Phản ứng giữa sắt(II) sulfat (FeSO₄), kali permanganat (KMnO₄) và axit sulfuric (H₂SO₄) là một minh chứng tiêu biểu cho phản ứng oxi hóa – khử trong hóa học vô cơ. Đây không chỉ là dạng bài toán cân bằng thường gặp trong học tập, mà còn là nền tảng cho nhiều phương pháp phân tích định lượng trong phòng thí nghiệm và ứng dụng trong công nghiệp.
Bài viết sẽ cùng bạn tìm hiểu:
-
Bản chất của phản ứng oxi hóa – khử.
-
Cách cân bằng phương trình.
-
Vai trò của từng chất tham gia.
-
Hiện tượng quan sát trong thí nghiệm.
-
Ứng dụng thực tiễn trong đời sống và sản xuất.
I. Tổng Quan Về Phản Ứng – Bản Chất Oxi Hóa – Khử
Phương trình hóa học tổng quát:
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3+K2SO4+2MnSO4+8H2O10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ \; \rightarrow \; 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O
1. Các chất tham gia phản ứng:
-
Sắt(II) sulfat (FeSO₄): Muối sắt với số oxi hóa +2.
-
Kali permanganat (KMnO₄): Muối mangan có số oxi hóa +7, mang màu tím hồng đặc trưng.
-
Axit sulfuric (H₂SO₄): Axit mạnh, đóng vai trò tạo môi trường axit để phản ứng xảy ra.
2. Các sản phẩm tạo thành:
-
Sắt(III) sulfat (Fe₂(SO₄)₃): Muối sắt với số oxi hóa +3.
-
Kali sulfat (K₂SO₄): Muối của kali.
-
Mangan(II) sulfat (MnSO₄): Muối mangan với số oxi hóa +2.
-
Nước (H₂O).
2. Xác Định Chất Oxi Hóa và Chất Khử Trong Phản Ứng FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄
Phản ứng oxi hóa – khử là loại phản ứng đặc trưng của hóa học vô cơ, trong đó số oxi hóa của một hay nhiều nguyên tố thay đổi do quá trình trao đổi electron. Để nhận diện chất oxi hóa và chất khử trong phản ứng giữa FeSO₄, KMnO₄ và H₂SO₄, ta dựa vào sự biến đổi số oxi hóa:
-
FeSO₄ (Fe²⁺) → Fe³⁺ trong Fe₂(SO₄)₃ → Fe²⁺ bị oxi hóa, do đó FeSO₄ là chất khử.
-
Mn⁷⁺ trong KMnO₄ → Mn²⁺ trong MnSO₄ → Mn⁷⁺ bị khử, do đó KMnO₄ là chất oxi hóa mạnh.
Như vậy, phản ứng FeSO₄ + KMnO₄ trong môi trường axit H₂SO₄ chính là một ví dụ điển hình về phản ứng oxi hóa – khử: FeSO₄ đóng vai trò chất khử, còn KMnO₄ là chất oxi hóa mạnh mẽ.
II. Cân Bằng Phản Ứng FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ Theo Phương Pháp Thăng Bằng Electron
Phương trình phản ứng:
FeSO4+KMnO4+H2SO4 → Fe2(SO4)3+K2SO4+MnSO4+H2OFeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ \; \rightarrow \; Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O
Các bước cân bằng:
Bước 1 – Xác định số oxi hóa thay đổi:
-
Fe: +2 (trong FeSO₄) → +3 (trong Fe₂(SO₄)₃) → bị oxi hóa.
-
Mn: +7 (trong KMnO₄) → +2 (trong MnSO₄) → bị khử.
Bước 2 – Viết các bán phản ứng:
-
Oxi hóa: 2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2e⁻
-
Khử: Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺
Bước 3 – Cân bằng electron trao đổi:
-
e⁻ nhường: 2e⁻
-
e⁻ nhận: 5e⁻
-
Bội chung nhỏ nhất: 10e⁻
⇒ 5 × (2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2e⁻) → 10Fe²⁺ → 10Fe³⁺ + 10e⁻
⇒ 2 × (Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺) → 2Mn⁷⁺ + 10e⁻ → 2Mn²⁺Bước 4 – Ghép phương trình:
10FeSO₄ + 2KMnO₄ + H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + H₂OBước 5 – Cân bằng nguyên tố còn lại:
-
Kali (K): 2K ở vế trái → 1K₂SO₄ ở vế phải (đúng).
-
Gốc SO₄²⁻: Cần bổ sung 8H₂SO₄ để cân bằng số lượng.
-
Hydro & Oxi sau khi thêm 8H₂SO₄ cũng được cân bằng hoàn chỉnh.
Bước 6 – Phương trình cân bằng cuối cùng:
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3+K2SO4+2MnSO4+8H2O10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ \; \rightarrow \; 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O
III. Ứng Dụng và Ý Nghĩa Thực Tiễn
Phản ứng FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ không chỉ là một phương trình “khô khan” trong sách vở mà còn có nhiều ứng dụng quan trọng:
-
Trong chuẩn độ oxi hóa – khử (Permanganometry):
-
Dùng để xác định nồng độ ion Fe²⁺ trong dung dịch bằng KMnO₄ chuẩn.
-
KMnO₄ có ưu điểm tự chỉ thị nhờ màu tím đặc trưng.
-
Khi chất khử còn, màu tím biến mất. Khi hết chất khử, giọt KMnO₄ dư làm dung dịch có màu hồng nhạt bền, đánh dấu điểm tương đương.
-
-
Trong phân tích và công nghiệp:
-
Xác định hàm lượng Fe²⁺ trong quặng, hợp kim, và nhiều mẫu vật liệu.
-
Đo COD (Chemical Oxygen Demand): Đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải.
-
Giảng dạy: Là ví dụ minh họa điển hình trong bài học về oxi hóa – khử và cân bằng electron.
-
Quy trình công nghiệp: Ứng dụng trong xử lý tạp chất và tổng hợp một số hợp chất vô cơ.
V, Lưu Ý Về An Toàn Khi Thí Nghiệm Phản Ứng FeSO4 + KMnO4 + H2SO4
Mặc dù phản ứng FeSO4+KMnO4+H2SO4 là một phản ứng quan trọng trong hóa học, HACOCHEM khuyên bạn tiến hành thí nghiệm này đòi hỏi sự cẩn trọng cao độ và tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn. Các hóa chất tham gia đều có những tính chất nguy hiểm tiềm ẩn.
Tính chất nguy hiểm của hóa chất
- Kali Permanganat (KMnO₄): Chất này là chất oxi hóa mạnh, dễ gây cháy nổ khi tiếp xúc với chất hữu cơ hoặc chất khử (như giấy, vải, cồn, dầu mỡ), gây kích ứng da và mắt.
- H₂SO₄: là 1 Axit mạnh, ăn mòn cao, gây bỏng nghiêm trọng khi tiếp xúc với da, mắt, niêm mạc. Khi pha loãng H2SO4 đặc với nước, phản ứng tỏa nhiệt rất mạnh, có thể gây bắn tóe và nguy hiểm nếu bạn không thực hiện đúng cách.
- Sắt(II) sulfat (FeSO4): Ít nguy hiểm hơn 2 chất phía trên, nhưng cần tránh nuốt phải và tiếp xúc lâu với da.
Biện pháp an toàn
- Bảo hộ cá nhân: Đeo đầy đủ các dụng cụ như Kính, găng tay, áo lab.
- Môi trường làm việc:Bạn nên thực hiện thao tác trong tủ hút, thông gió tốt.
- Thao tác đúng kỹ thuật: Nhỏ KMnO₄ từ từ, pha loãng H₂SO₄ đúng cách (rót axit vào nước).
- Xử lý sự cố: Bạn phải nắm rõ quy trình sơ cứu và xử lý tràn đổ.
- Xử lý chất thải: Sau khi thực hiện xong thì tiến hành thu gom, xử lý theo quy định môi trường.
-
VI, Kết Luận
Phản ứng giữa Sắt(II) sulfat (FeSO4), Kali Permanganat (KMnO4) và Axit sulfuric (H2SO4) là một trong những phản ứng oxi hóa – khử kinh điển và mang tính nền tảng trong hóa học vô cơ. Việc nắm vững phản ứng này không chỉ giúp bạn giải quyết các bài toán cân bằng phương trình phức tạp mà còn mở ra cánh cửa hiểu biết về bản chất của sự trao đổi electron và vai trò của các chất oxi hóa, chất khử.
-
