích tiếp.
Nhận Biết Phản Ứng
Hiện tượng quan sát được:
- Màu dung dịch thay đổi
- Xuất hiện kết tủa màu vàng
- Có thể thoát ra mùi HCl (nếu nhiều H₂S)
Kiểm chứng sản phẩm:
- Kiểm chứng FeCl₂: Dùng NaOH để tạo kết tủa trắng xanh, và dần hóa nâu khi sục oxi vào dung dịch
\[FeCl_2 + NaOH \to Fe(OH)_2 \downarrow + HCl\]
\[2Fe(OH)_2 + \frac{1}{2} O_2 + H_2O \to 2Fe(OH)_3 \downarrow\]
Hoặc dùng K₃[Fe(CN)₆] (kali hexacyanoferrat(III)) làm xuất hiện tủa KFe[Fe(CN)₆] trắng xanh (Prussian blue)
- Kiểm chứng lưu huỳnh (S): Lọc tách kết tủa vàng, sấy khô. Lưu huỳnh không tan trong nước, tan trong CS₂ (cacbon disulfua)
- Kiểm chứng HCl: Làm quỳ tím hóa đỏ hoặc thử bằng NH₃, phản ứng tạo khói trắng (NH₄Cl)
Khí H₂S – hydro sunfua: Một chất vừa yếu, vừa dễ thay đổi
Hydro sunfua là một khí không màu nhưng có mùi đặc trưng rất dễ nhận ra – mùi trứng thối. H₂S có một số đặc điểm rất đáng chú ý cả về mặt hóa học lẫn trong ứng dụng thực tế như:
Phân ly yếu trong nước: Trong nước H₂S chỉ phân ly một phần thành các ion H⁺ và HS⁻, rồi tiếp tục phân ly yếu hơn nữa thành S²⁻. Điều đó cho thấy nó là một axit yếu, nghĩa là trong dung dịch H₂S, đa phần vẫn tồn tại ở dạng phân tử chứ không phải dạng ion.
\[H_2S \rightleftharpoons H^+ + HS^- \rightleftharpoons 2H^+ + S^{2-}\]
Tuy nhiên, phần nhỏ ion S²⁻ được sinh ra lại rất có ý nghĩa, vì đây là thành phần phản ứng mạnh mẽ với nhiều ion kim loại (Cu²⁺, Pb²⁺, Fe²⁺,…) tạo thành các muối sunfua không tan – ví dụ như với ion đồng, chì hoặc sắt (II), tạo kết tủa màu sắc rõ rệt.
Chính nhờ đặc điểm này, H₂S được dùng trong hóa học phân tích để nhận biết sự có mặt của các kim loại nhất định trong dung dịch.
Khả năng phản ứng oxi hóa – khử:
\[H_2S + 4Cl_2 + 4H_2O \to H_2SO_4 + 8HCl\]
Không chỉ vậy, H₂S còn có khả năng phản ứng với các chất có tính oxi hóa mạnh như khí oxy, clo hoặc các ion chứa oxy. Nguyên nhân là vì lưu huỳnh trong phân tử H₂S đang ở trạng thái rất “khử” – nó có xu hướng nhường electron để chuyển thành dạng trung hòa như lưu huỳnh đơn chất (S⁰) hoặc các dạng đã bị oxi hóa hơn như SO₂ hoặc SO₄²⁻. Nhờ đặc tính này, H₂S trở thành một chất khử mạnh, rất dễ phản ứng trong môi trường có chất nhận electron.
H₂S là một khí độc: Nó có thể gây ức chế hô hấp tế bào ở người và động vật nếu nồng độ đủ cao, nên khi sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc trong công nghiệp, người ta cần đặc biệt cẩn trọng.
FeCl₂ có tiếp tục phản ứng với H₂S trong dung dịch?
Sau phản ứng:
\[2FeCl_3 + H_2S \to 2FeCl_2 + 2HCl + S \downarrow\]
trong dung dịch tồn tại các ion chính là Fe²⁺, Cl⁻ và H⁺ (do HCl đã sinh ra). Lúc này, nếu tiếp tục bổ sung H₂S vào dung dịch, ta đặt câu hỏi: FeCl₂ có phản ứng tiếp tục với H₂S để tạo FeS không?
Phản ứng xét đến sẽ là
\[FeCl_2 + H_2S \to FeS \downarrow + 2HCl\]
hay viết dưới dạng ion:
\[Fe^{2+} + S^{2-} \to FeS \downarrow\]
Đây là phản ứng kết tủa giữa hai ion tan trong nước, trong đó sản phẩm là FeS – một chất rắn màu đen, rất ít tan trong nước, với hằng số tan Ksp rất nhỏ (Ksp≈6.3×10−18K_{sp} \approx 6.3 \times 10^{-18}Ksp≈6.3×10−18).
Tuy nhiên, để phản ứng kết tủa xảy ra, trong dung dịch phải có đủ ion Fe²⁺ và ion S²⁻. Ion Fe²⁺ đã có sẵn từ phản ứng trước, nhưng ion S²⁻ chỉ được tạo ra khi H₂S phân ly hai nấc trong nước:
\[H_2S \rightleftharpoons H^+ + HS^- \quad (K_1 = 9.1 \times 10^{-8})\]
\[HS^- \rightleftharpoons H^+ + S^{2-} \quad (K_2 = 1.3 \times 10^{-13})\]
Vấn đề nằm ở chỗ: H₂S là một axit yếu, và quá trình phân ly tạo ra S²⁻ bị ức chế mạnh trong môi trường axit. HCl được sinh ra từ phản ứng trước là một axit mạnh, phân ly hoàn toàn và làm tăng đáng kể nồng độ ion H⁺ trong dung dịch. Khi nồng độ H⁺ tăng, cân bằng phân ly của H₂S bị đẩy mạnh về bên trái (tức là về dạng H₂S chưa phân ly), dẫn đến nồng độ S²⁻ trong dung dịch trở nên rất nhỏ. Nếu [S²⁻] quá thấp, phản ứng kết tủa FeS sẽ không xảy ra.
Để xác định xem phản ứng có xảy ra được không, ta xét đến điều kiện tối thiểu về nồng độ ion cần thiết để vượt qua ngưỡng kết tủa:
\[{[Fe^{2+}] \cdot [S^{2-}] \geq K_{sp}}\]
Giả sử nồng độ Fe²⁺ trong dung dịch là 0.01 mol/L, thì chỉ cần nồng độ S²⁻ đạt khoảng:
\[[S^{2-}] \geq \frac{K_{sp}}{[Fe^{2+}]} = \frac{6.3 \times 10^{-18}}{0.01} = 6.3 \times 10^{-16}\ {mol/L}\]
Đây là một lượng rất nhỏ, nhưng không thể xem thường, vì trong môi trường axit mạnh, việc đạt được lượng S²⁻ này từ H₂S phân ly là điều rất khó.
Để tính toán lượng H₂S cần thiết để tạo được lượng S²⁻ tối thiểu như trên, ta sử dụng biểu thức kết hợp hằng số phân ly và nồng độ H⁺ trong dung dịch:
\[[H_2S] = \frac{[H^+]^2 \cdot [S^{2-}]}{K_1 \cdot K_2}\]
Với [H⁺] = 0.02 mol/L (sinh ra từ phản ứng ban đầu), \[K_1 = 9.1 \times 10^{-8}\], \[K_2 = 1.3 \times 10^{-13}\], và [S²⁻] yêu cầu tối thiểu là 6.3×10−166.3 \times 10^{-16}6.3×10−16, ta tính được:
\[[H_2S] = \frac{(0.02)^2 \cdot 6.3 \times 10^{-16}}{9.1 \times 10^{-8} \cdot 1.3 \times 10^{-13}} ≈ 21.3\ {mol/L}\]
Như vậy, để đạt được nồng độ ion S²⁻ tối thiểu đủ tạo kết tủa với Fe²⁺ trong môi trường đã có sẵn 0.02 mol/L HCl, thì cần bổ sung vào dung dịch một lượng H₂S có nồng độ xấp xỉ 21 mol/L, tương đương với gấp hơn 1000 lần nồng độ HCl.
Kết luận
Mặc dù về mặt lý thuyết, phản ứng giữa FeCl₂ và H₂S để tạo FeS là một phản ứng kết tủa thuận lợi (do FeS có độ tan rất nhỏ), nhưng trong điều kiện thực tế sau phản ứng ban đầu – khi dung dịch đã có sẵn một lượng HCl cố định – thì khả năng phản ứng tiếp theo xảy ra còn phụ thuộc vào nồng độ H₂S được bổ sung.
Phân tích cân bằng cho thấy: để vượt qua ngưỡng tạo kết tủa trong môi trường có [HCl] = 0.02 M, cần ít nhất [H₂S] ≈ 21 mol/L, tức nồng độ H₂S phải gấp hơn 1000 lần HCl. Đây là mức không khả thi trong điều kiện thông thường.
Đây là một giá trị rất lớn so với điều kiện thông thường. Trên thực tế, nồng độ H₂S hòa tan trong nước ở áp suất khí quyển không thể đạt đến mức này, và kể cả khi H₂S được bơm trực tiếp vào dung dịch, việc đạt được nồng độ cao như vậy cũng rất khó về mặt thực tiễn.
Vì vậy, trong môi trường có nồng độ HCl cố định sau phản ứng và chỉ có thể bổ sung H₂S, phản ứng giữa FeCl₂ và H₂S để tạo kết tủa FeS gần như không xảy ra, trừ khi có biện pháp kỹ thuật đặc biệt để tăng mạnh nồng độ H₂S hoặc giảm đáng kể nồng độ H⁺ (chẳng hạn trung hòa một phần axit).
Phản ứng về lý thuyết là có thể, nhưng trên thực tế, phản ứng bị ức chế mạnh bởi môi trường axit, và gần như không xảy ra nếu chỉ bổ sung thêm H₂S vào dung dịch sau phản ứng.
Phản ứng FeCl₃ + H₂S → FeCl₂ + FeS₂ + HCl có xảy ra?
Đặt vấn đề
Trong một số tài liệu trực tuyến và nguồn học liệu không chính thống, có xuất hiện phương trình phản ứng:
\[{FeCl}_3 + {H}_2 {S} \to {FeCl}_2 + {FeS}_2 + {HCl}\]
Điều này đặt ra một nghi vấn hóa học: Liệu phản ứng này có thực sự xảy ra trong điều kiện thông thường của phòng thí nghiệm hay không?
Hay đây chỉ là một biểu diễn lý tưởng hóa của các quá trình phức tạp liên quan đến lưu huỳnh và ion sắt? Để xác định tính xác thực của phương trình trên, cần truy ngược lại các con đường điều chế FeS₂ và phân tích khả năng xảy ra của từng giai đoạn phản ứng liên quan.
Xét các phương pháp điều chế FeS₂
FeS₂ – sắt disulfide, còn gọi là pyrit – là một hợp chất sulfide đặc biệt, trong đó tồn tại ion disulfide S₂²⁻ liên kết với Fe²⁺. Trong tự nhiên, pyrit hình thành dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất địa chất từ các nguồn Fe²⁺ và lưu huỳnh đơn chất. Trong phòng thí nghiệm hoặc công nghiệp, FeS₂ có thể được tổng hợp bằng phản ứng rắn-rắn giữa sắt kim loại và lưu huỳnh ở nhiệt độ cao hoặc thông qua phương pháp thủy nhiệt từ muối Fe²⁺ (như FeSO₄) và lưu huỳnh.
Phản ứng trực tiếp giữa sắt và lưu huỳnh
Phản ứng này có thể tạo hỗn hợp FeS và FeS₂ tùy theo tỷ lệ và điều kiện.
Phương trình phản ứng:
\[{Fe} + 2{S} \xrightarrow{\Delta} {FeS}_2\]
Điều kiện:
- Nung hỗn hợp bột sắt và lưu huỳnh ở nhiệt độ khoảng 500–600°C trong môi trường yếm khí (tránh O₂ vì Fe có thể bị oxy hóa thành oxit).
- Tỷ lệ mol S:Fe = 2:1 để thu được FeS₂ thay vì FeS.
Lưu ý: Nếu nung không kiểm soát tốt, dễ tạo ra FeS thay vì FeS₂ do sự thoát lưu huỳnh ở nhiệt độ cao.
Phản ứng tổng hợp thủy nhiệt (trong phòng thí nghiệm nghiên cứu)
Phương pháp hiện đại dùng để tạo các tinh thể FeS₂ có độ tinh khiết cao.
Phản ứng tổng quát:
\[{Fe}^{2+} + 2{HS}^- \to {FeS}_2 + {H}_2\]
Hóa chất:
- FeCl₂ hoặc FeSO₄ (nguồn Fe²⁺)
- NaHS hoặc H₂S (nguồn lưu huỳnh)
- Môi trường kín, áp suất cao (autoclave), nhiệt độ khoảng 200°C trong vài giờ
Trong tự nhiên:
FeS₂ tồn tại dưới dạng khoáng vật pyrit (thường gọi là “vàng giả” do màu ánh kim vàng). Hình thành do phản ứng giữa ion Fe²⁺ và S²⁻/S₀ trong môi trường yếm khí, áp suất cao, phổ biến trong các mỏ than, đá trầm tích, núi lửa.
Liên hệ với phản ứng gốc
Phổ biến và gần gũi nhất với phản ứng đang xét là phương pháp tổng hợp FeS₂ từ Fe²⁺ và S⁰ (trong môi trường tự nhiên), thường được tiến hành ở điều kiện cao nhiệt hoặc môi trường kín áp suất cao, nơi mà các đơn vị lưu huỳnh có thể tổ chức lại để tạo nên liên kết disulfide.
Giả định rằng phản ứng \[FeCl_3 + H_2S \to FeCl_2 + FeS_2 + HCl\] là hợp lý về mặt cơ học, ta có thể tưởng tượng rằng phản ứng này diễn ra qua hai bước:
Bước 1:
\[2{FeCl}_3 + 3{H}_2{S} \to 2{FeCl}_2 + 3{S} + 6{HCl}\]
Đây là phản ứng khử–oxi hóa đã được công nhận, trong đó H₂S đóng vai trò chất khử, bị oxi hóa thành lưu huỳnh đơn chất, trong khi Fe³⁺ bị khử thành Fe²⁺.
Bước 2:
\[{FeCl}_2 + 2{S} \to {FeS}_2 + 2{HCl} \quad ({giả định})\]
Vấn đề trọng tâm nằm ở bước thứ hai: liệu sản phẩm sinh ra từ bước đầu – Fe²⁺ và S⁰ – có thể tự phản ứng với nhau để tạo thành FeS₂ trong điều kiện thường hay không?
Điều kiện để hình thành gốc S₂²⁻ tự do là gì?
Gốc disulfide S₂²⁻ chỉ hình thành và ổn định được trong một số điều kiện rất đặc biệt:
(a) Môi trường yếm khí – không có O₂
- Vì O₂ dễ oxi hóa S₂²⁻ → S⁰ hoặc SO₃²⁻
- S₂²⁻ là anion nhạy cảm với oxy
(b) Nhiệt độ cao hoặc áp suất cao (môi trường rắn hoặc thủy nhiệt)
- Thường phải có mặt của Fe²⁺, lưu huỳnh đơn chất (S⁰), và nhiệt độ đủ để năng lượng kích hoạt liên kết S–S được hình thành.
- Ví dụ:
\[{Fe}^{2+} + {S}^0 \xrightarrow{{nhiệt độ cao}} {FeS}_2\]
→ Trong tinh thể FeS₂, gốc S₂²⁻ chỉ tồn tại khi đã được “nhốt” trong mạng tinh thể rắn.
(c) Môi trường kiềm mạnh + chất khử mạnh
- Trong phòng thí nghiệm, polysulfide như S₄²⁻, S₅²⁻,… có thể tạo ra trong dung dịch kiềm mạnh (NaOH) với lưu huỳnh dư:
\[{S} + {S}^{2-} \rightarrow {S}_2^{2-}, {S}_x^{2-}\]
- Tuy nhiên, gốc S₂²⁻ rất không bền trong dung dịch axit hoặc trung tính, nên không tồn tại được trong môi trường như H₂S + FeCl₃ (có HCl sinh ra).
S₂²⁻ không tồn tại ở dạng “tự do” mà chỉ ổn định trong tinh thể
- Trong dung dịch, nếu có tạo ra S₂²⁻, nó sẽ bị:
- Thủy phân, tạo ra H₂S và S⁰ lại
- Oxi hóa bởi O₂ hoặc axit
- Chỉ khi bị khóa trong cấu trúc rắn như FeS₂, nó mới tồn tại lâu dài.
Phân tích khả năng xảy ra phản ứng thứ hai
Trong dung dịch, lưu huỳnh nguyên tố kết tủa từ H₂S luôn tổ chức lại thành vòng S₈ – cấu trúc bền nhất về mặt nhiệt động. Dạng phân tử S₈ là dạng kết tinh rắn màu vàng đặc trưng và rất trơ ở nhiệt độ phòng. Không có bằng chứng thực nghiệm nào cho thấy vòng S₈ có thể dễ dàng bị phân cắt hoặc phản ứng trực tiếp với ion Fe²⁺ trong điều kiện nhiệt độ thường và môi trường axit như sau phản ứng giữa FeCl₃ và H₂S.
Trong khi đó, ion disulfide S₂²⁻ – thành phần cấu trúc bắt buộc để hình thành FeS₂ – không tồn tại tự do trong dung dịch nước hoặc môi trường axit. Nó là một anion không bền, dễ bị oxi hóa hoặc thủy phân, và chỉ tồn tại ổn định khi bị “khóa” trong mạng tinh thể của hợp chất rắn như FeS₂.
Để tạo ra S₂²⁻ từ lưu huỳnh S₈, cần có điều kiện nhiệt độ cao (phân cắt nhiệt), hoặc môi trường kiềm giàu ion S²⁻ – những điều kiện hoàn toàn không hiện diện trong phản ứng giữa FeCl₃ và H₂S.
Ngay cả trong các quy trình điều chế thực nghiệm FeS₂, việc tạo thành disulfide đòi hỏi quá trình nhiệt luyện rắn hoặc môi trường thủy nhiệt áp suất cao, nơi lưu huỳnh S₈ có thể phân mảnh, tái tổ chức thành các cấu trúc S₂ và phản ứng với Fe²⁺ để tạo FeS₂ tinh thể:
1. Tác nhân nhiệt (nhiệt phân hoặc phản ứng rắn-rắn ở nhiệt độ cao)
- Ở nhiệt độ cao (> 200–400°C), các vòng S₈ bị phá vỡ thành:
- Chuỗi thẳng Sₓ (polymer hóa)
- Gốc nhỏ như S₂, S₄, tùy điều kiện
- Khi có mặt ion kim loại như Fe²⁺ hoặc các bazơ, có thể tạo gốc S₂²⁻:
\[{Fe}^{2+} + {S}_8 \xrightarrow{\Delta} {FeS}_2\]
Đây là cơ chế hình thành FeS₂ trong môi trường khô hoặc nung nóng.
2. Tác nhân khử mạnh hoặc môi trường kiềm nóng
- Trong dung dịch kiềm mạnh (NaOH) có thêm lưu huỳnh nguyên tố, sẽ xảy ra:
\[{S}_8 + {S}^{2-} \to {S}_x^{2-} \quad (x = 2, 3, …, 6)\]
Gọi chung là polysulfide, trong đó có thể có S₂²⁻.
- Phản ứng ví dụ:
\[{S}_8 + 2{NaOH} \xrightarrow{t} {Na}_2{S}_x + {H}_2{O}\]
Trong môi trường này, S₈ bị tấn công bởi OH⁻ hoặc S²⁻ để tạo chuỗi – bao gồm cả S₂²⁻.
3. Phản ứng thủy nhiệt (autoclave)
- Khi cho Fe²⁺ và lưu huỳnh vào môi trường nước kín, tăng nhiệt độ (150–250°C), áp suất cao:
- S₈ sẽ hòa tan từng phần (có tính lưỡng tính nhẹ)
- Phân mảnh thành các đoạn Sₓ hòa tan
- Gặp Fe²⁺ tạo FeS₂ tinh thể với gốc disulfide S₂²⁻
Do đó, việc kỳ vọng sự hình thành FeS₂ từ FeCl₂ và S trong dung dịch là không khả thi về mặt nhiệt động học và động học phản ứng.
Kết luận
Phản ứng tổng quát:
\[{FeCl}_3 + {H}_2{S} \to {FeCl}_2 + {FeS}_2 + {HCl}\]
không thể xảy ra trong điều kiện thường vì gốc disulfide S₂²⁻ không hình thành được trong môi trường dung dịch axit, nơi S⁰ tồn tại dưới dạng vòng S₈ bền vững và rất trơ. Mặc dù có thể hình thành FeS₂ từ Fe²⁺ và lưu huỳnh trong điều kiện phù hợp, nhưng quá trình đó đòi hỏi những yếu tố mà phản ứng trên hoàn toàn không đáp ứng.
Do đó, phương trình đúng cần được viết lại là:
\[{FeCl}_3 + 3{H}_2{S} \to 2{FeCl}_2 + 3{S} \downarrow + 6{HCl}\]
Đây là phản ứng khử–oxi hóa thực tế, phản ánh đúng bản chất hóa học của hệ H₂S và Fe³⁺. Các biểu diễn khác có xu hướng lý tưởng hóa hoặc đơn giản hóa quá mức mà không phản ánh đúng điều kiện phản ứng và cấu trúc hóa học thật sự của sản phẩm.
Ứng Dụng
- Trong phân tích hóa học: Phản ứng này được dùng để xác định H₂S hoặc ion Fe³⁺
- Trong công nghiệp xử lý khí: Loại bỏ H₂S bằng các dung dịch chứa Fe³⁺, kết tủa lưu huỳnh
- Trong tách chiết lưu huỳnh: Tạo S kết tủa từ khí H₂S
Bài Tập Vận Dụng
Đề bài: Cho 32,5 g FeCl₃ phản ứng hoàn toàn với H₂S, tính:
a) Khối lượng chất rắn thu được (g).
b) Thể tích khí H₂S cần dùng (đktc, lít).
Giải:
Phương trình:\[2FeC{l_3} + {H_2}S \to 2FeC{l_2} + S \downarrow + 2HCl\]
\[M_{FeCl_3} = 56 + 3 \times 35,5 = 162,5 g/mol\]
a) Khối lượng S:
Số mol của FeCl₃:
\[n_{FeCl_3} = \frac{32,5}{162,5} = 0,2 mol\]
Tỉ lệ FeCl₃:S = 2:1, nên:
\[n_S = \frac{0,2}{2} = 0,1 mol\]
Khối lượng lưu huỳnh (S) thu được:
\[m_S = 0,1 × 32 = 3,2 g\]
Đáp số: 3,2 g.
b) Thể tích H₂S:
Tỉ lệ FeCl₃:H₂S = 2:1, nên:
\[n_{H_2S} = \frac{n_{FeCl_3}}{2} = 0,1 mol\]
Thể tích khí H₂S cần dùng:
\[V_{H_2S} = 0,1 × 22,4 = 2,24 L\]
Đáp số: 2,24 L.
