Mở đầu
Khi thả Fe vào CuSO₄, vừa có Fe rời khỏi thanh vừa có Cu bám lên. Khối lượng thanh sau phản ứng là kết quả của cả hai quá trình.
Dự đoán bằng dãy hoạt động hoặc E°
$$\mathrm{Fe+CuSO_4\rightarrow FeSO_4+Cu},$$
$$\mathrm{Cu+2AgNO_3\rightarrow Cu(NO_3)_2+2Ag}.$$
Fe nhường electron cho Cu²⁺; Cu nhường electron cho Ag⁺. Chiều phản ứng có thể kiểm tra bằng $E^\circ_{pin}>0$ trong điều kiện chuẩn.
Na, K, Ca trong dung dịch nước ưu tiên phản ứng với nước; không viết đơn giản Na đẩy Cu khỏi CuSO₄ để thu kim loại Cu.
Kiểm tra nhanh
Hiện tượng khi nhúng Fe sạch vào CuSO₄ là gì?
Fe khử Cu²⁺ thành Cu.
Hệ không có chloride.
Không có Ag⁺.
Phản ứng chính với Cu²⁺ không tạo H₂.
Lời giải
**Cách làm**
Fe tan thành Fe²⁺, Cu²⁺ bị khử thành Cu bám trên thanh; nồng độ Cu²⁺ giảm nên màu xanh nhạt.
Khối lượng thanh kim loại
Với Fe trong CuSO₄, mỗi mol Fe tan có 1 mol Cu bám:
$$\Delta m=m_{bám}-m_{tan}=64-56=8\ \mathrm g/mol.$$
Nếu 0,10 mol Fe phản ứng, khối lượng thanh tăng 0,80 g, giả sử Cu bám hoàn toàn và không bong.
Với Cu trong AgNO₃, 1 mol Cu tan làm 2 mol Ag bám; phải dùng hệ số electron trước khi tính khối lượng.
Chất giới hạn và nhiều ion
Nếu ion kim loại không đủ, chỉ một phần thanh phản ứng. Nếu dung dịch chứa nhiều cation có thể khử, thứ tự và mức phản ứng phụ thuộc thế điện cực, nồng độ và lượng kim loại.
Khối lượng dung dịch thay đổi ngược với phần khối lượng chuyển từ dung dịch lên thanh, nếu không có khí/kết tủa khác và hệ kín theo giả thiết.
Ví dụ mẫu
Có 0,010 mol Fe phản ứng với Cu²⁺ và toàn bộ Cu bám lên thanh. Lấy M Fe = 56, M Cu = 64 g/mol: Fe tan 0,56 g, Cu bám 0,64 g. Thanh tăng 0,08 g.
> **Dễ nhầm:** Như vậy thanh tăng khối lượng không có nghĩa Fe không tan. Chính việc so lượng tan và lượng bám giải thích dấu của độ biến thiên.
Luyện tập
0,05 mol Fe phản ứng hoàn toàn theo Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu. Khối lượng thanh tăng bao nhiêu, lấy Fe = 56, Cu = 64?
Đã dùng chênh lệch 4 g/mol.
$0{,}05\times(64-56)=0{,}40$ g.
Đây là khối lượng Fe tan.
Đây là khối lượng Cu bám, chưa trừ Fe tan.
Lời giải
**Cách làm**
Mỗi mol phản ứng làm thanh tăng 8 g; $0{,}05\times8=0{,}40$ g.
Ghi nhớ
- Dự đoán phản ứng bằng khả năng nhường–nhận electron, có xét nước và màng bảo vệ.
- Khối lượng thanh đổi bằng khối lượng bám trừ khối lượng tan theo đúng hệ số electron.
Đang học